Τεστ στην Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (Επίπεδο δυσκολίας: Δύσκολο)

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:

Το κυκλικό μεταλλικό πλαίσιο του παρακάτω σχήματος βρίσκεται ολόκληρο και ακίνητο μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδό του. Σε χρονικό διάστημα \[Δt\] μειώνουμε το μέτρο της έντασης του μαγνητικού πεδίου απ’ την τιμή \[B_0\] στην τιμή \[Β_1\] χωρίς ν’ αλλάξουμε την κατεύθυνση της \[\vec{B}\]. Αμέσως μετά, το διάνυσμα της \[\vec{B}\] σταθεροποιείται ξανά. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Ευθύγραμμος λεπτός αγωγός ΟΑ μήκους \[\ell\] στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα γύρω από άξονα Ο που διέρχεται απ’ το άκρο του Ο και είναι κάθετος στον αγωγό. Ο αγωγός βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδο περιστροφής του αγωγού. Το μέσο Μ του αγωγού και το σημείο Α έχουν γραμμικές ταχύτητες σταθερών μέτρων \[υ_Μ\, ,\, υ_Α\] αντίστοιχα. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Η επαγωγική ΗΕΔ που αναπτύσσεται στα άκρα της ράβδου είναι ίση με:

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:

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:

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 \[F_L\]. Αν η ράβδος δέχονταν τριβή απ’ τον κυκλικό αγωγό μέτρου \[Τ=F_L\], τότε ο λόγος \[\frac{F}{F_L}\] θα ήταν:

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:

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

Ένας κυκλικός αγωγός δένεται σε οροφή μέσω μονωτικού νήματος ώστε το επίπεδό του να διατηρείται κατακόρυφο. Ένας οριζόντιος ραβδόμορφος μαγνήτης έχει άξονα που διέρχεται απ’ το κέντρο του κυκλικού αγωγού και είναι κάθετος στο επίπεδό του. Δημιουργούμε στον κυκλικό αγωγό εγκοπή μεταξύ των σημείων Κ, Λ και πλησιάζουμε το ραβδόμορφο μαγνήτη προς τον αγωγό κατά τη διεύθυνση του άξονα του μαγνήτη. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Αν η ΗΕΔ που δημιουργείται στο πλαίσιο είναι της μορφής \[\mathcal{E}_{επ}=ΝωΒΑ ημωt\], τότε η τάση στα άκρα του είναι \[v=NωΒΑ ημωt\]:

Μια ηλεκτρική θερμάστρα συνδέεται από οικιακό ηλεκτροδότη, η τάση στα άκρα του οποίου δίνεται απ’ τη χρονοεξίσωση \[v=220\sqrt{2} ημ100πt\] (S.I.). Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

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 \[Αy_1,\, Γy_2\]. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

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 \[R\]:

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:

Τετράγωνο ορθογώνιο μεταλλικό πλαίσιο αμελητέας αντίστασης στρέφεται μέσα σε Ο.Μ.Π. ως προς άξονα που διέρχεται από τα μέσα δύο απέναντι πλευρών του και είναι κάθετος στις δυναμικές γραμμές με σταθερή γωνιακή ταχύτητα. Τα άκρα του πλαισίου συνδέονται με αντιστάτη \[R\]. Διπλασιάζω το μέτρο της γωνιακής ταχύτητας περιστροφής του πλαισίου. Τότε:

Στο παρακάτω κύκλωμα το πηνίο είναι ιδανικό και έχει συντελεστή αυτεπαγωγής \[L\], ο αντιστάτης \[R_1\] έχει αντίσταση \[3R\] και η πηγή έχει ΗΕΔ \[Ε\] και εσωτερική αντίσταση \[r=R\]. Ο μεταγωγός αρχικά είναι στη θέση Α και το πηνίο έχει μέγιστη αποθηκευμένη ενέργεια μαγνητικού πεδίου \[U_{max}\]. Τη χρονική στιγμή \[t_0=0\] μεταφέρουμε το μεταγωγό στη θέση Β χωρίς να δημιουργηθεί σπινθήρας. Τη χρονική στιγμή \[t_1\] η ενέργεια του μαγνητικού πεδίου που είναι αποθηκευμένη στο πηνίο είναι \[U_1 = \frac{U_{max} }{4}\]. Τη χρονική στιγμή \[t_1\] ο ρυθμός μείωσης της αποθηκευμένης ενέργειας στο πηνίο είναι:

Μαγνήτης Μ αφήνεται απ’ τη θέση (Ι) να πέσει πάνω απ’ το μεταλλικό κυκλικό δακτύλιο που διατηρείται ακίνητος με το επίπεδό του οριζόντιο. Η ταχύτητα του μαγνήτη έχει τη διεύθυνση του άξονά του ο οποίος διέρχεται απ’ το κέντρο του δακτυλίου. Το βάρος του μαγνήτη έχει μέτρο \[w\] και η επιτάχυνση της βαρύτητας έχει μέτρο \[g\].

Λεπτή μεταλλική ράβδος μήκους \[\ell\] στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[ω\] ως προς άξονα κάθετη σ’ αυτήν που διέρχεται από το ένα άκρο της. Η ράβδος βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[Β\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στον άξονα περιστροφής. Ποια απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστή; Η επαγωγική ΗΕΔ που δημιουργείται στη ράβδο είναι ίση με:

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:

Συρμάτινο πλαίσιο βρίσκεται ακίνητο μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο που οι δυναμικές γραμμές του είναι κάθετες στο επίπεδό του. Η μεταβολή της αλγεβρικής τιμής της έντασης \[\vec{B}\] του μαγνητικού πεδίου φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Η επαγωγική ΗΕΔ που δημιουργείται στο πλαίσιο:

Στο παρακάτω σχήμα φαίνεται το συρμάτινο πλαίσιο ΚΛΜΝ σχήματος τετραγώνου πλευράς \[α\] που βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[B\] έτσι ώστε το επίπεδό του να είναι παράλληλο στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Το πλαίσιο αποτελείται από \[Ν\] σπείρες. Σε χρονικό διάστημα \[Δt\] στρέφουμε το πλαίσιο κατά \[90^0\] ως προς άξονα \[x' x\] που είναι παράλληλος στις δυναμικές γραμμές του πεδίου και περνά απ’ τα μέσα των πλευρών ΚΝ και ΛΜ. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Στο χρονικό διάστημα \[Δt\] εμφανίζεται στο πλαίσιο μέση επαγωγική ΗΕΔ που έχει απόλυτη τιμή:

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:

Η λεπτή μεταλλική ομογενής και ισοπαχής ράβδος ΟΑ μήκους \[\ell \] και αντίστασης \[R\] στρέφεται χωρίς τριβές με σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[ω\] γύρω από άξονα που περνά απ’ το κέντρο της Ο και είναι κάθετος σ’ αυτήν. Η ράβδος βρίσκεται συνεχώς σε επαφή στο σημείο της Γ με \[ΟΓ = \frac{ \ell }{ 4 }\] με κυκλικό αγωγό ακτίνας l/4 αμελητέας αντίστασης που έχει κέντρο το άκρο Ο της ράβδου και το επίπεδό της ταυτίζεται με τον άξονα περιστροφής. Το σημείο Ο της ράβδου γεφυρώνεται με το σημείο Κ της περιφέρειάς του κυκλικού αγωγού με αντιστάτη αντίσταση \[R_1 = \frac{11R }{ 4 }\]. Η ράβδος βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου Β που οι δυναμικές γραμμές της είναι κάθετες στο επίπεδο περιστροφής της. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Ανοικτό περιστρεφόμενο πλαίσιο παραγωγής εναλλασσόμενης τάσης έχει στα άκρα του τάση της μορφής \[v=V\, ημωt\]. Ποια από της παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Αν διπλασιάσουμε τη γωνιακή ταχύτητα του πλαισίου:

Αντιστάτης διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα με ένταση της μορφής \[i=I\, ημωt\]. Η αλγεβρική τιμή της έντασης του ρεύματος γίνεται δύο φορές ίση με την ενεργό τιμή της χωρίς να αλλάξει πρόσημο στη χρονική διάρκεια που μεσολαβεί. Η χρονική διάρκεια μεταξύ των δύο αυτών φορών είναι \[Δt=2,5\, ms\]. Η συχνότητα του εναλλασσόμενου ρεύματος είναι:

Ένα πηνίο με συντελεστή αυτεπαγωγής \[L=0,6\, mH\] αποτελείται από \[300\] σπείρες. Το πηνίο διαρρέεται από ρεύμα σταθερής έντασης με τιμή ίση με \[2\, Α\]. Η μαγνητική ροή που διέρχεται από την κάθε σπείρα του πηνίου είναι

Στα άκρα ενός αντιστάτη \[R\] εφαρμόζεται αρμονικά εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=V\, ημ \frac{ 2π}{Τ} t\]. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Ο ευθύγραμμος αγωγός ΚΛ του παρακάτω σχήματος έχει αντίσταση \[R\], μήκος \[\ell\] και είναι φτιαγμένος από ομογενές και ισοπαχές σύρμα. Ο αγωγός κινείται με σταθερή ταχύτητα πάνω στους λείους αγωγούς \[Αx_1\] και \[Γx_2\] μεγάλου μήκους και αμελητέας αντίστασης που τα άκρα τους Α, Γ είναι συνδεμένα με αντιστάτη αντίστασης \[R_1=R\]. Ο αγωγός ΚΛ ακουμπά στους αγωγούς μεγάλου μήκους στα σημεία Ν, Ζ που έχουν απόσταση \[ΝΖ=\frac{ \ell } { 2 }\] ενώ τα τμήματα του αγωγού που προεξέχουν απ’ τους αγωγούς \[Αx_1\] και \[Γx_2\] έχουν ίδιο μήκος. Το σύστημα όλων των αγωγών βρίσκεται σε ομογενές κατακόρυφο μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[\vec{B}\] που περιορίζεται στο χώρο μεταξύ των αγωγών \[Ax_1\] και \[Γx_2\] και οι δυναμικές του γραμμές είναι κάθετες στο επίπεδο που σχηματίζουν οι αγωγοί. Το μέτρο της οριζόντιας εξωτερικής δύναμης \[F\] που πρέπει να ασκούμε στο μέσο Μ του αγωγού ΚΛ και κάθετα στη διεύθυνσή του ώστε αυτός να διατηρεί σταθερή την ταχύτητά του είναι:

Στο παρακάτω σχήμα α το πηνίο είναι ιδανικό και έχει συντελεστή αυτεπαγωγής \[L_1\] ενώ στο σχήμα β το πηνίο έχει συντελεστή αυτεπαγωγής \[L_2=L_1\] και αντίσταση \[R_π=2R\]. Και στα δύο σχήματα οι πηγές έχουν την ίδια ΗΕΔ \[\mathcal{E}\] και την αντίσταση \[r=R\]. Κάποια στιγμή κλείνουμε τους διακόπτες \[δ_1\, , \, δ_2\].

Ένας κυκλικός αγωγός δένεται σε οροφή μέσω μονωτικού νήματος ώστε το επίπεδό του να διατηρείται κατακόρυφο. Ένας οριζόντιος ραβδόμορφος μαγνήτης έχει άξονα που διέρχεται απ’ το κέντρο του κυκλικού αγωγού και είναι κάθετος στο επίπεδό του όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Πλησιάζουμε τον μαγνήτη προς τον αγωγό κατά τη διεύθυνση του άξονα του μαγνήτη. Ποιες απ’ τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές;