Τεστ στην Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (Επίπεδο δυσκολίας: Δύσκολο)

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. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Στη διάρκεια της κίνησης του αγωγού:

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:

Στο παρακάτω σχήμα ο οριζόντιος άξονας του ραβδόμορφου μαγνήτη περνά απ’ το κέντρο του κυκλικού αγωγού που σ’ αυτόν έχει δημιουργηθεί εγκοπή. Ποια απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή; Αν ο μαγνήτης αρχίζει να κινείται προς τα δεξιά:

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 \[U_1\]. Το μέγιστο μέτρο της έντασης του ρεύματος είναι:

Ο ευθύγραμμος αγωγός ΚΛ του παρακάτω σχήματος έχει αντίσταση \[R\], μήκος \[\ell\] και κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου \[υ\] με τα άκρα του συνεχώς να βρίσκονται σε επαφή με τους λείους οριζόντιους ευθύγραμμους παράλληλους αγωγούς \[Αx_1\] και \[Γx_2\] που έχουν μεγάλο μήκος και αμελητέα αντίσταση. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο που δημιουργούν. Ο αγωγός παραμένει συνεχώς κάθετος στους αγωγούς \[Αx_1\] και \[Γx_2\]. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

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:

Λεπτή αγώγιμη ράβδος ΟΑ στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα γύρω από σταθερό άξονα που διέρχεται απ’ το άκρο της Ο και είναι κάθετος σ’ αυτήν. Η ράβδος βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο. Ποιες από τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές; Στα άκρα της ράβδου αναπτύσσεται ΗΕΔ από επαγωγή αν οι δυναμικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου είναι:

Σε μια εναλλασσόμενη τάση, η στιγμιαία τιμή της μηδενίζεται κάθε \[0,005\, s\]. Η συχνότητα της εναλλασσόμενης τάσης είναι:

Η ράβδος ΟΑ του παρακάτω σχήματος έχει μήκος \[\ell \] και αντίσταση \[R\] και στρέφεται γύρω από άξονα κάθετο σ’ αυτήν που περνά απ’ το άκρο της Ο με σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[ω\]. Κατά την περιστροφή της ράβδου, το άκρο της Α ολισθαίνει χωρίς τριβές σε κυκλικό αγωγό κέντρου Ο και ακτίνας \[R\] αμελητέας αντίστασης που το επίπεδό του ταυτίζεται με το επίπεδο περιστροφής της ράβδου όπως φαίνεται στο σχήμα. Το άκρο Ο συνδέεται με το σημείο Κ του αγωγού μέσω αντιστάτη \[R_1\] που έχει αντίσταση \[R_1=R\]. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο του συστήματος. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Στο παρακάτω σχήμα οι δύο λαμπτήρες \[Λ_1\, , \, Λ_2\] είναι όμοιοι και το πηνίο είναι ιδανικό. Ο διακόπτης \[δ\] είναι κλειστός και οι φωτεινότητες των δύο λαμπτήρων είναι σταθεροποιημένες. Την \[t=0\] ανοίγουμε το διακόπτη \[δ\] χωρίς να δημιουργηθεί σπινθήρας. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Το πλαίσιο του παρακάτω σχήματος ορθογωνίου παραλληλογράμμου βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] με το επίπεδό του κάθετο στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Η μαγνητική ροή που διέρχεται απ’ το πλαίσιο μεταβάλλεται:

Στο παρακάτω σχήμα ο ραβδόμορφος μαγνήτης απομακρύνεται από το πηνίο. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Στο παρακάτω σχήμα έχουμε ακίνητο σωληνοειδές και ακίνητο ραβδόμορφο μαγνήτη που οι άξονές τους ταυτίζονται. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Για να δημιουργηθεί ΗΕΔ από επαγωγή στο σωληνοειδές πρέπει:

Συρμάτινο πλαίσιο αποτελείται από \[Ν\] ορθογώνιες σπείρες που η καθεμιά έχει εμβαδόν \[Α\] και η συνολική αντίσταση του πλαισίου είναι \[R\]. Στα άκρα του πλαισίου έχουμε συνδέσει αντιστάτη αντίστασης \[R\]. Το πλαίσιο είναι αρχικά ακίνητο μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\] έτσι ώστε το επίπεδό του να είναι κάθετο στις δυναμικές γραμμές του και έτσι η μαγνητική ροή που διέρχεται απ’ το πλαίσιο είναι μέγιστη. Την \[t=0\] το πλαίσιο αρχίζει να στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[ω\] ως προς άξονα κάθετο στις δυναμικές γραμμές.

Αντιστάτης διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα που η έντασή του είναι της μορφής \[i=I\, ημ \frac {2π}{Τ} t\]. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Ο ρυθμός παραγωγής θερμότητας στον αντιστάτη:

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

Μεταλλικό πλαίσιο αποτελείται από \[Ν=3\] σπείρες εμβαδού \[Α\] και αντίστασης \[R_σ\] η καθεμία. Στα άκρα του πλαισίου συνδέουμε μεταβλητό αντιστάτη που η αρχική τιμή της αντίστασής του είναι \[R_σ\]. Το πλαίσιο στρέφεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο ως προς άξονα κάθετο στις δυναμικές γραμμές του πεδίου με σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[ω\]. Η μέγιστη ισχύς που καταναλώνεται στην μεταβλητή αντίσταση είναι \[P_1\]. Αν διπλασιάσουμε την γωνιακή ταχύτητα του πλαισίου και την τιμή της μεταβλητής αντίστασης, τότε η μέγιστη ισχύς που αυτή καταναλώνει είναι \[P_2\]. Ο λόγος \[\frac{P_1}{P_2}\] είναι:

Στο παρακάτω σχήμα οι δύο λαμπτήρες \[Λ_1\, , \, Λ_2\] είναι όμοιοι και το πηνίο έχει αντίσταση \[R_π\]. Ο διακόπτης \[δ\] είναι κλειστός και οι φωτεινότητες των δύο λαμπτήρων είναι σταθερές. Την \[t=0\] ανοίγω το διακόπτη \[δ\] χωρίς να δημιουργηθεί σπινθήρας. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Στο σχήμα (α), αρχικά ο μεταγωγός Δ είναι τοποθετημένος στη θέση Α και το πηνίο διαρρέεται από σταθερό ρεύμα. Τη στιγμή \[t=0\] ο μεταγωγός τοποθετείται ακαριαία στη θέση Β. Η ένταση του ρεύματος στο πηνίο, από τη στιγμή που ο μεταγωγός τοποθετήθηκε στο Β, σε συνάρτηση με το χρόνο δίνεται από το διάγραμμα στο σχήμα (β). Α) Η αποθηκευμένη ενέργεια στο πηνίο είναι μεγαλύτερη τη χρονική στιγμή \[t_1\] ή τη στιγμή \[t_2\]; Β) Η ηλεκτρεγερτική δύναμη αυτεπαγωγής στο πηνίο είναι μεγαλύτερη τη χρονική στιγμή \[t_1\] ή τη χρονική στιγμή \[t_2\];

Μια εναλλασσόμενη τάση έχει περίοδο \[Τ\]. Ποια απ’ τις επόμενες σχέσεις είναι σωστή; Η τάση αντιστρέφει την πολικότητά της κάθε Δt όπου:

Ο ευθύγραμμος οριζόντιος αγωγός ΑΓ έχει αμελητέο βάρος και είναι φτιαγμένος από ομογενές και ισοπαχές σύρμα ειδικής αντίστασης ρ, εμβαδό διατομής \[S\] και μήκος \[\ell\]. Ο αγωγός ΑΓ είναι σε επαφή με λείους κατακόρυφους αγωγούς \[yy'\] και \[y_1 y_1'\] αμελητέας αντίστασης που τα άκρα τους συνδέονται με πλαίσιο τετραγωνικού σχήματος πλευράς \[α\] και \[Ν\] σπειρών που η συνολική του αντίσταση είναι ίση με την αντίσταση του ευθύγραμμου αγωγού ΑΓ. Ο αγωγός ΑΓ βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο σταθερής έντασης \[\vec{B}_2\] που η κατεύθυνσή του φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Ο αγωγός ΑΓ είναι προσδεμένος στο κέντρο από το άκρο κατακόρυφου ιδανικού ελατηρίου σταθεράς \[k\] που το άλλο άκρο του είναι στερεωμένο σε οροφή. Το πλαίσιο βρίσκεται μέσα σε άλλο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}_1\] και διατηρείται ακλόνητος με το επίπεδό του κατακόρυφο. Αυξάνουμε με σταθερό ρυθμό \[ \frac{ΔΒ_1} {Δt} = λ\] το μέτρο της έντασης \[Β_1\] χωρίς να μεταβάλλουμε τη φορά της και παρατηρούμε ότι ο αγωγός ΑΓ ισορροπεί με το ελατήριο να είναι παραμορφωμένο κατά \[Δ\ell_1\].

Μεταλλικό ακίνητο τετράγωνο πλαίσιο βρίσκεται εξ’ ολοκλήρου μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[Β\] που η αλγεβρική τιμή της μεταβάλλεται με το χρόνο σύμφωνα με το παραπάνω διάγραμμα. Το επίπεδο του πλαισίου είναι κάθετο στις δυναμικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Το επαγωγικό ρεύμα που διαρρέει το πλαίσιο αλλάζει φορά:

Δύο συρμάτινα ανοικτά τετραγωνικά πλαίσια \[(1), \, (2)\] έχουν ίσα εμβαδά και στρέφονται με την ίδια σταθερή γωνιακή ταχύτητα μέσα στο ίδιο ομογενές μαγνητικό πεδίο ως προς άξονα κάθετο στις δυναμικές γραμμές του που περνά από τα μέσα των δύο απέναντι πλευρών τους. Τα πλαίσια έχουν αριθμό σπειρών \[Ν_1,\, Ν_2\] αντίστοιχα. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Ο λόγος των πλατών των εναλλασσόμενων τάσεων στα άκρα των δύο πλαισίων \[ \frac{V_1}{V_2} \] είναι ίσος με

Πλαίσιο αμελητέας αντίστασης χρησιμοποιείται για την παραγωγή εναλλασσόμενης τάσης και στα άκρα του συνδέουμε αντιστάτη \[R\]. Η ισχύς που καταναλώνει ο αντιστάτης έχει χρονοεξίσωση \[P=V I ημ^2 ωt\]. Αν διπλασιάσουμε τη γωνιακή ταχύτητα περιστροφής του πλαισίου, η χρονοεξίσωση της ισχύος γίνεται:

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 τελική τιμή της έντασης του ρεύματος είναι ίση με \[Ι_0\]. Αντικαθιστούμε το πηνίο με άλλο το οποίο έχει τον ίδιο συντελεστή αυτεπαγωγής και διπλάσια αντίσταση και κλείνουμε πάλι τον διακόπτη. Η τελική τιμή της έντασης του ρεύματος στο κύκλωμα είναι:

Αντιστάτης διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα που η έντασή του δίνεται απ’ τη σχέση \[i=4\sqrt{2}\, ημ40πt\] (S.I.). Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Πλαίσιο εισέρχεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο με ταχύτητα \[\vec{υ}\] που είναι κάθετη στις δυναμικές γραμμές του πεδίου έτσι ώστε το επίπεδο του πλαισίου να μένει συνεχώς κάθετο στις δυναμικές γραμμές. Το μέτρο της ταχύτητάς του αυξάνεται συνεχώς. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Στη διάρκεια της εισόδου στο πεδίο:

Στο παρακάτω σχήμα η μεταλλική ράβδος ΟΓ έχει αντίσταση \[R\], στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα μέτρου \[ω\] σε οριζόντιο επίπεδο και το σημείο της Δ και το άκρο της Γ είναι συνεχώς σε επαφή με ομόκεντρους οριζόντιους κυκλικούς αγωγούς ακτίνας \[α_1=α\] και \[α_2=3α\] αντίστοιχα που έχουν ίδιο κέντρο το σημείο Ο και αμελητέα αντίσταση. Τα άκρα Κ και Λ συνδέονται με συσκευή Σ αντίστασης \[R_Σ=R\]. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται μέσα σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\]. Η συσκευή διαρρέεται από επαγωγικό ρεύμα και λειτουργεί κανονικά. Η τάση κανονικής λειτουργίας της συσκευής είναι:

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 \[ \frac{ V_{ΚΛ} }{ V_{NZ} }\] :

Στο παρακάτω κύκλωμα οι δύο αντιστάτες έχουν αντιστάσεις \[R_1=6R\] και \[R_2=2R\] αντίστοιχα ενώ το πηνίο έχει συντελεστή αυτεπαγωγής \[L\] και αντίσταση \[R_π=R\]. Η πηγή έχει ΗΕΔ \[Ε\] και εσωτερική αντίσταση \[r=R_π\]. Ο διακόπτης \[δ\] είναι κλειστός και οι κλάδοι του κυκλώματος διαρρέονται από ρεύματα σταθερής έντασης. Τη χρονική στιγμή \[t_0=0\] ανοίγω το διακόπτη \[δ\] χωρίς να δημιουργηθεί σπινθήρας. Η αποθηκευμένη ενέργεια του μαγνητικού πεδίου του πηνίου αμέσως πριν την \[t_0=0\] είναι: