Τεστ στην Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (Επίπεδο δυσκολίας: Δύσκολο)

Αντιστάτης τροφοδοτείται με εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=10\, ημωt\] (S.I.). Στο παρακάτω διάγραμμα φαίνεται η μεταβολή της στιγμιαίας ισχύος που καταναλώνει ο αντιστάτης με το χρόνο.

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:

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

Ομογενές και ισοπαχές σύρμα διαρρέεται από συνεχές ρεύμα \[Ι_Σ\] και σε χρόνο \[Δt\] εκλύει θερμότητα \[Q_1\]. Δεύτερο ομογενές και ισοπαχές σύρμα είναι φτιαγμένο απ’ το ίδιο υλικό με το πρώτο αλλά έχει διπλάσιο μήκος και υποδιπλάσιο εμβαδόν διατομής απ’ αυτό. Το δεύτερο σύρμα διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα της μορφής \[i=I\, ημωt\] και στον ίδιο χρόνο εκλύει θερμότητα \[Q_2=2Q_1\]. Για την ενεργό τιμή \[Ι_{εν}\] του εναλλασσόμενου ρεύματος ισχύει

Στα άκρα αντιστάτη αντίστασης \[R=10\, Ω\] εφαρμόζουμε εναλλασσόμενη τάση με εξίσωση \[v=20\sqrt{2}\, ημ100πt\] (S.I.). Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Το κυκλικό πλαίσιο του παρακάτω σχήματος βρίσκεται ακλόνητο με το επίπεδό του κατακόρυφο μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}_1\] που η κατεύθυνσή της φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Το πλαίσιο αποτελείται από \[N\] σπείρες που η καθεμιά έχει αντίσταση \[R\]. Το πλαίσιο συνδέεται μέσω αβαρών συρμάτων αμελητέας αντίστασης με δύο κατακόρυφους αγωγούς \[y_1 y_1'\] και \[y_2 y_2'\] που και αυτοί έχουν αμελητέα αντίσταση. Ευθύγραμμος αγωγός ΑΓ είναι κάθετος στους κατακόρυφους αγωγούς και τα άκρα του Α, Γ είναι σε επαφή με αυτούς. Οι τριβές μεταξύ του αγωγού ΑΓ και των κατακόρυφων αγωγών θεωρούνται αμελητέες. Ο αγωγός ΑΓ βρίσκεται σε οριζόντιο ομογενές μαγνητικό πεδίο σταθερής έντασης \[\vec{B}_2\] που η φορά της φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Ο αγωγός ΑΓ έχει στερεωθεί απ’ το κέντρο του στο άκρο κατακόρυφου ιδανικού ελατηρίου σταθεράς \[k\] που το άλλο άκρο του είναι στερεωμένο σε οροφή. Όταν η ένταση του μαγνητικού πεδίου \[\vec{Β}_1\] αρχίζει να μεταβάλλει το μέτρο της με σταθερό ρυθμό \[\left| \frac{ΔΒ_1}{Δt} \right|=λ\] χωρίς να μεταβάλλεται η φορά της, ο αγωγός ΑΓ ισορροπεί και το ελατήριο είναι συσπειρωμένο κατά \[Δ\ell\]. Ο αγωγός ΑΓ έχει αντίσταση \[R_1=NR\], μήκος \[\ell=2α\] και μάζα \[m\] ενώ το μέτρο της επιτάχυνσης της βαρύτητας είναι \[g\].

Ένα πηνίο έχει μήκος \[\ell\] και συντελεστή αυτεπαγωγής \[L\]. Κόβουμε ένα κομμάτι μήκους \[\ell' = \frac{\ell}{3}\] από το αρχικό πηνίο. Ο συντελεστής αυτεπαγωγής του κομματιού μήκους \[\ell'\] είναι

Δύο ορθογώνια μεταλλικά πλαίσια \[(1),\, (2)\] αμελητέων αντιστάσεων βρίσκονται μέσα στο ίδιο ομογενές μαγνητικό πεδίο και στα άκρα τους έχουμε συνδέσει στον καθένα από έναν όμοιο αντιστάτη αντίστασης \[R\]. Τα δύο πλαίσια έχουν ίσα εμβαδά και αριθμό σπειρών \[Ν_1,\, Ν_2\] αντίστοιχα με \[N_2=2N_1\]. Το πλαίσιο \[(1)\] στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[ω_1\] ενώ το \[(2)\] με \[ω_2=\frac{ω_1}{4}\]. Οι άξονες περιστροφής των δύο πλαισίων είναι κάθετοι στις δυναμικές γραμμές και περνούν από τα μέσα δύο απέναντι πλευρών του κάθε πλαισίου. Αν η μέση ισχύς που καταναλώνει ο αντιστάτης \[R\] στο πλαίσιο \[(1)\] είναι \[\bar{P}_1\], τότε η μέση ισχύς στο πλαίσιο \[(2)\] είναι \[\bar{P}_2\] και ισχύει:

Ποια απ’ της επόμενες προτάσεις είναι σωστή; Αν σ’ ένα ανοικτό πλαίσιο παραγωγής εναλλασσόμενης τάσης διπλασιάσω το μέτρο της γωνιακής συχνότητάς του, τότε για το χρόνο \[Δt\] που απαιτείται για μια πλήρη εναλλαγή της τάσης και το πλάτος της \[V\] ισχύει:

Κυκλικό μεταλλικό πλαίσιο \[Ν\] σπειρών βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο του πλαισίου όπως φαίνεται στο σχήμα α. Το πλαίσιο έχει αντίσταση \[R\]. Στο σχήμα β φαίνεται η μεταβολή της ροής του μαγνητικού πεδίου από το πλαίσιο με το χρόνο. Το επαγωγικό ρεύμα που διαρρέει το πλαίσιο στη χρονική διάρκεια από \[0\] ως \[t_1\] έχει:

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

Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Κατά τη διάρκεια του πλησιάσματος του μαγνήτη προς το ακίνητο πηνίο που έχει ίδιο άξονα με αυτόν:

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:

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:

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:

Ο ευθύγραμμος αγωγός ΚΛ του παρακάτω σχήματος έχει τα άκρα του σε επαφή και είναι κάθετος με τους λείους κατακόρυφους παράλληλους ευθύγραμμους \[Αy_1\] και \[Γy_2\] που είναι μεγάλου μήκους και αμελητέας αντίστασης. Το σύστημα των τριών αγωγών βρίσκεται σε οριζόντιο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] που οι δυναμικές του γραμμές είναι κάθετες στο επίπεδο που δημιουργούν οι τρεις αγωγοί. Την \[t=0\] δίνουμε μια αρχική ταχύτητα \[υ_0\] κατακόρυφη προς τα πάνω και ο αγωγός αρχίζει να ανέρχεται κατακόρυφα και τα άκρα του διατηρούνται σε επαφή με τους κατακόρυφους αγωγούς. Τη χρονική στιγμή \[t_1\] ο αγωγός ακινητοποιείται στιγμιαία και κατόπιν αρχίζει να κατέρχεται κατακόρυφα με τον ίδιο τρόπο. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

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.Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Αν στα προαναφερθέντα πειράματα \[Ι,\, ΙΙ\], διπλασιάζαμε το μέτρο της σταθερής ταχύτητας εισαγωγής του πλαισίου του φορτίου, τότε:

Ένα σωληνοειδές πηνίο όταν διαρρέεται από ρεύμα του οποίου η ένταση μεταβάλλεται με σταθερό ρυθμό η ΗΕΔ αυτεπαγωγής στο πηνίο είναι ίση με \[\mathcal{E}_{ΑΥΤ_1}\]. Για να δημιουργηθεί στο πηνίο αυτό ΗΕΔ από αυτεπαγωγή \[\mathcal{E}_{ΑΥΤ_2}=2\mathcal{E}_{ΑΥΤ_1}\] θα πρέπει ο ρυθμός μεταβολής της έντασης του ρεύματος να

Αντιστάτης αντίστασης \[R\] συνδέεται από εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=V\, ημωt\] και διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα στιγμιαίας έντασης \[i\]. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

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

Μεταλλικό πλαίσιο εισέρχεται σε χρόνο \[Δt\] μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο κάθετα στις δυναμικές γραμμές του. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Αν εισάγουμε το πλαίσιο στο ίδιο μαγνητικό πεδίο σε χρόνο \[Δt'=2Δt\]:

Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Ο συντελεστής αυτεπαγωγής ενός πηνίου:

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 \[R\]:

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:

Η ράβδος ΟΑ στο παρακάτω σχήμα έχει μήκος \[ \ell \], αντίσταση \[R\] και στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα μέτρου \[ω\] σε οριζόντιο επίπεδο γύρω από κατακόρυφο άξονα που περνά απ’ το κέντρο της Ο. Το άκρο της Ο ολισθαίνει σε κυκλικό οριζόντιο αγωγό κέντρου Ο ακτίνας \[\ell \] και αμελητέας αντίστασης. Η ράβδος κατά την κίνησή της δεν δέχεται καμία τριβή. Το σύστημα βρίσκεται σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[B \]. Το άκρο Ο της ράβδου γεφυρώνεται με ένα σημείο Κ της περιφέρειας του κυκλικού αγωγού με αντιστάτη \[R_1\] αντίστασης \[R\]. Για να διατηρείται σταθερή η γωνιακή ταχύτητα της ράβδου, ασκούμε στο άκρο της Α οριζόντια δύναμη συνεχώς κάθετη σ’ αυτήν. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Οι οριζόντιοι παράλληλοι αγωγοί μεγάλου μήκους \[Αx_1\] και \[Γx_2\] έχουν αμελητέα αντίσταση . Ευθύγραμμος αγωγός ΚΛ έχει αντίσταση \[R\], βρίσκεται πάνω στους παράλληλους αγωγούς και είναι κάθετος σ’ αυτούς και τα άκρα του Κ, Λ ακουμπούν σ’ αυτούς. Η διάταξη των τριών αγωγών βρίσκεται μέσα σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[B\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο των αγωγών. Μεταξύ των άκρων Α, Γ έχουμε συνδέσει σε σειρά συσκευή Σ με χαρακτηριστικά κανονικής λειτουργίας \[P_κ,\, V_κ\] και αντιστάτη \[R_1\] με αντίσταση \[R_1=5R\]. Ο αγωγός ΚΛ κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου \[υ\] ώστε να είναι συνεχώς κάθετος σ’ αυτούς και τα άκρα του να είναι συνεχώς σε επαφή με αυτούς. Η συσκευή Σ λειτουργεί κανονικά. Το μέτρο της ταχύτητας \[υ\] είναι:

Ένα πηνίο με συντελεστή αυτεπαγωγής \[L\] διαρρέεται από ρεύμα μεταβλητής έντασης όπως απεικονίζεται στο σχήμα. Η απόλυτη τιμή της ΗΕΔ αυτεπαγωγής που επάγεται στο πηνίο είναι ίση με

Επίπεδη επιφάνεια βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο. Ποιες απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές; Η μαγνητική ροή που διέρχεται απ’ την επιφάνεια αυτή εξαρτάται:

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