10 Παραδείγματα Ερωτήσεων Ηλεκτρομαγνητικής Επαγωγής - Επαγωγή ΗΜΠ
1. Μια γεννήτρια έχει ένα πηνίο με αριθμό στροφών N και διατομή A. Το πηνίο βρίσκεται σε ένα μαγνητικό πεδίο B και στη συνέχεια περιστρέφεται με γωνιακή ταχύτητα ω έτσι ώστε να παράγεται μέγιστη επαγόμενη ΗΜΠ 50 βολτ. Εάν το μαγνητικό πεδίο αλλάξει στο 1/2 της αρχικής του τιμής και η γωνιακή του ταχύτητα αλλάξει στο 4 φορές την αρχική του τιμή, τότε η μέγιστη επαγόμενη ΗΜΠ θα είναι...
Α. 25 βολτ
Β. 50 βολτ
Γ. 100 βολτ
Δ. 200 βολτ
Ε. 250 βολτ
Συζήτηση
Είναι γνωστό ότι:
Αριθμός στροφών 1 (N 1 ) = N
Εμβαδόν διατομής 1 (A1 ) = A
Μαγνητικό πεδίο 1 (B1 ) = B
Γωνιακή ταχύτητα 1 (ω 1 ) = ω
Μέγιστη επαγόμενη ηλεκτρομαγνητική πεδία 1 (ε1 ) = 50 βολτ
Μαγνητικό πεδίο 2 (B2 ) = 0,5B = 0,5(1) = 0,5
Γωνιακή ταχύτητα 2 (ω 2 ) = 4ω = 4(1) = 4
Ερώτηση: Η μέγιστη επαγόμενη ηλεκτρομαγνητική πεδία είναι 2 ( ε2 )
Απάντηση:
Μέγιστη εξίσωση επαγόμενης ηλεκτρομαγνητικής πεδίας:
ε max = NBA ω
Πληροφορίες:
ε max = μέγιστη επαγόμενη ηΕΔ, N = αριθμός στροφών, B = μαγνητικό πεδίο, A = εμβαδόν διατομής, ω = γωνιακή ταχύτητα
Μέγιστο επαγόμενο EMF 1 (ε 1 ):
ε max = NBA ω
Αν ω = 1 και B = 1 τότε
50 = Ν (1) Α (1)
50 = Δεν ισχύει
Μέγιστο επαγόμενο EMF 2 (ε 2 ):
ε max = NBA ω
NA = 50, B = 0,5, ω = 4
ε μέγιστο = (50)(0,5)(4)
ε μέγιστο = 100
Η σωστή απάντηση είναι η Γ.
2. Για να είναι η μέγιστη ηλεκτρομαγνητική πεδία (EMF) που παράγεται από τη γεννήτρια ίση με το 1/2 της αρχικής, η ποσότητα που πρέπει να αλλάξει με βάση την παρακάτω δήλωση είναι...
Α. Η γωνιακή ταχύτητα και ο αριθμός των στροφών διπλασιάζονται
Β. Η μαγνητική επαγωγή και η συχνότητά της διπλασιάζονται.
Γ. Η διατομή διπλασιάζεται και η περίοδος διπλασιάζεται
Δ. Ο αριθμός των στροφών και η περίοδος γίνονται 4 φορές τον αρχικό.
Ε. Η συχνότητα και η περίοδος διπλασιάζονται.
Συζήτηση
Μέγιστη εξίσωση επαγόμενης ηλεκτρομαγνητικής πεδίας:
ε max = NBA ω
Πληροφορίες:
ε max = μέγιστη επαγόμενη ηΕΔ, N = αριθμός στροφών, B = μαγνητικό πεδίο, A = εμβαδόν διατομής, ω = γωνιακή ταχύτητα
Αν N = 1, B = 1, A = 1, ω = 1 τότε ε max = NBA ω = (1)(1)(1)(1) = 1
Α. Η γωνιακή ταχύτητα (ω) και ο αριθμός των στροφών (N) διπλασιάζονται
ε max = NBA ω
ε μέγιστο = (2)(1)(1)(2)
ε μέγιστο = 4
Β. Η μαγνητική επαγωγή (Β) και η συχνότητά της (f) διπλασιάζονται.
Ο τύπος για τη γωνιακή ταχύτητα (ω) = 2πf. Η συχνότητα είναι ευθέως ανάλογη , έτσι ώστε αν η συχνότητα (f) διπλασιαστεί, η γωνιακή ταχύτητα (ω) διπλασιάζεται.
ε max = NBA ω
ε μέγιστο = (1)(2)(1)(2)
ε μέγιστο = 4
Γ. Η διατομή (Α) διπλασιάζεται και η περίοδος είναι 4 φορές η αρχική
Ο τύπος για τη γωνιακή ταχύτητα (ω) = 2πf = 2π/T. Η περίοδος είναι αντιστρόφως ανάλογη, έτσι ώστε αν η περίοδος γίνει 4 φορές η αρχική, τότε η γωνιακή ταχύτητα γίνεται 1/4 φορές η αρχική.
ε max = NBA ω
ε μέγιστο = (1)(1)(2)(1/4) = 2/4
ε μέγιστο = 1/2
Δ. Ο αριθμός των στροφών (N) και η περίοδος (T) αυξάνονται κατά 4 φορές
Ο τύπος για τη γωνιακή ταχύτητα (ω) = 2πf = 2π/T. Η περίοδος είναι αντιστρόφως ανάλογη, έτσι ώστε αν η περίοδος γίνει 4 φορές η αρχική, τότε η γωνιακή ταχύτητα γίνεται 1/4 φορές η αρχική.
ε max = NBA ω
ε μέγιστο = (4)(1)(1)(1/4) = 4/4
ε μέγιστο = 1
Ε. Η συχνότητα (f) και η περίοδος (T) διπλασιάζονται.
Η συχνότητα είναι ευθέως ανάλογη, έτσι ώστε αν η συχνότητα (f) διπλασιαστεί, τότε η γωνιακή ταχύτητα (ω) διπλασιάζεται. Η περίοδος είναι αντιστρόφως ανάλογη, έτσι ώστε αν η περίοδος διπλασιαστεί, τότε η γωνιακή ταχύτητα γίνεται το 1/2 της αρχικής. Το τελικό αποτέλεσμα, η γωνιακή ταχύτητα είναι σταθερή.
ε max = NBA ω
ε μέγιστο = (1)(1)(1)(1)
ε μέγιστο = 1
Η σωστή απάντηση είναι η Γ.
3. Η μαγνητική ροή σε ένα πηνίο με 1.000 στροφές αυξάνεται από 0,03 Wb σε 0,04 Wb σε 0,2 δευτερόλεπτα, έτσι ώστε η προκύπτουσα τιμή EMF να είναι E1 . Εάν το ίδιο πηνίο παρουσιάσει μια αλλαγή στη μαγνητική ροή από 0,02 Wb σε 0,04 Wb σε 0,1 δευτερόλεπτα, η προκύπτουσα τιμή επαγόμενης EMF είναι E2 . Η αναλογία των E1 και E2 είναι …
Α. 1:1
Β. 1: 2
Γ. 1:4
Δ. 2: 1
Ε. 4:1
Συζήτηση
Είναι γνωστό ότι:
Αριθμός στροφών (N) = 1000
Αλλαγή ροής 1 ( Δφ1 ) = 0,04 Wb – 0,03 Wb = 0,01 Wb
Χρονικό διάστημα 1 (Δt1 ) = 0,2 δευτερόλεπτα
Επαγόμενη ΗΜΠ 1 = E1
Αλλαγή ροής 2 ( Δφ1 ) = 0,04 Wb – 0,02 Wb = 0,02 Wb
Χρονικό διάστημα 2 (Δt2 ) = 0,1 δευτερόλεπτα
Επαγόμενη ΗΜΠ 2 = E2
Ερώτηση: E 1 : E 2
Απάντηση:
Σύγκριση των E 1 και E 2 :
Ε1 : Ε2
50: 200
1: 4
Η σωστή απάντηση είναι η Γ.
4. Ένα πηνίο διαπερνά ένα ομογενές μαγνητικό πεδίο κάθετα, προκαλώντας επαγόμενη ηλεκτρομαγνητική πεδία (EMF). Εάν το πηνίο αντικατασταθεί με ένα άλλο πηνίο με διπλάσιο αριθμό στροφών από το αρχικό πηνίο και ο ρυθμός μεταβολής της ροής παραμείνει σταθερός, τότε η αναλογία της αρχικής και της τελικής επαγόμενης ηλεκτρομαγνητικής πεδίας είναι...
Α. 1:1
Β. 1: 2
Γ. 2:1
Δ. 3: 1
Ε. 3:2
Συζήτηση
Είναι γνωστό :
Αρχικός αριθμός στροφών (N) = 1
Τελικός αριθμός στροφών (N) = 2
Αρχικός ρυθμός μεταβολής ροής (ΔØ)B / Δt) = τελικός ρυθμός μεταβολής ροής (ΔØB /Δt)
Ερωτηθείς Σύγκριση αρχικού και τελικού επαγόμενου ηλεκτρομαγνητικού πεδίου (EMF)
Jawab :
Ο τύπος του νόμου της επαγωγής του Faraday :
E = -N (ΔØB /Δt)
Περιγραφή: E = επαγόμενη ηΕΔ, N = αριθμός στροφών, ΔØB / Δt = ρυθμός μεταβολής της ροής
Σύγκριση αρχικού και τελικού επαγόμενου ηλεκτρομαγνητικού πεδίου (EMF) :
Έναρξη E: Τέλος E
-N (ΔØB / Δt) : -N (ΔØB /Δt)
1: 2
Η σωστή απάντηση είναι η Β.
5. Στην αρχική συνθήκη (1), η μαγνητική ροή αλλάζει κατά 5 Wb σε 2 δευτερόλεπτα σε ένα πηνίο με 20 στροφές. Στη συνθήκη (2), η ίδια μεταβολή ροής διαρκεί 8 δευτερόλεπτα. Ο λόγος της επαγόμενης ΗΜΠ στις συνθήκες (1) και (2) είναι…
Α. 1:1
Β. 2: 1
Γ. 3:1
Δ. 4: 1
Ε. 4:3
Συζήτηση
Είναι γνωστό :
Ρυθμός μεταβολής ροής (ΔØ)B / Δt) αρχική = 5/2
Ρυθμός μεταβολής ροής (ΔØ)B / Δt) τέλος = 5/8
Αριθμός στροφών (N) = 20
Ερωτηθείς Σύγκριση αρχικού και τελικού επαγόμενου ηλεκτρομαγνητικού πεδίου (EMF)
Jawab :
Έναρξη E: Τέλος E
-N (ΔØB / Δt) : -N (ΔØB /Δt)
20 (5/2) : 20 (5/8)
5/2: 5/8
1/1 : 1/4
4: 1
Η σωστή απάντηση είναι το Δ.
6. Η μαγνητική ροή του πρώτου πηνίου έχει 200 σπείρες και αλλάζει κατά 0,06 Wb σε 0,4 s. Στο δεύτερο πηνίο, η μαγνητική ροή αλλάζει κατά 0,08 Wb σε 0,2 s. Εάν ο αριθμός των σπείρων στο δεύτερο πηνίο αντικατασταθεί από το μισό του αριθμού των στροφών στο πρώτο πηνίο, τότε η αναλογία της επαγόμενης ΗΕΔ στο πρώτο και στο δεύτερο πηνίο είναι...
Α. 2:3
Β. 3: 1
Γ. 3:4
Δ. 3: 5
Ε. 3:8
Συζήτηση
Είναι γνωστό :
Ρυθμός μεταβολής ροής (ΔØ)B / Δt) αρχική = 0,06/0,4
Αρχικός αριθμός στροφών (N) = 200
Ρυθμός μεταβολής ροής (ΔØ)B / Δt) τέλος = 0,08/0,2
Τελικός αριθμός στροφών (N) = 100
Ερωτηθείς Σύγκριση αρχικού και τελικού επαγόμενου ηλεκτρομαγνητικού πεδίου (EMF)
Jawab :
Έναρξη E: Τέλος E
-N (ΔØB / Δt) : -N (ΔØB /Δt)
200 (0,06/0,4) : 100 (0,08/0,2)
2 (0,15) : 1 (0,4)
0,3: 0,4
3: 4
7. Μεταξύ των ακόλουθων παραγόντων:
(1) Αριθμός στροφών πηνίου
(2) Ρυθμός μεταβολής της μαγνητικής ροής
(3) Κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου
Αυτό που αυξάνει το επαγόμενο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο είναι….
Α. (1), (2) και (3)
Β. Μόνο (1) και (2)
Γ. Μόνο (1) και (3)
Δ. (1) μόνο
Ε. (2) μόνο
Συζήτηση
Το EMF σημαίνει Ηλεκτροκινητική Δύναμη. Με άλλα λόγια, το EMF είναι μια πηγή ηλεκτρικού ρεύματος, όπως μια μπαταρία κ.λπ. Με βάση πειράματα που διεξήγαγε ο Faraday, ανακαλύφθηκε ότι αν και ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο δεν μπορεί να παράγει ηλεκτρικό ρεύμα, ένα μεταβαλλόμενο μαγνητικό πεδίο μπορεί να παράγει ηλεκτρικό ρεύμα. Αυτό το προκύπτον ηλεκτρικό ρεύμα ονομάζεται επαγόμενο ρεύμα.
Οι παράγοντες που επηρεάζουν την επαγόμενη ηλεκτρομαγνητική πεδία μπορούν να προσδιοριστούν χρησιμοποιώντας τον νόμο επαγωγής του Faraday, ο οποίος εκφράζεται μαθηματικά από τον τύπο:
Το αρνητικό πρόσημο στον παραπάνω τύπο εξηγεί ότι η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου που παράγεται από το επαγόμενο ρεύμα είναι πάντα αντίθετη από την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου που παράγει το επαγόμενο ρεύμα.
Πληροφορίες:
N = αριθμός στροφών πηνίου, B = μαγνητικό πεδίο, A = επιφάνεια βρόχου, θ = γωνία μεταξύ του μαγνητικού πεδίου (B) και της γραμμής που είναι κάθετη στην επιφάνεια του πηνίου (A).
Αν το Β είναι κάθετο στην επιφάνεια του πηνίου, τότε θ = 0 o, έτσι ώστε Φ B = BA cos 0 o = BA (1) = B A.
Αν το Β είναι παράλληλο με την επιφάνεια του πηνίου, τότε θ = 90 o, έτσι ώστε Φ B = BA cos 9 0 o = BA (0) = 0.
Με βάση τον παραπάνω τύπο, συμπεραίνεται ότι αυτό που αυξάνει την επαγόμενη ηλεκτρομαγνητική πεδιακή δύναμη είναι ο αριθμός των στροφών του πηνίου (N), ο ρυθμός μεταβολής της μαγνητικής ροής και η κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου (θ ).
Η σωστή απάντηση είναι το Α.
8. Μεταξύ των ακόλουθων παραγόντων:
(1) αριθμός στροφών πηνίου
(2) ρυθμός μεταβολής της μαγνητικής ροής
(3) εξωτερικά εμπόδια
Αυτό που επηρεάζει την επαγόμενη ηλεκτρομαγνητική πεδία (EMF) στο πηνίο είναι….
Α. (1) και (3)
Β. (1) και (2)
Γ. (2) μόνο
Δ. (2) και (3)
Ε. (3) μόνο
Συζήτηση
Η σωστή απάντηση είναι η Β.
9. Κοιτάξτε την ακόλουθη εικόνα! Αν ένα ηλεκτρικό ρεύμα I ρέει μέσα από το σύρμα AB, τότε η κατεύθυνση της μαγνητικής δύναμης που ασκείται στο σύρμα AB είναι...
Α. Προς Β
Β. Προς τα αριστερά
Γ. Προς τα δεξιά
Δ. Κάθετα στο επίπεδο του χαρτιού
Ε. Κάθετα στο επίπεδο του χαρτιού
Συζήτηση
Είναι γνωστό :
Κατεύθυνση ηλεκτρικού ρεύματος = A προς B (κάτω)
Κατεύθυνση μαγνητικού πεδίου = από βόρειο πόλο προς νότιο πόλο του μαγνήτη (προς τα δεξιά)
Ερωτηθείς : Κατεύθυνση μαγνητικής δύναμης
Jawab :
Κανόνας δεξιού χεριού
Τεντώστε το δεξί σας χέρι, ισιώστε τον αντίχειρά σας και κλείστε τα άλλα τέσσερα δάχτυλά σας. Τοποθετήστε τα τέσσερα δάχτυλά σας έτσι ώστε να δείχνουν προς την κατεύθυνση του μαγνητικού πεδίου (Β). dan Ο αντίχειρας υποδεικνύει την κατεύθυνση της κίνησης του φορτίου (v). Εάν το ηλεκτρικό φορτίο είναι θετικό, η παλάμη του δεξιού χεριού είναι στραμμένη προς την κατεύθυνση της μαγνητικής δύναμης (F). Εάν το φορτίο είναι αρνητικό, το πίσω μέρος του δεξιού χεριού είναι στραμμένο προς την κατεύθυνση της μαγνητικής δύναμης (F).
Η κατεύθυνση του συμβατικού ηλεκτρικού ρεύματος, όπως στο παραπάνω πρόβλημα, είναι η ίδια με την κατεύθυνση ενός θετικού ηλεκτρικού φορτίου. Εφαρμόζοντας τον κανόνα του δεξιού χεριού, η κατεύθυνση της μαγνητικής δύναμης είναι κάθετη στο επίπεδο του χαρτιού ή προς το μάτι του αναγνώστη.
Η σωστή απάντηση είναι η Ε.
10. Ένα ευθύγραμμο σύρμα που φέρει ρεύμα I τοποθετείται ανάμεσα σε δύο μαγνητικούς πόλους όπως φαίνεται στο σχήμα. Η κατεύθυνση της μαγνητικής δύναμης στο σύρμα είναι στην ίδια κατεύθυνση με την...
Α. Θετικός άξονας z
Β. Αρνητικός άξονας z
Γ. Θετικός άξονας y
Δ. Αρνητικός άξονας y
Ε. Θετικός άξονας x
Συζήτηση
Είναι γνωστό :
Κατεύθυνση ηλεκτρικού ρεύματος = προς τα αριστερά
Κατεύθυνση μαγνητικού πεδίου = από βορρά προς νότο (πάνω)
Ερωτηθείς : Κατεύθυνση μαγνητικής δύναμης
Jawab :
Αν εφαρμοστεί ο κανόνας του δεξιού χεριού, η κατεύθυνση της μαγνητικής δύναμης είναι κάθετη στο επίπεδο του χαρτιού ή μακριά από το μάτι του αναγνώστη ή προς την κατεύθυνση του αρνητικού άξονα z.
Η σωστή απάντηση είναι η Β.
Πηγή ερώτησης:
Ερωτήσεις Φυσικής για Πανελλαδικές Εξετάσεις Λυκείου/Επαγγελματικού Λυκείου
