Τεστ στην Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (Επίπεδο δυσκολίας: Δύσκολο)

Ο ραβδόμορφος μαγνήτης των παρακάτω σχημάτων κινείται κατακόρυφα στη διεύθυνση του άξονά του που διέρχεται απ’ το κέντρο του κυκλικού αγωγού. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Το επαγωγικό ρεύμα στον αγωγό έχει σχεδιαστεί σωστά:

Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται το συρμάτινο πλαίσιο ΚΛΜΝ σχήματος τετραγώνου πλευράς \[α\] που βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[B\] έτσι ώστε το επίπεδό του να είναι παράλληλο στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Το πλαίσιο αποτελείται από \[Ν\] σπείρες. Σε χρονικό διάστημα \[Δt\] στρέφουμε το πλαίσιο κατά \[90^0\] ως προς άξονα \[x' x\] που είναι παράλληλος στις δυναμικές γραμμές του πεδίου και περνά απ’ τα μέσα των πλευρών ΚΝ και ΛΜ. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Στο χρονικό διάστημα \[Δt\] εμφανίζεται στο πλαίσιο μέση επαγωγική ΗΕΔ που έχει απόλυτη τιμή:

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

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 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:

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 \[R_1\]:

Αντιστάτης διαρρέεται ταυτόχρονα από δύο ρεύματα που το ένα είναι συνεχές σταθερής έντασης \[Ι\] και το άλλο εναλλασσόμενο που η έντασή του έχει χρονοεξίσωση \[i=I \sqrt{2} ημ \frac{ 2π }{ Τ } t\]. Σε χρόνο μιας περιόδου \[Τ\], το φορτίο που μετατοπίζεται από μια διατομή του αντιστάτη έχει απόλυτη τιμή:

Αντιστάτης αντίστασης \[R\] συνδέεται με ιδανική πηγή εναλλασσόμενης τάσης της μορφής \[v=V\, ημ \frac{ 2π}{Τ} t\]. Η χρονική διάρκεια μεταξύ δύο διαδοχικών φορών που η ισχύς που καταναλώνει ο αντιστάτης γίνεται ίση με τη μέση ισχύ του είναι:

Ο κυκλικός αγωγός του παρακάτω σχήματος είναι μονωμένος εξωτερικά, στηρίζεται πάνω σε ευθύγραμμο οριζόντιο αγωγό μεγάλου μήκους έτσι ώστε μια διάμετρός του να ταυτίζεται με τη διεύθυνση του ευθύγραμμου αγωγού. Ο ευθύγραμμος αγωγός διαρρέεται από ρεύμα έντασης \[I\] που η φορά του φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Όταν μεταβάλλεται η ένταση του ρεύματος που διαρρέει τον ευθύγραμμο αγωγό χωρίς ν’ αλλάξουμε τη φορά του, τότε στη διάρκεια αυτή ο κυκλικός αγωγός:

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:

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:

Στα άκρα ενός αντιστάτη εφαρμόζεται αρμονικά εναλλασσόμενη τάση και ο αντιστάτης διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα. Τα μεγέθη στιγμιαία τάση \[v\] και στιγμιαία ένταση \[i\] έχουν:

Αγώγιμο πλαίσιο σχήματος ορθογωνίου παραλληλογράμμου βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο με το επίπεδό του κάθετο στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Την \[t=0\] το πλαίσιο αρχίζει να στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα γύρω από άξονα που βρίσκεται στο επίπεδο του πλαισίου και είναι κάθετος στις δυναμικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου. Η μαγνητική ροή που διέρχεται απ’ το πλαίσιο:

Στο παρακάτω σχήμα το σωληνοειδές και ο ραβδόμορφος μαγνήτης έχουν κοινό άξονα και ένα γαλβανόμετρο μετρά την ένταση του ρεύματος που διαρρέει το πηνίο. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Αντιστάτης διαρρέεται από συνεχές ρεύμα \[Ι_Σ\] και σε χρόνο \[Δt\] εκλύεται απ’ αυτό θερμότητα ίση με \[Q\]. Στη συνέχεια ο ίδιος αντιστάτης διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα της μορφής \[i=I\, ημωt\] και στον ίδιο χρόνο εκλύεται ίδιο ποσό θερμότητας \[Q\]. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Το πλάτος της έντασης 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

Το συρμάτινο πλαίσιο σχήματος ορθογωνίου παραλληλογράμμου εξέρχεται απ’ το ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] με σταθερή ταχύτητα που είναι κάθετη στις δυναμικές του γραμμές και έτσι ώστε το επίπεδό του να είναι συνεχώς κάθετο στις δυναμικές γραμμές του όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

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:

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 \[220\, V\]:

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

Λεπτή μεταλλική ράβδος μήκους \[\ell\] στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[ω\] ως προς άξονα κάθετη σ’ αυτήν που διέρχεται από το ένα άκρο της. Η ράβδος βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[Β\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στον άξονα περιστροφής. Ποια απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή; Η επαγωγική ΗΕΔ που δημιουργείται στη ράβδο είναι ίση με:

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

Κλειστό συρμάτινο πλαίσιο αντίστασης \[R\] βρίσκεται εντός ομογενούς μαγνητικού πεδίου με το επίπεδό του κάθετο στις δυναμικές γραμμές του. Η μεταβολή της αλγεβρικής τιμής της έντασης \[B\] του μαγνητικού πεδίου φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα. Το πλαίσιο έχει σχήμα τετραγώνου πλευράς \[α\] και αποτελείται από \[N\] όμοιες σπείρες. Ποιες απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές;

Ο ευθύγραμμος αγωγός ΚΛ του παρακάτω σχήματος έχει μήκος \[\ell\]. Ο αγωγός βρίσκεται πάνω σε οριζόντιους παράλληλους αγωγούς \[Αx_1\] και \[Γx_2\] μεγάλου μήκους και μηδενικής αντίστασης με διεύθυνση κάθετη σ’ αυτούς. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο που δημιουργούν οι αγωγοί. Οι αγωγοί \[Αx_1\] και \[Γx_2\] συνδέονται με άλλους παράλληλους ρευματοφόρους αγωγούς αμελητέας αντίστασης που η μεταξύ τους απόσταση είναι \[ΝΖ=\frac{\ell}{3}\]. Ο αγωγός ΚΛ έχει αντίσταση \[R\] και αποτελείται από ομογενές και ισοπαχές σύρμα ενώ τα άκρα Α και Γ παράλληλων αγωγών συνδέονται με αντιστάτη αντίστασης \[R\]. Ο αγωγός κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου \[υ\] παραμένοντας συνεχώς κάθετος σ’ όλους τους παράλληλους αγωγούς. Ο λόγος των επαγωγικών τάσεων \[V_{ΚΛ}\] στη θέση (1) (Θ1) και \[V_{NZ}\] στη θέση (2) (Θ2) είναι \[ \frac{ V_{ΚΛ} }{ V_{NZ} }\] :

Ο ευθύγραμμος αγωγός ΚΛ του παρακάτω σχήματος έχει τα άκρα του σε επαφή με δύο παράλληλους ευθύγραμμους οριζόντιους αγωγούς \[Αx_1\] και \[Γx_2\] που έχουν μεγάλο μήκος και αμελητέα αντίσταση. Την \[t=0\] ο αγωγός έχει αρχική ταχύτητα μέτρου \[υ_0\] παράλληλη στους δύο άλλους αγωγούς. Τη στιγμή αυτή ασκώ στον αγωγό σταθερή δύναμη \[F\] ομόρροπη της ταχύτητας. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[Β\] που οι δυναμικές γραμμές είναι κάθετες στο επίπεδο των αγωγών. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

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 \[μ_0\].

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. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Στη διάρκεια εισόδου του πλαισίου στο μαγνητικό πεδίο:

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:

Ευθύγραμμος αγωγός διαρρέεται από αρμονικό εναλλασσόμενο ρεύμα με περίοδο \[10\, ms\]. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Η ένταση του μαγνητικού πεδίου του αγωγού σε ένα σημείο Σ που απέχει \[r\] απ’ αυτόν αλλάζει φορά κάθε: