Τεστ στην Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (Επίπεδο δυσκολίας: Δύσκολο)

Μια συνεχής σταθερή τάση \[V_Σ\] δημιουργεί στον αντιστάτη \[R\] ίδια θερμικά αποτελέσματα με αυτά που δημιουργεί μια ημιτονοειδής εναλλασσόμενη τάση ενεργού τιμής \[V_{εν}\] σε μια αντίσταση \[4R\] στο ίδιο χρονικό διάστημα. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Ο λόγος \[ \frac{ V_{εν} }{ V_{Σ} }\] είναι:

Ένα σωληνοειδές Σ έχει \[n\] αριθμό σπειρών ανά μονάδα μήκους και κάθε σπείρα έχει ακτίνα \[α_1\]. Κυκλικό πλαίσιο Π αποτελείται από \[Ν\] σπείρες ακτίνας \[α_2\] που η καθεμιά έχει αντίσταση \[R\] και περιβάλλει το σωληνοειδές ακριβώς στο κέντρο του με τις σπείρες του να έχουν κοινό κέντρο Κ και κοινό κατακόρυφο επίπεδο με την κεντρική σπείρα του σωληνοειδούς. Η μαγνητική διαπερατότητα του κενού είναι \[μ_0\]. Μεταβάλλοντας κατάλληλα την αντίσταση \[R_1\] του κυκλώματος του σωληνοειδούς Σ, η ένταση που το διαρρέει μεταβάλλεται με σταθερό ρυθμό \[ \frac{ΔΙ}{Δt} = λ > 0\]. Το ρεύμα που διαρρέει το πλαίσιο Π έχει:

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:

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:

Στο παρακάτω σχήμα οι κατακόρυφοι αγωγοί \[Αy_1\] και \[Γy_2\] είναι αμελητέας αντίστασης και μεγάλου μήκους ενώ ο αντιστάτης \[R_1\] έχει αντίσταση \[R_1=R\]. Αρχικά ο διακόπτης δ είναι ανοικτός. Ο αγωγός ΚΛ έχει αντίσταση \[R_{ΚΛ}=R\] κινείται κατακόρυφα με σταθερή ταχύτητα \[ \vec{ υ }_1 \] με φορά προς τα πάνω χωρίς να δέχεται τριβές και παραμένει συνεχώς κάθετος στους αγωγούς \[Ay_1,\, Αy_2\] ενώ τα άκρα του παραμένουν συνεχώς σε επαφή με τους κατακόρυφους αγωγούς. Στο μέσο του αγωγού ασκείται κατακόρυφη σταθερή δύναμη \[F\] κάθετη στη διεύθυνσή του και φοράς προς τα πάνω. Οι αντιστάτες \[R_2,\, R_3\], έχουν αντιστάσεις \[ R _ 2 = R _ 3 = \frac { R } { 2 } \]. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται σε οριζόντιο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[B\] που οι δυναμικές γραμμές τους είναι κάθετες στο επίπεδό τους. Τη στιγμή \[t =0\] κλείνω το διακόπτη δ χωρίς να καταργήσω τη δύναμη \[F\].

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 \[Δt\]:

Δύο αντιστάτες \[(1),\, (2)\] είναι συνδεδεμένοι σε σειρά και έχουν αντιστάσεις \[R_1\] και \[R_2=4R_1\] αντίστοιχα. Στο σύστημα των δύο αντιστατών έχουμε εφαρμόσει εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=V\, ημωt\]. Οι μέγιστες τιμές των ισχύων που καταναλώνουν οι δύο αντιστάτες είναι \[P_{1_{max} },\, P_{2_{max} } \] αντίστοιχα. Ποια από τις παρακάτω σχέσεις είναι η σωστή;

Πλαίσιο δημιουργίας εναλλασσόμενης τάσης έχει αμελητέα αντίσταση και τα άκρα του συνδέονται με αντιστάτη αντίστασης \[R\]. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Αν διπλασιάσουμε το μέτρο της έντασης του μαγνητικού πεδίου μέσα στο οποίο βρίσκεται το πλαίσιο και ταυτόχρονα διπλασιάσουμε τη γωνιακή ταχύτητα περιστροφής του, η μέση ισχύς που καταναλώνει ο αντιστάτης:

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 \[R_1\]:

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; Στον αγωγό ΚΛ, μέχρι να αποκτήσει τη μέγιστη κατά μέτρο ταχύτητά του:

Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Στα άκρα ενός αντιστάτη αντίστασης \[R\] εφαρμόζεται εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=V\, ημωt\]. Ο αντιστάτης διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα που έχει εξίσωση:

Δύο ευθύγραμμοι λεπτοί μεταλλικοί αγωγοί ΟΑ και ΟΓ στρέφονται στο ίδιο επίπεδο γύρω από άξονα που διέρχεται απ’ το κοινό άκρο Ο και είναι κάθετος σ’ αυτούς με την ίδια σταθερή γωνιακή ταχύτητα κατά μέτρο και φορά. Οι αγωγοί έχουν μήκη \[\ell_{OA}\, , \, \ell_{ΟΓ} \] αντίστοιχα με \[\ell_{OA}=\frac{\ell_{ΟΓ} }{ 2 }\] και βρίσκονται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο περιστροφής τους. Ποια απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή; Για τις επαγωγικές ΗΕΔ που δημιουργούνται στους αγωγούς ισχύει:

Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Η ενεργός ένταση του εναλλασσόμενου ρεύματος που έχει πλάτος \[Ι\] και περίοδο \[Τ\]:

Ο συντελεστής αυτεπαγωγής ενός πηνίου δεν εξαρτάται από:

Ο μαγνήτης Μ και το σωληνοειδές Σ έχουν κοινό άξονα. Το επαγωγικό ρεύμα που διαρρέει τον αντιστάτη \[R\] έχει τη φορά του σχήματος. Απ’ τη φορά του ρεύματος αυτού συμπεραίνουμε ότι μπορεί:

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:

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 \[μ_0\].

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:

Αντιστάτης αντίστασης \[R=100\, Ω\] διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα της μορφής \[i=10\, ημ200πt\] (S.I.). Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

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:

Σε ένα πηνίο δημιουργείται ΗΕΔ από αυτεπαγωγή :

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:

Δύο αγώγιμα πλαίσια \[(1),\, (2)\] αμελητέας αντίστασης έχουν ίσα εμβαδά, βρίσκονται μέσα στο ίδιο ομογενές μαγνητικό πεδίο και αποτελούνται από \[Ν_1,\, Ν_2\] σπείρες αντίστοιχα με \[Ν_1=4Ν_2\]. Στα άκρα του πλαισίου \[(1)\] έχουμε συνδέσει αντίσταση \[R_1\] ενώ στα άκρα του πλαισίου \[(2)\] αντιστάτη \[R_2=2R_1\]. Την \[t=0\] τα δύο πλαίσια είναι κάθετα στις δυναμικές γραμμές του Ο.Μ.Π. και αρχίζουν να στρέφονται με σταθερές γωνιακές ταχύτητες \[ω_1,\, ω_2\] ως προς άξονες που είναι κάθετοι στις δυναμικές γραμμές και περνούν απ’ τα μέσα των απέναντι πλευρών τους. Η μέση ισχύς που καταναλώνει ο αντιστάτης \[R_1\] είναι οκταπλάσια αυτής του \[R_2\]. Αν \[t_1,\, t_2\] είναι οι χρονικές στιγμές που μεγιστοποιούνται για πρώτη φορά οι εντάσεις που διαρρέουν τα δύο πλαίσια, τότε για τις σχέσεις των \[t_1,\, t_2\] ισχύει:

Ο ευθύγραμμος αγωγός μεγάλου μήκους του παρακάτω σχήματος διαρρέεται από ρεύμα έντασης \[I\] και βρίσκεται στο ίδιο κατακόρυφο επίπεδο με το επίπεδο ενός κυκλικού αγωγού. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Για να διαρρέεται ο κυκλικός αγωγός από επαγωγικό ρεύμα πρέπει:

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;

Το πλαίσιο του παρακάτω σχήματος έχει συνολική αντίσταση \[R\] και στα άκρα του συνδέουμε αντιστάτη αντίστασης \[R_1\] ώστε το κύκλωμα που δημιουργείται να διαρρέεται από ρεύμα. Το πλαίσιο στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα γύρω απ’ τον άξονα \[x' x\]. Ποια απ’ τις επόμενες σχέσεις είναι σωστή; Το πλάτος \[V\] της τάσης στα άκρα του πλαισίου είναι:

Να επιλέξετε τις σωστές προτάσεις. Το πηνίο του παρακάτω σχήματος διαρρέεται από ρεύμα που έχει φορά απ’ το Κ προς το Λ. Στο πηνίο εμφανίζεται ΗΕΔ από αυτεπαγωγή και δημιουργείται θετικός πόλος στο Λ. Αυτό σημαίνει ότι το ρεύμα που διαρρέει το πηνίο έχει:

Αντιστάτης αντίστασης \[R\] διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα με ένταση της μορφής \[i=I ημ\frac{ 2π}{Τ} t\]. Σε ποιο απ’ τα παρακάτω σχήματα απεικονίζεται σωστά ο στιγμιαίος ρυθμός κατανάλωσης ηλεκτρικής ενέργειας απ’ τον αντιστάτη;

Θερμική συσκευή συνδέεται από ακίνητο ρευματοδότη που δίνει εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=220\sqrt{2}\, ημ100πt\]. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Σε \[10\, s\] η στιγμιαία ηλεκτρική ισχύς που καταναλώνει η αντίσταση ή αλλιώς ο ρυθμός έκλυσης θερμότητας απ’ την συσκευή γίνεται μηδέν:

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: