Τεστ στην Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (Επίπεδο δυσκολίας: Δύσκολο)

Οι δύο ομόκεντροι κυκλικοί αγωγοί \[(1),\, (2)\] βρίσκονται πάνω στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο. Ο αγωγός \[(1)\] διαρρέεται από ρεύμα που έχει αρχικά σταθερή ένταση \[I\] και φορά αυτή που φαίνεται στο σχήμα. Σε χρονικό διάστημα \[Δt\] μειώνουμε την ένταση του ρεύματος στον αγωγό \[(1)\] χωρίς να μεταβάλλουμε τη φορά του μέχρι που αυτό μηδενίζεται μόνιμα. Ποιες απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές; Στη χρονική διάρκεια \[Δt\]:

Τα πανομοιότυπα τετραγωνικά πλαίσια (1), (2) του παρακάτω σχήματος έχουν εμβαδά \[S\] αποτελούνται από \[Ν\] σπείρες και βρίσκονται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[B\]. Το πλαίσιο (1) είναι αρχικά κάθετο στις δυναμικές γραμμές του μαγνητικού πεδίου ενώ το πλαίσιο (2) είναι παράλληλο στις δυναμικές του γραμμές. Στρέφουμε τα πλαίσια κατά γωνία \[30^0\] κατά τη φορά που φαίνεται στο σχήμα. Αν \[ΔΦ_1\] και \[ΔΦ_2\] είναι οι μεταβολές των μαγνητικών ροών μιας σπείρας του πλαισίου (1) και του πλαισίου (2) αντίστοιχα, τότε ισχύει:

Ένας αντιστάτης διαρρέεται ταυτόχρονα από δύο εναλλασσόμενα ρεύματα που έχουν εντάσεις \[i_1=i_2=I\, ημωt\]. Η ενεργός ένταση του συνολικού ρεύματος που διαρρέει το σύρμα είναι:

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:

Ο ευθύγραμμος αγωγός ΟΓ του παρακάτω σχήματος είναι κατά το ήμισυ φτιαγμένος από μονωτικό υλικό (τμήμα ΟΜ) και ο άλλος μισός (τμήμα ΜΓ) από μέταλλο. Ο αγωγός μπορεί να στρέφεται γύρω από σταθερό άξονα κάθετο σ’ αυτόν και βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο με τις δυναμικές γραμμές του παράλληλες στον άξονα περιστροφής. Όταν ο αγωγός στρέφεται ως προς άξονα που διέρχεται απ’ το άκρο του Γ, η επαγωγική ΗΕΔ έχει μέτρο \[\mathcal{E}_{ΕΠ_1 }\] ενώ αν στρέφεται ως προς άξονα που διέρχεται απ’ το άκρο του Ο, έχει μέτρο \[\mathcal{E}_{ΕΠ_2 }\]. Ο λόγος \[\frac{\mathcal{E}_{ΕΠ_1 }}{ \mathcal{E}_{ΕΠ_2 } }\] είναι ίσος με:

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 \[Β\]. Το μέτρο της δύναμης Laplace που δέχεται ο αγωγός ΟΓ απ’ το μαγνητικό πεδίο έχει μέτρο:

Η αγώγιμη ράβδος ΟΑ μήκους \[\ell\] στρέφεται γύρω από άξονα που διέρχεται απ’ το Ο και είναι κάθετη σ’ αυτήν με σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[ω\]. Η ράβδος βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[Β\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι παράλληλες στον άξονα περιστροφής της. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Ραβδόμορφος μαγνήτης με τον άξονά του κατακόρυφο που διέρχεται απ’ το κέντρο του μεταλλικού δακτυλίου που κρατείται ακίνητος, αφήνεται να πέσει στο κενό. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Η μείωση της βαρυτικής δυναμικής ενέργειας του μαγνήτη μετατρέπεται:

Σε ένα ανοικτό πλαίσιο παραγωγής εναλλασσόμενης τάσης δημιουργείται στα άκρα του τάση που έχει χρονοεξίσωση \[v=V ημωt\]. Ποια απ’ της παρακάτω σχέσεις είναι σωστή; Αν διπλασιάσω τη συχνότητα περιστροφής του πλαισίου και ταυτόχρονα το μέτρο της έντασης του μαγνητικού πεδίου μέσα στο οποίο βρίσκεται το πλαίσιο, τότε η χρονοεξίσωση της τάσης γίνεται:

Η ενέργεια που αποθηκεύεται στο μαγνητικό πεδίο ενός πηνίου αντίστασης \[R\] όταν συνδεθεί με μια ιδανική πηγή \[(r=0)\] είναι ίση με \[10J\]. Κόβουμε το πηνίο στην μέση και συνδέουμε ένα κομμάτι στην ίδια πηγή. Η ενέργεια που αποθηκεύεται στο νέο πηνίο είναι

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:

Στο παρακάτω σχήμα στο εσωτερικό του σωληνοειδούς Σ υπάρχει σιδηρομαγνητικό υλικό που σ’ ένα σημείο έχουμε τοποθετήσει ελαφρύ αγώγιμο δακτύλιο Δ. Όταν κλείσουμε το διακόπτη δ, τότε ο δακτύλιος:

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:

Στο παρακάτω διάγραμμα φαίνεται η μεταβολή της τάσης με το χρόνο στα άκρα ενός πλαισίου παραγωγής εναλλασσόμενης τάσης που έχει αμελητέα αντίσταση. Αν διπλασιάσουμε το μέτρο της γωνιακής ταχύτητας περιστροφής του πλαισίου, τότε η χρονοεξίσωση της στιγμιαίας τάσης στα άκρα του γίνεται:

Αντιστάτης διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα που η έντασή του μεταβάλλεται με το χρόνο όπως φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα.

Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Ένας αντιστάτης τροφοδοτείται από εναλλασσόμενο ρεύμα της μορφής \[i=I\, ημωt\].

Το κυκλικό ανοικτό μεταλλικό πλαίσιο του παρακάτω σχήματος βρίσκεται ολόκληρο μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] που είναι κάθετη στο επίπεδο του πλαισίου όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Το μέτρο της έντασης του πεδίου αρχίζει να αυξάνεται για χρονική διάρκεια \[Δt\] χωρίς ν’ αλλάξει η κατεύθυνσή της. Ποιες από τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές; Στη χρονική διάρκεια \[Δt\]:

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 \[220\, V\]:

Στο παρακάτω σχήμα ο ευθύγραμμος αγωγός που διαρρέεται από ρεύμα έντασης \[I\] και το ακίνητο ορθογώνιο μεταλλικό πλαίσιο ΚΛΜΝ βρίσκονται πάνω στο ίδιο λείο οριζόντιο μονωτικό έδαφος. Ο ευθύγραμμος αγωγός στερεώνεται ακλόνητα ενώ το πλαίσιο μπορεί να κινείται ελεύθερα. Το πλαίσιο αρχίζει να απομακρύνεται απ’ τον ευθύγραμμο αγωγό με ταχύτητα παράλληλη στην ΚΛ. Ο ευθύγραμμος ακλόνητος αγωγός διαρρέεται από σταθερό ρεύμα. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Στη διάρκεια της απομάκρυνσης, το πλαίσιο:

Σε αντιστάτη αντίστασης \[R\] εφαρμόζεται εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=V\, ημωt\] και αυτός διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα της μορφής \[i=I\, ημωt\]. Ποιες από τις παρακάτω σχέσεις για τη στιγμιαία ισχύ \[p\] και για τη μέγιστη τιμή της \[P_{max}\] είναι σωστές;

Στο παρακάτω σχήμα οι δύο λαμπτήρες \[Λ_1\, ,\, Λ_2\] είναι όμοιοι και το πηνίο ιδανικό. Την \[t=0\] κλείνουμε το διακόπτη \[δ\]. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Ποια απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή; Η αρμονικά εναλλασσόμενη τάση \[v\] που εφαρμόζεται στα άκρα ενός αντιστάτη και το αρμονικά εναλλασσόμενο ρεύμα που τον διαρρέει είναι μεγέθη συμφασικά ή αλλιώς λέμε ότι βρίσκονται σε φάση. Αυτό σημαίνει ότι:

Αντιστάτης συνδέεται με ημιτονοειδή πηγή εναλλασσόμενης τάσης και διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Αν διπλασιάσουμε το πλάτος της εναλλασσόμενης τάσης στα άκρα του αντιστάτη τότε η μέση ηλεκτρική ισχύς που αυτός καταναλώνει:

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. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Στο παρακάτω σχήμα ο οριζόντιος άξονας του ραβδόμορφου μαγνήτη περνά απ’ το κέντρο του κυκλικού αγωγού που σ’ αυτόν έχει δημιουργηθεί εγκοπή. Αν ο μαγνήτης αρχίζει να κινείται προς τα δεξιά, στη διάρκεια της απομάκρυνσης του μαγνήτη μέχρι αυτός να φτάσει πολύ μακριά απ’ τον κυκλικό αγωγό:

Αντιστάτης διαρρέεται από ημιτονοειδές εναλλασσόμενο ρεύμα. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Αν τριπλασιάσουμε το πλάτος της έντασης του εναλλασσόμενου ρεύματος που διαρρέει τον αντιστάτη, τότε η μέση ηλεκτρική ισχύ που καταναλώνει:

Στο παρακάτω σχήμα το πηνίο έχει συντελεστή αυτεπαγωγής \[L\] και αντίσταση \[R_π=2R\]. Ο αντιστάτης \[R\] έχει αντίσταση \[R\], η πηγή έχει ΗΕΔ \[E\] και εσωτερική αντίσταση \[r=R\]. Την \[t=0\] κλείνουμε το διακόπτη \[δ\]. Το ρεύμα σταθεροποιείται σε μέγιστη τιμή έντασης \[Ι\]. Τη χρονική στιγμή \[t_1\] η ένταση που διαρρέει το πηνίο είναι \[I_1 = \frac{I}{4}\]. Η τάση στους πόλους της πηγής τη χρονική στιγμή \[t_1\] είναι:

Ο κυκλικός αγωγός έχει τοποθετηθεί κοντά σε ευθύγραμμο αγωγό μεγάλου μήκους. Οι δύο αγωγοί βρίσκονται στο ίδιο κατακόρυφο επίπεδο. Ο ευθύγραμμος αγωγός διαρρέεται από ρεύμα έντασης \[I\] που η φορά του φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Αυξάνουμε την ένταση \[I\] χωρίς ν’ αλλάξουμε τη φορά του ρεύματος στον ευθύγραμμο αγωγό. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή;

Το πλαίσιο ΚΛΜΝ σχήματος ορθογωνίου παραλληλογράμμου του παρακάτω σχήματος είναι κατά ένα μέρος τοποθετημένο μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο του πλαισίου. Το πεδίο εκτείνεται σε μεγάλο μήκος. Μετακινούμε το πλαίσιο με ταχύτητα που είναι παράλληλη στις πλευρές ΚΝ και ΛΜ. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή;

Ο ραβδόμορφος μαγνήτης Μ μάζας \[m\] του παρακάτω σχήματος αφήνεται να πέσει κατακόρυφα από ύψος \[h\] απ’ το οριζόντιο έδαφος κατά τη διεύθυνση του άξονά του που περνά απ’ το κέντρο του ακλόνητου κυκλικού δακτυλίου Δ. Οι αντιστάσεις του αέρα θεωρούνται αμελητέες και η επιτάχυνση της βαρύτητας έχει μέτρο \[g\]. Όταν ο μαγνήτης φτάνει στο ύψος \[h'=\frac{h}{3}\] απ’ το έδαφος, η θερμότητα που έχει εκλυθεί απ’ τον αντιστάτη του Δ λόγω φαινομένου Joule είναι \[Q=\frac{mgh}{6}\]. Στο ύψος \[h'\] ο μαγνήτης έχει ταχύτητα: