Τεστ στην Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (Επίπεδο δυσκολίας: Δύσκολο)

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:

Στο παρακάτω σχήμα η αγώγιμη ράβδος ΟΓ έχει μήκος \[\ell \], αντίσταση \[R\] και στρέφεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[B\] γύρω από άξονα κάθετο στο επίπεδο περιστροφής και παράλληλο στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Κατά την περιστροφή της ράβδου η γωνιακή ταχύτητά της είναι σταθερή και έχει μέτρο \[ω\] ενώ ο αντιστάτης \[R_1\] έχει αντίσταση \[R_1=R\] . Το άκρο Γ της ράβδου έχει γραμμική ταχύτητα μέτρου \[υ\], είναι συνεχώς σε επαφή με κυκλικό αγωγό αμελητέας αντίστασης που έχει κέντρο το Ο και ακτίνα \[\ell\]. Στη διάρκεια της περιστροφής της ράβδου παρατηρείται στο άκρο της Ο αρνητικός πόλος. Αν διπλασιάσουμε την περίοδο περιστροφής της ράβδου και ταυτόχρονα υποδιπλασιάσουμε το μέτρο της έντασης \[\vec{B}\] του μαγνητικού πεδίου, τότε η ένταση του ρεύματος που διαρρέει τον αντιστάτη \[R_1\]:

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

Η ράβδος ΟΓ του παρακάτω σχήματος έχει μήκος \[ \ell \] και αποτελείται από δύο ίσα τμήματα. Το ένα τμήμα ΟΑ είναι από πλαστικό και το άλλο τμήμα ΑΓ είναι από μέταλλο. Η ράβδος στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα μέτρου \[ω\] ως προς άξονα κάθετο σ’ αυτήν, που διέρχεται απ’ το άκρο της Ο. Η ράβδος βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\] που οι γραμμές του είναι παράλληλες στον άξονα περιστροφής. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Η επαγωγική ΗΕΔ που εμφανίζεται στο τμήμα ΑΓ της ράβδου είναι ίση με:

Ένα πηνίο με συντελεστή αυτεπαγωγής \[L=2\, mH\] διαρρέεται από ρεύμα μεταβλητής έντασης όπως απεικονίζεται στο σχήμα. Το πηνίο αποτελείται από \[1000\] σπείρες. Ο ρυθμός μεταβολής της ροής που διέρχεται από την κάθε σπείρα του πηνίου είναι

Το πλάτος μιας εναλλασσόμενης τάσης:

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;

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;

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 \[Δt\]:

Θερμική συσκευή συνδέεται από ακίνητο ρευματοδότη που δίνει εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=220\sqrt{2}\, ημ100πt\]. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Σε \[10\, s\] η στιγμιαία ηλεκτρική ισχύς που καταναλώνει η αντίσταση ή αλλιώς ο ρυθμός έκλυσης θερμότητας απ’ την συσκευή γίνεται μηδέν:

Στο παρακάτω σχήμα ο οριζόντιος άξονας του ραβδόμορφου μαγνήτη περνά απ’ το κέντρο του κυκλικού αγωγού που σ’ αυτόν έχει δημιουργηθεί εγκοπή. Ποια απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή; Αν ο μαγνήτης αρχίζει να κινείται προς τα δεξιά:

Ανοικτό αγώγιμο πλαίσιο βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο και στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[ω\] γύρω απ’ τον άξονα που βρίσκεται στο επίπεδό του και είναι κάθετος στις δυναμικές του γραμμές. Η τάση στα άκρα του πλαισίου δίνεται απ’ τη σχέση \[v=V ημωt\]. Ποια απ’ τις παρακάτω σχέσεις είναι σωστή; Αν διπλασιάσουμε τη γωνιακή ταχύτητα του πλαισίου, τότε η χρονοεξίσωση της τάσης στα άκρα του πλαισίου 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;

Ο ευθύγραμμος αγωγός ΚΛ είναι αρχικά ακίνητος έχοντας τα άκρα του σε επαφή με τους παράλληλους οριζόντιους λείους αγωγούς \[Αx_1\] και \[Γx_2\] που έχουν μεγάλο μήκος και αμελητέα αντίσταση. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[Β\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο των αγωγών. Την \[t=0\] δίνω στον αγωγό αρχική ταχύτητα μέτρου \[υ_0\] και αυτός κινείται παράλληλα στους αγωγούς \[Αx_1\] και \[Γx_2\] έχοντας τα άκρα του συνεχώς σε επαφή με αυτούς. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Στο παρακάτω σχήμα αφήνουμε τον ραβδόμορφο μαγνήτη να πέσει κατακόρυφα κατά τη διεύθυνση του άξονά του που περνά απ’ το κέντρο του που ισορροπεί πάνω απ’ το κέντρο του δακτυλίου που κρατείται ακίνητος. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Ακλόνητος ευθύγραμμος αγωγός (1) μεγάλου μήκους διαρρέεται από σταθερό ρεύμα έντασης \[Ι_1\]. Αγωγός ΚΛ έχει μήκος \[\ell\], είναι παράλληλος με τον αγωγό (1) και αρχικά ηρεμεί σε απόσταση \[r_0\] απ’ τον αγωγό αυτό. Την \[t=0\] ο αγωγός ΚΛ αρχίζει να απομακρύνεται με σταθερή ταχύτητα μέτρου \[υ\] παραμένοντας συνεχώς παράλληλος με τον αγωγό (1) όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Η μαγνητική διαπερατότητα του κενού είναι \[μ_0\]. Κατά την κίνηση του αγωγού ΚΛ δημιουργείται σ’ αυτόν ΗΕΔ λόγω επαγωγής που έχει τιμή \[ \mathcal{ E }_{επ}\] ίση με:

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. Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση. Το επαγωγικό φορτίο που περνά απ’ τη διατομή του πλαισίου μέχρι αυτό να εξέλθει ολόκληρο από το πεδίο αν το πλαίσιο έχει \[Ν\] σπείρες και αντίσταση \[R\] είναι:

Στο παρακάτω κύκλωμα το πηνίο είναι ιδανικό, ο αντιστάτης έχει αντίσταση \[R\] και η πηγή ΗΕΔ \[E\] και εσωτερική αντίσταση \[r=2R\]. Την \[t=0\] κλείνουμε το διακόπτη \[δ\]. Όταν ο ρυθμός έκλυσης θερμότητας στον αντιστάτη \[R\] γίνεται μέγιστος, η τιμή της ενέργειας του μαγνητικού πεδίου που έχει αποθηκευτεί στο πηνίο είναι \[U\]. Τη χρονική στιγμή που η ενέργεια αυτή είχε τιμή \[U' = \frac{U}{4}\], ο ρυθμός αποθήκευσης της ενέργειας αυτής είναι:

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.

Ένα σωληνοειδές Σ έχει \[n\] αριθμό σπειρών ανά μονάδα μήκους και κάθε σπείρα έχει ακτίνα \[α_1\]. Κυκλικό πλαίσιο Π αποτελείται από \[Ν\] σπείρες ακτίνας \[α_2\] που η καθεμιά έχει αντίσταση \[R\] και περιβάλλει το σωληνοειδές ακριβώς στο κέντρο του με τις σπείρες του να έχουν κοινό κέντρο Κ και κοινό κατακόρυφο επίπεδο με την κεντρική σπείρα του σωληνοειδούς. Η μαγνητική διαπερατότητα του κενού είναι \[μ_0\]. Μεταβάλλοντας κατάλληλα την αντίσταση \[R_1\] του κυκλώματος του σωληνοειδούς Σ, η ένταση που το διαρρέει μεταβάλλεται με σταθερό ρυθμό \[ \frac{ΔΙ}{Δt} = λ > 0\]. Το ρεύμα που διαρρέει το πλαίσιο Π έχει:

Αντιστάτης διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα της μορφής \[i=I\, ημ\frac{ 2π}{Τ} t\]. 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;

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 κυκλικό ορθογώνιο 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 \[Δt\] αυξάνω το μέτρο της έντασης \[\vec{B}\] από \[Β_0\] σε \[Β_1\] και κατόπιν η \[\vec{B}\] σταθεροποιείται ξανά. Ποιες απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές;

Να επιλέξετε τις σωστές προτάσεις. Το πηνίο του παρακάτω σχήματος διαρρέεται από ρεύμα που έχει φορά απ’ το Κ προς το Λ. Στο πηνίο εμφανίζεται ΗΕΔ από αυτεπαγωγή και δημιουργείται θετικός πόλος στο Λ. Αυτό σημαίνει ότι το ρεύμα που διαρρέει το πηνίο έχει:

Αντιστάτης συνδέεται με ημιτονοειδή πηγή εναλλασσόμενης τάσης και διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Αν διπλασιάσουμε το πλάτος της εναλλασσόμενης τάσης στα άκρα του αντιστάτη τότε η μέση ηλεκτρική ισχύς που αυτός καταναλώνει:

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:

Δύο όμοιοι αντιστάτες συνδέονται παράλληλα και στα άκρα τους εφαρμόζεται συνεχώς σταθερή τάση \[V_Σ\]. Συνδέουμε τους δύο αντιστάτες σε σειρά και στα άκρα του συστήματός τους εφαρμόζουμε εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=V\, ημωt\]. Η συνολική θερμότητα και στις δύο περιπτώσεις είναι ίδια. Για την ενεργό τιμή της εναλλασσόμενης τάσης ισχύει:

Δύο ανοικτά τετράγωνα συρμάτινα πλαίσια \[1,\, 2\] έχουν πλευρές \[α_1,\, α_2\] αντίστοιχα με \[α_1=2 α_2\] και \[N_1,\, N_2\] σπείρες με \[Ν_2=2Ν_1\]. Τα πλαίσια βρίσκονται μέσα στο ίδιο ομογενές μαγνητικό πεδίο και στρέφονται με σταθερές γωνιακές ταχύτητες \[ω_1,\, ω_2\] με \[ω_2=2ω_1\]. Οι άξονες περιστροφής τους είναι κάθετοι στις δυναμικές γραμμές του ομογενούς μαγνητικού πεδίου και περνούν απ’ τα μέσα των απέναντι πλευρών του κάθε πλαισίου. Για τον λόγο των πλατών \[ \frac{ V_1 } { V_2 } \] των τάσεων στα άκρα των δύο πλαισίων ισχύει:

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. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Στο πείραμα \[ΙΙ\] σε σχέση με το πείραμα \[Ι\], στη διάρκεια της εισόδου στο πεδίο: