Τεστ στην Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (Επίπεδο δυσκολίας: Μέτριο)

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 \[g\].

Ποια απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή; Σύμφωνα με το νόμο της επαγωγής (Faraday), η ΗΕΔ από επαγωγή που δημιουργείται σ’ ένα πηνίο:

Μια γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος αποτελείται από ένα ορθογώνιο πλαίσιο αμελητέας αντίστασης που στρέφεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο με σταθερή συχνότητα. Στα άκρα της γεννήτριας συνδέεται ηλεκτρικός λαμπτήρας αντίστασης \[R_Λ\]. Αν διπλασιάσω τη συχνότητα περιστροφής του πλαισίου και ταυτόχρονα διπλασιάσω το μέτρο της έντασης του Ο.Μ.Π., τότε το ποσό μεταβολής της μέσης ισχύος που καταναλώνει ο λαμπτήρας είναι:

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:

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;

Αντιστάτης διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα που η έντασή του δίνεται απ’ τη σχέση \[i=4\sqrt{2}\, ημ40πt\] (S.I.). Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Στα παρακάτω διαγράμματα φαίνονται οι συναρτήσεις με τον χρόνο των εντάσεων του ρεύματος που διαρρέουν την αντίσταση.

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 \[Δt\]:

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Το φαινόμενο Joule παρατηρείται σ’ έναν αντιστάτη:

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Αν σε ένα μαγνητικό πεδίο τοποθετήσω μια κλειστή επιφάνεια, τότε η μαγνητική ροή που διέρχεται απ’ την επιφάνεια αυτή είναι \[0\] γιατί:

Η ράβδος ΟΑ του παρακάτω σχήματος έχει μήκος \[\ell \] και αντίσταση \[R\] και στρέφεται γύρω από άξονα κάθετο σ’ αυτήν που περνά απ’ το άκρο της Ο με σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[ω\]. Κατά την περιστροφή της ράβδου, το άκρο της Α ολισθαίνει χωρίς τριβές σε κυκλικό αγωγό κέντρου Ο και ακτίνας \[R\] αμελητέας αντίστασης που το επίπεδό του ταυτίζεται με το επίπεδο περιστροφής της ράβδου όπως φαίνεται στο σχήμα. Το άκρο Ο συνδέεται με το σημείο Κ του αγωγού μέσω αντιστάτη \[R_1\] που έχει αντίσταση \[R_1=R\]. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο του συστήματος. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Το τετράγωνο πλαίσιο πλευράς \[α\] του παρακάτω σχήματος βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[B\], έχει πλευρά \[α\] και την \[t=0\] αρχίζει να εξέρχεται απ’ το πεδίο με σταθερή ταχύτητα \[υ\] που είναι κάθετη στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Στη διάρκεια της εξόδου το επίπεδο του πλαισίου παραμένει κάθετο στις δυναμικές γραμμές. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Αντιστάτης \[R\] διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα της μορφής \[i=I\, ημ \frac{ 2π}{Τ} t\]. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Κατά τη διάρκεια του πλησιάσματος του μαγνήτη προς το ακίνητο πηνίο που έχει ίδιο άξονα με αυτόν:

Ποιες από της παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Η συχνότητα μιας εναλλασσόμενης τάσης είναι \[f=50\, Hz\]. Τότε:

Ένα συρμάτινο ορθογώνιο πλαίσιο αμελητέας αντίστασης στρέφεται με σταθερή συχνότητα μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο ως προς άξονα κάθετο στις δυναμικές γραμμές που διέρχεται από τα μέσα των δύο απέναντι πλευρών του. Στα άκρα του πλαισίου έχουμε συνδέσει αντιστάτη αντίστασης \[R\]. Αν διπλασιάσω την περίοδο περιστροφής του πλαισίου και ταυτόχρονα υποδιπλασιάσω το μέτρο της έντασης του Ο.Μ.Π., τότε το ποσοστό μεταβολής της ενεργού έντασης του ρεύματος που διαρρέει τον αντιστάτη είναι:

Μια τετράγωνη μεταλλική σπείρα βρίσκεται ακλόνητη μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[Β\] με το επίπεδό της κάθετο στις δυναμικές γραμμές του που έχουν σταθερή φορά. Το μέτρο της έντασης του μαγνητικού πεδίου μεταβάλλεται με ρυθμό \[\frac{ΔΒ}{Δt} < 0\] και τότε στα άκρα Κ, Λ της σπείρας δημιουργείται επαγωγική τάση με \[(+)\] στο Κ. Η ένταση του μαγνητικού πεδίου \[\vec{B}\] έχει φορά:

Το κυκλικό μεταλλικό πλαίσιο του παρακάτω σχήματος βρίσκεται ολόκληρο μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] που η διεύθυνσή της είναι κάθετη στο επίπεδο του πλαισίου όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Αρχικά η \[\vec{B}\] έχει τη φορά του παρακάτω σχήματος και μέτρο \[B_0\]. Την \[t=0\] το μέτρο της \[\vec{B}\] αρχίζει να μειώνεται μέχρι τη στιγμή \[t_1\] που μηδενίζεται. Αμέσως μετά, η φορά της \[\vec{B}\] αντιστρέφεται και το μέτρο της αρχίζει να αυξάνεται μέχρι τη χρονική στιγμή \[t_2\] που γίνεται \[B_2\] και το διάνυσμα της \[\vec{B}\] σταθεροποιείται. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή;

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. Επαναλαμβάνουμε το πείραμα \[(Ι)\] που μόλις αναφέραμε με ακριβώς τον ίδιο τρόπο, όμως τώρα (πείραμα \[ΙΙ\]) έχουμε αντιστρέψει τη φορά των δυναμικών γραμμών του ομογενούς μαγνητικού πεδίου.Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Αν στα προαναφερθέντα πειράματα \[Ι,\, ΙΙ\], διπλασιάζαμε το μέτρο της σταθερής ταχύτητας εισαγωγής του πλαισίου του φορτίου, τότε:

Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Η ενεργός ένταση του εναλλασσόμενου ρεύματος που έχει πλάτος \[Ι\] και περίοδο \[Τ\]:

Ευθύγραμμος λεπτός αγωγός ΟΑ μήκους \[\ell\] στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα γύρω από άξονα Ο που διέρχεται απ’ το άκρο του Ο και είναι κάθετος στον αγωγό. Ο αγωγός βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο περιστροφής του αγωγού. Το μέσο Μ του αγωγού και το σημείο Α έχουν γραμμικές ταχύτητες σταθερών μέτρων \[υ_Μ\, ,\, υ_Α\] αντίστοιχα. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Η επαγωγική ΗΕΔ που αναπτύσσεται στα άκρα της ράβδου είναι ίση με:

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:

Στο παρακάτω διάγραμμα φαίνεται η μεταβολή της στιγμιαίας ισχύος που καταναλώνει ένας αντιστάτης \[R\] όταν στα άκρα του εφαρμόζεται εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=120\sqrt{2} ημωt\] (S.I.)

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 κύκλωμα του παρακάτω σχήματος (α) ο διακόπτης Δ κλείνει την χρονική στιγμή \[t=0\]. Η ένταση του ρεύματος στο πηνίο, από τη στιγμή που ο διακόπτης κλείνει, σε συνάρτηση με το χρόνο δίνεται από το διάγραμμα στο σχήμα (β). Α) Η αποθηκευμένη ενέργεια στο πηνίο είναι μεγαλύτερη τη χρονική στιγμή \[t_1\] ή τη στιγμή \[t_2\]; Β) Η ηλεκτρεγερτική δύναμη αυτεπαγωγής στο πηνίο είναι μεγαλύτερη τη χρονική στιγμή \[t_1\] ή τη χρονική στιγμή \[t_2\];

Στο παρακάτω σχήμα ο κυκλικός αγωγός ακτίνας \[r\] βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο που την \[t=0\] έχει ένταση μέτρου \[Β_0\] κάθετη στο επίπεδο του αγωγού και με φορά από τον αναγνώστη προς τη σελίδα. Την \[t=0\] το μέτρο της έντασης του πεδίου μεταβάλλεται με το χρόνο σύμφωνα με τη σχέση \[Β=Β_0+λt\] όπου \[λ\] μια σταθερά και τότε ο αγωγός διαρρέεται από σταθερό επαγωγικό ρεύμα που έχει τη φορά του σχήματος.

Στο παρακάτω σχήμα ο ραβδόμορφος μαγνήτης πλησιάζει το μεταλλικό δακτύλιο με σταθερή ταχύτητα. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Ο ευθύγραμμος αγωγός μεγάλου μήκους του παρακάτω σχήματος διαρρέεται από ρεύμα έντασης \[I\] και βρίσκεται στο ίδιο κατακόρυφο επίπεδο με το επίπεδο ενός κυκλικού αγωγού. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Για να διαρρέεται ο κυκλικός αγωγός από επαγωγικό ρεύμα πρέπει:

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:

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: