Τεστ στην Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (Επίπεδο δυσκολίας: Δύσκολο)

Στο παρακάτω κύκλωμα το πηνίο είναι ιδανικό και έχει συντελεστή αυτεπαγωγής \[L\], ο αντιστάτης \[R_1\] έχει αντίσταση \[3R\] και η πηγή έχει ΗΕΔ \[Ε\] και εσωτερική αντίσταση \[r=R\]. Ο μεταγωγός αρχικά είναι στη θέση Α και το πηνίο έχει μέγιστη αποθηκευμένη ενέργεια μαγνητικού πεδίου \[U_{max}\]. Τη χρονική στιγμή \[t_0=0\] μεταφέρουμε το μεταγωγό στη θέση Β χωρίς να δημιουργηθεί σπινθήρας. Τη χρονική στιγμή \[t_1\] η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου που είναι αποθηκευμένη στο πηνίο είναι \[U_1 = \frac{U_{max} }{4}\]. Την \[t=0\] η ΗΕΔ από αυτεπαγωγή είναι:

Η μαγνητική ροή που διέρχεται από τη σπείρα ενός αγώγιμου πλαισίου \[Π_1\] φαίνεται στο διάγραμμα \[1\] ενώ η μαγνητική ροή που διέρχεται από τη σπείρα ενός αγώγιμου πλαισίου \[Π_2\] φαίνεται στο διάγραμμα \[2\]. Τα πλαίσια έχουν αντιστάσεις \[R_1,\, R_2\] αντίστοιχα με \[R_1=2R_2\] και ίδιο αριθμό σπειρών \[Ν\].

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. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Μεταλλικό πλαίσιο βρίσκεται ακίνητο μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο κάθετα στις δυναμικές γραμμές του. Στο παρακάτω διάγραμμα φαίνεται η μεταβολή της μαγνητικής ροής του πλαισίου σε συνάρτηση με το χρόνο. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

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:

Αντιστάτης διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα με ένταση της μορφής \[i=I\, ημωt\]. Η αλγεβρική τιμή της έντασης του ρεύματος γίνεται δύο φορές ίση με την ενεργό τιμή της χωρίς να αλλάξει πρόσημο στη χρονική διάρκεια που μεσολαβεί. Η χρονική διάρκεια μεταξύ των δύο αυτών φορών είναι \[Δt=2,5\, ms\]. Η συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος 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

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.

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

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;

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:

Στο παρακάτω σχήμα τα δύο πηνία \[Π_1,\, Π_2\] έχουν κοινό άξονα και βρίσκονται σε μικρή μεταξύ τους απόσταση. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Στο πηνίο \[Π_1\] δημιουργείται επαγωγική ΗΕΔ:

Λαμπτήρας συνδέεται στην περίπτωση Ι με πηγή εναλλασσόμενης τάσης της μορφής \[v=V\, ημ100πt\] (S.I.) και στην περίπτωση ΙΙ με συνεχή τάση σταθερής τιμής \[V\]. Ποια απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή; Ο λαμπτήρας:

Ο δίσκος του παρακάτω σχήματος έχει ακτίνα \[r\] και στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα μέτρου \[ω\] γύρω από άξονα που είναι κάθετος στο επίπεδό του και περνά απ’ το κέντρο του Κ. Ο δίσκος βρίσκεται σε οριζόντιο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου Β που οι δυναμικές γραμμές του είναι παράλληλες στον άξονα περιστροφής του. Ποιες από 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:

Το πλαίσιο του παρακάτω σχήματος έχει συνολική αντίσταση \[R\] και στα άκρα του συνδέουμε αντιστάτη αντίστασης \[R_1\] ώστε το κύκλωμα που δημιουργείται να διαρρέεται από ρεύμα. Το πλαίσιο στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα γύρω απ’ τον άξονα \[x' x\]. Ποια απ’ τις επόμενες σχέσεις είναι σωστή; Το πλάτος \[V\] της τάσης στα άκρα του πλαισίου είναι:

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 άκρο της Ο. Το άκρο Α της ράβδου έχει γραμμική ταχύτητα μέτρου \[υ\]. Η ράβδος βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι παράλληλες στον άξονα περιστροφής του. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Η ΗΕΔ που δημιουργείται στη ράβδο είναι ίση με:

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 \[220\, V\]:

Ένας λαμπτήρας πυρακτώσεως λειτουργεί με εναλλασσόμενη τάση και αναγράφει στοιχεία κανονικής λειτουργίας \[ 60 \, V / 30\, W\]. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Μια θερμική συσκευή που λειτουργεί με εναλλασσόμενη τάση αναγράφει τα στοιχεία "\[400W,\, 200V\]". Αυτό σημαίνει ότι για να λειτουργεί κανονικά η συσκευή:

Το τετράγωνο πλαίσιο του παρακάτω σχήματος έχει εμβαδόν \[S\], βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[B\] και οι δυναμικές γραμμές σχηματίζουν με το επίπεδό του γωνία \[θ=30^0\]. Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση. Η μαγνητική ροή που διέρχεται απ’ το πλαίσιο έχει απόλυτη τιμή:

Στο παρακάτω κύκλωμα το πηνίο είναι ιδανικό με συντελεστή αυτεπαγωγής \[L\], η πηγή έχει ΗΕΔ \[Ε\] και εσωτερική αντίσταση \[r=R\], ενώ ο αντιστάτης \[R_1\] έχει αντίσταση \[4R\]. Ο μεταγωγός \[μ\] βρίσκεται στη θέση Α και η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου στο πηνίο έχει σταθερή τιμή \[U\]. Την \[t=0\] μεταφέρουμε το μεταγωγό \[μ\] στη θέση Β χωρίς να δημιουργηθεί σπινθήρας. Τη χρονική στιγμή \[t_1\] ο ρυθμός μείωσης της έντασης του ρεύματος στο κύκλωμα είναι \[\left| \frac{di}{dt}\right|= \frac{E }{ 10L}\]. Τη χρονική στιγμή \[t_1\] το ρεύμα στο κύκλωμα έχει ένταση ίση με:

Στο παρακάτω σχήμα ο οριζόντιος άξονας του ραβδόμορφου μαγνήτη περνά απ’ το κέντρο του κυκλικού αγωγού που σ’ αυτόν έχει δημιουργηθεί εγκοπή. Αν ο μαγνήτης αρχίζει να κινείται προς τα δεξιά, στη διάρκεια της απομάκρυνσης του μαγνήτη μέχρι αυτός να φτάσει πολύ μακριά απ’ τον κυκλικό αγωγό:

Ένας κυκλικός αγωγός δένεται σε οροφή μέσω μονωτικού νήματος ώστε το επίπεδό του να διατηρείται κατακόρυφο. Ένας οριζόντιος ραβδόμορφος μαγνήτης έχει άξονα που διέρχεται απ’ το κέντρο του κυκλικού αγωγού και είναι κάθετος στο επίπεδό του. Δημιουργούμε στον κυκλικό αγωγό εγκοπή μεταξύ των σημείων Κ, Λ και πλησιάζουμε το ραβδόμορφο μαγνήτη προς τον αγωγό κατά τη διεύθυνση του άξονα του μαγνήτη. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Ο μεταλλικός δακτύλιος του παρακάτω σχήματος είναι ανοικτός και κρέμεται με τη βοήθεια αβαρούς μονωτικού νήματος έτσι ώστε το επίπεδό του να παραμένει κατακόρυφο. Πλησιάζω στο δακτύλιο ραβδόμορφο μαγνήτη που ο άξονάς του ταυτίζεται με τον οριζόντιο άξονα που διέρχεται απ’ το κέντρο του δακτυλίου. Στη διάρκεια της προσέγγισης του μαγνήτη στο δακτύλιο:

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:

Ένα σωληνοειδές πηνίο όταν διαρρέεται από ρεύμα του οποίου η ένταση μεταβάλλεται με σταθερό ρυθμό η ΗΕΔ αυτεπαγωγής στο πηνίο είναι ίση με \[\mathcal{E}_{ΑΥΤ_1}\]. Για να δημιουργηθεί στο πηνίο αυτό ΗΕΔ από αυτεπαγωγή \[\mathcal{E}_{ΑΥΤ_2}=2\mathcal{E}_{ΑΥΤ_1}\] θα πρέπει ο ρυθμός μεταβολής της έντασης του ρεύματος να

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. Η διαφορά δυναμικού \[V_{ΚΛ}\] στα άκρα του αντιστάτη \[R_1\] είναι ίση με:

Η ράβδος μήκους \[\ell\] του παρακάτω σχήματος βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο και κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου \[υ\] που σχηματίζει γωνία \[φ\] με τη διεύθυνσή της, ενώ είναι συνεχώς κάθετη στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Η επαγωγική ΗΕΔ που δημιουργείται στη ράβδο είναι ίση με:

Η οριζόντια ράβδος ΟΓ έχει μήκος \[\ell\], αντίσταση \[2R\] και στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα σε οριζόντιο επίπεδο γύρω από κατακόρυφο άξονα που διέρχεται απ’ το άκρο της Ο. Το μέσο Μ της ράβδου βρίσκεται σε επαφή με κυκλικό αγωγό κέντρου Ο και ακτίνας \[\frac{\ell }{2 }\] που το επίπεδό του ταυτίζεται με το επίπεδο περιστροφής της ράβδου. Μεταξύ του σημείου Ο και του σημείου Κ του αγωγού συνδέουμε αντιστάτη αντίστασης \[R\]. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\]. Ο ρυθμός εκτέλεσης έργου της δύναμης Laplace (η ισχύς της) είναι: