Τεστ στην Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (Επίπεδο δυσκολίας: Δύσκολο)

Το τετράγωνο συρμάτινο πλαίσιο του παρακάτω σχήματος έχει πλευρά \[2α\] και κινείται μπαίνοντας απ’ την \[t=0\] σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\]. Η ταχύτητα του πλαισίου είναι σταθερή και κάθετη στις δυναμικές γραμμές και στην πλευρά ΛM του πλαισίου. Το πεδίο εκτείνεται σε πλάτος \[α\]. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Το πλαίσιο διαρρέεται από επαγωγικό ρεύμα που έχει φορά ομόρροπη των δεικτών του ρολογιού τη χρονική διάρκεια:

Το πλάτος μιας εναλλασσόμενης τάσης:

Πλαίσιο σχήματος ορθογωνίου παραλληλογράμμου αποτελείται από \[Ν\] σπείρες εμβαδού \[Α\] η καθεμία. Το πλαίσιο βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[B\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο του πλαισίου. Την \[t=0\] το πλαίσιο αρχίζει να στρέφεται ως προς άξονα κάθετο στις δυναμικές γραμμές που διέρχεται από τα μέσα των δύο απέναντι πλευρών του πλαισίου με σταθερή γωνιακή ταχύτητα. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Η επαγωγική HΕΔ που δημιουργείται στο πλαίσιο έχει χρονοεξίσωση:

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:

Το τετράγωνο αγώγιμο πλαίσιο ΚΛΜΝ του παρακάτω σχήματος έχει πλευρά μήκους \[α\] και βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\] με το επίπεδό του κάθετο στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Σε ποια απ’ τα παρακάτω πειράματα που θα πραγματοποιηθούν στο ίδιο χρονικό διάστημα \[Δt\] θα εμφανιστεί στο πλαίσιο μεγαλύτερη κατ’ απόλυτη τιμή μέση επαγωγική ΗΕΔ;

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. Ο ρυθμός παραγωγής θερμότητας στη ράβδο είναι:

Πλαίσιο παραγωγής εναλλασσόμενης τάσης έχει αμελητέα αντίσταση, αποτελείται από \[Ν\] σπείρες που η καθεμιά έχει εμβαδόν \[Α\]. Το πλαίσιο βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[B\] και την \[t=0\] είναι κάθετο στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Η περίοδος περιστροφής του πλαισίου είναι \[T\].

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 \[F\].

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;

Μεταλλική ράβδος ΟΓ μήκους \[\ell\] στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα μέτρου \[ω\] σε οριζόντιο επίπεδο γύρω από κατακόρυφο άξονα που διέρχεται από το σημείο της Κ για το οποίο ισχύει \[ΟΚ=\frac{\ell }{ 3 }\]. Η ράβδος βρίσκεται μέσα σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\]. Η διαφορά δυναμικού \[V_{ΓΟ}\] μεταξύ των άκρων της ράβδου είναι:

Παρακάτω φαίνεται το διάγραμμα διαφόρων τάσεων με το χρόνο.

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;

Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται η μεταβολή της μαγνητικής ροής ενός μεταλλικού πλαισίου με το χρόνο. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

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 \[Β\]. Ο ρυθμός εκτέλεσης έργου της δύναμης Laplace (η ισχύς της) είναι:

Το ορθογώνιο μεταλλικό πλαίσιο αποτελείται από \[Ν\] σπείρες. Την \[t=0\] το πλαίσιο βρίσκεται στο όριο ΑΓ κατακόρυφου ομογενούς μαγνητικού πεδίου έντασης μέτρου \[B\] και κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου \[υ_1\] που έχει κατεύθυνση κάθετη στις δυναμικές γραμμές του πεδίου και κάθετη στο όριο ΑΓ του πεδίου. Σε χρονική στιγμή \[Δt_1\], το πλαίσιο μπαίνει εξ’ ολοκλήρου στο ομογενές μαγνητικό πεδίο. Επαναλαμβάνουμε το ίδιο πείραμα αλλά με σταθερή ταχύτητα με μέτρο \[υ_2 < υ_1\] ίδιας κατεύθυνσης με αυτήν της \[ \vec{υ}_1 \] και σε χρονικό διάστημα \[Δt_2\] το πλαίσιο μπαίνει ακριβώς το μισό πλαίσιο μέσα στο ομογενές μαγνητικό πεδίο. Στα χρονικά διαστήματα \[Δt_1,\, Δt_2\] το επαγωγικό φορτίο που περνά απ’ τη διατομή του πλαισίου είναι \[q_1,\, q_2\] αντίστοιχα για τα οποία ισχύει:

Οι δύο μεταλλικές ράβδοι ΟΑ και ΟΓ έχουν ίδιο μήκος \[\ell\] και στρέφονται με ίδια κατά μέτρο σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[ω\] πάνω στο ίδιο οριζόντιο επίπεδο ως προς κατακόρυφο άξονα που διέρχεται απ’ το άκρο τους Ο. Το σύστημα των δύο ράβδων βρίσκεται μέσα σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\]. Για να είναι η διαφορά δυναμικού \[V_{ΓΑ}\] μηδενική πρέπει:

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

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:

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 μέγιστη ενέργεια που αποθηκεύεται στο μαγνητικό πεδίο του πηνίου είναι ίση με \[U_0\]. Αντικαθιστούμε το πηνίο με άλλο το οποίο έχει τον ίδιο συντελεστή αυτεπαγωγής και διπλάσια αντίσταση και κλείνουμε πάλι τον διακόπτη. Η μέγιστη ενέργεια που αποθηκεύεται στο μαγνητικό πεδίο του πηνίου είναι ίση με:

Ο δίσκος του παρακάτω σχήματος έχει ακτίνα \[r\] και στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα μέτρου \[ω\] γύρω από άξονα που είναι κάθετος στο επίπεδό του και περνά απ’ το κέντρο του Κ. Ο δίσκος βρίσκεται σε οριζόντιο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι παράλληλες στον άξονα περιστροφής του. Αν προσθέσουμε δύο ολισθαίνουσες ψήκτρες, μία στην περιφέρειά του και μία στον άξονα περιστροφής του τότε ο δίσκος αυτός μπορεί να λειτουργεί:

Δύο αντιστάτες \[(1),\, (2)\] είναι συνδεδεμένοι παράλληλα και έχουν αντιστάσεις \[R_1,\, R_2=2R_1\] αντίστοιχα. Στα κοινά άκρα τους εφαρμόζεται εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=V\, ημωt\]. Αν \[\bar{P}_1, \bar{ P}_2\] είναι η μέση ισχύς που καταναλώνει ο κάθε αντιστάτης αντίστοιχα, τότε ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι η σωστή;

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:

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;

Πηνίο που αποτελεί μέρος κλειστού κυκλώματος βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] με τις δυναμικές γραμμές του κάθετες στο επίπεδο των σπειρών του. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Για να διαρρέεται το πηνίο από επαγωγικό ρεύμα σταθερής έντασης πρέπει:

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:

Οι κυκλικοί οριζόντιοι ομοεπίπεδοι και ομόκεντροι αγωγοί του παρακάτω σχήματος έχουν κέντρο το Ο και ακτίνες \[\frac{\ell}{3}\], \[\ell\] αντίστοιχα και τα άκρα τους Κ, Λ γεφυρώνονται με αντιστάτη \[R_1\] αντίστασης \[R_1=\frac{R}{3}\]. Μεταλλική ράβδος ΟΓ μήκους \[\ell\] και αντίστασης \[R\] στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα μέτρου \[ω\] πάνω στο επίπεδο των δύο αγωγών έχοντας το σημείο Δ και το άκρο της Γ συνεχώς σε επαφή με αυτούς. Η ράβδος κατά την κίνησή της δεν δέχεται καμία τριβή. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\]. Για να διατηρείται σταθερή η γωνιακή ταχύτητα της ράβδου της ασκούμε στο άκρο της Γ οριζόντια δύναμη μέτρου \[F\] που είναι συνεχώς κάθετη στη ράβδο. Το μέτρο της δύναμης \[\vec{F}\] είναι:

Στο παρακάτω κύκλωμα το πηνίο έχει αντίσταση \[R_π\], ο αντιστάτης αντίσταση \[R\] και η πηγή έχει ΗΕΔ \[Ε\] και εσωτερική αντίσταση \[r\]. Ισχύει ότι \[r=R_π=R\]. Την \[t_0=0\] κλείνουμε το διακόπτη \[δ\] και η ένταση του ρεύματος αρχίζει να αυξάνεται μέχρι να πάρει τη σταθερή τιμή \[I\]. Τη στιγμή που το ρεύμα έχει ένταση \[\frac{I}{2}\], τότε η ΗΕΔ από αυτεπαγωγή στο πηνίο:

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 \[Β\]. Η διαφορά δυναμικού \[V_{ΓΑ}\] μεταξύ των σημείων Γ, Α είναι ίση με:

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. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Όταν η ένταση του ρεύματος του ευθύγραμμου αγωγού αρχίζει να μειώνεται:

Η ένταση του ρεύματος που διαρρέει ένα πηνίο αυξάνεται με σταθερό ρυθμό. Κάποια στιγμή που η ένταση του ρεύματος που το διαρρέει είναι \[i_1\] ο ρυθμός αποθήκευσης ενέργειας στο μαγνητικό πεδίο του πηνίου είναι \[λ_1\]. Την στιγμή που η ένταση του ρεύματος που διαρρέει το πηνίο γίνεται \[2i_1\] ο ρυθμός αποθήκευσης ενέργειας μαγνητικού πεδίου στο πηνίο είναι: