10 voorbeelden van vragen over elektromagnetische inductie (EMK-inductie)
1. Een generator heeft een spoel met een aantal windingen N en een dwarsdoorsnede A. De spoel bevindt zich in een magnetisch veld B en wordt vervolgens met een hoeksnelheid ω gedraaid, zodat een maximale geïnduceerde elektromotorische kracht (EMK) van 50 volt wordt opgewekt. Als het magnetische veld verandert naar de helft van zijn oorspronkelijke waarde en de hoeksnelheid verandert naar viermaal zijn oorspronkelijke waarde, dan zal de maximale geïnduceerde EMK ... zijn.
A. 25 volt
B. 50 volt
C. 100 volt
D. 200 volt
E. 250 volt
Discussie
Het is bekend dat:
Aantal beurten 1 (N 1 ) = N
Doorsnedeoppervlakte 1 (A 1 ) = A
Magnetisch veld 1 (B 1 ) = B
Hoekssnelheid 1 (ω 1 ) = ω
Maximale geïnduceerde EMF 1 (ε 1 ) = 50 Volt
Magnetisch veld 2 (B 2 ) = 0,5B = 0,5(1) = 0,5
Hoeksnelheid 2 (ω 2 ) = 4ω = 4(1) = 4
Vraag: De maximale geïnduceerde EMF is 2 (ε 2 )
Antwoord :
Vergelijking voor de maximaal geïnduceerde EMF:
ε max = NBA ω
Informatie :
ε max = maximale geïnduceerde elektromotorische kracht, N = aantal windingen, B = magnetisch veld, A = dwarsdoorsnede, ω = hoeksnelheid
Maximaal geïnduceerde EMF 1 (ε 1 ):
ε max = NBA ω
Als ω = 1 en B = 1 dan
50 = N (1) A (1)
50 = NA
Maximaal geïnduceerde EMF 2 (ε 2 ):
ε max = NBA ω
NA = 50, B = 0,5, ω = 4
ε max = (50)(0,5)(4)
ε max = 100
Het juiste antwoord is C.
2. Om ervoor te zorgen dat de maximale door de generator opgewekte elektromotorische kracht (EMK) de helft van de oorspronkelijke waarde bedraagt, moet de hoeveelheid die volgens onderstaande bewering moet worden gewijzigd...
A. De hoeksnelheid en het aantal omwentelingen worden verdubbeld.
B. De magnetische inductie en de frequentie ervan worden verdubbeld.
C. De dwarsdoorsnede wordt verdubbeld en de periode wordt verdubbeld.
D. Het aantal omwentelingen en de periode worden 4 keer zo groot als in het origineel.
E. De frequentie en de periode worden verdubbeld.
Discussie
Vergelijking voor de maximaal geïnduceerde EMF:
ε max = NBA ω
Informatie :
ε max = maximale geïnduceerde elektromotorische kracht, N = aantal windingen, B = magnetisch veld, A = dwarsdoorsnede, ω = hoeksnelheid
Als N = 1, B = 1, A = 1, ω = 1 dan ε max = NBA ω = (1)(1)(1)(1) = 1
A. De hoeksnelheid (ω) en het aantal omwentelingen (N) worden verdubbeld.
ε max = NBA ω
ε max = (2)(1)(1)(2)
ε max = 4
B. De magnetische inductie (B) en de frequentie (f) ervan worden verdubbeld.
De formule voor de hoeksnelheid (ω) is 2πf. De frequentie is recht evenredig, dus als de frequentie (f) wordt verdubbeld, wordt de hoeksnelheid (ω) ook verdubbeld.
ε max = NBA ω
ε max = (1)(2)(1)(2)
ε max = 4
C. De dwarsdoorsnede (A) wordt verdubbeld en de periode is 4 keer de oorspronkelijke periode.
De formule voor de hoeksnelheid (ω) is 2πf = 2π/T. De periode is omgekeerd evenredig, dus als de periode vier keer zo groot wordt als de oorspronkelijke periode, dan wordt de hoeksnelheid een kwart zo groot als de oorspronkelijke periode.
ε max = NBA ω
ε max = (1)(1)(2)(1/4) = 2/4
ε max = 1/2
D. Het aantal omwentelingen (N) en de periode (T) worden verhoogd tot 4 keer.
De formule voor de hoeksnelheid (ω) is 2πf = 2π/T. De periode is omgekeerd evenredig, dus als de periode vier keer zo groot wordt als de oorspronkelijke periode, dan wordt de hoeksnelheid een kwart zo groot als de oorspronkelijke periode.
ε max = NBA ω
ε max = (4)(1)(1)(1/4) = 4/4
ε max = 1
E. De frequentie (f) en de periode (T) worden verdubbeld.
De frequentie is recht evenredig, dus als de frequentie (f) verdubbeld wordt, verdubbelt ook de hoeksnelheid (ω). De periode is omgekeerd evenredig, dus als de periode verdubbeld wordt, wordt de hoeksnelheid de helft van de oorspronkelijke waarde. Het eindresultaat is dat de hoeksnelheid constant blijft.
ε max = NBA ω
ε max = (1)(1)(1)(1)
ε max = 1
Het juiste antwoord is C.
3. De magnetische flux in een spoel met 1.000 windingen neemt toe van 0,03 Wb tot 0,04 Wb in 0,2 seconden, waardoor de resulterende EMF-waarde E1 is . Als dezelfde spoel een verandering in magnetische flux ondergaat van 0,02 Wb tot 0,04 Wb in 0,1 seconden, is de resulterende geïnduceerde EMF-waarde E2 . De verhouding tussen E1 en E2 is …
A. 1 : 1
B. 1 : 2
C. 1 : 4
D. 2 : 1
E. 4 : 1
Discussie
Het is bekend dat:
Aantal beurten (N) = 1000
Fluxverandering 1 ( Δφ 1 ) = 0,04 Wb – 0,03 Wb = 0,01 Wb
Tijdsinterval 1 (Δt 1 ) = 0,2 seconden
Geïnduceerde EMF 1 = E 1
Fluxverandering 2 ( Δφ 1 ) = 0,04 Wb – 0,02 Wb = 0,02 Wb
Tijdsinterval 2 (Δt 2 ) = 0,1 seconden
Geïnduceerde EMF 2 = E 2
Gevraagd: E 1 : E 2
Antwoord :
Vergelijking van E 1 en E 2 :
E 1 : E 2
50: 200
1: 4
Het juiste antwoord is C.
4. Een spoel dringt loodrecht door een homogeen magnetisch veld, waardoor een geïnduceerde elektromotorische kracht (EMK) ontstaat. Als de spoel wordt vervangen door een andere spoel met tweemaal het aantal windingen van de oorspronkelijke spoel en de snelheid waarmee de magnetische flux verandert constant blijft, dan is de verhouding tussen de initiële en de uiteindelijke geïnduceerde EMK...
A. 1 : 1
B. 1 : 2
C. 2 : 1
D. 3 : 1
E. 3 : 2
Discussie
Het is bekend :
Initieel aantal beurten (N) = 1
Eindaantal beurten (N) = 2
Initiële fluxveranderingssnelheid (ΔØ)B / Δt) = uiteindelijke fluxveranderingssnelheid (ΔØB /Δt)
gevraagd Vergelijking van de initiële en uiteindelijke geïnduceerde EMF
Antwoorden :
De inductiewet van Faraday formule :
E = -N (ΔØB /Δt)
Beschrijving: E = geïnduceerde elektromotorische kracht, N = aantal windingen, ΔØB / Δt = veranderingssnelheid van de flux
Vergelijking van de initiële en uiteindelijke geïnduceerde EMF :
E start : E einde
-N (ΔØB / Δt) : -N (ΔØB /Δt)
1: 2
Het juiste antwoord is B.
5. In beginconditie (1) verandert de magnetische flux in een spoel met 20 windingen met 5 Wb in 2 seconden. In conditie (2) duurt dezelfde fluxverandering 8 seconden. De verhouding van de geïnduceerde EMF in conditie (1) en (2) is…
A. 1 : 1
B. 2 : 1
C. 3 : 1
D. 4 : 1
E. 4 : 3
Discussie
Het is bekend :
Snelheid van verandering van flux (ΔØ)B / Δt) initieel = 5/2
Snelheid van verandering van flux (ΔØ)B / Δt) einde = 5/8
Aantal beurten (N) = 20
gevraagd Vergelijking van de initiële en uiteindelijke geïnduceerde EMF
Antwoorden :
E start : E einde
-N (ΔØB / Δt) : -N (ΔØB /Δt)
20 (5/2) : 20 (5/8)
5/2: 5/8
1/1 : 4/1
4: 1
Het juiste antwoord is D.
6. De magnetische flux van de eerste spoel heeft 200 windingen en verandert met 0,06 Wb in 0,4 s. In de tweede spoel verandert de magnetische flux met 0,08 Wb in 0,2 s. Als het aantal windingen in de tweede spoel wordt vervangen door de helft van het aantal windingen in de eerste spoel, dan is de verhouding van de geïnduceerde elektromotorische kracht in de eerste en tweede spoel...
A. 2 : 3
B. 3 : 1
C. 3 : 4
D. 3 : 5
E. 3 : 8
Discussie
Het is bekend :
Snelheid van verandering van flux (ΔØ)B / Δt) initieel = 0,06/0,4
Initieel aantal beurten (N) = 200
Snelheid van verandering van flux (ΔØ)B / Δt) einde = 0,08/0,2
Eindaantal beurten (N) = 100
gevraagd Vergelijking van de initiële en uiteindelijke geïnduceerde EMF
Antwoorden :
E start : E einde
-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. Onder de volgende factoren:
(1) Aantal windingen
(2) Snelheid van verandering van de magnetische flux
(3) Richting van het magnetische veld
Wat de geïnduceerde EMF verhoogt is...
A. (1), (2) en (3)
B. (1) en (2) alleen
C. (1) en (3) alleen
D. (1) alleen
E. (2) alleen
Discussie
EMF staat voor elektromotorische kracht. Met andere woorden, EMF is een bron van elektrische stroom, zoals een batterij, enzovoort. Op basis van experimenten van Faraday werd ontdekt dat een constant magnetisch veld geen elektrische stroom kan opwekken, maar dat een veranderend magnetisch veld dat wel kan. Deze resulterende elektrische stroom wordt geïnduceerde stroom genoemd.
De factoren die de geïnduceerde EMF beïnvloeden, kunnen worden bepaald met behulp van de inductiewet van Faraday, die wiskundig wordt uitgedrukt door de formule:
Het minteken in de bovenstaande formule verklaart dat de richting van het magnetische veld dat door de geïnduceerde stroom wordt opgewekt, altijd tegengesteld is aan de richting van het magnetische veld dat de geïnduceerde stroom opwekt.
Informatie :
N = aantal windingen van de spoel, B = magnetisch veld, A = oppervlakte van de lus, θ = hoek tussen het magnetisch veld (B) en de lijn loodrecht op het spoeloppervlak (A).
Als B loodrecht op het oppervlak van de spoel staat, dan is θ = 0 ° zodat ΦB = BA cos 0 ° = BA (1) = BA.
Als B evenwijdig is aan het oppervlak van de spoel, dan is θ = 90 ° zodat ΦB = BA cos 90 ° = BA (0) = 0.
Op basis van de bovenstaande formule wordt geconcludeerd dat de geïnduceerde EMF toeneemt door het aantal windingen van de spoel (N), de snelheid waarmee de magnetische flux verandert en de richting van het magnetische veld (θ ).
Het juiste antwoord is A.
8. Onder de volgende factoren:
(1) aantal windingen
(2) snelheid waarmee de magnetische flux verandert
(3) externe obstakels
Wat de opgewekte elektromotorische kracht in de spoel beïnvloedt, is...
A. (1) en (3)
B. (1) en (2)
C. (2) alleen
D. (2) en (3)
E. (3) alleen
Discussie
Het juiste antwoord is B.
9. Bekijk de volgende afbeelding! Als er een elektrische stroom I door draad AB loopt, wat is dan de richting van de magnetische kracht die draad AB ondervindt?
A. Richting B
B. Naar links
C. Naar rechts
D. Loodrecht op het vlak van het papier
E. Loodrecht op het vlak van het papier
Discussie
Het is bekend :
Richting van de elektrische stroom = A naar B (naar beneden)
De richting van het magnetische veld loopt van de noordpool naar de zuidpool van de magneet (naar rechts).
gevraagd : Richting van de magnetische kracht
Antwoorden :
Rechterhandregel
Strek je rechterhand uit, maak je duim recht en sluit je andere vier vingers. Plaats je vier vingers zo dat ze in de richting van het magnetische veld (B) wijzen. Dan De duim geeft de richting van de ladingsbeweging aan (v). Als de elektrische lading positief is, wijst de handpalm van de rechterhand in de richting van de magnetische kracht (F). Als de lading negatief is, wijst de rug van de rechterhand in de richting van de magnetische kracht (F).
De richting van een conventionele elektrische stroom, zoals in het bovenstaande probleem, is gelijk aan de richting van een positieve elektrische lading. Volgens de rechterhandregel is de richting van de magnetische kracht loodrecht op het vlak van het papier, oftewel naar het oog van de lezer gericht.
Het juiste antwoord is E.
10. Een rechte draad met een stroom I wordt tussen twee magnetische polen geplaatst, zoals weergegeven in de figuur. De richting van de magnetische kracht op de draad is gelijk aan de richting van de...
A. Positieve z-as
B. Negatieve z-as
C. Positieve y-as
D. Negatieve y-as
E. Positieve x-as
Discussie
Het is bekend :
De richting van de elektrische stroom is naar links.
De richting van het magnetische veld is van noord naar zuid (omhoog).
gevraagd : Richting van de magnetische kracht
Antwoorden :
Als de rechterhandregel wordt toegepast, is de richting van de magnetische kracht loodrecht op het vlak van het papier, ofwel weg van het oog van de lezer, ofwel in de richting van de negatieve z-as.
Het juiste antwoord is B.
Bron van de vraag:
Natuurkundevragen voor het nationale eindexamen voor de bovenbouw van het voortgezet onderwijs/beroepsonderwijs.
