Τεστ στην Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (Επίπεδο δυσκολίας: Δύσκολο)

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;

Τα δύο πλαίσια \[(1),\, (2)\] του παρακάτω σχήματος έχουν εμβαδά \[S_1,\, S_2\] με \[S_2=2S_1\], ίδιο αριθμό σπειρών και ίδια αντίσταση \[R\]. Τα πλαίσια εισέρχονται στο ίδιο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[B\]. Το πλαίσιο \[(1)\] εισέρχεται στο πεδίο σε χρόνο \[Δt_1\] και το πλαίσιο \[(2)\] σε χρόνο \[Δt_2\] και ισχύει \[Δt_2=2Δt_1\]. Αν \[q_1,\, q_2\] τα επαγωγικά φορτία που περνούν απ’ τις διατομές των δύο πλαισίων αντίστοιχα και \[\bar{\mathcal{E}}_{επ_1 },\,\bar{\mathcal{ E }}_{επ_2 }\] οι μέσες ΗΕΔ που δημιουργούνται σ’ αυτά αντίστοιχα στη διάρκεια της εισαγωγής τους στο πεδίο, ποιες απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές;

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:

Ένας αντιστάτης αντίστασης \[R\] έχει στα άκρα του τάση της μορφής \[v=V\, ημωt\] και διαρρέεται από ηλεκτρικό ρεύμα της μορφής \[i=I\, ημωt\]. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Η μέση ισχύς που καταναλώνει ο αντιστάτης είναι:

Η ράβδος ΚΛ του παρακάτω σχήματος έχει μήκος \[\ell\] και κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου \[υ\] που είναι κάθετη στη διεύθυνση της ράβδου και στις δυναμικές γραμμές του ομογενούς μαγνητικού πεδίου έντασης μέτρου \[Β\]. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Στη ράβδο:

Δύο ορθογώνια μεταλλικά πλαίσια \[(1),\, (2)\] αμελητέας αντίστασης έχουν ίδιο αριθμό σπειρών και στρέφονται με σταθερές γωνιακές ταχύτητες μέσα στο ίδιο Ο.Μ.Π. ως προς άξονες κάθετους στις δυναμικές γραμμές που διέρχονται από τα μέσα των δύο απέναντι πλευρών τους. Στα άκρα του κάθε πλαισίου έχουμε συνδέσει από έναν ίδιο αντιστάτη αντίστασης \[R\]. Στα παρακάτω σχήματα φαίνονται τα διαγράμματα των τάσεων που δημιουργούνται στα άκρα του κάθε πλαισίου.

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;

Στο παρακάτω σχήμα ο ραβδόμορφος μαγνήτης πλησιάζει το μεταλλικό δακτύλιο με σταθερή ταχύτητα. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Εναλλασσόμενη τάση είναι η τάση που:

Σε ανοικτό πλαίσιο παραγωγής εναλλασσόμενης τάσης, δημιουργείται στα άκρα του εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=10\sqrt{2}\, ημ50πt \] (S.I.). Ο αριθμός πλήρων περιστροφών του πλαισίου σε χρόνο \[Δt=3\, sec\] είναι:

Διαθέτουμε σύρμα μήκους \[d\] με το οποίο θέλουμε να κατασκευάσουμε ένα πηνίο μήκους \[\ell\] με όσο το δυνατόν μεγαλύτερο συντελεστή αυτεπαγωγής. Είναι προτιμότερο:

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;

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:

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 \[Αy_1,\, Γy_2\]. Ποια απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή; Μετά την απόκτηση της μέγιστης ταχύτητάς του αγωγού ΚΛ, η μείωση της βαρυτικής δυναμικής του ενέργειας γίνεται:

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 όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Πλησιάζουμε τον μαγνήτη προς τον αγωγό κατά τη διεύθυνση του άξονα του μαγνήτη. Ποιες απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές;

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. Οι μαγνήτες φτάνουν στο έδαφος με κινητικές ενέργειες \[Κ_1,\, Κ_2\] αντίστοιχα. Ποια απ’ τις επόμενες σχέσεις είναι σωστή;

Στα άκρα ενός αντιστάτη αντίστασης \[R\] εφαρμόζουμε εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=V\, ημ\frac{ 2π}{Τ} t\]. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Η μέση ισχύς που καταναλώνει ο αντιστάτης είναι:

Συρμάτινο ορθογώνιο πλαίσιο έχει συνολική αντίσταση \[R\], αποτελείται από \[Ν\] όμοιες ορθογώνιες σπείρες εμβαδού \[Α\] η καθεμία. Το πλαίσιο βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[B\] και τα άκρα του έχουν συνδεθεί με αντιστάτη αντίστασης \[R\]. Την \[t=0\] το πλαίσιο αρχίζει να στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα μέτρου \[ω\] ως προς άξονα κάθετο στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Η ενεργός τάση στα άκρα του πλαισίου είναι:

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. Το μέτρο της δύναμης \[\vec{F}\] 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 \[Δt\]:

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 \[U_1 = \frac{U_{max} }{4}\]. Τη χρονική στιγμή \[t_1\] ο ρυθμός μείωσης της αποθηκευμένης ενέργειας στο πηνίο είναι:

Η ράβδος ΟΑ του παρακάτω σχήματος έχει μήκος \[\ell\] και αντίσταση \[R\] και στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[\vec{ω}\] σε οριζόντιο επίπεδο γύρω από κατακόρυφο άξονα που διέρχεται απ’ το άκρο της Ο. Το σημείο Γ της ράβδου που απέχει απ’ το Ο απόσταση \[ΟΓ=\frac{\ell}{4}\] βρίσκεται συνεχώς σε επαφή με την περιφέρεια κυκλικού οριζόντιου αγωγού κέντρου Ο ακτίνας \[\frac{\ell}{4}\] και αμελητέας αντίστασης που το επίπεδό του ταυτίζεται με το επίπεδο περιστροφής της ράβδου. Η ράβδος δεν δέχεται καμία τριβή κατά την κίνησή της. Το άκρο Ο γεφυρώνεται με το σημείο Κ της περιφέρειας του κυκλικού αγωγού με αντιστάτη αντίστασης \[R_1=R\]. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\]. Για να διατηρείται σταθερή η γωνιακή ταχύτητα της ράβδου ασκούμε στο άκρο Α της ράβδου οριζόντια δύναμη μέτρου \[F\] που είναι συνεχώς κάθετη στη ράβδο. Η ράβδος κατά την κίνησή της δέχεται δύναμη Laplace απ’ το μαγνητικό πεδίο μέτρου \[F_L\]. Αν η ράβδος δέχονταν τριβή απ’ τον κυκλικό αγωγό μέτρου \[Τ=F_L\], τότε ο λόγος \[\frac{F}{F_L}\] θα ήταν:

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

Ανοικτό περιστρεφόμενο πλαίσιο παραγωγής εναλλασσόμενης τάσης έχει στα άκρα του τάση της μορφής \[v=V\, ημωt\]. Ποια από της παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Αν διπλασιάσουμε τη γωνιακή ταχύτητα του πλαισίου:

Αντιστάτης \[R\] διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα της μορφής \[i=I\, ημ \frac{ 2π}{Τ} t\]. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Το ορθογώνιο μεταλλικό πλαίσιο αποτελείται από \[Ν\] σπείρες. Την \[t=0\] το πλαίσιο βρίσκεται στο όριο ΑΓ κατακόρυφου ομογενούς μαγνητικού πεδίου έντασης μέτρου \[B\] και κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου \[υ_1\] που έχει κατεύθυνση κάθετη στις δυναμικές γραμμές του πεδίου και κάθετη στο όριο ΑΓ του πεδίου. Σε χρονική στιγμή \[Δt_1\], το πλαίσιο μπαίνει εξ’ ολοκλήρου στο ομογενές μαγνητικό πεδίο. Επαναλαμβάνουμε το ίδιο πείραμα αλλά με σταθερή ταχύτητα με μέτρο \[υ_2 < υ_1\] ίδιας κατεύθυνσης με αυτήν της \[ \vec{υ}_1 \] και σε χρονικό διάστημα \[Δt_2\] το πλαίσιο μπαίνει ακριβώς το μισό πλαίσιο μέσα στο ομογενές μαγνητικό πεδίο. Στα χρονικά διαστήματα \[Δt_1,\, Δt_2\] το επαγωγικό φορτίο που περνά απ’ τη διατομή του πλαισίου είναι \[q_1,\, q_2\] αντίστοιχα για τα οποία ισχύει:

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:

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:

Αν διπλασιάσουμε την ένταση του ρεύματος που διαρρέει ένα πηνίο τότε η ενέργεια του μαγνητικού του πεδίου