Τεστ στην Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (Επίπεδο δυσκολίας: Μέτριο)

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. Οι μαγνήτες φτάνουν στο έδαφος με κινητικές ενέργειες \[Κ_1,\, Κ_2\] αντίστοιχα. Ποια απ’ τις επόμενες σχέσεις είναι σωστή;

Ο αγωγός ΚΛ του παρακάτω σχήματος έχει μήκος \[\ell\] και κατέρχεται με σταθερή ταχύτητα μέτρου \[υ\] έχοντας τα άκρα του Κ, Λ σε επαφή με τους λείους ευθύγραμμους κατακόρυφους αγωγούς \[Αy_1\] και \[Γy_2\] παραμένοντας συνεχώς κάθετος σ’ αυτούς. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται σε οριζόντιο μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο των αγωγών. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

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;

Τα γειτονικά σωληνοειδή του παρακάτω σχήματος \[Σ_1,\, Σ_2\] έχουν αντιστάσεις \[R_{Σ_1 }, \, R_{Σ_2}\] και αρχικά ο διακόπτης δ είναι ανοικτός ενώ οι άξονες τους ταυτίζονται. Την \[t=0\] κλείνω το διακόπτη δ. Κατά το κλείσιμο του διακόπτη στο σωληνοειδές \[Σ_2\] δημιουργείται επαγωγικό ρεύμα που η φορά πάνω στον αντιστάτη \[R\]:

Δύο συρμάτινα ανοικτά τετραγωνικά πλαίσια \[(1), \, (2)\] έχουν ίσα εμβαδά και στρέφονται με την ίδια σταθερή γωνιακή ταχύτητα μέσα στο ίδιο ομογενές μαγνητικό πεδίο ως προς άξονα κάθετο στις δυναμικές γραμμές του που περνά από τα μέσα των δύο απέναντι πλευρών τους. Τα πλαίσια έχουν αριθμό σπειρών \[Ν_1,\, Ν_2\] αντίστοιχα. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Ο λόγος των πλατών των εναλλασσόμενων τάσεων στα άκρα των δύο πλαισίων \[ \frac{V_1}{V_2} \] είναι ίσος με

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Αν η ΗΕΔ που δημιουργείται στο πλαίσιο είναι της μορφής \[\mathcal{E}_{επ}=ΝωΒΑ ημωt\], τότε η τάση στα άκρα του είναι \[v=NωΒΑ ημωt\]:

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:

Πλαίσιο δημιουργίας εναλλασσόμενης τάσης συνδέεται με άκρα αντιστάτη. Η γωνιακή ταχύτητα περιστροφής του πλαισίου είναι \[200π\, \frac{rad}{s}\]. Η φορά του ρεύματος στον αντιστάτη αντιστρέφεται κάθε:

Αντιστάτης διαρρέεται ταυτόχρονα από δύο ρεύματα που το ένα είναι συνεχές σταθερής έντασης \[Ι\] και το άλλο εναλλασσόμενο που η έντασή του έχει χρονοεξίσωση \[i=I \sqrt{2} ημ \frac{ 2π }{ Τ } t\]. Σε χρόνο μιας περιόδου \[Τ\], το φορτίο που μετατοπίζεται από μια διατομή του αντιστάτη έχει απόλυτη τιμή:

Παρακάτω φαίνεται το διάγραμμα διαφόρων τάσεων με το χρόνο.

Ένας αντιστάτης διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα της μορφής \[i=I\, ημ \frac{2π}{Τ} t\]. Το συνολικό φορτίο που μετατοπίζεται από μια διατομή του σε χρονικό διάστημα \[2Τ\] είναι:

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:

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:

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:

Ένα πηνίο με συντελεστή αυτεπαγωγής \[L=0,6\, mH\] αποτελείται από \[300\] σπείρες. Το πηνίο διαρρέεται από ρεύμα σταθερής έντασης με τιμή ίση με \[2\, Α\]. Η μαγνητική ροή που διέρχεται από την κάθε σπείρα του πηνίου είναι

Το κυκλικό μεταλλικό 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 \[Δt\] μειώνουμε το μέτρο της έντασης του μαγνητικού πεδίου απ’ την τιμή \[B_0\] στην τιμή \[Β_1\] χωρίς ν’ αλλάξουμε την κατεύθυνση της \[\vec{B}\]. Αμέσως μετά, το διάνυσμα της \[\vec{B}\] σταθεροποιείται ξανά. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Οι οριζόντιοι παράλληλοι λείοι αγωγοί \[Αx_1\] και \[Γx_2\] είναι μεγάλου μήκους και αμελητέας αντίστασης . Το αμπερόμετρο έχει εσωτερική αντίσταση \[R\]. Η οριζόντια αγώγιμη ράβδος ΚΛ έχει μήκος \[\ell\] και αντίσταση \[R\]. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται μέσα σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[B\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο που σχηματίζουν οι αγωγοί. Την \[t=0\] δίνω στη ράβδο ΚΛ αρχική ταχύτητα \[\vec{υ}_0\] παράλληλα στους αγωγούς \[Αx_1\] και \[Γx_2\] και ταυτόχρονα ασκώ στο μέσο της σταθερή οριζόντια δύναμη μέτρου \[F\] ομόρροπη της \[υ_0\]. Το μέτρο της αρχικής ταχύτητας είναι \[υ_0=\frac{F 2R}{B^2 \ell^2 }\]. Η ράβδος ΚΛ κινείται με τα άκρα της Κ, Λ να είναι συνεχώς σε επαφή με τους παράλληλους αγωγούς. Στη διάρκεια της κίνησης της ράβδου η ένδειξη του αμπερομέτρου:

Ο κυκλικός αγωγός του παρακάτω σχήματος είναι μονωμένος εξωτερικά, στηρίζεται πάνω σε ευθύγραμμο οριζόντιο αγωγό μεγάλου μήκους έτσι ώστε μια διάμετρός του να ταυτίζεται με τη διεύθυνση του ευθύγραμμου αγωγού. Ο ευθύγραμμος αγωγός διαρρέεται από ρεύμα έντασης \[I\] που η φορά του φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Όταν μεταβάλλεται η ένταση του ρεύματος που διαρρέει τον ευθύγραμμο αγωγό χωρίς ν’ αλλάξουμε τη φορά του, τότε στη διάρκεια αυτή ο κυκλικός αγωγός:

Ο ευθύγραμμος αγωγός ΚΛ του παρακάτω σχήματος έχει τα άκρα του σε επαφή με δύο παράλληλους ευθύγραμμους οριζόντιους αγωγούς \[Αx_1\] και \[Γx_2\] που έχουν μεγάλο μήκος και αμελητέα αντίσταση. Την \[t=0\] ο αγωγός έχει αρχική ταχύτητα μέτρου \[υ_0\] παράλληλη στους δύο άλλους αγωγούς. Τη στιγμή αυτή ασκώ στον αγωγό σταθερή δύναμη \[F\] ομόρροπη της ταχύτητας. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[Β\] που οι δυναμικές γραμμές είναι κάθετες στο επίπεδο των αγωγών. Όταν ο αγωγός αποκτήσει την οριακή του ταχύτητα, μειώνουμε ακαριαία το μέτρο της δύναμης \[F\] στο μισό του διατηρώντας το κατόπιν σταθερό χωρίς ν’ αλλάξω την κατεύθυνση της \[F\]. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Αμέσως μετά την μείωση του μέτρου της \[F\], ο αγωγός ΚΛ:

Τα δύο πλαίσια \[(1),\, (2)\] του παρακάτω σχήματος έχουν εμβαδά \[S_1,\, S_2\] με \[S_2=2S_1\], ίδιο αριθμό σπειρών και ίδια αντίσταση \[R\]. Τα πλαίσια εισέρχονται στο ίδιο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[B\]. Το πλαίσιο \[(1)\] εισέρχεται στο πεδίο σε χρόνο \[Δt_1\] και το πλαίσιο \[(2)\] σε χρόνο \[Δt_2\] και ισχύει \[Δt_2=2Δt_1\]. Αν \[q_1,\, q_2\] τα επαγωγικά φορτία που περνούν απ’ τις διατομές των δύο πλαισίων αντίστοιχα και \[\bar{\mathcal{E}}_{επ_1 },\,\bar{\mathcal{ E }}_{επ_2 }\] οι μέσες ΗΕΔ που δημιουργούνται σ’ αυτά αντίστοιχα στη διάρκεια της εισαγωγής τους στο πεδίο, ποιες απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές;

Σε ένα ανοικτό πλαίσιο παραγωγής εναλλασσόμενης τάσης δημιουργείται στα άκρα του τάση που έχει χρονοεξίσωση \[v=V ημωt\]. Ποια απ’ της παρακάτω σχέσεις είναι σωστή; Αν διπλασιάσω τη συχνότητα περιστροφής του πλαισίου και ταυτόχρονα το μέτρο της έντασης του μαγνητικού πεδίου μέσα στο οποίο βρίσκεται το πλαίσιο, τότε η χρονοεξίσωση της τάσης γίνεται:

Ένα πηνίο με συντελεστή αυτεπαγωγής \[L\] διαρρέεται από ρεύμα μεταβλητής έντασης όπως απεικονίζεται στο σχήμα. Η απόλυτη τιμή της ΗΕΔ αυτεπαγωγής που επάγεται στο πηνίο είναι ίση με

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. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Αντιστάτης \[R\] τροφοδοτείται από εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=V\, ημωt\]. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Το πλαίσιο ΚΛΜΝ σχήματος ορθογωνίου παραλληλογράμμου του παρακάτω σχήματος είναι κατά ένα μέρος τοποθετημένο μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο του πλαισίου. Το πεδίο εκτείνεται σε μεγάλο μήκος. Μετακινούμε το πλαίσιο με ταχύτητα που είναι παράλληλη στις πλευρές ΚΝ και ΛΜ. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή;

Ο συντελεστής αυτεπαγωγής ενός πηνίου δεν εξαρτάται από:

Ο ραβδόμορφος μαγνήτης Μ μάζας \[m\] του παρακάτω σχήματος αφήνεται να πέσει κατακόρυφα από ύψος \[h\] απ’ το οριζόντιο έδαφος κατά τη διεύθυνση του άξονά του που περνά απ’ το κέντρο του ακλόνητου κυκλικού δακτυλίου Δ. Οι αντιστάσεις του αέρα θεωρούνται αμελητέες και η επιτάχυνση της βαρύτητας έχει μέτρο \[g\]. Όταν ο μαγνήτης φτάνει στο ύψος \[h'=\frac{h}{3}\] απ’ το έδαφος, η θερμότητα που έχει εκλυθεί απ’ τον αντιστάτη του Δ λόγω φαινομένου Joule είναι \[Q=\frac{mgh}{6}\]. Στο ύψος \[h'\] ο μαγνήτης έχει ταχύτητα:

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;

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:

Οι οριζόντιοι ευθύγραμμοι αγωγοί ΟΓ και ΟΑ έχουν μήκη \[\ell\] και \[\frac{\ell }{ 2 }\] αντίστοιχα και στρέφονται στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο με ίδια σταθερή γωνιακή ταχύτητα μέτρου \[ω\] γύρω από κατακόρυφο άξονα που διέρχεται απ’ το κοινό τους άκρο Ο. Το σύστημα των δύο αγωγών βρίσκεται μέσα σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\]. Η διαφορά δυναμικού \[V_{ΓΑ}\] μεταξύ των σημείων Γ, Α είναι ίση με: