Τεστ στην Ηλεκτρομαγνητική Επαγωγή (Επίπεδο δυσκολίας: Δύσκολο)

Στο παρακάτω σχήμα το πηνίο έχει συντελεστή αυτεπαγωγής \[L\] και αντίσταση \[R_π=2R\]. Ο αντιστάτης \[R\] έχει αντίσταση \[R\], η πηγή έχει ΗΕΔ \[E\] 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 \[I_1 = \frac{I}{4}\]. Η τάση στους πόλους της πηγής τη χρονική στιγμή \[t_1\] είναι:

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:

Στα άκρα ενός αντιστάτη εφαρμόζεται αρμονικά εναλλασσόμενη τάση και ο αντιστάτης διαρρέεται από εναλλασσόμενο ρεύμα. Τα μεγέθη στιγμιαία τάση \[v\] και στιγμιαία ένταση \[i\] έχουν:

Στο παρακάτω σχήμα ο ραβδόμορφος μαγνήτης απομακρύνεται από το πηνίο. 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 :

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:

Λεπτή μεταλλική ράβδος ΟΑ μήκους \[\ell\] στρέφεται με σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[ω\] ως προς άξονα που διέρχεται απ’ το άκρο της Ο και είναι κάθετος σ’ αυτήν. Η ράβδος βρίσκεται σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[B\] που οι δυναμικές γραμμές του είναι παράλληλες στον άξονα περιστροφής. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Στο παρακάτω σχήμα ο μαγνήτης την \[t=0\] αρχίζει να κινείται στη διεύθυνση κοινού άξονα σωληνοειδούς μαγνήτη πλησιάζοντας το σωληνοειδές και ακινητοποιείται τη στιγμή \[t_1\] που δεν έχει έρθει ακόμα σε επαφή με το άκρο Κ του σωληνοειδούς. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Ο ευθύγραμμος αγωγός ΚΛ του παρακάτω σχήματος έχει τα άκρα του σε επαφή με δύο παράλληλους ευθύγραμμους οριζόντιους αγωγούς \[Αx_1\] και \[Γx_2\] που έχουν μεγάλο μήκος και αμελητέα αντίσταση. Την \[t=0\] ο αγωγός έχει αρχική ταχύτητα μέτρου \[υ_0\] παράλληλη στους δύο άλλους αγωγούς. Τη στιγμή αυτή ασκώ στον αγωγό σταθερή δύναμη \[F\] ομόρροπη της ταχύτητας. Το σύστημα των αγωγών βρίσκεται σε κατακόρυφο ομογενές μαγνητικό πεδίο έντασης \[Β\] που οι δυναμικές γραμμές είναι κάθετες στο επίπεδο των αγωγών. Ποιες απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Η ένταση του ρεύματος που διαρρέει ένα πηνίο μεταβάλλεται από την τιμή \[I\] στην τιμή \[2I\]. Η μέση ηλεκτρεγερτική δύναμη από αυτεπαγωγή που αναπτύσσεται στο πηνίο

Ποια απ’ τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή; Στις οικίες το πλάτος της εναλλασσόμενης τάσης \[V\] και η συχνότητά της είναι \[f\]. Για τις τιμές αυτές ισχύει:

Μεταλλικό πλαίσιο αποτελείται από \[Ν=3\] σπείρες εμβαδού \[Α\] και αντίστασης \[R_σ\] η καθεμία. Στα άκρα του πλαισίου συνδέουμε μεταβλητό αντιστάτη που η αρχική τιμή της αντίστασής του είναι \[R_σ\]. Το πλαίσιο στρέφεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο ως προς άξονα κάθετο στις δυναμικές γραμμές του πεδίου με σταθερή γωνιακή ταχύτητα \[ω\]. Η μέγιστη ισχύς που καταναλώνεται στην μεταβλητή αντίσταση είναι \[P_1\]. Αν διπλασιάσουμε την γωνιακή ταχύτητα του πλαισίου και την τιμή της μεταβλητής αντίστασης, τότε η μέγιστη ισχύς που αυτή καταναλώνει είναι \[P_2\]. Ο λόγος \[\frac{P_1}{P_2}\] είναι:

Μεταλλικό πλαίσιο βρίσκεται ακίνητο μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έτσι ώστε οι δυναμικές γραμμές του πεδίου να είναι κάθετες στο επίπεδό του. Στο παρακάτω διάγραμμα φαίνεται η μεταβολή της μαγνητικής του ροής με το χρόνο. Μεταλλικό πλαίσιο βρίσκεται ακίνητο μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο έτσι ώστε οι δυναμικές γραμμές του πεδίου να είναι κάθετες στο επίπεδό του. Στο παρακάτω διάγραμμα φαίνεται η μεταβολή της μαγνητικής του ροής με το χρόνο.

Ραβδόμορφος μαγνήτης έχει άξονα κατακόρυφο που διέρχεται απ’ το κέντρο μεταλλικού δακτυλίου ο οποίος κρατείται ακίνητος. Δημιουργούμε στο δακτύλιο εγκοπή μεταξύ των σημείων Κ, Λ και αφήνουμε το μαγνήτη να πέσει ελεύθερα όπως φαίνεται στο σχήμα. Αντιστάσεις του αέρα αμελούνται. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

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 \[t_2\];

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 \[R\]:

Ο συντελεστής αυτεπαγωγής ενός πηνίου δεν εξαρτάται από:

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:

Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Η στιγμιαία ισχύς \[p\] του εναλλασσόμενου ρεύματος που διαρρέει αντιστάτη \[R\] ενώ η ένταση του ρεύματος είναι της μορφής \[i=I\, ημωt\]:

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:

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:

Ένα ακλόνητο πηνίο και ένας ραβδόμορφος μαγνήτης του παρακάτω σχήματος έχουν κοινό άξονα. Αρχίζουμε να κινούμε το μαγνήτη στη διεύθυνσή του κοινού τους άξονα με σταθερή ταχύτητα. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Είτε ο μαγνήτης πλησιάζει, είτε απομακρύνεται απ’ το πηνίο:

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;

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:

Ένα πηνίο έχει \[Ν\] σπείρες και ο συντελεστής αυτεπαγωγής του είναι ίσος με \[L\]. Η ένταση του ρεύματος που διαρρέει το πηνίο αυξάνεται με σταθερό ρυθμό ίσο με \[λ\]. Κάποια στιγμή που η ένταση του ρεύματος που διαρρέει το πηνίο έχει την τιμή \[Ι_0\], ο ρυθμός αποθήκευσης ενέργειας στο μαγνητικό πεδίο του πηνίου είναι ίσος με

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 συνεχώς σε επαφή με τους παράλληλους ευθύγραμμους οριζόντιους αγωγούς \[Αx_1,\, Γx_2\] μεγάλου μήκους που έχουν αμελητέα αντίσταση. Ο αγωγός έχει αρχική ταχύτητα \[υ_0\] που είναι παράλληλη στους αγωγούς \[Αx_1,\, Γx_2\]. Την \[t=0\] ασκούμε στο κέντρο του αγωγού ΚΛ δύναμη \[F\] ίδιας διεύθυνσης με τη \[υ_0\] και τέτοια ώστε ο αγωγός να αρχίσει να επιβραδύνεται ομαλά μέχρι να σταματήσει. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές;

Δύο ορθογώνια μεταλλικά πλαίσια \[(1),\, (2)\] αμελητέας αντίστασης έχουν ίδιο αριθμό σπειρών και στρέφονται με σταθερές γωνιακές ταχύτητες μέσα στο ίδιο Ο.Μ.Π. ως προς άξονες κάθετους στις δυναμικές γραμμές που διέρχονται από τα μέσα των δύο απέναντι πλευρών τους. Στα άκρα του κάθε πλαισίου έχουμε συνδέσει από έναν ίδιο αντιστάτη αντίστασης \[R\]. Στα παρακάτω σχήματα φαίνονται τα διαγράμματα των τάσεων που δημιουργούνται στα άκρα του κάθε πλαισίου.

Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Η εναλλασσόμενη τάση \[v\] που εφαρμόζεται στα άκρα ενός αντιστάτη και το εναλλασσόμενο ρεύμα \[i\] που τον διαρρέει:

Ποιες από της παρακάτω προτάσεις είναι σωστές; Η συχνότητα μιας εναλλασσόμενης τάσης είναι \[f=50\, Hz\]. Τότε: