Τεστ στην Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (Επίπεδο δυσκολίας: Μέτριο)

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:

Στο παρακάτω σχήμα οι δύο λαμπτήρες \[Λ_1\, ,\, Λ_2\] είναι όμοιοι και το πηνίο έχει αντίσταση \[R_π\]. Την \[t_0=0\] κλείνω το διακόπτη \[δ\]. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

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;

Ο ευθύγραμμος αγωγός ΚΛ του παρακάτω σχήματος έχει αντίσταση \[R\], μήκος \[\ell\] και κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου \[υ\] με τα άκρα του συνεχώς να βρίσκονται σε επαφή με τους λείους οριζόντιους ευθύγραμμους παράλληλους αγωγούς \[Αx_1\] και \[Γx_2\] που έχουν μεγάλο μήκος και αμελητέα αντίσταση. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο που δημιουργούν. Ο αγωγός παραμένει συνεχώς κάθετος στους αγωγούς \[Αx_1\] και \[Γx_2\]. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Τα πανομοιότυπα τετραγωνικά πλαίσια (1), (2) του παρακάτω σχήματος έχουν εμβαδά \[S\] αποτελούνται από \[Ν\] σπείρες και βρίσκονται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[B\]. Το πλαίσιο (1) είναι αρχικά κάθετο στις δυναμικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου ενώ το πλαίσιο (2) είναι παράλληλο στις δυναμικές του γραμμές. Στρέφουμε τα πλαίσια κατά γωνία \[30^0\] κατά τη φορά που φαίνεται στο σχήμα. Αν \[ΔΦ_1\] και \[ΔΦ_2\] είναι οι μεταβολές των μαγνητικών ροών μιας σπείρας του πλαισίου (1) και του πλαισίου (2) αντίστοιχα, τότε ισχύει:

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 αντίστασης \[R\] έχει τάση στα άκρα του \[v=V\, ημωt\] και διαρρέεται από ρεύμα έντασης \[i=I\, ημωt\]. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Ο νόμος του Ohm μπορεί να γραφεί:

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:

Στο παρακάτω σχήμα ο ευθύγραμμος αγωγός που διαρρέεται από ρεύμα έντασης \[I\] και το ακίνητο ορθογώνιο μεταλλικό πλαίσιο ΚΛΜΝ βρίσκονται πάνω στο ίδιο λείο οριζόντιο μονωτικό έδαφος. Ο ευθύγραμμος αγωγός στερεώνεται ακλόνητα ενώ το πλαίσιο μπορεί να κινείται ελεύθερα. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Όταν η ένταση του ρεύματος του ευθύγραμμου αγωγού αρχίζει να μειώνεται:

Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Η ΗΕΔ από αυτεπαγωγή στα άκρα ενός πηνίου είναι:

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 \[g\].

Η μεταλλική ράβδος ΟΑ του παρακάτω σχήματος έχει μήκος \[ \ell \] και στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[ω\] γύρω από άξονα κάθετο σ’ αυτήν που περνά απ’ το μέσο της Μ. Η ράβδος βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\] που οι δυναμικές του γραμμές είναι παράλληλες στον άξονα περιστροφής του. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Η διαφορά δυναμικού \[V_{OA}\] που εμφανίζεται στα άκρα της λόγω επαγωγής 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:

Δυο πηνία Α και Β έχουν το ίδιο εμβαδόν κάθε σπείρας , τον ίδιο αριθμό σπειρών και τον ίδιο πυρήνα αλλά το πηνίο Α έχει διπλάσιο μήκος από το Β. Ο συντελεστής αυτεπαγωγής του Α σε σχέση με εκείνο του Β είναι :

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:

Δύο ορθογώνια μεταλλικά πλαίσια \[(1),\, (2)\] αμελητέας αντίστασης έχουν ίδιο αριθμό σπειρών και στρέφονται με σταθερές γωνιακές ταχύτητες μέσα στο ίδιο Ο.Μ.Π. ως προς άξονες κάθετους στις δυναμικές γραμμές που διέρχονται από τα μέσα των δύο απέναντι πλευρών τους. Στα άκρα του κάθε πλαισίου έχουμε συνδέσει από έναν ίδιο αντιστάτη αντίστασης \[R\]. Στα παρακάτω σχήματα φαίνονται τα διαγράμματα των τάσεων που δημιουργούνται στα άκρα του κάθε πλαισίου.

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:

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:

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.

Ο οριζόντιος ευθύγραμμος αγωγός ΚΛ του παρακάτω σχήματος έχει τα άκρα του συνεχώς σε επαφή με τους παράλληλους ευθύγραμμους οριζόντιους αγωγούς \[Αx_1,\, Γx_2\] μεγάλου μήκους που έχουν αμελητέα αντίσταση. Το σύστημα βρίσκεται σε κατακόρυφο ομογενές πεδίο που οι δυναμικές του γραμμές είναι κάθετες στο επίπεδο που σχηματίζουν οι αγωγοί. Ο αγωγός την \[t=0\] έχει ταχύτητα παράλληλη στους αγωγούς \[Αx_1\] και \[Γx_2\] και μέτρου \[υ_0\]. Τη στιγμή αυτή ασκώ στο κέντρο του αγωγού ΚΛ δύναμη \[F\] ομόρροπη της ταχύτητάς του \[υ_0\] και σταθερής κατεύθυνσης τέτοια ώστε ο αγωγός να εκτελεί ομαλά επιταχυνόμενη κίνηση. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

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:

Κλειστό συρμάτινο πλαίσιο αντίστασης \[R\] βρίσκεται εντός ομογενούς μαγνητικού πεδίου με το επίπεδό του κάθετο στις δυναμικές γραμμές του. Η μεταβολή της αλγεβρικής τιμής της έντασης \[B\] του μαγνητικού πεδίου φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα. Το πλαίσιο έχει σχήμα τετραγώνου πλευράς \[α\] και αποτελείται από \[N\] όμοιες σπείρες. Ποιες απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές;

Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται η μεταβολή της μαγνητικής ροής ενός μεταλλικού πλαισίου με το χρόνο. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Αντιστάτης διαρρέεται από ημιτονοειδές εναλλασσόμενο ρεύμα. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Αν τριπλασιάσουμε το πλάτος της έντασης του εναλλασσόμενου ρεύματος που διαρρέει τον αντιστάτη, τότε η μέση ηλεκτρική ισχύ που καταναλώνει:

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:

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:

Σωληνοειδές πηνίο βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο με τον άξονά του παράλληλο στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση. Η μαγνητική ροή που διέρχεται από μια σπείρα του σωληνοειδούς εκφράζει:

Αντιστάτης αντίστασης \[R=100\, Ω\] διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα της μορφής \[i=10\, ημ200πt\] (S.I.). Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

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: