Τεστ στην Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (Επίπεδο δυσκολίας: Μέτριο)

Ραβδόμορφος μαγνήτης έχει άξονα κατακόρυφο που διέρχεται απ’ το κέντρο μεταλλικού δακτυλίου ο οποίος κρατείται ακίνητος. Δημιουργούμε στο δακτύλιο εγκοπή μεταξύ των σημείων Κ, Λ και αφήνουμε το μαγνήτη να πέσει ελεύθερα όπως φαίνεται στο σχήμα. Αντιστάσεις του αέρα αμελούνται. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

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:

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. Αν ο μαγνήτης \[(1)\] φτάνει σε χρονικό διάστημα \[Δt_1\] στο έδαφος απ’ τη στιγμή που τον αφήσαμε και ο μαγνήτης \[(2)\] σε \[Δt_2\] αντίστοιχα, τότε ισχύει:

Στο παρακάτω σχήμα οι δύο λαμπτήρες \[Λ_1\, , \, Λ_2\] είναι όμοιοι και το πηνίο έχει αντίσταση \[R_π\]. Ο διακόπτης \[δ\] είναι κλειστός και οι φωτεινότητες των δύο λαμπτήρων είναι σταθερές. Την \[t=0\] ανοίγω το διακόπτη \[δ\] χωρίς να δημιουργηθεί σπινθήρας. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Στο παρακάτω κύκλωμα το πηνίο είναι ιδανικό και έχει συντελεστή αυτεπαγωγής \[L\], ο αντιστάτης έχει αντίσταση \[R\] και η πηγή έχει ΗΕΔ \[E\] και εσωτερική αντίσταση \[r=R\]. Την \[t_0=0\] κλείνω το διακόπτη \[δ\]. Αν \[i\] η στιγμιαία ένταση του ρεύματος που διαρρέει το κύκλωμα για μια χρονική στιγμή \[t≥0\], το μέτρο του ρυθμού μεταβολής της έντασης του ρεύματος στο κύκλωμα την ίδια χρονική στιγμή \[t\] δίνεται απ’ τη σχέση.

Δύο ορθογώνια μεταλλικά πλαίσια \[(1),\, (2)\] αμελητέων αντιστάσεων βρίσκονται μέσα στο ίδιο ομογενές μαγνητικό πεδίο και στα άκρα τους έχουμε συνδέσει στον καθένα από έναν όμοιο αντιστάτη αντίστασης \[R\]. Τα δύο πλαίσια έχουν ίσα εμβαδά και αριθμό σπειρών \[Ν_1,\, Ν_2\] αντίστοιχα με \[N_2=2N_1\]. Το πλαίσιο \[(1)\] στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[ω_1\] ενώ το \[(2)\] με \[ω_2=\frac{ω_1}{4}\]. Οι άξονες περιστροφής των δύο πλαισίων είναι κάθετοι στις δυναμικές γραμμές και περνούν από τα μέσα δύο απέναντι πλευρών του κάθε πλαισίου. Αν η μέση ισχύς που καταναλώνει ο αντιστάτης \[R\] στο πλαίσιο \[(1)\] είναι \[\bar{P}_1\], τότε η μέση ισχύς στο πλαίσιο \[(2)\] είναι \[\bar{P}_2\] και ισχύει:

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:

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 κατακόρυφος ραβδόμορφος μαγνήτης Μ του παρακάτω σχήματος έχει άξονα που περνά απ’ το κέντρο του οριζόντιου μεταλλικού ακλόνητου δακτυλίου Δ. Απ’ τη θέση (Ι) ο μαγνήτης αφήνεται να πέσει κατακόρυφα. Απ’ τη θέση (Ι) μέχρι τη θέση (ΙΙ) περνούν δυναμικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου του Μ απ’ το επίπεδο του δακτυλίου ενώ απ’ τη (ΙΙ) μέχρι τη θέση (ΙΙΙ) που ο Μ φτάνει στο έδαφος δεν περνούν πια δυναμικές γραμμές του Μ.Π. του μαγνήτη απ’ το επίπεδο του δακτυλίου Δ. Οι αντιστάσεις του αέρα θεωρούνται αμελητέες.

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:

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;

Ανοικτό συρμάτινο πλαίσιο αποτελείται από \[Ν\] σπείρες εμβαδού \[Α\] η καθεμία. Το πλαίσιο βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[B\] με τις δυναμικές γραμμές του πεδίου να είναι κάθετες στο πλαίσιο και έτσι από το πλαίσιο διέρχεται η μέγιστη δυνατή μαγνητική ροή. Την \[t=0\] το πλαίσιο αρχίζει να στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[ω\] ως προς άξονα κάθετο στις δυναμικές γραμμές.

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:

Η ενέργεια που αποθηκεύεται στο μαγνητικό πεδίο ενός πηνίου αντίστασης \[R\] όταν συνδεθεί με μια ιδανική πηγή \[(r=0)\] είναι ίση με \[U_0\]. Κόβουμε το πηνίο στην μέση και συνδέουμε ένα κομμάτι στην ίδια πηγή. Η ενέργεια που αποθηκεύεται στο νέο πηνίο είναι

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 :

Το πηνίο στο παρακάτω κύκλωμα έχει συντελεστή αυτεπαγωγής \[L\], ωμική αντίσταση \[R\] και συνδέεται με πηγή σταθερής ΗΕΔ \[Ε\] και εσωτερικής αντίστασης \[r=R\]. Αν κλείσουμε τον διακόπτη \[δ\] του κυκλώματος η μέγιστη ενέργεια που αποθηκεύεται στο μαγνητικό πεδίο του πηνίου είναι ίση με \[U_0\]. Αντικαθιστούμε το πηνίο με άλλο το οποίο έχει τον ίδιο συντελεστή αυτεπαγωγής και διπλάσια αντίσταση και κλείνουμε πάλι τον διακόπτη. Η μέγιστη ενέργεια που αποθηκεύεται στο μαγνητικό πεδίο του πηνίου είναι ίση με:

Στο σχήμα (α), αρχικά ο μεταγωγός Δ είναι τοποθετημένος στη θέση Α και το πηνίο διαρρέεται από σταθερό ρεύμα. Τη στιγμή \[t=0\] ο μεταγωγός τοποθετείται ακαριαία στη θέση Β. Η ένταση του ρεύματος στο πηνίο, από τη στιγμή που ο μεταγωγός τοποθετήθηκε στο Β, 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 \[t_2\];

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 \[Β\]. Για να γίνει η διαφορά δυναμικού \[V_{ΟΓ}\] μηδενική πρέπει η ράβδος να στρέφεται ως προς κατακόρυφο άξονα που διέρχεται απ’ το σημείο της Κ' για το οποίο η απόσταση ΟΚ' είναι:

Το μεταλλικό πλαίσιο του παρακάτω σχήματος κινείται με τέτοια ταχύτητα ώστε το επίπεδό του να είναι συνεχώς κάθετο στις δυναμικές γραμμές του ομογενούς μαγνητικού πεδίου έντασης \[\vec{B}\]. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Στο πλαίσιο εμφανίζεται επαγωγική ΗΕΔ:

Στη διάταξη του παρακάτω σχήματος οι οριζόντιοι παράλληλοι ευθύγραμμοι αγωγοί \[Αx_1\] και \[Γx_2\] έχουν άπειρο μήκος και αμελητέα αντίσταση. Μεταξύ των άκρων Α, Γ έχουμε συνδέσει ηλεκτρικό λαμπτήρα Λ. Ο ευθύγραμμος ΚΜ είναι αρχικά ακίνητος και την \[t=0\] ασκούμε στο μέσο του σταθερή δύναμη \[\vec{F}\] παράλληλη στους δύο αγωγούς \[Αx,\, Γy\]. Ο αγωγός ΚΜ αρχίζει να κινείται ομόρροπα της δύναμης \[\vec{F}\] χωρίς να χάνουν τα άκρα του την επαφή τους με τους οριζόντιους αγωγούς. Τη χρονική στιγμή \[t_1\] ο αγωγός αποκτά οριακή ταχύτητα και τότε ο λαμπτήρας λειτουργεί κανονικά. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

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;

Στα άκρα αντιστάτη εφαρμόζεται εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=V\, ημ \frac{2π}{Τ} t\]. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Η ενεργός τιμή της εναλλασσόμενης τάσης είναι:

Σε έναν αντιστάτη εφαρμόζουμε εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=V ημωt\]. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Το πλάτος του ρεύματος που διαρρέει τον αντιστάτη:

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

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:

Η ΗΕΔ από αυτεπαγωγή στα άκρα ενός πηνίου είναι:

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;

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 τα άκρα του σε επαφή με τους λείους κατακόρυφους αγωγούς \[Αy_1\] και \[Γy_2\] που είναι μεγάλου μήκους και αμελητέας αντίστασης. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο που δημιουργεί ο αγωγός. Αφήνουμε τον αγωγό ΚΛ ελεύθερο να κινηθεί απ’ την ηρεμία. Αυτός αρχίζει να κατέρχεται χωρίς τα άκρα του να χάνουν την επαφή τους με τους αγωγούς \[Αy_1,\, Γy_2\]. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

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 \[Δt\]: