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:

Το εναλλασσόμενο ρεύμα που παριστάνεται στο παρακάτω διάγραμμα έχει την ίδια ενεργό τιμή με ένα ημιτονοειδές ρεύμα της μορφής:

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Το φαινόμενο Joule, δηλαδή η θέρμανση ενός αγωγού όταν διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα οφείλεται:

Τετράγωνο μεταλλικό πλαίσιο αποτελείται από \[Ν\] σπείρες εμβαδού \[Α\] η καθεμία και συνολική αντίσταση \[R_π\]. Tο πλαίσιο συνδέεται στα άκρα του με αντιστάτη αντίστασης \[3R_π\]. Το πλαίσιο βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\] και το επίπεδό του είναι κάθετο στις δυναμικές του γραμμές. Την \[t=0\] το πλαίσιο αρχίζει να στρέφεται με σταθερή περίοδο περιστροφής \[T\] ως προς άξονα κάθετο στις δυναμικές γραμμές του ομογενούς μαγνητικού πεδίου. Η εξίσωση της στιγμιαίας ισχύος στην αντίσταση του πλαισίου 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:

Αντιστάτης συνδέεται με πηγή εναλλασσόμενης τάσης και διαρρέεται από ρεύμα που η έντασή του έχει τη μορφή \[i=I\, ημωt\]. Αν \[P_{max}\] είναι η μέγιστη στιγμιαία ισχύς που καταναλώνει ο αντιστάτης και \[\bar{P}\] η μέση ισχύς του, τότε ισχύει:

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:

Αν διπλασιάσουμε τον αριθμό των σπειρών ενός πηνίου χωρίς να μεταβάλλουμε το μήκος του τότε ο συντελεστής αυτεπαγωγής του πηνίου :

Οι δύο μεταλλικές ράβδοι ΟΑ και ΟΓ έχουν ίδιο μήκος \[\ell\] και στρέφονται με ίδια κατά μέτρο σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[ω\] πάνω στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο ως προς κατακόρυφο άξονα που διέρχεται απ’ το άκρο τους Ο. Το σύστημα των δύο ράβδων βρίσκεται μέσα σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\]. Για να είναι η διαφορά δυναμικού \[V_{ΓΑ}\] μηδενική πρέπει:

Οι οριζόντιοι ευθύγραμμοι αγωγοί ΟΓ και ΟΑ έχουν μήκη \[\ell\] και \[\frac{\ell }{ 2 }\] αντίστοιχα και στρέφονται στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο με ίδια σταθερή γωνιακή ταχύτητα μέτρου \[ω\] γύρω από κατακόρυφο άξονα που διέρχεται απ’ το κοινό τους άκρο Ο. Το σύστημα των δύο αγωγών βρίσκεται μέσα σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\]. Η διαφορά δυναμικού \[V_{ΓΑ}\] μεταξύ των σημείων Γ, Α είναι ίση με:

Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Όταν μια μεταλλική αγώγιμη ράβδος στρέφεται ως προς άξονα που περνά απ’ το άκρο της και είναι κάθετος σ’ αυτή και βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο που οι δυναμικές γραμμές του είναι παράλληλες στο επίπεδο περιστροφής της δεν αποκτά ΗΕΔ από επαγωγή γιατί:

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:

Ένας αντιστάτης διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα της μορφής \[i=I\, ημ \frac{2π}{Τ} t\]. Το συνολικό φορτίο που μετατοπίζεται από μια διατομή του σε χρονικό διάστημα \[2Τ\] είναι:

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 \[Δt\]:

Το τετράγωνο συρμάτινο πλαίσιο του παρακάτω σχήματος έχει πλευρά \[2α\] και κινείται μπαίνοντας απ’ την \[t=0\] σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\]. Η ταχύτητα του πλαισίου είναι σταθερή και κάθετη στις δυναμικές γραμμές και στην πλευρά ΛM του πλαισίου. Το πεδίο εκτείνεται σε πλάτος \[α\]. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Το πλαίσιο διαρρέεται από επαγωγικό ρεύμα που έχει φορά ομόρροπη των δεικτών του ρολογιού τη χρονική διάρκεια:

Η ΗΕΔ από αυτεπαγωγή στα άκρα ενός πηνίου είναι:

Οι οριζόντιοι ευθύγραμμοι αγωγοί ΟΓ και ΟΑ έχουν μήκη \[\ell\] και \[\frac{\ell }{ 2 }\] αντίστοιχα και στρέφονται στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο με ίδια σταθερή γωνιακή ταχύτητα μέτρου \[ω\] γύρω από κατακόρυφο άξονα που διέρχεται απ’ το κοινό τους άκρο Ο. Το σύστημα των δύο αγωγών βρίσκεται μέσα σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\]. Αν ο αγωγός ΟΓ στρέφονταν κατά την ωρολογιακή φορά ενώ ο αγωγός ΟΑ αντιωρολογιακά με ίσες κατά μέτρο γωνιακές ταχύτητες \[ω\], τότε η διαφορά δυναμικού \[V_{ΑΓ}\] γίνεται:

Ο αγωγός ΚΛ του παρακάτω σχήματος έχει μήκος \[\ell\] και κατέρχεται με σταθερή ταχύτητα μέτρου \[υ\] έχοντας τα άκρα του Κ, Λ σε επαφή με τους λείους ευθύγραμμους κατακόρυφους αγωγούς \[Αy_1\] και \[Γy_2\] παραμένοντας συνεχώς κάθετος σ’ αυτούς. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται σε οριζόντιο μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο των αγωγών. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

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. Ο ρυθμός παραγωγής θερμότητας στη ράβδο είναι:

Ανοικτό συρμάτινο ορθογώνιο πλαίσιο στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο ως προς άξονα κάθετο στις δυναμικές γραμμές του πεδίου που περνά απ’ τα μέσα των δύο απέναντι πλευρών του. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Αν διπλασιάσουμε τη συχνότητα περιστροφής του πλαισίου και ταυτόχρονα υποδιπλασιάσουμε το μέτρο της έντασης του πεδίου, το πλάτος της τάσης του:

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 \[R\]:

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:

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:

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. Ποια απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή; O αγωγός ΚΛ εκτελεί:

Αντιστάτης τροφοδοτείται με εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=10\, ημωt\] (S.I.). Στο παρακάτω διάγραμμα φαίνεται η μεταβολή της στιγμιαίας ισχύος που καταναλώνει ο αντιστάτης με το χρόνο.

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;

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;

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 μέσο της Μ. Η ράβδος βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\] που οι δυναμικές του γραμμές είναι παράλληλες στον άξονα περιστροφής του. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Η διαφορά δυναμικού \[V_{OA}\] που εμφανίζεται στα άκρα της λόγω επαγωγής είναι:

Στο παρακάτω κύκλωμα το πηνίο είναι ιδανικό, ο αντιστάτης έχει αντίσταση \[R\] και η πηγή ΗΕΔ \[E\] και αντίσταση \[r=2R\]. Την \[t=0\] κλείνουμε το διακόπτη \[δ\]. Όταν ο ρυθμός μεταβολής της έντασης του ρεύματος στο κύκλωμα είναι ίσος με μηδέν, το πηνίο έχει αποθηκευμένη ενέργεια μαγνητικού πεδίου \[U\]. Τη χρονική στιγμή \[t_1\] που το μέτρο του ρυθμού μεταβολής της έντασης γίνει ίσος με το μισό της μέγιστης τιμής του, τότε το πηνίο έχει αποθηκευμένη ενέργεια μαγνητικού πεδίου \[U_1\]. Ο λόγος \[\frac{U }{ U_1}\] είναι:

Η μονάδα μέτρησης του συντελεστή αυτεπαγωγής στο σύστημα μονάδων S.I. είναι