1. Το σωληνοειδές Σ του παρακάτω σχήματος έχει αντίσταση \[R_Σ\], εμβαδόν σπείρας \[S\], αριθμό σπειρών \[N\] και βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}_1\] που οι δυναμικές γραμμές είναι παράλληλες με τον άξονα του σωληνοειδούς. Τα άκρα του σωληνοειδούς συνδέονται μέσω κατακόρυφων συρμάτων αμελητέας αντίστασης με μεταλλικό ευθύγραμμο οριζόντιο αγωγό ΖΛ που έχει μήκος \[\ell\], αντίσταση \[R\] και βάρος μέτρου \[w\]. Ο αγωγός ΖΛ είναι προσδεμένος στο κέντρο του με ιδανικό κατακόρυφο ελατήριο σταθεράς \[k\]. Ο αγωγός ΖΛ βρίσκεται μέσα σε οριζόντιο ομογενές μαγνητικό πεδίο σταθερής έντασης \[\vec{B}_2\] που οι δυναμικές του γραμμές είναι κάθετες στον αγωγό αυτό. Αν το μέτρο της έντασης του \[B_1\] μεταβάλλεται σύμφωνα με τη σχέση \[Β_1=3+2t\] (S.I.) χωρίς να μεταβάλλεται η φορά της, τότε ο αγωγός ΖΛ ισορροπεί οριζόντιος και το ελατήριο έχει το φυσικό του μήκος.
Α) Οι δυναμικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου έντασης \[B_2\] έχουν φορά:
α) απ’ τον αναγνώστη προς τη σελίδα.
β) απ’ τη σελίδα προς τον αναγνώστη.
γ) μη προσδιορίσιμη με τα δεδομένα της άσκησης.
Β) Το μέτρο της έντασης \[Β_2\] με όλα τα μεγέθη μετρημένα στο S.I. είναι:
α) \[Β_2=\frac{ w (R_Σ+R) }{ 2 N S \ell }\],
β) \[Β_2=\frac{w (R_Σ+R) }{ 3NS \ell }\],
γ) \[Β_2=\frac{ w (R_Σ+R) }{ N S \ell } \].
2. 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;
4. Η λεπτή μεταλλική ομογενής και ισοπαχής ράβδος ΟΑ μήκους \[\ell \] και αντίστασης \[R\] στρέφεται χωρίς τριβές με σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[ω\] γύρω από άξονα που περνά απ’ το κέντρο της Ο και είναι κάθετος σ’ αυτήν. Η ράβδος βρίσκεται συνεχώς σε επαφή στο σημείο της Γ με \[ΟΓ = \frac{ \ell }{ 4 }\] με κυκλικό αγωγό ακτίνας l/4 αμελητέας αντίστασης που έχει κέντρο το άκρο Ο της ράβδου και το επίπεδό της ταυτίζεται με τον άξονα περιστροφής. Το σημείο Ο της ράβδου γεφυρώνεται με το σημείο Κ της περιφέρειάς του κυκλικού αγωγού με αντιστάτη αντίσταση \[R_1 = \frac{11R }{ 4 }\]. Η ράβδος βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου Β που οι δυναμικές γραμμές της είναι κάθετες στο επίπεδο περιστροφής της. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;
5. Ραβδόμορφος μαγνήτης έχει άξονα κατακόρυφο που διέρχεται απ’ το κέντρο μεταλλικού δακτυλίου ο οποίος κρατείται ακίνητος. Αφήνουμε το μαγνήτη να πέσει ελεύθερα όπως φαίνεται στο σχήμα. Αντιστάσεις του αέρα αμελούνται. Ποιες απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές;
6. Στο παρακάτω σχήμα ο μαγνήτης την \[t=0\] αρχίζει να κινείται στη διεύθυνση κοινού άξονα σωληνοειδούς μαγνήτη πλησιάζοντας το σωληνοειδές και ακινητοποιείται τη στιγμή \[t_1\] που δεν έχει έρθει ακόμα σε επαφή με το άκρο Κ του σωληνοειδούς. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;
8. 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:
9. 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;
10. Το τετράγωνο πλαίσιο του παρακάτω σχήματος έχει πλευρά μήκους \[α\], αποτελείται από \[N\] σπείρες που η καθεμιά έχει αντίσταση \[R\] και βρίσκεται ακλόνητο πάνω σε οριζόντιο δάπεδο. Το πλαίσιο βρίσκεται μέσα σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[B_1\] που η κατεύθυνσή του φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Τα άκρα Κ, Λ του πλαισίου συνδέονται μέσω συρμάτων αμελητέας αντίστασης με ευθύγραμμο αγωγό ΑΓ. Ο αγωγός ΑΓ βρίσκεται ακλόνητος στο ίδιο οριζόντιο δάπεδο και έχει αντίσταση \[R\]. Η ένταση \[Β_1\] την \[t=0\] αρχίζει να μεταβάλλει το μέτρο της και η απόλυτη τιμή του ρυθμού μεταβολής \[ \left| \frac{ΔB_1}{Δt } \right| \] είναι σταθερή και ίση με \[λ\]. Στη διάρκεια της μεταβολής αυτής γύρω απ’ τον αγωγό ΑΓ δημιουργείται μαγνητικό πεδίο. Σε σημείο Δ που απέχει \[r\] απ’ τον ευθύγραμμο αγωγό η ένταση του μαγνητικού πεδίου είναι σταθερή, έχει μέτρο \[Β_Δ\] και η φορά της φαίνεται στο σχήμα. Η απόσταση \[r\] είναι πολύ μικρή σε σχέση με το μήκος του αγωγού. H μαγνητική διαπερατότητα του κενού είναι \[μ_0\].
A) Η ένταση του μαγνητικού πεδίου \[B_1\]:
α) αυξάνεται,
β) μειώνεται,
γ) δεν μπορούμε να προβλέψουμε αν αυξάνεται ή μειώνεται.
Β) Η απόλυτη τιμή του ρυθμού μεταβολής του μέτρου της έντασης \[B_1\] είναι:
α) \[λ=\frac{2πΒ_Δ R}{μ_0 α^2 } r\],
β) \[ λ =\frac{2πΒ_Δ (Ν+1)R}{Nμ_0 α^2} r\],
γ) \[λ=\frac{4πΒ_Δ (Ν+1)R}{μ_0 α^2 } r\].
11. 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 \[g\].
A) Στη διάρκεια της ισορροπίας του αγωγού το μέτρο της έντασης \[B_1\]:
α) αυξάνεται,
β) μειώνεται,
γ) δεν μπορούμε να γνωρίζουμε αν αυξάνεται ή μειώνεται.
Β) Το μέτρο \[λ\] του ρυθμού μεταβολής της έντασης \[B_1\] είναι:
α) \[λ=\frac{mgR}{α^3 πΒ_2 }\],
β) \[λ=\frac{ (mg+kΔ\ell) R }{Nα^3 πB_2 }\],
γ) \[λ=\frac{(mg+kΔ\ell)R}{α^3 πB_2 }\].
12. Στο παρακάτω κύκλωμα το πηνίο είναι ιδανικό και οι λαμπτήρες είναι όμοιοι. Ο διακόπτης \[δ\] είναι κλειστός και η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου του πηνίου έχει σταθερή τιμή. Την \[t=0\] ανοίγουμε τον \[δ\] χωρίς να δημιουργηθεί σπινθήρας. Ποιες από τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές;
13. 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:
18. Στο παρακάτω σχήμα ο ευθύγραμμος αγωγός ΚΛ μήκους \[\ell\] μπορεί να κινείται χωρίς τριβές με τα άκρα του Κ, Λ να βρίσκονται πάντα σε επαφή με τους οριζόντιους αγωγούς \[Αx_1,\, Γx_2\] που έχουν μεγάλο μήκος και αμελητέα αντίσταση. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται μέσα σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[B\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι συνεχώς κάθετες στον αγωγό. Αρχικά ο αγωγός ΚΛ είναι ακίνητος και την \[t=0\] ασκώ στο μέσο του οριζόντια σταθερή δύναμη κάθετη στη διεύθυνσή του και αυτός αρχίζει να κινείται παράλληλα στους οριζόντιους αγωγούς μέχρι που αποκτά σταθερή οριακή ταχύτητα \[υ_{ορ}\] τη χρονική στιγμή \[t_1\]. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;
19. Ο 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. Ο αγωγός έχει αρχική ταχύτητα \[υ_0\] που είναι παράλληλη στους αγωγούς \[Αx_1,\, Γx_2\]. Την \[t=0\] ασκούμε στο κέντρο του αγωγού ΚΛ δύναμη \[F\] ίδιας διεύθυνσης με τη \[υ_0\] και τέτοια ώστε ο αγωγός να αρχίσει να επιβραδύνεται ομαλά μέχρι να σταματήσει. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;
22. 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:
23. Μαγνήτης Μ αφήνεται απ’ τη θέση (Ι) να πέσει πάνω απ’ το μεταλλικό κυκλικό δακτύλιο που διατηρείται ακίνητος με το επίπεδό του οριζόντιο. Η ταχύτητα του μαγνήτη έχει τη διεύθυνση του άξονά του ο οποίος διέρχεται απ’ το κέντρο του δακτυλίου. Το βάρος του μαγνήτη έχει μέτρο \[w\] και η επιτάχυνση της βαρύτητας έχει μέτρο \[g\].
A) Στη θέση II αμέσως πριν φτάσει στο επίπεδο του δακτυλίου η δύναμη που δέχεται ο αγωγός απ’ το μαγνήτη έχει μέτρο \[0,2\, w\]. Το μέτρο της επιτάχυνσης του μαγνήτη στη θέση ΙΙ είναι:
α) \[0,8\, g\], β) \[1,2\, g\], γ) \[g\].
Β) Στη θέση ΙΙΙ λίγο μετά το πέρασμα του μαγνήτη απ’ τον δακτύλιο ο αγωγός:
α) δε διαρρέεται από επαγωγικό ρεύμα.
β) διαρρέεται από επαγωγικό ρεύμα ομόρροπο με αυτό που διαρρέεται στη θέση ΙΙ.
γ) αντίρροπο απ’ αυτό που διαρρέεται στη θέση ΙΙ.
24. Το τετράγωνο πλαίσιο πλευράς \[α\] του παρακάτω σχήματος, έχει \[Ν\] σπείρες, αντίσταση \[R\] και βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β_1\] που η κατεύθυνσή της φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Το μέτρο της έντασης \[Β_1\] μεταβάλλεται με σταθερό ρυθμό που έχει μέτρο \[ \left| \frac {ΔΒ_1} {Δt} \right| = λ \] ενώ η κατεύθυνσή της μένει σταθερή. Το πλαίσιο συγκρατείται ακλόνητο με το επίπεδό του κατακόρυφο. Τα άκρα Κ, Λ του πλαισίου συνδέονται μέσω αβαρών συρμάτων αμελητέας αντίστασης με ευθύγραμμο οριζόντιο αγωγό ΑΓ αντίστασης \[R\] ο οποίος αιωρείται ακίνητος πάνω απ’ το έδαφος χωρίς να του ασκούμε καμία δύναμη στήριξης. Ολόκληρος ο ευθύγραμμος αγωγός βρίσκεται μέσα σε οριζόντιο μαγνητικό πεδίο σταθερής έντασης μέτρου \[Β_2\] που η κατεύθυνσή της φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Ο αγωγός ΑΓ έχει μάζα \[m_1\], μήκος \[\ell\] και το μέτρο της επιτάχυνσης της βαρύτητας είναι \[g\].
Α) Στη διάρκεια της ισορροπίας του αγωγού το μέτρο της έντασης \[Β_1\]:
α) αυξάνεται,
β) μειώνεται,
γ) δεν μπορούμε με τα δεδομένα της άσκησης να βρούμε αν αυξάνεται ή μειώνεται.
Β) Στην διάρκεια της ισορροπίας του αγωγού η σταθερά \[λ\] είναι:
α) \[\frac{mgR}{B_1 Nα^2 \ell }\] β) \[\frac{mgR}{B_2 Nα^2 \ell}\], γ) \[\frac{2mgR}{B_2 Nα^2 \ell}\].
27. 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;
29. Στη διάταξη του παρακάτω σχήματος οι οριζόντιοι λείοι αγωγοί \[Αx\] και \[Γy\] είναι παράλληλοι, έχουν αμελητέα αντίσταση και τα άκρα τους Α, Γ συνδέονται με αντιστάτη \[R_1=2R\]. Ο οριζόντιος αγωγός ΚΛ είναι κάθετος στους δύο αγωγούς, έχει αντίσταση \[R\], μήκος \[\ell\] και τα άκρα του βρίσκονται σε επαφή με αυτούς. Αρχικά ο αγωγός ΚΛ είναι ακίνητος. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο των αγωγών. Την \[t=0\] δίνουμε στον αγωγό ΚΛ οριζόντια αρχική ταχύτητα μέτρου \[υ_0\] παράλληλη στους δύο αγωγούς ενώ ταυτόχρονα ασκούμε στο μέσο σταθερή δύναμη μέτρου \[F\] και κατεύθυνσης ομόρροπης της \[υ_0\].
A) Αν το μέτρο της \[υ_0\] είναι \[υ_0 > \frac{ 3FR }{ B^2 \ell^2 }\], τότε ο αγωγός ΚΛ μετά την \[t=0\]:
α) θα εκτελέσει ομαλά επιβραδυνόμενη κίνηση μέχρι να αποκτήσει σταθερή ταχύτητα μέτρου \[υ_1 < υ_0\].
β) θα εκτελέσει επιταχυνόμενη κίνηση (μη ομαλά) μέχρι να αποκτήσει σταθερή ταχύτητα μέτρου \[υ_1 > υ_0\].
γ) θα εκτελέσει επιβραδυνόμενη κίνηση (μη ομαλά) μέχρι να αποκτήσει ταχύτητα μέτρου \[ υ_1 < υ_0 \].
δ) θα εκτελέσει Ε.Ο.Κ. με ταχύτητα \[υ_0\].
B) Απ’ τη στιγμή \[t=0\] ως τη στιγμή \[t_1\] που ο αγωγός ΚΛ έχει σταθερή ταχύτητα \[\vec{υ}_1\], το έργο της δύναμης \[F\]:
α) έχει γίνει αύξηση της κινητικής του αγωγού.
β) είναι ίση με τη συνολική θερμότητα που εκλύεται στους αντιστάτες μέχρι τη στιγμή \[t_1\].
γ) και η μείωση της κινητικής του ενέργειας του αγωγού ΚΛ μέχρι τη στιγμή \[t_1\] μας δίνουν μαζί την θερμότητα που εκλύεται συνολικά στους αντιστάτες μέχρι τη στιγμή \[t_1\].
30. Στο παρακάτω σχήμα οι δύο λαμπτήρες \[Λ_1\, ,\, Λ_2\] είναι όμοιοι και το πηνίο έχει αντίσταση \[R_π\]. Την \[t_0=0\] κλείνω το διακόπτη \[δ\]. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;
