Τεστ στην Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (Επίπεδο δυσκολίας: Μέτριο)

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;

Μια συνεχής σταθερή τάση \[V_Σ\] δημιουργεί στον αντιστάτη \[R\] ίδια θερμικά αποτελέσματα με αυτά που δημιουργεί μια ημιτονοειδής εναλλασσόμενη τάση ενεργού τιμής \[V_{εν}\] σε μια αντίσταση \[4R\] στο ίδιο χρονικό διάστημα. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Ο λόγος \[ \frac{ V_{εν} }{ V_{Σ} }\] είναι:

Το κυκλικό ανοικτό μεταλλικό πλαίσιο του παρακάτω σχήματος βρίσκεται ολόκληρο μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] που είναι κάθετη στο επίπεδο του πλαισίου όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Το μέτρο της έντασης του πεδίου αρχίζει να αυξάνεται για χρονική διάρκεια \[Δt\] χωρίς ν’ αλλάξει η κατεύθυνσή της. Ποιες από τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές; Στη χρονική διάρκεια \[Δt\]:

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:

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:

Το κυκλικό πλαίσιο του παρακάτω σχήματος βρίσκεται ακλόνητο με το επίπεδό του κατακόρυφο μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}_1\] που η κατεύθυνσή της φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Το πλαίσιο αποτελείται από \[N\] σπείρες που η καθεμιά έχει αντίσταση \[R\]. Το πλαίσιο συνδέεται μέσω αβαρών συρμάτων αμελητέας αντίστασης με δύο κατακόρυφους αγωγούς \[y_1 y_1'\] και \[y_2 y_2'\] που και αυτοί έχουν αμελητέα αντίσταση. Ευθύγραμμος αγωγός ΑΓ είναι κάθετος στους κατακόρυφους αγωγούς και τα άκρα του Α, Γ είναι σε επαφή με αυτούς. Οι τριβές μεταξύ του αγωγού ΑΓ και των κατακόρυφων αγωγών θεωρούνται αμελητέες. Ο αγωγός ΑΓ βρίσκεται σε οριζόντιο ομογενές μαγνητικό πεδίο σταθερής έντασης \[\vec{B}_2\] που η φορά της φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Ο αγωγός ΑΓ έχει στερεωθεί απ’ το κέντρο του στο άκρο κατακόρυφου ιδανικού ελατηρίου σταθεράς \[k\] που το άλλο άκρο του είναι στερεωμένο σε οροφή. Όταν η ένταση του μαγνητικού πεδίου \[\vec{Β}_1\] αρχίζει να μεταβάλλει το μέτρο της με σταθερό ρυθμό \[\left| \frac{ΔΒ_1}{Δt} \right|=λ\] χωρίς να μεταβάλλεται η φορά της, ο αγωγός ΑΓ ισορροπεί και το ελατήριο είναι συσπειρωμένο κατά \[Δ\ell\]. Ο αγωγός ΑΓ έχει αντίσταση \[R_1=NR\], μήκος \[\ell=2α\] και μάζα \[m\] ενώ το μέτρο της επιτάχυνσης της βαρύτητας είναι \[g\].

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:

Στο παρακάτω κύκλωμα το πηνίο είναι ιδανικό με συντελεστή αυτεπαγωγής \[L\], η πηγή έχει ΗΕΔ \[Ε\] και εσωτερική αντίσταση \[r=R\], ενώ ο αντιστάτης \[R_1\] έχει αντίσταση \[4R\]. Ο μεταγωγός \[μ\] βρίσκεται στη θέση Α και η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου στο πηνίο έχει σταθερή τιμή \[U\]. Την \[t=0\] μεταφέρουμε το μεταγωγό \[μ\] στη θέση Β χωρίς να δημιουργηθεί σπινθήρας. Τη χρονική στιγμή \[t_1\] ο ρυθμός μείωσης της έντασης του ρεύματος στο κύκλωμα είναι \[\left| \frac{di}{dt}\right|= \frac{E }{ 10L}\]. Τη χρονική στιγμή \[t_1\] η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου του πηνίου είναι \[U_1\]. Ο λόγος \[\frac{U}{U_1}\] είναι:

Κλειστό μεταλλικό πλαίσιο έχει αντίσταση R και βρίσκεται εξ’ ολοκλήρου μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο. Η μεταβολή της μαγνητικής ροής του πλαισίου με το χρόνο φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα. Ποιες απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές;

Μια θερμική συσκευή έχει χαρακτηριστικά λειτουργίας \[220\, V / 110\, W\]. Ποια απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή; Αν στα άκρα της συσκευής εφαρμόσουμε εναλλασσόμενη τάση πλάτους \[220\, V\]:

Αντιστάτης συνδέεται με πηγή εναλλασσόμενης τάσης και διαρρέεται από ρεύμα που η έντασή του έχει τη μορφή \[i=I\, ημωt\]. Αν \[P_{max}\] είναι η μέγιστη στιγμιαία ισχύς που καταναλώνει ο αντιστάτης και \[\bar{P}\] η μέση ισχύς του, τότε ισχύει:

Στο παρακάτω σχήμα η μεταλλική ράβδος ΟΓ έχει αντίσταση \[R\], στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα μέτρου \[ω\] σε οριζόντιο επίπεδο και το σημείο της Δ και το άκρο της Γ είναι συνεχώς σε επαφή με ομόκεντρους οριζόντιους κυκλικούς αγωγούς ακτίνας \[α_1=α\] και \[α_2=3α\] αντίστοιχα που έχουν ίδιο κέντρο το σημείο Ο και αμελητέα αντίσταση. Τα άκρα Κ και Λ συνδέονται με συσκευή Σ αντίστασης \[R_Σ=R\]. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται μέσα σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\]. Η συσκευή διαρρέεται από επαγωγικό ρεύμα και λειτουργεί κανονικά. Η τάση κανονικής λειτουργίας της συσκευής είναι:

Μια ηλεκτρική θερμάστρα συνδέεται από οικιακό ηλεκτροδότη, η τάση στα άκρα του οποίου δίνεται απ’ τη χρονοεξίσωση \[v=220\sqrt{2} ημ100πt\] (S.I.). Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

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:

Αν διπλασιαστεί το ρεύμα που διαρρέει ένα πηνίο, η αποθηκευμένη στο πηνίο ενέργεια :

Δύο ευθύγραμμοι λεπτοί μεταλλικοί αγωγοί ΟΑ και ΟΓ στρέφονται στο ίδιο επίπεδο γύρω από άξονα που διέρχεται απ’ το κοινό άκρο Ο και είναι κάθετος σ’ αυτούς με την ίδια σταθερή γωνιακή ταχύτητα κατά μέτρο και φορά. Οι αγωγοί έχουν μήκη \[\ell_{OA}\, , \, \ell_{ΟΓ} \] αντίστοιχα με \[\ell_{OA}=\frac{\ell_{ΟΓ} }{ 2 }\] και βρίσκονται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο περιστροφής τους. Ποια απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή; Για τις επαγωγικές ΗΕΔ που δημιουργούνται στους αγωγούς ισχύει:

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Αντιστάτης διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα της μορφής \[i=I\, ημωt\]. Σε μια περίοδο του εναλλασσόμενου ρεύματος η στιγμιαία ισχύς που καταναλώνει ο αντιστάτης είναι ίση με τη μέση ισχύ:

Το συρμάτινο πλαίσιο ΚΛΜΝ σχήματος ορθογωνίου παραλληλογράμμου του παρακάτω σχήματος αρχικά βρίσκεται έξω απ’ το ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] και αρχίζει να εισέρχεται σε αυτό με σταθερή ταχύτητα \[υ\] που έχει διεύθυνση κάθετη στις δυναμικές γραμμές του πεδίου και στην πλευρά ΛΜ όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Στη διάρκεια εισόδου του πλαισίου στο μαγνητικό πεδίο:

Δύο αντιστάτες \[(1),\, (2)\] είναι συνδεδεμένοι παράλληλα και έχουν αντιστάσεις \[R_1,\, R_2=2R_1\] αντίστοιχα. Στα κοινά άκρα τους εφαρμόζεται εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=V\, ημωt\]. Αν \[\bar{P}_1, \bar{ P}_2\] είναι η μέση ισχύς που καταναλώνει ο κάθε αντιστάτης αντίστοιχα, τότε ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι η σωστή;

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

Αντιστάτης αντίστασης \[R\] συνδέεται από εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=V\, ημωt\] και διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα στιγμιαίας έντασης \[i\]. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Στο παρακάτω σχήμα ο ραβδόμορφος μαγνήτης αρχίζει να πλησιάζει το πηνίο με ταχύτητα που έχει τη διεύθυνση αυτή του κοινού τους άξονα. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

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:

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:

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 \[R\]:

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 \[ \frac{ V_{ΚΛ} }{ V_{NZ} }\] :

Το πλαίσιο ΚΛΜΝ σχήματος ορθογωνίου παραλληλογράμμου βρίσκεται ολόκληρο και ακίνητο μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] που έχει σταθερή φορά και η διεύθυνσή της είναι κάθετη στο επίπεδο του πεδίου όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Το πλαίσιο διαρρέεται από επαγωγικό ρεύμα για χρονική διάρκεια \[Δt\] που η φορά τους φαίνεται στο σχήμα. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Στη χρονική διάρκεια \[Δt\]:

Αντιστάτης με αντίσταση \[R\] έχει στα άκρα του εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=V\, ημωt\] και διαρρέεται από ρεύμα που η έντασή του έχει τη μορφή \[i=I\, ημωt\]. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Η θερμότητα \[Q\] που εκλύεται απ’ τον αντιστάτη σε χρόνο \[Δt\] σύμφωνα με το νόμο του Joule δίνεται απ’ τη σχέση:

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;

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