نمونه سوالات القای الکترومغناطیسی EMF

10 نمونه از سوالات القای الکترومغناطیسی القای EMF

۱. یک ژنراتور دارای یک سیم‌پیچ با تعداد دور N و سطح مقطع A است. سیم‌پیچ در میدان مغناطیسی B قرار دارد، سپس با سرعت زاویه‌ای ω چرخانده می‌شود به طوری که حداکثر نیروی محرکه القایی ۵۰ ولت تولید می‌شود. اگر میدان مغناطیسی به ۱/۲ مقدار اولیه خود و سرعت زاویه‌ای آن به ۴ برابر مقدار اولیه خود تغییر کند، حداکثر نیروی محرکه القایی ... خواهد بود.

الف. ۲۲۰ ولت

ب. ۱۱۰۰ ولت

ج. ۲۲۰۰ ولت

د. ۲۲۰۰۰ ولت

ه. ۲۵۰ ولت

پمباهاسان

معلوم است که:

تعداد دورها ۱ (N ₁ ) = N

مساحت سطح مقطع ۱ ( _A1 ) = A

میدان مغناطیسی ۱ ( _B1 ) = B

سرعت زاویه‌ای ۱ (ω _۲ ) = ω

حداکثر نیروی محرکه القایی (EMF) 1 (ε ₁ ) = 50 ولت

میدان مغناطیسی 2 (B2 ₎ = 0,5B = 0,5(1) = 0,5

سرعت زاویه ای 2 (ω ₂ ) = 4ω = 4(1) = 4

سوال: حداکثر EMF القایی برابر با ۲ (ε2 ₎ است.

جواب:

معادله حداکثر نیروی محرکه القایی (EMF):

ε _max = NBA ω

اطلاعات:

εmax = حداکثر نیروی محرکه القایی، N = تعداد دورها، B = میدان مغناطیسی _، A = سطح مقطع، ω = سرعت زاویه‌ای

حداکثر EMF القایی 1 (ε1 ₎ :

ε _max = NBA ω

اگر ω = ۱ و B = ۱ باشد، آنگاه

50 = ن (1) الف (1)

۵۰ = نه

حداکثر EMF القایی 2 (ε2 ₎ :

ε _max = NBA ω

NA = 50، B = 0,5، ω = 4

εmax ₌ (50)(0,5)(4)

εmax = ₁₀₀

جواب صحیح C است.

۲. برای اینکه حداکثر EMF تولید شده توسط ژنراتور ۱/۲ مقدار اولیه باشد، کمیتی که باید بر اساس عبارت زیر تغییر کند...

الف. سرعت زاویه‌ای و تعداد دورها دو برابر می‌شود

ب. القای مغناطیسی و فرکانس آن دو برابر می‌شود.

ج. سطح مقطع و دوره تناوب دو برابر می‌شود.

د. تعداد دورها و دوره تناوب ۴ برابر مقدار اولیه شده است.

ه. فرکانس و دوره تناوب دو برابر می‌شوند.

پمباهاسان

معادله حداکثر نیروی محرکه القایی (EMF):

ε _max = NBA ω

اطلاعات:

εmax = حداکثر نیروی محرکه القایی، N = تعداد دورها، B = میدان مغناطیسی _، A = سطح مقطع، ω = سرعت زاویه‌ای

اگر N = 1، B = 1، A = 1، ω = 1، ε _max = NBA ω = (1) (1) (1) (1) = 1

الف. سرعت زاویه‌ای (ω) و تعداد دورها (N) دو برابر می‌شوند.

ε _max = NBA ω

εmax ₌ (2)(1)(1)(2)

εmax = ₄

ب. القای مغناطیسی (B) و فرکانس آن (f) دو برابر می‌شوند.

فرمول سرعت زاویه‌ای (ω) = 2πf. فرکانس رابطه مستقیم دارد، به طوری که اگر فرکانس (f) دو برابر شود، سرعت زاویه‌ای (ω) نیز دو برابر می‌شود.

ε _max = NBA ω

εmax ₌ (1)(2)(1)(2)

εmax = ₄

ج. سطح مقطع (A) دو برابر و دوره تناوب ۴ برابر مقدار اولیه است.

فرمول سرعت زاویه‌ای (ω) = 2πf = 2π/T. دوره تناوب رابطه معکوس دارد، به طوری که اگر دوره تناوب 4 برابر مقدار اولیه شود، سرعت زاویه‌ای 1/4 برابر مقدار اولیه می‌شود.

ε _max = NBA ω

εmax = (1)(1)(2)(1/4) = _2/4

εmax = _1/2

د. تعداد دورها (N) و دوره تناوب (T) به ۴ برابر افزایش می‌یابد.

فرمول سرعت زاویه‌ای (ω) = 2πf = 2π/T. دوره تناوب رابطه معکوس دارد، به طوری که اگر دوره تناوب 4 برابر مقدار اولیه شود، سرعت زاویه‌ای 1/4 برابر مقدار اولیه می‌شود.

ε _max = NBA ω

εmax = (4)(1)(1)(1/4) = _4/4

εmax = ₁

ه. فرکانس (f) و دوره تناوب (T) دو برابر می‌شوند.

فرکانس نسبت مستقیم دارد به طوری که اگر فرکانس (f) دو برابر شود، سرعت زاویه‌ای (ω) دو برابر می‌شود. دوره تناوب نسبت معکوس دارد به طوری که اگر دوره تناوب دو برابر شود، سرعت زاویه‌ای ۱/۲ مقدار اولیه می‌شود. نتیجه نهایی، سرعت زاویه‌ای ثابت است.

ε _max = NBA ω

εmax ₌ (1)(1)(1)(1)

εmax = ₁

جواب صحیح C است.

۳. شار مغناطیسی در یک سیم‌پیچ با ۱۰۰۰ دور، در عرض ۰.۲ ثانیه از ۰.۰۳ وات بر به ۰.۰۴ وات بر افزایش می‌یابد، به طوری که مقدار نیروی محرکه الکتریکی (EMF) حاصل E1 خواهد بود _. اگر همین سیم‌پیچ در عرض ۰.۱ ثانیه تغییر شار مغناطیسی از ۰.۰۲ وات بر به ۰.۰۴ وات بر را تجربه کند، مقدار نیروی محرکه الکتریکی القایی حاصل E2 خواهد بود _. نسبت E1 _و E2 _{برابر است با} ...

الف. ۲:۳

ب. ۳:۲

ج. ۲: ۱

دی. ۱۲:۶

ه. ۳:۷

پمباهاسان

معلوم است که:

تعداد دورها (N) = ۱۰۰۰

تغییر شار 1 ( Δφ ₁ ) = 0,04 Wb – 0,03 Wb = 0,01 Wb

بازه زمانی ۲ (Δt ₁ ) = ۰.۱ ثانیه

EMF القایی ۲ = _E۲

تغییر شار 2 ( Δφ ₁ ) = 0,04 Wb – 0,02 Wb = 0,02 Wb

بازه زمانی ۲ (Δt ₂ ) = ۰.۱ ثانیه

EMF القایی ۲ = _E۲

پرسیده شده: E ₁ : E ₂

جواب:

مقایسه _E1 و _E2 :

ای _۱ : ای _۲

50: 200

1: 4

جواب صحیح C است.

۴. یک سیم‌پیچ به صورت عمودی در یک میدان مغناطیسی همگن نفوذ می‌کند و باعث ایجاد نیروی محرکه القایی (EMF) می‌شود. اگر سیم‌پیچ با سیم‌پیچ دیگری با دو برابر تعداد دور سیم‌پیچ اصلی جایگزین شود و نرخ تغییر شار ثابت بماند، نسبت نیروی محرکه القایی اولیه و نهایی ... است.

الف. ۲:۳
ب. ۳:۲
ج. ۲: ۱
دی. ۱۲:۶
ه. ۳:۷

پمباهاسان
شناخته شده است :
تعداد اولیه دورها (N) = ۱
تعداد نهایی دورها (N) = ۲
نرخ تغییر شار اولیه (ΔØ)_B / Δt) = نرخ تغییر شار نهایی (ΔØ)_B /Δt)
پرسیده شد مقایسه EMF القایی اولیه و نهایی
جواب :

فرمول قانون القای فارادی :
E = -N (ΔØ_B /Δt)
شرح: E = نیروی محرکه القایی، N = تعداد دورها، ΔØ_B / Δt = نرخ تغییر شار
مقایسه EMF القایی اولیه و نهایی :
شروع E: پایان E
-N (ΔØ_B / Δt): -N (ΔØ)_B /Δt)
1: 2
جواب صحیح B است.

۵. در شرایط اولیه (۱)، شار مغناطیسی در یک سیم‌پیچ با ۲۰ دور، در عرض ۲ ثانیه به اندازه ۵ وات بر ثانیه تغییر می‌کند. در شرایط (۲)، همین تغییر شار ۸ ثانیه طول می‌کشد. نسبت نیروی محرکه القایی (EMF) در شرایط (۱) و (۲) برابر است با…

الف. ۲:۳
ب. ۳:۲
ج. ۲: ۱
دی. ۱۲:۶
ه. ۳:۷

پمباهاسان
شناخته شده است :
نرخ تغییر شار (ΔØ)_B اولیه = 5/2 / Δt)
نرخ تغییر شار (ΔØ)_B / Δt) پایان = 5/8
تعداد دورها (N) = ۱۰۰۰
پرسیده شد مقایسه EMF القایی اولیه و نهایی
جواب :
شروع E: پایان E
-N (ΔØ_B / Δt): -N (ΔØ)_B /Δt)
۲۰۰ (۰.۰۶/۰.۴) : ۱۰۰ (۰.۰۸/۰.۲)
۵/۲: ۵/۸
۱/۶ : ۶/۶
4: 1
جواب صحیح D است.

۶. شار مغناطیسی سیم‌پیچ اول ۲۰۰ دور دارد و در ۰.۴ ثانیه به اندازه ۰.۰۶ وات بر تغییر می‌کند. در سیم‌پیچ دوم، شار مغناطیسی در ۰.۲ ثانیه به اندازه ۰.۰۸ وات بر تغییر می‌کند. اگر تعداد دورهای سیم‌پیچ دوم با نصف تعداد دورهای سیم‌پیچ اول جایگزین شود، نسبت نیروی محرکه القایی در سیم‌پیچ‌های اول و دوم ... است.
الف. ۲:۳
ب. ۳:۲
ج. ۲: ۱
دی. ۱۲:۶
ه. ۳:۷
پمباهاسان
شناخته شده است :
نرخ تغییر شار (ΔØ)_B اولیه = 0,06/0,4 / Δt)
تعداد اولیه دورها (N) = ۱
نرخ تغییر شار (ΔØ)_B / Δt) پایان = 0,08/0,2
تعداد نهایی دورها (N) = ۲
پرسیده شد مقایسه EMF القایی اولیه و نهایی
جواب :
شروع E: پایان E
-N (ΔØ_B / Δt): -N (ΔØ)_B /Δt)
۲۰۰ (۰.۰۶/۰.۴) : ۱۰۰ (۰.۰۸/۰.۲)
۲ (۰.۱۵) : ۱ (۰.۴)
0,3: 0,4
3: 4

۸. از جمله عوامل زیر:

(1) تعداد دور کویل

(2) نرخ تغییر شار مغناطیسی

(3) جهت میدان مغناطیسی

آنچه EMF القایی را افزایش می‌دهد ...

الف. (1)، (2) و (3)

ب. فقط (1) و (2)

ج. فقط (1) و (3)

د. فقط (1)

ه. فقط (2)

پمباهاسان

EMF مخفف نیروی محرکه الکتریکی است. به عبارت دیگر، EMF منبع جریان الکتریکی مانند باتری و غیره است. بر اساس آزمایش‌های انجام شده توسط فارادی، کشف شد که اگرچه یک میدان مغناطیسی ثابت نمی‌تواند جریان الکتریکی تولید کند، اما یک میدان مغناطیسی متغیر می‌تواند جریان الکتریکی تولید کند. این جریان الکتریکی حاصل، جریان القایی نامیده می‌شود.

عواملی که بر EMF القایی تأثیر می‌گذارند را می‌توان با استفاده از قانون القای فارادی تعیین کرد که به صورت ریاضی با فرمول زیر بیان می‌شود:

علامت منفی در فرمول بالا توضیح می‌دهد که جهت میدان مغناطیسی تولید شده توسط جریان القایی همیشه خلاف جهت میدان مغناطیسی است که جریان القایی را تولید می‌کند.

اطلاعات:

N = تعداد دورهای سیم‌پیچ، B = میدان مغناطیسی، A = مساحت سطح حلقه، θ = زاویه بین میدان مغناطیسی (B) و خط عمود بر سطح سیم‌پیچ (A).

اگر B بر سطح سیم‌پیچ عمود باشد، آنگاه θ = 0 ^o است، به طوری که Φ _B = BA cos 0 ^o = BA (1) = B A.

اگر B موازی با سطح سیم‌پیچ باشد، آنگاه θ = 90 ^درجه است، به طوری که Φ _B = BA cos 90 o ⁼ BA ( 0) = 0.

بر اساس فرمول بالا، نتیجه گرفته می‌شود که آنچه EMF القایی را افزایش می‌دهد، تعداد دور سیم‌پیچ (N)، نرخ تغییر شار مغناطیسی و جهت میدان مغناطیسی (θ ) است.

جواب صحیح الف است.

۸. از جمله عوامل زیر:

(1) تعداد دور کویل

(2) نرخ تغییر شار مغناطیسی

(3) موانع خارجی

چه چیزی بر EMF القایی در سیم‌پیچ تأثیر می‌گذارد؟…

الف. (1) و (3)

ب. (1) و (2)

ج. فقط (2)

د. (2) و (3)

ه. فقط (3)

پمباهاسان

جواب صحیح B است.

۹. به تصویر زیر نگاه کنید! اگر جریان الکتریکی I از سیم AB عبور کند، جهت نیروی مغناطیسی وارد بر سیم AB ... است.

الف. به سمت ب
ب. به سمت چپ
ج. به سمت راست
د. عمود بر صفحه کاغذ
ه. عمود بر صفحه کاغذ

پمباهاسان
شناخته شده است :
جهت جریان الکتریکی = A تا B (پایین)
جهت میدان مغناطیسی = قطب شمال به قطب جنوب آهنربا (به سمت راست)
پرسیده شد جهت نیروی مغناطیسی
جواب :

قانون دست راست
دست راست خود را دراز کنید، انگشت شست خود را صاف کنید و چهار انگشت دیگر خود را ببندید. چهار انگشت خود را طوری قرار دهید که در جهت میدان مغناطیسی (B) قرار گیرند. دان انگشت شست جهت حرکت بار (v) را نشان می‌دهد. اگر بار الکتریکی مثبت باشد، کف دست راست رو به جهت نیروی مغناطیسی (F) است. اگر بار منفی باشد، پشت دست راست رو به جهت نیروی مغناطیسی (F) است.

جهت جریان الکتریکی قراردادی، مانند مسئله بالا، همان جهت بار الکتریکی مثبت است. با اعمال قانون دست راست، جهت نیروی مغناطیسی عمود بر صفحه کاغذ یا به سمت چشم خواننده است.
پاسخ صحیح E است.

۱۰. یک سیم مستقیم حامل جریان I بین دو قطب مغناطیسی مطابق شکل قرار گرفته است. جهت نیروی مغناطیسی وارد بر سیم با جهت ... همسو است.

الف. محور z مثبت
ب. محور z منفی
ج. محور y مثبت
د. محور y منفی
ه. محور x مثبت

پمباهاسان
شناخته شده است :
جهت جریان الکتریکی = چپ
جهت میدان مغناطیسی = شمال به جنوب (بالا)
پرسیده شد جهت نیروی مغناطیسی
جواب :
اگر قانون دست راست اعمال شود، جهت نیروی مغناطیسی عمود بر صفحه کاغذ یا دور از چشم خواننده یا در جهت محور z منفی است.
جواب صحیح B است.

منبع سوال:

سوالات فیزیک آزمون سراسری برای دبیرستان/هنرستان فنی و حرفه ای