Τεστ στην Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (Επίπεδο δυσκολίας: Μέτριο)

Το σωληνοειδές Σ του παρακάτω σχήματος περιέχει στο εσωτερικό του πυρήνα από μαλακό σίδηρο και ο άξονάς του ταυτίζεται με τον άξονα του ραβδόμορφου μαγνήτη. Το σωληνοειδές διαρρέεται από επαγωγικό ρεύμα που έχει τη φορά του σχήματος. Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση.

Οι ρευματοδότες της ηλεκτρικής εγκατάστασης στα σπίτια μας λέμε ότι δίνουν τάση \[220 V\]. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Η τιμή αυτή αναφέρεται :

Το τετράγωνο πλαίσιο του παρακάτω σχήματος έχει εμβαδόν \[S\], βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[B\] και οι δυναμικές γραμμές σχηματίζουν με το επίπεδό του γωνία \[θ=30^0\]. Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση. Η μαγνητική ροή που διέρχεται απ’ το πλαίσιο έχει απόλυτη τιμή:

Στο παρακάτω σχήμα ο μαγνήτης την \[t=0\] αρχίζει να κινείται στη διεύθυνση κοινού άξονα σωληνοειδούς μαγνήτη πλησιάζοντας το σωληνοειδές και ακινητοποιείται τη στιγμή \[t_1\] που δεν έχει έρθει ακόμα σε επαφή με το άκρο Κ του σωληνοειδούς. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Δύο όμοιοι κατακόρυφοι ραβδόμορφοι μαγνήτες \[Μ_1\] και \[Μ_2\] βρίσκονται σε ύψος \[h\] απ’ το οριζόντιο έδαφος και πάνω από δύο ακλόνητους μεταλλικούς κυκλικούς δακτυλίους \[Δ_1,\, Δ_2\] αντίστασης \[R\] ο καθένας. Ο \[Δ_1\] είναι κλειστός ενώ ο \[Δ_2\] παρουσιάζει μια εγκοπή. Οι άξονες των μαγνητών \[Μ_1 ,\, Μ_2\] περνούν απ’ τα κέντρα των δακτυλίων \[Δ_1,\, Δ_2\] αντίστοιχα. Οι δακτύλιοι με κατάλληλο μηχανισμό διατηρούνται ακίνητοι.

Το πλάτος μιας εναλλασσόμενης τάσης:

Στα άκρα ενός αντιστάτη εφαρμόζεται αρμονικά εναλλασσόμενη τάση και ο αντιστάτης διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα. Τα μεγέθη στιγμιαία τάση \[v\] και στιγμιαία ένταση \[i\] έχουν:

Δύο πανομοιότυποι μαγνήτες (1), (2) έχουν τους άξονές τους κατακόρυφους και αυτοί διέρχονται απ’ τα κέντρα πανομοιότυπων μεταλλικών δακτυλίων (1), (2) που κρατούνται ακίνητοι. Ο δακτύλιος (1) είναι κλειστός ενώ ο (2) παρουσιάζει μικρή εγκοπή. Οι μαγνήτες αφήνονται απ’ το ίδιο ύψος h απ’ το οριζόντιο έδαφος όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Οι αντιστάσεις του αέρα θεωρούνται αμελητέες. Αν ο μαγνήτης \[(1)\] φτάνει σε χρονικό διάστημα \[Δt_1\] στο έδαφος απ’ τη στιγμή που τον αφήσαμε και ο μαγνήτης \[(2)\] σε \[Δt_2\] αντίστοιχα, τότε ισχύει:

Το συρμάτινο κυκλικό πλαίσιο του παρακάτω σχήματος βρίσκεται εξ’ ολοκλήρου μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο του πλαισίου και έχουν τη φορά του σχήματος. Την \[t=0\] το μέτρο της \[\vec{B}\] αρχίζει να μειώνεται μέχρι την \[t_1\] που μηδενίζεται ενώ αμέσως μετά η \[\vec{B}\] αντιστρέφει τη φορά της και το μέτρο της αρχίζει να αυξάνεται μέχρι τη στιγμή \[t_2\] που το διάνυσμα της \[\vec{Β}\] σταθεροποιείται. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή;

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:

Αντιστάτης διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα με ένταση της μορφής \[i=I\, ημωt\] που αρχίζει να τον διαρρέει την \[t=0\]. Τη στιγμή \[t_1\] η ένταση γίνεται \[\frac{Ι}{2}\] για πρώτη φορά μετά την \[t=0\] και την \[t_2\] γίνεται \[–\frac{Ι}{2}\] για πρώτη φορά μετά την \[t=0\]. Αν ισχύει \[t_2-t_1=10\, ms\], τότε ο χρόνος μεταξύ δύο διαδοχικών μηδενισμών της έντασης του ρεύματος είναι:

Ο ευθύγραμμος αγωγός ΚΛ του παρακάτω σχήματος έχει μήκος \[\ell\]. Ο αγωγός βρίσκεται πάνω σε οριζόντιους παράλληλους αγωγούς \[Αx_1\] και \[Γx_2\] μεγάλου μήκους και μηδενικής αντίστασης με διεύθυνση κάθετη σ’ αυτούς. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο που δημιουργούν οι αγωγοί. Οι αγωγοί \[Αx_1\] και \[Γx_2\] συνδέονται με άλλους παράλληλους ρευματοφόρους αγωγούς αμελητέας αντίστασης που η μεταξύ τους απόσταση είναι \[ΝΖ=\frac{\ell}{3}\]. Ο αγωγός ΚΛ έχει αντίσταση \[R\] και αποτελείται από ομογενές και ισοπαχές σύρμα ενώ τα άκρα Α και Γ παράλληλων αγωγών συνδέονται με αντιστάτη αντίστασης \[R\]. Ο αγωγός κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου \[υ\] παραμένοντας συνεχώς κάθετος σ’ όλους τους παράλληλους αγωγούς. Ο λόγος των επαγωγικών τάσεων \[V_{ΚΛ}\] στη θέση (1) (Θ1) και \[V_{NZ}\] στη θέση (2) (Θ2) είναι \[ \frac{ V_{ΚΛ} }{ V_{NZ} }\] :

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Η παραγωγή εναλλασσόμενης τάσης οφείλεται στο φαινόμενο:

Δύο όμοιοι αντιστάτες συνδέονται παράλληλα και στα άκρα τους εφαρμόζεται συνεχώς σταθερή τάση \[V_Σ\]. Συνδέουμε τους δύο αντιστάτες σε σειρά και στα άκρα του συστήματός τους εφαρμόζουμε εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=V\, ημωt\]. Η συνολική θερμότητα και στις δύο περιπτώσεις είναι ίδια. Για την ενεργό τιμή της εναλλασσόμενης τάσης ισχύει:

Ποια απ’ της επόμενες προτάσεις είναι σωστή; Αν σ’ ένα ανοικτό πλαίσιο παραγωγής εναλλασσόμενης τάσης διπλασιάσω το μέτρο της γωνιακής συχνότητάς του, τότε για το χρόνο \[Δt\] που απαιτείται για μια πλήρη εναλλαγή της τάσης και το πλάτος της \[V\] ισχύει:

Αν διπλασιάσουμε τον αριθμό των σπειρών ενός πηνίου χωρίς να μεταβάλλουμε το μήκος του τότε ο συντελεστής αυτεπαγωγής του πηνίου :

Ανοικτό αγώγιμο πλαίσιο σχήματος ορθογωνίου παραλληλογράμμου αποτελείται από \[Ν\] σπείρες εμβαδού \[Α\] η καθεμία. Το πλαίσιο βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\]. Την \[t=0\] το επίπεδο του πλαισίου είναι κάθετο στις δυναμικές γραμμές του και το πλαίσιο αρχίζει να στρέφεται γύρω από άξονα κάθετο στις δυναμικές του γραμμές με σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[ω\]. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Το πλάτος της εναλλασσόμενης τάσης στα άκρα του πλαισίου:

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:

Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται το συρμάτινο πλαίσιο ΚΛΜΝ σχήματος τετραγώνου πλευράς \[α\] που βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[B\] έτσι ώστε το επίπεδό του να είναι παράλληλο στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Το πλαίσιο αποτελείται από \[Ν\] σπείρες. Σε χρονικό διάστημα \[Δt\] στρέφουμε το πλαίσιο κατά \[90^0\] ως προς άξονα \[x' x\] που είναι παράλληλος στις δυναμικές γραμμές του πεδίου και περνά απ’ τα μέσα των πλευρών ΚΝ και ΛΜ. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Στο χρονικό διάστημα \[Δt\] εμφανίζεται στο πλαίσιο μέση επαγωγική ΗΕΔ που έχει απόλυτη τιμή:

Αντιστάτης \[R\] διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα που η έντασή του έχει τη μορφή \[i=6\, ημωt\] (S.I.). Στο παρακάτω διάγραμμα φαίνεται η μεταβολή της στιγμιαίας ισχύος που καταναλώνει ο αντιστάτης σε συνάρτηση με το χρόνο.

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 \[Β\]. Για να γίνει η διαφορά δυναμικού \[V_{ΟΓ}\] μηδενική πρέπει η ράβδος να στρέφεται ως προς κατακόρυφο άξονα που διέρχεται απ’ το σημείο της Κ' για το οποίο η απόσταση ΟΚ' είναι:

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:

Σε ανοικτό πλαίσιο παραγωγής εναλλασσόμενης τάσης, δημιουργείται στα άκρα του εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=10\sqrt{2}\, ημ50πt \] (S.I.). Ο αριθμός πλήρων περιστροφών του πλαισίου σε χρόνο \[Δt=3\, sec\] είναι:

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:

Ένα σύρμα διαρρέεται ταυτόχρονα από δύο εναλλασσόμενα ρεύματα που έχουν εντάσεις \[i_1=3I\sqrt{2}\, ημωt\] και \[i_2=I \sqrt{2} ημ(ωt+π)\] αντίστοιχα. Η ενεργός ένταση του συνολικού ρεύματος που διαρρέει το σύρμα είναι:

Για να λειτουργεί κανονικά μια συσκευή, πρέπει να διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα περιόδου \[0,02\, s\] και έχει χαρακτηριστικά στοιχεία κανονικής λειτουργίας \[220\, V/ 11\, W\] . Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Για να λειτουργεί κανονικά η συσκευή πρέπει στα άκρα της να εφαρμόσουμε εναλλασσόμενη τάση με εξίσωση:

Δύο ανοικτά τετράγωνα συρμάτινα πλαίσια \[1,\, 2\] έχουν πλευρές \[α_1,\, α_2\] αντίστοιχα με \[α_1=2 α_2\] και \[N_1,\, N_2\] σπείρες με \[Ν_2=2Ν_1\]. Τα πλαίσια βρίσκονται μέσα στο ίδιο ομογενές μαγνητικό πεδίο και στρέφονται με σταθερές γωνιακές ταχύτητες \[ω_1,\, ω_2\] με \[ω_2=2ω_1\]. Οι άξονες περιστροφής τους είναι κάθετοι στις δυναμικές γραμμές του ομογενούς μαγνητικού πεδίου και περνούν απ’ τα μέσα των απέναντι πλευρών του κάθε πλαισίου. Για τον λόγο των πλατών \[ \frac{ V_1 } { V_2 } \] των τάσεων στα άκρα των δύο πλαισίων ισχύει:

Ο ευθύγραμμος αγωγός του παρακάτω σχήματος έχει μήκος \[\ell \] και αντίσταση \[R\] και μπορεί να κινείται χωρίς τριβές έχοντας στα άκρα του συνεχώς σε επαφή με τους λείους ευθύγραμμους παράλληλους λείους αγωγούς \[Αx\] και \[Γy\] που έχουν μεγάλο μήκος και αμελητέα αντίσταση. Το επίπεδο των δύο αγωγών βρίσκεται μέσα σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο των αγωγών. Αρχικά ο αγωγός είναι ακίνητος. Ασκούμε στο κέντρο του οριζόντια σταθερή δύναμη μέτρου \[F\] κάθετη στη διεύθυνσή του και αυτός αρχίζει να κινείται παράλληλα στους αγωγούς \[Αx\] και \[Γy\] με τα άκρα του να μένουν πάντα σ’ επαφή με αυτόν. Ποια απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή; O αγωγός ΚΛ εκτελεί:

Οι κυκλικοί οριζόντιοι ομοεπίπεδοι και ομόκεντροι αγωγοί του παρακάτω σχήματος έχουν κέντρο το Ο και ακτίνες \[\frac{\ell}{3}\], \[\ell\] αντίστοιχα και τα άκρα τους Κ, Λ γεφυρώνονται με αντιστάτη \[R_1\] αντίστασης \[R_1=\frac{R}{3}\]. Μεταλλική ράβδος ΟΓ μήκους \[\ell\] και αντίστασης \[R\] στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα μέτρου \[ω\] πάνω στο επίπεδο των δύο αγωγών έχοντας το σημείο Δ και το άκρο της Γ συνεχώς σε επαφή με αυτούς. Η ράβδος κατά την κίνησή της δεν δέχεται καμία τριβή. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\]. Για να διατηρείται σταθερή η γωνιακή ταχύτητα της ράβδου της ασκούμε στο άκρο της Γ οριζόντια δύναμη μέτρου \[F\] που είναι συνεχώς κάθετη στη ράβδο. Το μέτρο της δύναμης \[\vec{F}\] είναι:

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: