Τεστ στην Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (Επίπεδο δυσκολίας: Δύσκολο)

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 \[Β\]. Για να γίνει η διαφορά δυναμικού \[V_{ΟΓ}\] μηδενική πρέπει η ράβδος να στρέφεται ως προς κατακόρυφο άξονα που διέρχεται απ’ το σημείο της Κ' για το οποίο η απόσταση ΟΚ' είναι:

Ο συντελεστής αυτεπαγωγής ενός πηνίου δεν εξαρτάται από:

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:

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

Το τετράγωνο πλαίσιο πλευράς \[α\] του παρακάτω σχήματος βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[B\], έχει πλευρά \[α\] και την \[t=0\] αρχίζει να εξέρχεται απ’ το πεδίο με σταθερή ταχύτητα \[υ\] που είναι κάθετη στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Στη διάρκεια της εξόδου το επίπεδο του πλαισίου παραμένει κάθετο στις δυναμικές γραμμές. Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση. Το επαγωγικό φορτίο που περνά απ’ τη διατομή του πλαισίου μέχρι αυτό να εξέλθει ολόκληρο από το πεδίο αν το πλαίσιο έχει \[Ν\] σπείρες και αντίσταση \[R\] είναι:

Στο παρακάτω διάγραμμα φαίνεται η μεταβολή της στιγμιαίας ισχύος που καταναλώνει ένας αντιστάτης \[R\] όταν στα άκρα του εφαρμόζεται εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=120\sqrt{2} ημωt\] (S.I.)

Κλειστό συρμάτινο πλαίσιο αντίστασης \[R\] βρίσκεται εντός ομογενούς μαγνητικού πεδίου με το επίπεδό του κάθετο στις δυναμικές γραμμές του. Η μεταβολή της αλγεβρικής τιμής της έντασης \[B\] του μαγνητικού πεδίου φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα. Το πλαίσιο έχει σχήμα τετραγώνου πλευράς \[α\] και αποτελείται από \[N\] όμοιες σπείρες. Ποιες απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές;

Η μαγνητική ροή που διέρχεται από τη σπείρα ενός αγώγιμου πλαισίου \[Π_1\] φαίνεται στο διάγραμμα \[1\] ενώ η μαγνητική ροή που διέρχεται από τη σπείρα ενός αγώγιμου πλαισίου \[Π_2\] φαίνεται στο διάγραμμα \[2\]. Τα πλαίσια έχουν αντιστάσεις \[R_1,\, R_2\] αντίστοιχα με \[R_1=2R_2\] και ίδιο αριθμό σπειρών \[Ν\].

Μια γεννήτρια εναλλασσόμενου ρεύματος αποτελείται από ένα ορθογώνιο πλαίσιο αμελητέας αντίστασης που στρέφεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο με σταθερή συχνότητα. Στα άκρα της γεννήτριας συνδέεται ηλεκτρικός λαμπτήρας αντίστασης \[R_Λ\]. Αν διπλασιάσω τη συχνότητα περιστροφής του πλαισίου και ταυτόχρονα διπλασιάσω το μέτρο της έντασης του Ο.Μ.Π., τότε το ποσό μεταβολής της μέσης ισχύος που καταναλώνει ο λαμπτήρας είναι:

Στο παρακάτω κύκλωμα το πηνίο είναι ιδανικό και οι λαμπτήρες είναι όμοιοι. Ο διακόπτης \[δ\] είναι κλειστός και η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου του πηνίου έχει σταθερή τιμή. Την \[t=0\] ανοίγουμε τον \[δ\] χωρίς να δημιουργηθεί σπινθήρας. Ποιες από τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές;

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. Τη χρονική στιγμή \[t_1\] ο ρυθμός μείωσης της έντασης του ρεύματος στο πηνίο είναι \[\left| \frac{di }{ dt} \right|= \frac{E }{2L} \]. Από τη χρονική στιγμή \[t=0\] ως τη στιγμή \[t_1\], η θερμότητα που έχει εκλυθεί από όλους τους αντιστάτες του κυκλώματος είναι:

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;

Ένα σωληνοειδές πηνίο όταν διαρρέεται από ρεύμα του οποίου η ένταση μεταβάλλεται με σταθερό ρυθμό \[λ_1\] η ΗΕΔ αυτεπαγωγής στο πηνίο είναι ίση με \[\mathcal{E}_{ΑΥT_1}\]. Όταν το ίδιο πηνίο διαρρέεται από ρεύμα του οποίου η ένταση μεταβάλλεται με σταθερό ρυθμό \[λ_2=4λ_1\] η ΗΕΔ αυτεπαγωγής που εμφανίζεται είναι ίση με \[\mathcal{E}_{ΑΥΤ _2}\]. Το πηλίκο \[\frac{\mathcal{E}_{ΑΥΤ_1} }{\mathcal{E}_{ΑΥΤ_2} }\] είναι ίσο με:

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:

Ραβδόμορφος μαγνήτης έχει άξονα κατακόρυφο που διέρχεται απ’ το κέντρο μεταλλικού δακτυλίου ο οποίος κρατείται ακίνητος. Αφήνουμε το μαγνήτη να πέσει ελεύθερα όπως φαίνεται στο σχήμα. Αντιστάσεις του αέρα αμελούνται. Ποιες απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές;

Δύο πανομοιότυποι μαγνήτες \[(1),\, (2)\] έχουν τους άξονές τους κατακόρυφους και αυτοί διέρχονται απ’ τα κέντρα πανομοιότυπων μεταλλικών δακτυλίων \[(1),\, (2)\] που κρατούνται ακίνητοι. Ο δακτύλιος \[(1)\] είναι κλειστός ενώ ο \[(2)\] παρουσιάζει μικρή εγκοπή. Οι μαγνήτες αφήνονται απ’ το ίδιο ύψος \[h\] απ’ το οριζόντιο έδαφος όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Οι αντιστάσεις του αέρα θεωρούνται αμελητέες. Οι μαγνήτες φτάνουν στο έδαφος με κινητικές ενέργειες \[Κ_1,\, Κ_2\] αντίστοιχα. Ποια απ’ τις επόμενες σχέσεις είναι σωστή;

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:

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:

Η ράβδος ΟΑ του παρακάτω σχήματος έχει μήκος \[\ell\] και αντίσταση \[R\] και στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[\vec{ω}\] σε οριζόντιο επίπεδο γύρω από κατακόρυφο άξονα που διέρχεται απ’ το άκρο της Ο. Το σημείο Γ της ράβδου που απέχει απ’ το Ο απόσταση \[ΟΓ=\frac{\ell}{4}\] βρίσκεται συνεχώς σε επαφή με την περιφέρεια κυκλικού οριζόντιου αγωγού κέντρου Ο ακτίνας \[\frac{\ell}{4}\] και αμελητέας αντίστασης που το επίπεδό του ταυτίζεται με το επίπεδο περιστροφής της ράβδου. Η ράβδος δεν δέχεται καμία τριβή κατά την κίνησή της. Το άκρο Ο γεφυρώνεται με το σημείο Κ της περιφέρειας του κυκλικού αγωγού με αντιστάτη αντίστασης \[R_1=R\]. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\]. Για να διατηρείται σταθερή η γωνιακή ταχύτητα της ράβδου ασκούμε στο άκρο Α της ράβδου οριζόντια δύναμη μέτρου \[F\] που είναι συνεχώς κάθετη στη ράβδο. Η ράβδος κατά την κίνησή της δέχεται δύναμη Laplace απ’ το μαγνητικό πεδίο μέτρου \[F_L\]. Ο λόγος των μέτρων \[\frac{F}{F_L}\] είναι:

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:

Σε ένα πηνίο δημιουργείται ΗΕΔ από αυτεπαγωγή :

Δύο αγώγιμα ορθογώνια πλαίσια \[(1),\, (2)\] αμελητέας αντίστασης έχουν συνδεμένα στα άκρα τους από έναν αντιστάτη αντίστασης \[R_1,\, R_2\] αντίστοιχα με \[R_2=2R_1\]. Τα πλαίσια έχουν εμβαδά \[Α_1,\, Α_2\] με \[A_1=2A_2\] και \[N_1,\, N_2\] σπείρες αντίστοιχα. Τα πλαίσια βρίσκονται στο ίδιο ομογενές μαγνητικό πεδίο και στρέφονται ως προς άξονες που είναι κάθετοι στις δυναμικές γραμμές του πεδίου και διέρχονται απ’ τα μέσα των απέναντι πλευρών τους με σταθερές περιόδους \[Τ_1,\, Τ_2\] αντίστοιχα με \[Τ_2=2Τ_1\]. Αν η ενεργός ένταση του ρεύματος που διαρρέει τον αντιστάτη στο πλαίσιο \[(1)\] είναι διπλάσια απ’ αυτή που διαρρέει τον αντιστάτη στο πλαίσιο \[(2)\], τότε ο λόγος του αριθμού των σπειρών τους \[\frac{Ν_1}{Ν_2}\] είναι:

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:

Αν διπλασιάσουμε την ένταση του ρεύματος που διαρρέει ένα πηνίο τότε η ενέργεια του μαγνητικού του πεδίου

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 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:

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:

Στο παρακάτω σχήμα το πηνίο έχει συντελεστή αυτεπαγωγής \[L\] και αντίσταση \[R_π=2R\]. Ο αντιστάτης \[R\] έχει αντίσταση \[R\], η πηγή έχει ΗΕΔ \[\mathcal{E}\] 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 \[I_1 = \frac{I}{4}\]. Απ’ τη στιγμή που η ένταση στο κύκλωμα σταθεροποιείται, ο ρυθμός κατανάλωσης της ηλεκτρικής ενέργειας στο πηνίο είναι:

Η ράβδος μήκους \[\ell\] του παρακάτω σχήματος βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο και κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου \[υ\] που σχηματίζει γωνία \[φ\] με τη διεύθυνσή της, ενώ είναι συνεχώς κάθετη στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Η επαγωγική ΗΕΔ που δημιουργείται στη ράβδο είναι ίση με:

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Αντιστάτης διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα της μορφής \[i=I\, ημωt\]. Σε μια περίοδο του εναλλασσόμενου ρεύματος η στιγμιαία ισχύς που καταναλώνει ο αντιστάτης είναι ίση με τη μέση ισχύ: