Τεστ στην Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (Επίπεδο δυσκολίας: Μέτριο)

Στο παρακάτω σχήμα το σωληνοειδές και ο ραβδόμορφος μαγνήτης έχουν κοινό άξονα και ένα γαλβανόμετρο μετρά την ένταση του ρεύματος που διαρρέει το πηνίο. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Το κυκλικό ορθογώνιο πλαίσιο του παρακάτω σχήματος βρίσκεται ολόκληρο και ακίνητο μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδό του. Σε χρονικό διάστημα \[Δt\] αυξάνω το μέτρο της έντασης \[\vec{B}\] από \[Β_0\] σε \[Β_1\] και κατόπιν η \[\vec{B}\] σταθεροποιείται ξανά. Ποιες απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές;

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;

Τα πλαίσια \[Π_1,\, Π_2\] του παρακάτω σχήματος έχουν πλευρές \[α_1,\, α_2\] με \[α_1=2α_2\] και αριθμό σπειρών \[Ν_1,\, Ν_2\] με \[Ν_1=2Ν_2\]. Τα πλαίσια βρίσκονται ακλόνητα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[B_0\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδό τους και έχουν φορά απ’ τον αναγνώστη προς τη σελίδα. Την \[t=0\] το μέτρο της έντασης αρχίζει να αυξάνεται σύμφωνα με τη σχέση \[Β=Β_0+λt\] όπου \[λ\] θετική σταθερά.

Πλαίσιο σχήματος ορθογωνίου παραλληλογράμμου αποτελείται από \[Ν\] σπείρες εμβαδού \[Α\] η καθεμία. Το πλαίσιο βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[B\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο του πλαισίου. Την \[t=0\] το πλαίσιο αρχίζει να στρέφεται ως προς άξονα κάθετο στις δυναμικές γραμμές που διέρχεται από τα μέσα των δύο απέναντι πλευρών του πλαισίου με σταθερή γωνιακή ταχύτητα. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Η επαγωγική HΕΔ που δημιουργείται στο πλαίσιο έχει χρονοεξίσωση:

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Το φαινόμενο Joule παρατηρείται σ’ έναν αντιστάτη:

Ο ευθύγραμμος αγωγός ΚΛ του παρακάτω σχήματος έχει τα άκρα του σε επαφή με τους λείους κατακόρυφους αγωγούς \[Αy_1\] και \[Γy_2\] που είναι μεγάλου μήκους και αμελητέας αντίστασης. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο που δημιουργεί ο αγωγός. Αφήνουμε τον αγωγό ΚΛ ελεύθερο να κινηθεί απ’ την ηρεμία. Αυτός αρχίζει να κατέρχεται χωρίς τα άκρα του να χάνουν την επαφή τους με τους αγωγούς \[Αy_1,\, Γy_2\]. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

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 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 κύκλωμα το πηνίο έχει αντίσταση \[R_π\], ο αντιστάτης αντίσταση \[R\] και η πηγή έχει ΗΕΔ \[Ε\] και εσωτερική αντίσταση \[r\]. Ισχύει ότι \[r=R_π=R\]. Την \[t_0=0\] κλείνουμε το διακόπτη \[δ\] και η ένταση του ρεύματος αρχίζει να αυξάνεται μέχρι να πάρει τη σταθερή τιμή \[I\]. Τη στιγμή που το ρεύμα έχει ένταση \[\frac{I}{2}\], τότε η ΗΕΔ από αυτεπαγωγή στο πηνίο:

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 \[U_1\]. Ο λόγος \[\frac{U }{ U_1}\] είναι:

Ο ευθύγραμμος αγωγός ΚΛ του παρακάτω σχήματος έχει τα άκρα του σε επαφή και είναι κάθετος με τους λείους κατακόρυφους παράλληλους ευθύγραμμους \[Αy_1\] και \[Γy_2\] που είναι μεγάλου μήκους και αμελητέας αντίστασης. Το σύστημα των τριών αγωγών βρίσκεται σε οριζόντιο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] που οι δυναμικές του γραμμές είναι κάθετες στο επίπεδο που δημιουργούν οι τρεις αγωγοί. Την \[t=0\] δίνουμε μια αρχική ταχύτητα \[υ_0\] κατακόρυφη προς τα πάνω και ο αγωγός αρχίζει να ανέρχεται κατακόρυφα και τα άκρα του διατηρούνται σε επαφή με τους κατακόρυφους αγωγούς. Τη χρονική στιγμή \[t_1\] ο αγωγός ακινητοποιείται στιγμιαία και κατόπιν αρχίζει να κατέρχεται κατακόρυφα με τον ίδιο τρόπο. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Το μεταλλικό πλαίσιο του παρακάτω σχήματος περιστρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[Β\] ως προς άξονα που είναι παράλληλος στις δυναμικές γραμμές και περνά από τα μέσα δύο απέναντι πλευρών του. Ποια από τις παρακάτω σχέσεις είναι σωστή; H ΗΕΔ από επαγωγή που δημιουργείται στο πλαίσιο είναι:

Ποια απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή; Σύμφωνα με το νόμο της επαγωγής (Faraday), η ΗΕΔ από επαγωγή που δημιουργείται σ’ ένα πηνίο:

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 οι δύο αντιστάτες έχουν αντιστάσεις \[R_1=6R\] και \[R_2=2R\] αντίστοιχα ενώ το πηνίο έχει συντελεστή αυτεπαγωγής \[L\] και αντίσταση \[R_π=R\]. Η πηγή έχει ΗΕΔ \[Ε\] και εσωτερική αντίσταση \[r=R_π\]. Ο διακόπτης \[δ\] είναι κλειστός και οι κλάδοι του κυκλώματος διαρρέονται από ρεύματα σταθερής έντασης. Τη χρονική στιγμή \[t_0=0\] ανοίγω το διακόπτη \[δ\] χωρίς να δημιουργηθεί σπινθήρας. Τη χρονική στιγμή \[t_1\] ο ρυθμός μείωσης της έντασης του ρεύματος στο πηνίο είναι \[\left| \frac{di }{ dt} \right|= \frac{E }{2L} \]. Από τη χρονική στιγμή \[t=0\] ως τη στιγμή \[t_1\], η θερμότητα που έχει εκλυθεί από όλους τους αντιστάτες του κυκλώματος είναι:

Μεταλλική ράβδος ΟΓ μήκους \[\ell\] στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα μέτρου \[ω\] σε οριζόντιο επίπεδο γύρω από κατακόρυφο άξονα που διέρχεται από το σημείο της Κ για το οποίο ισχύει \[ΟΚ=\frac{\ell }{ 3 }\]. Η ράβδος βρίσκεται μέσα σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\]. Η διαφορά δυναμικού \[V_{ΓΟ}\] μεταξύ των άκρων της ράβδου είναι:

Δυο πηνία \[(1)\] και \[(2)\] με συντελεστές αυτεπαγωγής \[L_1\] και \[L_2\] αντίστοιχα διαρρέονται από ρεύμα το οποίο μεταβάλλεται με τον ίδιο σταθερό ρυθμό. Στο πηνίο \[(1)\] επάγεται ΗΕΔ αυτεπαγωγής \[\mathcal{E}_{ΑΥΤ_1}\] ενώ στο \[(2)\] ΗΕΔ αυτεπαγωγής \[\mathcal{E}_{ΑΥΤ_2 }\]. Αν ισχύει ότι \[\mathcal{E}_{ΑΥΤ_1 }=3 \mathcal{E}_{ΑΥΤ_2}\] τότε το πηλίκο \[\frac{L_1}{L_2}\] θα είναι ίσο με:

Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Μια θερμική συσκευή που λειτουργεί με εναλλασσόμενη τάση αναγράφει τα στοιχεία "\[400W,\, 200V\]". Αυτό σημαίνει ότι για να λειτουργεί κανονικά η συσκευή:

Το ορθογώνιο μεταλλικό πλαίσιο αποτελείται από \[Ν\] σπείρες. Την \[t=0\] το πλαίσιο βρίσκεται στο όριο ΑΓ κατακόρυφου ομογενούς μαγνητικού πεδίου έντασης μέτρου \[B\] και κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου \[υ_1\] που έχει κατεύθυνση κάθετη στις δυναμικές γραμμές του πεδίου και κάθετη στο όριο ΑΓ του πεδίου. Σε χρονική στιγμή \[Δt_1\], το πλαίσιο μπαίνει εξ’ ολοκλήρου στο ομογενές μαγνητικό πεδίο. Επαναλαμβάνουμε το ίδιο πείραμα αλλά με σταθερή ταχύτητα με μέτρο \[υ_2 < υ_1\] ίδιας κατεύθυνσης με αυτήν της \[ \vec{υ}_1 \] και σε χρονικό διάστημα \[Δt_2\] το πλαίσιο μπαίνει ακριβώς το μισό πλαίσιο μέσα στο ομογενές μαγνητικό πεδίο. Στα χρονικά διαστήματα \[Δt_1,\, Δt_2\] το επαγωγικό φορτίο που περνά απ’ τη διατομή του πλαισίου είναι \[q_1,\, q_2\] αντίστοιχα για τα οποία ισχύει:

Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται η μεταβολή της μαγνητικής ροής ενός συρμάτινου πλαισίου σε συνάρτηση με το χρόνο. Το συρμάτινο πλαίσιο έχει αντίσταση \[R\]. Ποιες απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές;

Συρμάτινο πλαίσιο βρίσκεται ακίνητο μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδό του. Η μεταβολή της αλγεβρικής τιμής της έντασης \[\vec{B}\] του μαγνητικού πεδίου φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Η επαγωγική ΗΕΔ που δημιουργείται στο πλαίσιο:

Επίπεδη επιφάνεια βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο. Ποιες απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές; Η μαγνητική ροή που διέρχεται απ’ την επιφάνεια αυτή εξαρτάται:

Ένα σωληνοειδές πηνίο όταν διαρρέεται από ρεύμα του οποίου η ένταση μεταβάλλεται με σταθερό ρυθμό \[λ_1\] η ΗΕΔ αυτεπαγωγής στο πηνίο είναι ίση με \[\mathcal{E}_{ΑΥT_1}\]. Όταν το ίδιο πηνίο διαρρέεται από ρεύμα του οποίου η ένταση μεταβάλλεται με σταθερό ρυθμό \[λ_2=4λ_1\] η ΗΕΔ αυτεπαγωγής που εμφανίζεται είναι ίση με \[\mathcal{E}_{ΑΥΤ _2}\]. Το πηλίκο \[\frac{\mathcal{E}_{ΑΥΤ_1} }{\mathcal{E}_{ΑΥΤ_2} }\] είναι ίσο με:

Ποιο από τα επόμενα τέσσερα διαγράμματα δείχνει πως μεταβάλλεται με τον χρόνο η ένταση του ρεύματος του παρακάτω κυκλώματος μετά την ακαριαία μεταφορά του μ από το Α στο Β.

Ο κυκλικός αγωγός έχει τοποθετηθεί κοντά σε ευθύγραμμο αγωγό μεγάλου μήκους. Οι δύο αγωγοί βρίσκονται στο ίδιο κατακόρυφο επίπεδο. Ο ευθύγραμμος αγωγός διαρρέεται από ρεύμα έντασης \[I\] που η φορά του φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Αυξάνουμε την ένταση \[I\] χωρίς ν’ αλλάξουμε τη φορά του ρεύματος στον ευθύγραμμο αγωγό. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή;

Στο παρακάτω σχήμα ο οριζόντιος άξονας του ραβδόμορφου μαγνήτη περνά απ’ το κέντρο του κυκλικού αγωγού που σ’ αυτόν έχει δημιουργηθεί εγκοπή. Ποια απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή; Αν ο μαγνήτης αρχίζει να κινείται προς τα δεξιά:

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. Αν προσθέσουμε δύο ολισθαίνουσες ψήκτρες, μία στην περιφέρειά του και μία στον άξονα περιστροφής του τότε ο δίσκος αυτός μπορεί να λειτουργεί:

Ποια απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή; Η αρμονικά εναλλασσόμενη τάση \[v\] που εφαρμόζεται στα άκρα ενός αντιστάτη και το αρμονικά εναλλασσόμενο ρεύμα που τον διαρρέει είναι μεγέθη συμφασικά ή αλλιώς λέμε ότι βρίσκονται σε φάση. Αυτό σημαίνει ότι:

Η ράβδος ΟΑ του παρακάτω σχήματος έχει μήκος \[\ell\] και αντίσταση \[R\] και στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[\vec{ω}\] σε οριζόντιο επίπεδο γύρω από κατακόρυφο άξονα που διέρχεται απ’ το άκρο της Ο. Το σημείο Γ της ράβδου που απέχει απ’ το Ο απόσταση \[ΟΓ=\frac{\ell}{4}\] βρίσκεται συνεχώς σε επαφή με την περιφέρεια κυκλικού οριζόντιου αγωγού κέντρου Ο ακτίνας \[\frac{\ell}{4}\] και αμελητέας αντίστασης που το επίπεδό του ταυτίζεται με το επίπεδο περιστροφής της ράβδου. Η ράβδος δεν δέχεται καμία τριβή κατά την κίνησή της. Το άκρο Ο γεφυρώνεται με το σημείο Κ της περιφέρειας του κυκλικού αγωγού με αντιστάτη αντίστασης \[R_1=R\]. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\]. Για να διατηρείται σταθερή η γωνιακή ταχύτητα της ράβδου ασκούμε στο άκρο Α της ράβδου οριζόντια δύναμη μέτρου \[F\] που είναι συνεχώς κάθετη στη ράβδο. Η ράβδος κατά την κίνησή της δέχεται δύναμη Laplace απ’ το μαγνητικό πεδίο μέτρου \[F_L\]. Αν η ράβδος δέχονταν τριβή απ’ τον κυκλικό αγωγό μέτρου \[Τ=F_L\], τότε ο λόγος \[\frac{F}{F_L}\] θα ήταν: