Τεστ στην Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (Επίπεδο δυσκολίας: Μέτριο)

Τετράγωνο ορθογώνιο μεταλλικό πλαίσιο αμελητέας αντίστασης στρέφεται μέσα σε Ο.Μ.Π. ως προς άξονα που διέρχεται από τα μέσα δύο απέναντι πλευρών του και είναι κάθετος στις δυναμικές γραμμές με σταθερή γωνιακή ταχύτητα. Τα άκρα του πλαισίου συνδέονται με αντιστάτη \[R\]. Διπλασιάζω το μέτρο της γωνιακής ταχύτητας περιστροφής του πλαισίου. Τότε:

Ο ευθύγραμμος αγωγός ΟΓ του παρακάτω σχήματος είναι κατά το ήμισυ φτιαγμένος από μονωτικό υλικό (τμήμα ΟΜ) και ο άλλος μισός (τμήμα ΜΓ) από μέταλλο. Ο αγωγός μπορεί να στρέφεται γύρω από σταθερό άξονα κάθετο σ’ αυτόν και βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο με τις δυναμικές γραμμές του παράλληλες στον άξονα περιστροφής. Όταν ο αγωγός στρέφεται ως προς άξονα που διέρχεται απ’ το άκρο του Γ, η επαγωγική ΗΕΔ έχει μέτρο \[\mathcal{E}_{ΕΠ_1 }\] ενώ αν στρέφεται ως προς άξονα που διέρχεται απ’ το άκρο του Ο, έχει μέτρο \[\mathcal{E}_{ΕΠ_2 }\]. Ο λόγος \[\frac{\mathcal{E}_{ΕΠ_1 }}{ \mathcal{E}_{ΕΠ_2 } }\] είναι ίσος με:

Ο μαγνήτης Μ και το σωληνοειδές Σ έχουν κοινό άξονα. Το επαγωγικό ρεύμα που διαρρέει τον αντιστάτη \[R\] έχει τη φορά του σχήματος. Απ’ τη φορά του ρεύματος αυτού συμπεραίνουμε ότι μπορεί:

Το κυκλικό συρμάτινο πλαίσιο του παρακάτω σχήματος βρίσκεται ολόκληρο μέσα σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο του πλαισίου. Ποιες απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές; Επαγωγικό ρεύμα στο κύκλωμα δημιουργείται:

Στο ανοικτό στρεφόμενο πλαίσιο παραγωγής εναλλασσόμενης τάσης, η συχνότητα περιστροφής του είναι \[f\] και το πλάτος της τάσης που δημιουργείται στα άκρα του είναι \[V\]. Ποιες από της παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Για να τετραπλασιαστεί το πλάτος της εναλλασσόμενης τάσης χωρίς ν’ αλλάξει η περίοδός της μπορώ:

Στο παρακάτω κύκλωμα το πηνίο είναι ιδανικό και οι λαμπτήρες είναι όμοιοι. Ο διακόπτης \[δ\] είναι κλειστός και η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου του πηνίου έχει σταθερή τιμή. Την \[t=0\] ανοίγουμε τον \[δ\] χωρίς να δημιουργηθεί σπινθήρας. Ποιες από τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές;

Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται η μεταβολή της επαγωγικής ΗΕΔ που δημιουργείται σε συρμάτινο πλαίσιο που βρίσκεται εξ’ ολοκλήρου μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Το εμβαδόν του τραπεζίου που δημιουργεί η γραφική παράσταση με τον άξονα των χρόνων είναι αριθμητικά ίσο με:

Δύο πλαίσια \[(1),\, (2)\] ίδιων εμβαδών και αντιστάσεων βρίσκονται μέσα στο ίδιο ομογενές μαγνητικό πεδίο κάθετα στις δυναμικές γραμμές του. Εξάγουμε τα πλαίσια απ’ το μαγνητικό πεδίο σε χρόνο \[Δt_1\] και \[Δt_2=2Δt_1\] αντίστοιχα. Τα φορτία που μετατοπίστηκαν από τη διατομή του κάθε πλαισίου είναι \[q_1,\, q_2\] αντίστοιχα. Ποια απ’ τις παρακάτω σχέσεις είναι σωστή;

Αντιστάτης \[R\] τροφοδοτείται από εναλλασσόμενο ρεύμα περιόδου \[Τ\]. Αν σε χρόνο \[T\] το ρεύμα προσφέρει στον αντιστάτη ηλεκτρική ενέργεια \[W\], τότε η μέση ισχύς \[\bar{P}\] είναι:

Αντιστάτης διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα της μορφής \[i=I\, ημωt\] και σε χρόνο \[Δt\] εκλύεται στο περιβάλλον θερμότητα \[Q_1\]. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Αν διπλασιάσω το πλάτος της έντασης του ρεύματος, τότε στον ίδιο χρόνο \[Δt\] ο αντιστάτης θα εκλύει θερμότητα \[Q_2\] για την οποία ισχύει:

Στο παρακάτω κύκλωμα το πηνίο είναι ιδανικό, ο αντιστάτης έχει αντίσταση \[R\] και η πηγή ΗΕΔ \[E\] και εσωτερική αντίσταση \[r=2R\]. Την \[t=0\] κλείνουμε το διακόπτη \[δ\]. Όταν ο ρυθμός έκλυσης θερμότητας στον αντιστάτη \[R\] γίνεται μέγιστος, η τιμή της ενέργειας του μαγνητικού πεδίου που έχει αποθηκευτεί στο πηνίο είναι \[U\]. Τη χρονική στιγμή που η ενέργεια αυτή είχε τιμή \[U' = \frac{U}{4}\], ο ρυθμός αποθήκευσης της ενέργειας αυτής είναι:

Δύο αγώγιμα πλαίσια \[(1),\, (2)\] αμελητέας αντίστασης έχουν ίσα εμβαδά, βρίσκονται μέσα στο ίδιο ομογενές μαγνητικό πεδίο και αποτελούνται από \[Ν_1,\, Ν_2\] σπείρες αντίστοιχα με \[Ν_1=4Ν_2\]. Στα άκρα του πλαισίου \[(1)\] έχουμε συνδέσει αντίσταση \[R_1\] ενώ στα άκρα του πλαισίου \[(2)\] αντιστάτη \[R_2=2R_1\]. Την \[t=0\] τα δύο πλαίσια είναι κάθετα στις δυναμικές γραμμές του Ο.Μ.Π. και αρχίζουν να στρέφονται με σταθερές γωνιακές ταχύτητες \[ω_1,\, ω_2\] ως προς άξονες που είναι κάθετοι στις δυναμικές γραμμές και περνούν απ’ τα μέσα των απέναντι πλευρών τους. Η μέση ισχύς που καταναλώνει ο αντιστάτης \[R_1\] είναι οκταπλάσια αυτής του \[R_2\]. Αν \[t_1,\, t_2\] είναι οι χρονικές στιγμές που μεγιστοποιούνται για πρώτη φορά οι εντάσεις που διαρρέουν τα δύο πλαίσια, τότε για τις σχέσεις των \[t_1,\, t_2\] ισχύει:

Στο παρακάτω διάγραμμα φαίνεται η μεταβολή του ρεύματος που διαρρέει έναν αντιστάτη αντίστασης \[R=4\, Ω\] που έχουμε συνδέσει τα άκρα του με τα άκρα πλαισίου παραγωγής εναλλασσόμενης τάσης. Το πλαίσιο έχει αμελητέα αντίσταση.

Στο παρακάτω κύκλωμα το πηνίο είναι ιδανικό, ο αντιστάτης έχει αντίσταση \[R\] και η πηγή ΗΕΔ \[E\] και αντίσταση \[r=2R\]. Την \[t=0\] κλείνουμε το διακόπτη \[δ\]. Όταν ο ρυθμός μεταβολής της έντασης του ρεύματος στο κύκλωμα είναι ίσος με μηδέν, το πηνίο έχει αποθηκευμένη ενέργεια μαγνητικού πεδίου \[U\]. Τη χρονική στιγμή \[t_1\] που το μέτρο του ρυθμού μεταβολής της έντασης γίνει ίσος με το μισό της μέγιστης τιμής του, τότε το πηνίο έχει αποθηκευμένη ενέργεια μαγνητικού πεδίου \[U_1\]. Το μέγιστο μέτρο της έντασης του ρεύματος είναι:

Λεπτή μεταλλική ράβδος μήκους \[\ell\] στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[ω\] ως προς άξονα κάθετη σ’ αυτήν που διέρχεται από το ένα άκρο της. Η ράβδος βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[Β\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στον άξονα περιστροφής. Ποια απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή; Η επαγωγική ΗΕΔ που δημιουργείται στη ράβδο είναι ίση με:

Στο παρακάτω σχήμα ο ευθύγραμμος αγωγός ΚΛ μήκους \[\ell\] μπορεί να κινείται χωρίς τριβές με τα άκρα του Κ, Λ να βρίσκονται πάντα σε επαφή με τους οριζόντιους αγωγούς \[Αx_1,\, Γx_2\] που έχουν μεγάλο μήκος και αμελητέα αντίσταση. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται μέσα σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[B\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι συνεχώς κάθετες στον αγωγό. Αρχικά ο αγωγός ΚΛ είναι ακίνητος και την \[t=0\] ασκώ στο μέσο του οριζόντια σταθερή δύναμη κάθετη στη διεύθυνσή του και αυτός αρχίζει να κινείται παράλληλα στους οριζόντιους αγωγούς μέχρι που αποκτά σταθερή οριακή ταχύτητα \[υ_{ορ}\] τη χρονική στιγμή \[t_1\]. Ποια απ’ τις προηγούμενες προτάσεις είναι σωστή; H ενέργεια που προσφέρουμε στον αγωγό ΚΛ μέσω του έργου της \[F\] απ’ την \[t=0\] ως την \[t_1\]:

Ο δίσκος του παρακάτω σχήματος έχει ακτίνα \[r\] και στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα μέτρου \[ω\] γύρω από άξονα που είναι κάθετος στο επίπεδό του και περνά απ’ το κέντρο του Κ. Ο δίσκος βρίσκεται σε οριζόντιο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου Β που οι δυναμικές γραμμές του είναι παράλληλες στον άξονα περιστροφής του. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Επιλέξτε τη σωστή απάντηση. Το πλαίσιο του παρακάτω σχήματος βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο που οι γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο του πλαισίου. Αρχίζω να στρέφω το πλαίσιο ως προς άξονα που ταυτίζεται με την πλευρά του πλαισίου ΜΝ. Η μεγαλύτερη μέση ΗΕΔ κατ’ απόλυτη τιμή θα δημιουργηθεί στο πλαίσιο αν στον ίδιο χρόνο το στρέψω κατά:

Το τετραγωνικό μεταλλικό πλαίσιο του παρακάτω σχήματος αποτελείται από \[Ν\] όμοιες σπείρες που η καθεμιά έχει εμβαδόν \[S\]. Το πλαίσιο έχει συνολική αντίσταση \[R\], βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[B\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο του πλαισίου. Στρέφω αρχικά το πλαίσιο κατά \[60^0\] κατά τη φορά των δεικτών του ρολογιού ως προς άξονα που περνά απ’ το Κ της μιας πλευράς του, είναι κάθετος σ’ αυτή και κάθετος στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Η στροφή αυτή διαρκεί χρόνο \[Δt_1\]. Απ’ τη νέα θέση του πλαισίου στρέφω ως προς τον ίδιο άξονα το πλαίσιο κατά επιπλέον \[30^0\] κατά την ίδια φορά. Η δεύτερη περιστροφή διαρκεί χρόνο \[Δt_2\]. Αν \[q_1\] και \[q_2\] είναι οι απόλυτες τιμές των επαγωγικών φορτίων που μετατοπίζονται απ’ τη διατομή του σύρματος του πλαισίου, τότε:

Στο παρακάτω σχήμα ο ραβδόμορφος μαγνήτης απομακρύνεται από το πηνίο. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Η οριζόντια ράβδος ΟΓ έχει μήκος \[\ell\], αντίσταση \[2R\] και στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα σε οριζόντιο επίπεδο γύρω από κατακόρυφο άξονα που διέρχεται απ’ το άκρο της Ο. Το μέσο Μ της ράβδου βρίσκεται σε επαφή με κυκλικό αγωγό κέντρου Ο και ακτίνας \[\frac{\ell }{2 }\] που το επίπεδό του ταυτίζεται με το επίπεδο περιστροφής της ράβδου. Μεταξύ του σημείου Ο και του σημείου Κ του αγωγού συνδέουμε αντιστάτη αντίστασης \[R\]. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\]. Ο ρυθμός εκτέλεσης έργου της δύναμης Laplace (η ισχύς της) είναι:

Ανοικτό αγώγιμο πλαίσιο βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο και στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[ω\] γύρω απ’ τον άξονα που βρίσκεται στο επίπεδό του και είναι κάθετος στις δυναμικές του γραμμές. Η τάση στα άκρα του πλαισίου δίνεται απ’ τη σχέση \[v=V ημωt\]. Ποια απ’ τις παρακάτω σχέσεις είναι σωστή; Αν διπλασιάσουμε τη γωνιακή ταχύτητα του πλαισίου, τότε η χρονοεξίσωση της τάσης στα άκρα του πλαισίου είναι:

Ένα ακλόνητο πηνίο και ένας ραβδόμορφος μαγνήτης του παρακάτω σχήματος έχουν κοινό άξονα. Αρχίζουμε να κινούμε το μαγνήτη στη διεύθυνσή του κοινού τους άξονα με σταθερή ταχύτητα. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Είτε ο μαγνήτης πλησιάζει, είτε απομακρύνεται απ’ το πηνίο:

Η ένταση του ρεύματος που διαρρέει ένα πηνίο αυξάνεται με σταθερό ρυθμό. Κάποια στιγμή που η ένταση του ρεύματος που το διαρρέει είναι \[i_1\] ο ρυθμός αποθήκευσης ενέργειας στο μαγνητικό πεδίο του πηνίου είναι \[λ_1\]. Την στιγμή που η ένταση του ρεύματος που διαρρέει το πηνίο γίνεται \[2i_1\] ο ρυθμός αποθήκευσης ενέργειας μαγνητικού πεδίου στο πηνίο είναι:

Ένας αντιστάτης διαρρέεται ταυτόχρονα από δύο εναλλασσόμενα ρεύματα που έχουν εντάσεις \[i_1=i_2=I\, ημωt\]. Η ενεργός ένταση του συνολικού ρεύματος που διαρρέει το σύρμα είναι:

Ακλόνητος ευθύγραμμος αγωγός (1) μεγάλου μήκους διαρρέεται από σταθερό ρεύμα έντασης \[Ι_1\]. Αγωγός ΚΛ έχει μήκος \[\ell\], είναι παράλληλος με τον αγωγό (1) και αρχικά ηρεμεί σε απόσταση \[r_0\] απ’ τον αγωγό αυτό. Την \[t=0\] ο αγωγός ΚΛ αρχίζει να απομακρύνεται με σταθερή ταχύτητα μέτρου \[υ\] παραμένοντας συνεχώς παράλληλος με τον αγωγό (1) όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Η μαγνητική διαπερατότητα του κενού είναι \[μ_0\]. Κατά την κίνηση του αγωγού ΚΛ δημιουργείται σ’ αυτόν ΗΕΔ λόγω επαγωγής που έχει τιμή \[ \mathcal{ E }_{επ}\] ίση με:

Το πηνίο στο παρακάτω κύκλωμα έχει συντελεστή αυτεπαγωγής \[L\], ωμική αντίσταση \[R\] και συνδέεται με πηγή σταθερής ΗΕΔ \[Ε\] και εσωτερικής αντίστασης \[r=R\]. Αν κλείσουμε τον διακόπτη \[δ\] του κυκλώματος η μέγιστη ενέργεια που αποθηκεύεται στο μαγνητικό πεδίο του πηνίου είναι ίση με \[U_0\]. Αντικαθιστούμε το πηνίο με άλλο το οποίο έχει τον ίδιο συντελεστή αυτεπαγωγής και διπλάσια αντίσταση και κλείνουμε πάλι τον διακόπτη. Η μέγιστη ενέργεια που αποθηκεύεται στο μαγνητικό πεδίο του πηνίου είναι ίση με:

Τα παρακάτω πλαίσια \[(1),\, (2)\] του παρακάτω σχήματος εισέρχονται με ταχύτητες μέτρων \[υ_1,\, υ_2\] μέσα στο ίδιο ομογενές μαγνητικό πεδίο για τα οποία ισχύει \[υ_1=2υ_2\]. Τα πλαίσια έχουν πλευρές \[α_1=α\] και \[α_2=2 α\] και οι ταχύτητές τους είναι κάθετες στις δυναμικές γραμμές του πεδίου και τις πλευρές των πλαισίων που πρώτα αυτές εισέρχονται στο πεδίο. Τα πλαίσια αποτελούνται από μια σπείρα και είναι ομογενή απ’ το ίδιο ομογενές και ισοπαχές σύρμα. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή;

Η σφαιρική επιφάνεια του παρακάτω σχήματος είναι τοποθετημένη μέσα σε μαγνητικό πεδίο. Ποια απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή;

Ο αγωγός ΚΛ του παρακάτω σχήματος έχει μήκος \[\ell\] και αντίσταση \[R\], κινείται με ταχύτητα μέτρου \[υ_0\] διατηρώντας συνεχώς τα άκρα του σε επαφή με τους δύο παράλληλους αγωγούς \[Αx_1\] και \[Γx_2\] που είναι μεγάλου μήκους και αμελητέας αντίστασης. Την \[t=0\] ασκώ στον αγωγό ΚΛ σταθερή δύναμη μέτρου \[F\] ομόρροπη της \[υ_0\] και σε λίγο αυτός αποκτά οριακή ταχύτητα μέτρου \[υ_{ορ}\]. Αν για τα μέτρα των ταχυτήτων ισχύει \[υ_{ορ}<υ_0\], ποια απ’ τις παρακάτω σχέσεις είναι σωστή;