Physics problems for exams at Greek universities

[Δύο πηνία με κοινό άξονα διαρρέονται από ρεύμα και πλησιάζουν ή απομακρύνονται μεταξύ τους. Τι θα συμβεί;] Δύο παρόμοια ομοαξονικά πηνία διαρρέονται από ρεύματα ίδιας έντασης και φοράς. Τι θα συμβεί στο ρεύμα κάθε πηνίου αν πλησιάσουν το ένα προς το άλλο;  Απάντηση: Η ένταση του ρεύματος σε κάθε πηνίο θα μειωθεί.   Η εξήγηση βρίσκεται στον νόμο των Faraday - Lenz περί ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής, που αναφέρει ότι κάθε μεταβολή της μαγνητικής ροής που υπεισέρχεται σε ένα κύκλωμα, δημιουργεί ένα αντίθετο ρεύμα, το οποίο αντιδρά στο αίτιο που το προκάλεσε. Εν προκειμένω τα μαγνητικά πεδία των δύο πηνίων είναι ομόρροπα οπότε, καθώς πλησιάζουν μεταξύ τους, η μαγνητική ροή στις σπείρες τους αυξάνεται και έτσι το ρεύμα σε κάθε πηνίο πρέπει να μειωθεί για να εμποδιστεί η αύξηση αυτή (κανόνας Lenz ). Ερώτηση: Μπορείτε να περιγράψετε τι θα συμβεί αν τα ρεύματα είναι αντίστροφα; Η ερώτηση σε pdf

Ένας κυλινδρικός μαγνήτης αφήνεται ελεύθερος από κάποιο ύψος. Όπως φαίνεται στο σχήμα, ο βόρειος πόλος του μαγνήτη βρίσκεται στο κάτω άκρο του και ο νότιος πόλος στην κορυφή. Ο μαγνήτης κινείται προς τα κάτω κατά μήκος του κατακόρυφου άξονα ενός ακλόνητα στερεωμένου πηνίου. Τα άκρα του πηνίου   συνδέονται με ένα αμπερόμετρο. Υποθέστε ότι ο μαγνήτης ξεκινάει από μεγάλη απόσταση από το πηνίο, διέρχεται μέσα από αυτό και συνεχίζει την πτώση του μέχρι να απομακρυνθεί σε μεγάλη απόσταση από το πηνίο. Σε όλη τη διάρκεια της πτώσης του διατηρείται κατακόρυφα προσανατολισμένος, όπως ακριβώς τον αφήσαμε, με τον νότιο πόλο στην κορυφή του και τον βόρειο πόλο στο κάτω μέρος . α) Αν θεωρήσουμε θετική την προς τα πάνω ροή των μαγνητικών γραμμών, και θετικό το ρεύμα στις σπείρες αν είναι αντίθετο προς τη φορά των δεικτών του ρολογιού, (όπως το βλέπουμε από πάνω), ποιο από τα παρακάτω γραφήματα,    αντιπροσωπεύει καλύτερα: i . Τη γραφική παράσταση της μαγνητικής ροής μέσα από το πηνίο σ...

[Μια ευρεσιτεχνία από το 1949 για τη μέτρηση ταχύτητας βλήματος μέχρι 6 km / s ] Ένας μηχανισμός, βασισμένος στην επαγόμενη ΗΕΔ, έχει χρησιμοποιηθεί για να μετρήσει ταχύτητες βλήματος μέχρι 6 km /s. Ένας μικρός μαγνήτης είναι ενσωματωμένος στο βλήμα όπως φαίνεται στο σχήμα. Το βλήμα διέρχεται από δύο παράλληλα μεταξύ τους πηνία, που χωρίζονται από απόσταση d. Καθώς το βλήμα διέρχεται από κάθε πηνίο, προκαλείται εξ’ επαγωγής ένας παλμός ρεύματος. Το χρονικό διάστημα μεταξύ των παλμών αυτών μπορεί να μετρηθεί με ακρίβεια με ένα παλμογράφο και έτσι η ταχύτητα μπορεί να προσδιοριστεί. α) Να δικαιολογήσετε την εμφάνιση των παλμών ρεύματος και να σχεδιάσετε σε κοινό διάγραμμα, με ελεύθερη εκτίμηση, την ένδειξη των αμπερομέτρων σε σχέση με το χρόνο t .   Θεωρείστε ένα ρεύμα που ρέει αριστερόστροφα, όπως φαίνεται από το σημείο εκκίνησης του βλήματος, ως θετικό. Στο γράφημά σας, υποδείξτε ποιος παλμός είναι από το πηνίο 1 και ποιος είναι από το πηνίο 2. β) Εάν η χρονική διαφορά εμφάνισης τω...

[Πώς μεταβάλλονται η μαγνητική ροή και η ΗΕΔ από επαγωγή αν ένας μεγάλου μήκους μαγνήτης πλησιάζει με σταθερή ταχύτητα προς ένα κυκλικό βρόχο, διέρχεται και απομακρύνεται από αυτόν;]   Ένας μακρύς κυλινδρικός μαγνήτης μήκους L και ακτίνας α φέρει στο εσωτερικό του ομογενές μαγνητικό πεδίο Β παράλληλο προς τον άξονά του. Πλησιάζει με σταθερή ταχύτητα υ, από σχετικά μεγάλη απόσταση, προς ένα κυκλικό αγώγιμο πλαίσιο ελαφρώς μεγαλύτερης διαμέτρου, κινούμενος διαρκώς κάθετα προς αυτό, με τον άξονά του να ταυτίζεται με τον άξονα του πλαισίου.   Διέρχεται μέσα από το πλαίσιο και συνεχίζει απομακρυνόμενος σε μεγάλη απόσταση. α) Ποιο από τα πλαϊνά  διαγράμματα μπορεί να παριστάνει τη μεταβολή της μαγνητικής ροής με το χρόνο; β) Να παραστήσετε γραφικά, με ελεύθερη εκτίμηση, την ΗΕΔ που επάγεται στο πλαίσιο σε συνάρτηση με το χρόνο. Θεωρείστε θετική τη μαγνητική ροή, η οποία οφείλεται στις δυναμικές γραμμές που διέρχονται μέσα από το πλαίσιο με φορά από δεξιά προς αριστερά. (Το διάν...

[Το ένα διαρρέεται από μεταβλητό ρεύμα. Αν αυξάνεται, έλκονται ή απωθούνται;] Τα επίπεδα των δύο κυκλικών χάλκινων βρόχων του σχήματος είναι παράλληλα. Τα κέντρα τους βρίσκονται πάνω στον άξονα x ΄ x . Παρατηρώντας τους από αριστερά, ο βρόχος 1 διαρρέεται από αριστερόστροφο ρεύμα. α) Εάν η ένταση του ρεύματος στον βρόχο 1 αυξάνεται, ποια είναι η κατεύθυνση του ρεύματος που προκαλείται στον βρόχο 2; β) Οι βρόχοι έλκουν ή απωθούν ο ένας τον άλλον; Εξηγήστε την απάντησή σας. Απάντηση:  α) Δεξιόστροφη,  β) Απωθούνται Αιτιολόγηση:

[Τι συμβαίνει όταν ο αγωγός διαρρέεται από συνεχές ρεύμα;] Ένας μεγάλου μήκους ευθύγραμμος αγωγός, με μονωτικό περίβλημα, διαρρέεται από ρεύμα έντασης Ι . Πάνω στον αγωγό τοποθετούνται τρία ορθογώνια πλαίσια, με μήκος βάσης L και ύψος L , 1,5 L και 2 L , αντίστοιχα, όπως φαίνεται στο σχήμα. Τα πλαίσια 1 και 2 τοποθετούνται συμμετρικά ως προς τον αγωγό. Να κατατάξετε τα πλαίσια σύμφωνα με την ένταση του επαγόμενου σε αυτά ρεύματος, αν το ρεύμα του ευθύγραμμου αγωγού (α) παραμένει σταθερό και (β) αυξάνεται. Ξεκινήσετε πρώτα από το πλαίσιο στο οποίο επάγεται το μεγαλύτερης έντασης ρεύμα. Να θεωρήσετε   ότι τα πλαίσια απέχουν αρκετά το ένα από το άλλο, ώστε να μην αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Απάντηση:     (α) Δεν επάγεται ρεύμα σε κάποιο πλαίσιο,   (β) Επάγεται ρεύμα μόνο στο 3 ( δεξιόστροφο ) Αιτιολόγηση:

  [Τι συμβαίνει όταν ένας συρμάτινος βρόχος κινείται προς έναν ευθύγραμμο ρευματοφόρο αγωγό και τι όταν απομακρύνεται από αυτόν;] Ένας κυκλικός συρμάτινος βρόχος αφήνεται από κάποιο ύψος πάνω από έναν οριζόντιο ευθύγραμμο αγωγό, μεγάλου μήκους, που διαρρέεται από ρεύμα Ι με φορά από δεξιά προς τα αριστερά. Ο βρόχος κινείται ευρισκόμενος διαρκώς σε κατακόρυφο επίπεδο παράλληλο προς τον αγωγό και σε οριακά μικρή απόσταση από αυτόν για να αποφευχθεί η σύγκρουση. Ποια είναι η φορά του ρεύματος που επάγεται στο βρόχο, καθώς: α. πλησιάζει προς τον ευθύγραμμο αγωγό, β. απομακρύνεται από αυτόν; Να αιτιολογήσετε την επιλογή σας.  Απάντηση:  α. Αντίθετη από τη φορά κίνησης τωνδεικτών του ρολογιού α. β.    Αντίθετη από  τη φορά κίνησης των δεικτών του ρολογιού  Αιτιολόγηση :

[Εμφανίζεται ηλεκτρικό ρεύμα σε ένα αγώγιμο πλαίσιο, ενσωματωμένο στο εσωτερικό μιας πόρτας, όταν την ανοιγοκλείνουμε;] Το ορθογώνιο πλαίσιο της πόρτας έχει διαστάσεις h=1,5 m, ℓ =0,6 m και αντίσταση R=0,026 Ω. Όταν η πόρτα είναι κλειστή (θ = 0 °), είναι κάθετη στην οριζόντια συνιστώσα του γήινου μαγνητικού πεδίου: B Γ = 2,6 10 -5 T. Τη στιγμή t = 0 s ανοίγει η πόρτα και η δεξιά πλευρά της κινείται προς το εσωτερικό της σελίδας με σταθερή γωνιακή ταχύτητα ω = 0,5π r / s , ώστε η διαγραφόμενη γωνία θ να δίνεται από τη σχέση θ = ω t . Προσδιορίστε την κατεύθυνση και την ένταση του επαγόμενου ρεύματος τη χρονική στιγμή t = 1/3 s . Δίνεται ότι, σε μικρή περιοχή, το μαγνητικό πεδίο της γης μπορεί να θεωρηθεί ομογενές. Στο σχήμα διακρίνεται η πρόσοψη και η κάτοψη της πόρτας, π = 3,14. Απάντηση:    1,423 mA Λύση:

[Τι συμβαίνει όταν ένας μαγνήτης κινείται προς ένα μεταλλικό κυκλικό βρόχο με τον άξονά του Ν- S παράλληλο προς το επίπεδο του βρόχου;] Ένας ραβδόμορφος μαγνήτης σπρώχνεται προς ένα κυκλικό αγώγιμο βρόχο, όπως στο σχήμα. Σε όλη τη διάρκεια της κίνησή του, ο άξονάς του  N - S  διατηρείται παράλληλος  προς το επίπεδο του βρόχου και η κάθετος στο μέσον του μαγνήτη διέρχεται από το κέντρο του βρόχου. Θα εμφανιστεί ρεύμα εξ’ επαγωγής στο δακτύλιο; Αν ναι, προς ποια κατεύθυνση; Αν όχι, γιατί;  Απάντηση:  Όχι. Αιτιολόγηση:

(Ποιο Μήκος του κινούμενου αγωγού μετράει;) Δίνεται η διάταξη που φαίνεται στο παραπάνω σχήμα. Ο ευθύγραμμος αγωγός ΑΓ έχει αμελητέα αντίσταση και μπορεί να ολισθαίνει πάνω σε τρείς ράγες με σταθερή ταχύτητα 10 cm / s . Βρείτε την ένταση του ρεύματος στην αντίσταση των 5 Ω όταν ο διακόπτης δ βρίσκεται: α) Στη μεσαία ράγα β) Στην κάτω ράγα. Απάντηση:  α) 4 mA,  β) 8 mA Αιτιολόγηση:

Πλαίσια σε περισσότερο από ένα ομογενή μαγνητικά πεδία Το σχήμα δείχνει τρεις περιπτώσεις στις οποίες τρία ίδια ορθογώνια αγώγιμα πλαίσια είναι τοποθετημένα κάθετα μέσα σε ομογενή μαγνητικά πεδία, που είτε αυξάνουν (Α) είτε μειώνονται (Μ) σε μέγεθος με ίσους ρυθμούς. Σε κάθε μία, η διακεκομμένη γραμμή χωρίζει το πλαίσιο σε δύο ίσα τμήματα που βρίσκονται σε διαφορετικά μαγνητικά πεδία. Κατατάξτε τις τρεις αυτές περιπτώσεις σύμφωνα με το μέγεθος της έντασης του ρεύματος, που προκαλείται στον αντίστοιχο βρόχο, ξεκινώντας από τη μεγαλύτερη πρώτα . Απάντηση:  Μόνο στο (Ι) έχουμε επαγωγικό ρεύμα (δεξιόστροφο) Αιτιολόγηση: 

Περισσότερα από ένα μεταβαλλόμενα Ο.Μ.Π στο εσωτερικό ενός συρμάτινου πλαισίου. Πώς αντιμετωπίζουμε μια τέτοια περίπτωση; Το σχήμα (1) δείχνει ένα σύρμα που σχηματίζει ένα ορθογώνιο με διαστάσεις ℓ = 0,3 m και w = 0,15 m και με ωμική αντίσταση R = 0,005 Ω. Το εσωτερικό του χωρίζεται σε τρεις ίσες περιοχές, με μαγνητικά πεδία Β 1 , Β 2 και Β 3 .  Τα πεδία σε κάθε περιοχή είναι ομογενή κάθετα στην επιφάνεια του ορθογώνιου πλαίσιου με φορά τα Β 3 και Β 2 προς το εξωτερικό μέρος της σελίδας και το Β 1 προς το εσωτερικό.   Το σχήμα (2) αποδίδει τη μεταβολή της έντασης κάθε πεδίου σε mT σε συνάρτηση με το χρόνο t . Ποια είναι:   (α) η ένταση  (β) η φορά του ρεύματος που επάγεται στο σύρμα;  Απάντηση:

Κινούμενη ράβδος σε πλαίσιο: Ο μαθητής προβληματίζεται ...  " να εκφράσω τη μεταβολή της μαγνητικής ροής με το εμβαδόν που σαρώνει η ράβδος ή με τη μεταβολή του εμβαδού των δύο κελιών;"  Γι’ αυτό, πιο κάτω προτείνεται μια επαναδιατύπωση της εκφώνησης της άσκησης 55 του σχολικού, που κατευθύνει και διευκολύνει τον μαθητή. Μια αγώγιμη ράβδος με μηδενική αντίσταση και μήκος ℓ ολισθαίνει χωρίς τριβή με σταθερή ταχύτητα πάνω σε δύο παράλληλα, ευθύγραμμα, τέλεια αγώγιμα σύρματα. Οι αντιστάτες R 1 και R 2 συνδέονται κατά μήκος των άκρων των συρμάτων για να σχηματίσουν ένα κύκλωμα, όπως φαίνεται στο σχήμα. Ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο Β κατευθύνεται κάθετα και προς το εσωτερικό της σελίδας. Για να υπολογίσετε τη μαγνητική ροή μέσω οποιασδήποτε επιφάνειας, πάρτε το κάθετο στην επιφάνεια χαρακτηριστικό διάνυσμά της να εισχωρεί στη σελίδα, παράλληλο με το Β. α) Η μαγνητική ροή στον δεξιό βρόχο (Ι) του κυκλώματος:   1) μειώνεται 2) αυξάνεται. Ποιο είναι το μέγεθος του ρυθ...

"Το επαγωγικό ρεύμα σε κυκλικό αγώγιμο βρόχο, εντός ομαλά μεταβαλλόμενου Μ.Π., εξαρτάται μόνο από τη μάζα και από τη φύση του υλικού του" Τα δύο χάλκινα δακτυλίδια στα σχήματα α και β, με διαφορετικές διαμέτρους D 1 και D 2 και διαφορετικές διατομές Α 1 και Α 2 , έχουν ίδια μάζα m . Το καθένα βρίσκεται μέσα σε ομογενές μαγνητικό πεδίο με την επιφάνειά του κάθετη προς τις δυναμικές του γραμμές. Αν η ένταση κάθε μαγνητικού πεδίου μεταβάλλεται με σταθερό ρυθμό έτσι ώστε dB 1 / dt = dB 2 / dt = λ, σε ποιο δακτυλίδι αναπτύσσεται μεγαλύτερο επαγωγικό ρεύμα; Δίνεται ότι η ωμική αντίσταση ενός ομογενούς αγωγού σταθερής διατομής παρέχεται από τη σχέση R = ρℓ/Α, όπου ρ η ειδική αντίστασή του, ℓ το μήκος του και Α η διατομή του. Απάντηση: Από το νόμο του Faraday ισχύει:                         Ε επ = - d Φ /dt = - d(BS)/dt = -S·dB/dt → Ε επ = -S· λ      (1) Το ρεύμα που διαρρέει κάθε δακτυλίδι είναι i επ ...