Τεστ στην Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (Επίπεδο δυσκολίας: Μέτριο)

Στο παρακάτω διάγραμμα φαίνεται η μεταβολή του ρεύματος που διαρρέει έναν αντιστάτη αντίστασης \[R=4\, Ω\] που έχουμε συνδέσει τα άκρα του με τα άκρα πλαισίου παραγωγής εναλλασσόμενης τάσης. Το πλαίσιο έχει αμελητέα αντίσταση.

Τετράγωνο μεταλλικό πλαίσιο αποτελείται από \[Ν\] σπείρες εμβαδού \[Α\] η καθεμία και συνολική αντίσταση \[R_π\]. Tο πλαίσιο συνδέεται στα άκρα του με αντιστάτη αντίστασης \[3R_π\]. Το πλαίσιο βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\] και το επίπεδό του είναι κάθετο στις δυναμικές του γραμμές. Την \[t=0\] το πλαίσιο αρχίζει να στρέφεται με σταθερή περίοδο περιστροφής \[T\] ως προς άξονα κάθετο στις δυναμικές γραμμές του ομογενούς μαγνητικού πεδίου. Η εξίσωση της στιγμιαίας ισχύος στην αντίσταση του πλαισίου είναι:

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 \[220\, V\]:

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

Συρμάτινο ορθογώνιο πλαίσιο αποτελείται από \[Ν\] σπείρες που η καθεμία έχει αντίσταση \[R_σ\] και εμβαδόν \[Α\]. Στα άκρα του πλαισίου συνδέουμε αντιστάτη αντίστασης \[2R_σ\]. Το πλαίσιο βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\] και στρέφεται με σταθερή συχνότητα περιστροφής \[f\] ως προς άξονα κάθετο στις δυναμικές γραμμές του. Η μέση ισχύς που καταναλώνει ο αντιστάτης είναι:

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

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:

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;

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:

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 \[F_L\]. Ο λόγος των μέτρων \[\frac{F}{F_L}\] είναι:

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:

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

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 παρακάτω σχήμα ο ραβδόμορφος μαγνήτης απομακρύνεται από το πηνίο. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Λεπτή μεταλλική ράβδος ΟΑ μήκους \[\ell\] στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[ω\] ως προς άξονα που διέρχεται απ’ το άκρο της Ο και είναι κάθετος σ’ αυτήν. Η ράβδος βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[B\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι παράλληλες στον άξονα περιστροφής. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Ανοικτό περιστρεφόμενο πλαίσιο παραγωγής εναλλασσόμενης τάσης έχει στα άκρα του τάση της μορφής \[v=V\, ημωt\]. Ποια από της παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Αν διπλασιάσουμε τη γωνιακή ταχύτητα του πλαισίου:

Η μεταλλική οριζόντια ράβδος ΟΓ του παρακάτω σχήματος έχει μήκος \[\ell\] και στρέφεται σε οριζόντιο επίπεδο ως προς κατακόρυφο άξονα που διέρχεται απ’ το άκρο του Ο με σταθερή γωνιακή ταχύτητα μέτρου \[ω\]. Το σημείο Μ είναι το μέσο της ράβδου. Το τμήμα ΟΜ βρίσκεται μέσα σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β_1=Β\] ενώ το τμήμα της ΜΛ βρίσκεται μέσα σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[B_2=2B\] που είναι ομόρροπη με την \[\vec{B}_1\] όπως φαίνεται στο σχήμα. Ο λόγος των τάσεων \[\frac{V_{MΓ} }{V_{OM} }\] είναι:

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. Το πλαίσιο αρχίζει να απομακρύνεται απ’ τον ευθύγραμμο αγωγό με ταχύτητα παράλληλη στην ΚΛ. Ο ευθύγραμμος ακλόνητος αγωγός διαρρέεται από σταθερό ρεύμα. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Στη διάρκεια της απομάκρυνσης, το πλαίσιο:

Τα βολτόμετρα και τα αμπερόμετρα για τη μέτρηση εναλλασσόμενων τάσεων και ρευμάτων μετρούν:

Στο παρακάτω σχήμα το πηνίο έχει συντελεστή αυτεπαγωγής \[L\] και αντίσταση \[R_π=2R\]. Ο αντιστάτης \[R\] έχει αντίσταση \[R\], η πηγή έχει ΗΕΔ \[\mathcal{E}\] και εσωτερική αντίσταση \[r=R\]. Την \[t=0\] κλείνουμε το διακόπτη \[δ\]. Το ρεύμα σταθεροποιείται σε μέγιστη τιμή έντασης \[Ι\]. Τη χρονική στιγμή \[t_1\] η ένταση που διαρρέει το πηνίο είναι \[I_1 = \frac{I}{4}\]. Απ’ τη στιγμή που η ένταση στο κύκλωμα σταθεροποιείται, ο ρυθμός κατανάλωσης της ηλεκτρικής ενέργειας στο πηνίο είναι:

Ποιο από τα τέσσερα διαγράμματα δείχνει πως μεταβάλλεται με τον χρόνο η ένταση του ρεύματος του παρακάτω κυκλώματος μετά το κλείσιμο του διακόπτη;

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;

Η μεταλλική ράβδος ΚΛ μήκους \[\ell\] του παρακάτω σχήματος κινείται με ταχύτητα μέτρου \[υ\] μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[υ\] με τέτοιο τρόπο ώστε η ταχύτητα, η διεύθυνση της ράβδου και οι δυναμικές γραμμές να είναι πάντα μεταξύ τους κάθετες. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

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:

Συρμάτινο πλαίσιο βρίσκεται ακίνητο εξ’ ολοκλήρου σε ομογενές μαγνητικό πεδίο με το επίπεδό του κάθετο στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Στο παρακάτω διάγραμμα φαίνεται η μεταβολή της μαγνητικής ροής μιας σπείρας του πλαισίου σε συνάρτηση με το χρόνο. Το πλαίσιο έχει αντίσταση \[R\] και αποτελείται από \[Ν\] όμοιες σπείρες. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Το ορθογώνιο μεταλλικό πλαίσιο ΚΛΜΝ και ο ευθύγραμμος αγωγός μεγάλου μήκους βρίσκονται πάνω στο ίδιο οριζόντιο λείο και μονωτικό δάπεδο. Ο ευθύγραμμος αγωγός είναι ακλόνητος και διαρρέεται από ρεύμα έντασης \[Ι\] και φοράς όπως φαίνεται στο σχήμα. Το πλαίσιο αρχικά είναι ακίνητο. Αρχίζω να μετακινώ το πλαίσιο με οριζόντια ταχύτητα \[υ\] που είναι παράλληλη στην πλευρά του ΚΛ και έχει φορά προς τα δεξιά.

Το τετράγωνο συρμάτινο πλαίσιο του παρακάτω σχήματος έχει πλευρά \[2α\] και κινείται μπαίνοντας απ’ την \[t=0\] σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\]. Η ταχύτητα του πλαισίου είναι σταθερή και κάθετη στις δυναμικές γραμμές και στην πλευρά ΛM του πλαισίου. Το πεδίο εκτείνεται σε πλάτος \[α\]. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Το πλαίσιο διαρρέεται από επαγωγικό ρεύμα που έχει φορά ομόρροπη των δεικτών του ρολογιού τη χρονική διάρκεια:

Αν διπλασιάσουμε την ένταση του ρεύματος που διαρρέει ένα πηνίο τότε η ενέργεια του μαγνητικού του πεδίου

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 \[ \frac{ V_{ΚΛ} }{ V_{NZ} }\] :

Αντιστάτης διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα της μορφής \[i=I\, ημωt\] και σε χρόνο \[Δt\] εκλύεται στο περιβάλλον θερμότητα \[Q_1\]. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Αν διπλασιάσω το πλάτος της έντασης του ρεύματος, τότε στον ίδιο χρόνο \[Δt\] ο αντιστάτης θα εκλύει θερμότητα \[Q_2\] για την οποία ισχύει: