Τεστ στην Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (Επίπεδο δυσκολίας: Δύσκολο)

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;

Το κυκλικό ανοικτό μεταλλικό πλαίσιο του παρακάτω σχήματος βρίσκεται ολόκληρο μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] που είναι κάθετη στο επίπεδο του πλαισίου όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Το μέτρο της έντασης του πεδίου αρχίζει να αυξάνεται για χρονική διάρκεια \[Δt\] χωρίς ν’ αλλάξει η κατεύθυνσή της. Ποιες από τις επόμενες προτάσεις είναι σωστές; Στη χρονική διάρκεια \[Δt\]:

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 \[R_1\]:

Αντιστάτης συνδέεται με ημιτονοειδή πηγή εναλλασσόμενης τάσης και διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Αν διπλασιάσουμε το πλάτος της εναλλασσόμενης τάσης στα άκρα του αντιστάτη τότε η μέση ηλεκτρική ισχύς που αυτός καταναλώνει:

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 \[g\].

Ακλόνητος ευθύγραμμος αγωγός (1) μεγάλου μήκους διαρρέεται από σταθερό ρεύμα έντασης \[Ι_1\]. Αγωγός ΚΛ έχει μήκος \[\ell\], είναι παράλληλος με τον αγωγό (1) και αρχικά ηρεμεί σε απόσταση \[r_0\] απ’ τον αγωγό αυτό. Την \[t=0\] ο αγωγός ΚΛ αρχίζει να απομακρύνεται με σταθερή ταχύτητα μέτρου \[υ\] παραμένοντας συνεχώς παράλληλος με τον αγωγό (1) όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Η μαγνητική διαπερατότητα του κενού είναι \[μ_0\]. Κατά την κίνηση του αγωγού ΚΛ δημιουργείται σ’ αυτόν ΗΕΔ λόγω επαγωγής που έχει τιμή \[ \mathcal{ E }_{επ}\] ίση με:

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:

Η ράβδος ΚΛ του παρακάτω σχήματος έχει μήκος \[ \ell \] και κινείται με σταθερή ταχύτητα μέτρου \[υ\] που είναι κάθετη στη διεύθυνση της ράβδου και στις δυναμικές γραμμές του ομογενούς μαγνητικού πεδίου έντασης μέτρου \[Β\]. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Στα άκρα ΚΛ δημιουργείται επαγωγική τάση:

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

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 κυκλικό μεταλλικό πλαίσιο του παρακάτω σχήματος βρίσκεται ολόκληρο μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[\vec{B}\] που η διεύθυνσή της είναι κάθετη στο επίπεδο του πλαισίου όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Αρχικά η \[\vec{B}\] έχει τη φορά του παρακάτω σχήματος και μέτρο \[B_0\]. Την \[t=0\] το μέτρο της \[\vec{B}\] αρχίζει να μειώνεται μέχρι τη στιγμή \[t_1\] που μηδενίζεται. Αμέσως μετά, η φορά της \[\vec{B}\] αντιστρέφεται και το μέτρο της αρχίζει να αυξάνεται μέχρι τη χρονική στιγμή \[t_2\] που γίνεται \[B_2\] και το διάνυσμα της \[\vec{B}\] σταθεροποιείται. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή;

Ο δίσκος του Faraday ακτίνας \[r\] στο παρακάτω σχήμα στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα γύρω από άξονα \[xx'\] που περνά απ’ το κέντρο του και είναι κάθετο στο επίπεδό του. Δύο ολισθαίνουσες επαφές (ψήκτρες) έχουν τοποθετηθεί όπως φαίνεται στο σχήμα. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Στο παρακάτω σχήμα τα δύο πηνία \[Π_1,\, Π_2\] έχουν κοινό άξονα και βρίσκονται σε μικρή μεταξύ τους απόσταση. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

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. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Ένας αντιστάτης διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα της μορφής \[i=I\, ημ \frac{2π}{Τ} t\]. Το συνολικό φορτίο που μετατοπίζεται από μια διατομή του σε χρονικό διάστημα \[2Τ\] είναι:

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:

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:

Αντιστάτης \[R\] τροφοδοτείται από εναλλασσόμενη τάση της μορφής \[v=V\, ημωt\]. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Αν διπλασιάσουμε τον αριθμό των σπειρών ενός πηνίου χωρίς να μεταβάλλουμε το μήκος του τότε ο συντελεστής αυτεπαγωγής του πηνίου :

Τετράγωνο πλαίσιο μιας σπείρας και πλευράς \[α\] βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης μέτρου \[Β\] με το κάθετο διάνυσμά του \[\vec{S}\] να είναι παράλληλο στις δυναμικές γραμμές του πεδίου. Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Αν αντιστρέψουμε τη φορά των δυναμικών γραμμών του πεδίου χωρίς να μεταβάλλουμε το μέτρο της έντασής του, τότε η απόλυτη τιμή της μεταβολής της μαγνητικής ροής που διέρχεται απ’ το πλαίσιο είναι:

Αντιστάτης \[R\] διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα που η έντασή του έχει τη μορφή \[i=6\, ημωt\] (S.I.). Στο παρακάτω διάγραμμα φαίνεται η μεταβολή της στιγμιαίας ισχύος που καταναλώνει ο αντιστάτης σε συνάρτηση με το χρόνο.

Στη διάταξη του παρακάτω σχήματος οι οριζόντιοι παράλληλοι ευθύγραμμοι αγωγοί \[Αx_1\] και \[Γx_2\] έχουν άπειρο μήκος και αμελητέα αντίσταση. Μεταξύ των άκρων Α, Γ έχουμε συνδέσει ηλεκτρικό λαμπτήρα Λ. Ο ευθύγραμμος ΚΜ είναι αρχικά ακίνητος και την \[t=0\] ασκούμε στο μέσο του σταθερή δύναμη \[\vec{F}\] παράλληλη στους δύο αγωγούς \[Αx,\, Γy\]. Ο αγωγός ΚΜ αρχίζει να κινείται ομόρροπα της δύναμης \[\vec{F}\] χωρίς να χάνουν τα άκρα του την επαφή τους με τους οριζόντιους αγωγούς. Τη χρονική στιγμή \[t_1\] ο αγωγός αποκτά οριακή ταχύτητα και τότε ο λαμπτήρας λειτουργεί κανονικά. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

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:

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 \[δ_1\, , \, δ_2\].

Στο σχήμα (α), αρχικά ο μεταγωγός Δ είναι τοποθετημένος στη θέση Α και το πηνίο διαρρέεται από σταθερό ρεύμα. Τη στιγμή \[t=0\] ο μεταγωγός τοποθετείται ακαριαία στη θέση Β. Η ένταση του ρεύματος στο πηνίο, από τη στιγμή που ο μεταγωγός τοποθετήθηκε στο Β, σε συνάρτηση με το χρόνο δίνεται από το διάγραμμα στο σχήμα (β). Α) Η αποθηκευμένη ενέργεια στο πηνίο είναι μεγαλύτερη τη χρονική στιγμή \[t_1\] ή τη στιγμή \[t_2\]; Β) Η ηλεκτρεγερτική δύναμη αυτεπαγωγής στο πηνίο είναι μεγαλύτερη τη χρονική στιγμή \[t_1\] ή τη χρονική στιγμή \[t_2\];

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:

Ένα πηνίο με συντελεστή αυτεπαγωγής \[L=2\, mH\] διαρρέεται από ρεύμα μεταβλητής έντασης όπως απεικονίζεται στο σχήμα. Το πηνίο αποτελείται από \[1000\] σπείρες. Ο ρυθμός μεταβολής της ροής που διέρχεται από την κάθε σπείρα του πηνίου είναι

Η μονάδα μέτρησης του συντελεστή αυτεπαγωγής στο σύστημα μονάδων S.I. είναι

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. Η αποθηκευμένη ενέργεια του μαγνητικού πεδίου του πηνίου αμέσως πριν την \[t_0=0\] είναι:

Στο παρακάτω κύκλωμα το πηνίο είναι ιδανικό και έχει συντελεστή αυτεπαγωγής \[L\], ο αντιστάτης έχει αντίσταση \[R\] και η πηγή έχει ΗΕΔ \[E\] και εσωτερική αντίσταση \[r=R\]. Την \[t_0=0\] κλείνω το διακόπτη \[δ\]. Αν \[i\] η στιγμιαία ένταση του ρεύματος που διαρρέει το κύκλωμα για μια χρονική στιγμή \[t≥0\], το μέτρο του ρυθμού μεταβολής της έντασης του ρεύματος στο κύκλωμα την ίδια χρονική στιγμή \[t\] δίνεται απ’ τη σχέση.