Електромагнитна индукция. Променлив ток

Опитите на Фарадей

1. Кога в затворена намотка се индуцира ток?

   • Когато в нея стои неподвижен магнит
   • Когато магнитният поток през нея се изменя
   • Винаги, когато е в магнитно поле
   • Когато намотката се нагрява

   Отговор: При изменение на магнитния поток

   Това е същността на електромагнитната индукция.

2. Кой учен открива електромагнитната индукция през 1831 г.?

   • Андре-Мари Ампер
   • Майкъл Фарадей
   • Ханс Кристиан Ерстед
   • Георг Ом

   Отговор: Майкъл Фарадей

   Фарадей показва, че изменящото се магнитно поле създава ток в затворена намотка.

3. Как се нарича токът, който възниква в затворена намотка при изменение на магнитния поток?

   • Ток на насищане
   • Ток на утечка
   • Индукционен ток
   • Ток на късо съединение

   Отговор: Индукционен ток

   Токът се индуцира (поражда) от изменението на магнитния поток.

4. Коя е единицата за магнитен поток в SI?

   • Тесла
   • Хенри
   • Вебер
   • Волт

   Отговор: Вебер (Wb)

   Φ = BS·cos α, затова 1 Wb = 1 T·m².

5. Какъв ток тече в бобина, в която магнит лежи неподвижно?

   • Постоянен ток
   • Променлив ток
   • Не тече ток
   • Ток, който расте с времето

   Отговор: Не тече ток

   Когато магнитът е неподвижен, потокът не се изменя и ток не се индуцира.

6. Как може да се индуцира ток в неподвижна намотка, без да се движи магнит?

   • Като се загрее намотката
   • Като се включи постоянен ток в нея
   • Не е възможно
   • Като се изменя токът в съседна намотка

   Отговор: Като се изменя токът в съседна намотка

   При включване, изключване или изменение на тока в съседната намотка се изменя магнитният поток през първата.

7. Магнит се вкарва в бобина, свързана с галванометър, и стрелката се отклонява надясно. Какво става, когато магнитът се изважда?

   • Стрелката пак се отклонява надясно
   • Стрелката не се отклонява
   • Стрелката се отклонява наляво
   • Стрелката остава надясно и след спиране

   Отговор: Отклонява се наляво

   При изваждане потокът намалява и индуцираният ток сменя посоката си.

8. Как се изменя индуцираният ток, ако магнитът се вкарва в бобината по-бързо?

   • Увеличава се
   • Намалява
   • Не се изменя
   • Сменя посоката си

   Отговор: Увеличава се

   При по-бързо движение потокът се изменя по-бързо и индуцираното ЕДН, а с него и токът, нараства.

9. Рамка с площ 0,1 m² е в поле 0,2 T, а равнината ѝ е успоредна на линиите. Колко е магнитният поток?

   • 0
   • 0,02 Wb
   • 0,2 Wb
   • 2 Wb

   Отговор: 0

   Линиите не пресичат рамката: α = 90° спрямо нормалата, cos 90° = 0.

10. Какво гласи правилото на Ленц?

    • Индуцираният ток усилва изменението на потока
    • Индуцираният ток винаги тече по часовниковата стрелка
    • Индуцираният ток пречи на изменението на потока, което го поражда
    • Индуцираният ток не зависи от посоката на движение

    Отговор: Индуцираният ток противодейства на причината си

    Магнитното поле на индуцирания ток пречи на изменението на потока.

11. По коя формула се пресмята магнитният поток през площ S? (α е ъгълът между B и нормалата към площта)

    • Φ = B/S
    • Φ = BIl
    • Φ = qvB
    • Φ = BS cos α

    Отговор: Φ = BS cos α

    Потокът е произведението от индукцията, площта и косинуса на ъгъла между B и нормалата.

12. Как се изразява 1 Wb чрез други единици от SI?

    • 1 T/m²
    • 1 T·m²
    • 1 A·m
    • 1 V/s

    Отговор: 1 T·m²

    Φ = BS, затова 1 Wb = 1 T·1 m².

13. Бързо приближаваме магнит към РАЗРЯЗАН алуминиев пръстен, окачен на конец. Какво се наблюдава?

    • Пръстенът силно се отблъсква
    • Пръстенът практически не реагира
    • Пръстенът силно се привлича
    • Пръстенът се нагрява до червено

    Отговор: Пръстенът не реагира

    В отворения пръстен има ЕДН, но няма затворен контур и не тече ток.

14. Силен магнит пада вертикално през дълга медна тръба. Как се движи в сравнение със свободното падане?

    • По-бързо
    • По-бавно
    • Като при свободно падане
    • Спира и остава неподвижен в тръбата

    Отговор: По-бавно

    В стените на тръбата се индуцират вихрови токове, чието поле по правилото на Ленц забавя магнита.

15. Северният полюс на магнит се приближава към метален пръстен. Какъв полюс се образува откъм магнита от индуцирания ток?

    • Южен
    • Не се образува полюс
    • Северен
    • Редуват се северен и южен

    Отговор: Северен

    По правилото на Ленц индуцираният ток пречи на приближаването, затова пръстенът отблъсква магнита със северен полюс.

Индуцирано ЕДН

1. Как гласи законът на Фарадей за електромагнитната индукция?

   • ε = Φ·Δt
   • ε = ΔΦ·Δt
   • ε = B/S
   • ε = −ΔΦ/Δt

   Отговор: ε = −ΔΦ/Δt

   ЕДН е равно на скоростта на изменение на магнитния поток (знакът минус изразява правилото на Ленц).

2. В какви единици се измерва електродвижещото напрежение?

   • Ампери
   • Вебери
   • Волтове
   • Тесли

   Отговор: Волтове

   ЕДН, като и напрежението, се измерва във волтове.

3. Каква е единицата за индуктивност в SI?

   • Вебер (Wb)
   • Тесла (T)
   • Фарад (F)
   • Хенри (H)

   Отговор: Хенри (H)

   Индуктивността се измерва в хенри: 1 H = 1 Wb/A.

4. Магнитният поток през виток се изменя с 0,06 Wb за 0,02 s. Колко е индуцираното ЕДН?

   • 0,0012 V
   • 3 V
   • 0,33 V
   • 1,2 V

   Отговор: 3 V

   |ε| = ΔΦ/Δt = 0,06/0,02 = 3 V.

5. От какво зависи индуцираното ЕДН в контур?

   • От големината на потока
   • От скоростта на изменение на потока
   • От съпротивлението на контура
   • От масата на магнита

   Отговор: От скоростта на изменение на потока

   ЕДН е пропорционално на ΔΦ/Δt, а не на самия поток.

6. Какво изразява знакът минус в закона на Фарадей ε = −ΔΦ/Δt?

   • Правилото на Ленц
   • Че ЕДН е винаги отрицателно
   • Че токът е променлив
   • Че потокът намалява

   Отговор: Правилото на Ленц

   Индуцираното ЕДН създава ток, който противодейства на изменението на потока.

7. Бобина с 200 навивки е в поле, чийто поток през всяка навивка се изменя с 0,01 Wb за 0,5 s. Колко е ЕДН?

   • 4 V
   • 0,02 V
   • 100 V
   • 1 V

   Отговор: 4 V

   ε = NΔΦ/Δt = 200·0,01/0,5 = 4 V.

8. Индуцираното ЕДН в затворен контур със съпротивление 5 Ω е 2 V. Какъв ток тече?

   • 10 A
   • 2,5 A
   • 0,04 A
   • 0,4 A

   Отговор: 0,4 A

   По закона на Ом I = ε/R = 2 V / 5 Ω = 0,4 A.

9. Бобина с индуктивност 0,5 H има ток 4 A. Каква е енергията на магнитното ѝ поле?

   • 2 J
   • 4 J
   • 8 J
   • 1 J

   Отговор: 4 J

   W = LI²/2 = 0,5·16/2 = 4 J.

10. Проводник с дължина 0,5 m се движи със скорост 4 m/s перпендикулярно на поле 0,2 T. Колко е индуцираното ЕДН?

    • 0,4 V
    • 1,6 V
    • 0,1 V
    • 10 V

    Отговор: 0,4 V

    ε = Blv = 0,2·0,5·4 = 0,4 V.

11. Какво е самоиндукция?

    • Индуциране на ЕДН в контур при изменение на собствения му ток
    • Намагнитване на желязо от постоянен магнит
    • Протичане на ток без източник
    • Нагряване на проводник от тока

    Отговор: Индуциране на ЕДН в контур при изменение на собствения му ток

    Изменящият се ток в контура изменя собственото му магнитно поле и в него се индуцира ЕДН.

12. Защо при изключване на верига с голяма бобина може да прескочи искра?

    • Бобината се нагрява до горене
    • Напрежението на източника рязко расте
    • Възниква голямо ЕДН на самоиндукция
    • Изолацията се стопява

    Отговор: Възниква голямо ЕДН на самоиндукция

    Токът спада много бързо, затова ЕДН на самоиндукция L·ΔI/Δt става голямо.

13. Рамка с площ 0,02 m² в поле 0,5 T се завърта за 0,1 s от положение, перпендикулярно на линиите, до положение, успоредно на тях. Колко е средното ЕДН?

    • 0,2 V
    • 0 V
    • 1 V
    • 0,1 V

    Отговор: 0,1 V

    Потокът се изменя от BS = 0,01 Wb до 0, ε = 0,01/0,1 = 0,1 V.

14. Токът в бобина с индуктивност 0,2 H намалява равномерно от 5 A до 0 за 0,01 s. Колко е ЕДН на самоиндукция?

    • 10 V
    • 100 V
    • 1 V
    • 1000 V

    Отговор: 100 V

    ε = L·ΔI/Δt = 0,2 · 5 / 0,01 = 100 V.

15. Прът с дължина 0,5 m се плъзга със скорост 2 m/s по релси в поле 1 T, перпендикулярно на релсите. Съпротивлението на веригата е 0,5 Ω. Какъв ток тече?

    • 1 A
    • 0,5 A
    • 4 A
    • 2 A

    Отговор: 2 A

    ε = Blv = 1·0,5·2 = 1 V, I = ε/R = 1/0,5 = 2 A.

Генератор

1. Каква е честотата на променливия ток в електрическата мрежа в България?

   • 60 Hz
   • 50 Hz
   • 100 Hz
   • 230 Hz

   Отговор: 50 Hz

   В Европа мрежовата честота е 50 Hz.

2. Какво преобразува генераторът на електричен ток?

   • Електрична енергия в механична
   • Механична енергия в електрична
   • Топлинна енергия в светлинна
   • Химична енергия в електрична

   Отговор: Механична енергия в електрична

   Роторът се върти от турбина или двигател и механичната енергия се превръща в електрична.

3. На кое явление се основава действието на генератора на променлив ток?

   • Електромагнитната индукция
   • Фотоефекта
   • Термоелектричния ефект
   • Електролизата

   Отговор: Електромагнитната индукция

   Въртящата се рамка (или магнит) изменя магнитния поток и в намотките се индуцира ЕДН.

4. Как се нарича въртящата се част на генератора?

   • Статор
   • Трансформатор
   • Реостат
   • Ротор

   Отговор: Ротор

   Роторът се върти, а статорът е неподвижен.

5. Колко пъти за 1 s сменя посоката си ток с честота 50 Hz?

   • 50
   • 25
   • 100
   • 200

   Отговор: 100

   За всеки период посоката се сменя два пъти, затова 2 · 50 = 100 пъти.

6. Кои електроцентрали произвеждат ток без въртящ се генератор?

   • Водноелектрическите
   • Фотоволтаичните
   • Атомните
   • Вятърните

   Отговор: Фотоволтаичните

   Слънчевите панели превръщат светлината направо в електричен ток, а останалите въртят генератори.

7. Какъв е периодът на ток с честота 50 Hz?

   • 0,02 s
   • 0,2 s
   • 50 s
   • 0,05 s

   Отговор: 0,02 s

   T = 1/f = 1/50 = 0,02 s.

8. Каква е формата на графиката на ЕДН на генератор с равномерно въртяща се рамка?

   • Синусоида
   • Права линия
   • Парабола
   • Хипербола

   Отговор: Синусоида

   Потокът се изменя като cos ωt, затова ЕДН се изменя синусоидално.

9. При какво положение на равномерно въртящата се рамка ЕДН на генератора е максимално?

   • Когато е перпендикулярна на линиите
   • Когато потокът е максимален
   • Когато равнината ѝ е успоредна на линиите на полето
   • ЕДН е винаги еднакво

   Отговор: Когато равнината ѝ е успоредна на линиите на полето

   Тогава потокът е нула, но се изменя най-бързо, затова ЕДН е най-голямо.

10. Напрежението се изменя по закона u = 311·sin(314t) V. Каква е честотата му?

    • 314 Hz
    • 50 Hz
    • 100 Hz
    • 311 Hz

    Отговор: 50 Hz

    ω = 2πf = 314 rad/s, f = 314/(2π) ≈ 50 Hz.

11. Генератор има 4 двойки полюси. С колко оборота в минута трябва да се върти роторът, за да дава ток с честота 50 Hz?

    • 3000
    • 1500
    • 375
    • 750

    Отговор: 750

    f = pn, n = f/p = 50/4 = 12,5 оборота в секунда = 750 оборота в минута.

12. С колко градуса са изместени по фаза напреженията в трифазната система?

    • 90°
    • 180°
    • 60°
    • 120°

    Отговор: 120°

    Трите намотки на генератора са разположени през 120°, затова напреженията са изместени с 1/3 от периода.

13. Как се изменят амплитудата на ЕДН и честотата на генератор, ако рамката му започне да се върти два пъти по-бързо?

    • Честотата се удвоява, амплитудата не се изменя
    • Амплитудата се удвоява, честотата не се изменя
    • И двете остават същите
    • И двете се удвояват

    Отговор: И двете се удвояват

    ε_max = NBSω, а f = ω/2π; и двете са пропорционални на ω.

14. Рамка със 100 навивки и площ 0,01 m² се върти с ъглова скорост 100 rad/s в поле 0,5 T. Колко е амплитудата на ЕДН?

    • 5 V
    • 50 V
    • 500 V
    • 0,5 V

    Отговор: 50 V

    ε₀ = NBSω = 100 · 0,5 · 0,01 · 100 = 50 V.

15. Рамка се върти равномерно, а при t = 0 равнината ѝ е перпендикулярна на полето. След каква част от периода ЕДН е за първи път максимално?

    • След T/4
    • След T/2
    • Веднага при t = 0
    • След T

    Отговор: След T/4

    При t = 0 потокът е максимален, а ЕДН е нула; след четвърт оборот рамката е успоредна на полето и ЕДН е максимално.

Ефективни стойности

1. Коя стойност на променливото напрежение показва обикновеният волтметър?

   • Ефективната
   • Амплитудната
   • Моментната
   • Най-малката

   Отговор: Ефективната

   Уредите за променлив ток са градуирани в ефективни стойности.

2. Какво е ефективното напрежение в домашната електрическа мрежа в България?

   • 110 V
   • 400 V
   • 230 V
   • 12 V

   Отговор: 230 V

   Битовата мрежа е с ефективно напрежение 230 V и честота 50 Hz.

3. Каква част от периода синусоидалният ток има положителни стойности?

   • Една четвърт
   • Половината
   • Целия период
   • Три четвърти

   Отговор: Половината

   През едната половина на периода токът тече в едната посока, а през другата в обратната.

4. Каква е връзката между ефективната и амплитудната стойност на синусоидално напрежение?

   • U_ef = U₀/√2
   • U_ef = U₀·√2
   • U_ef = U₀/2
   • U_ef = 2U₀

   Отговор: U_ef = U₀/√2

   За синусоидален ток ефективната стойност е около 0,707 от амплитудата.

5. Колко е средната стойност на синусоидален ток за един цял период?

   • Амплитудата
   • Ефективната стойност
   • Половината от амплитудата
   • Нула

   Отговор: Нула

   Половин период токът тече в една посока, половин в обратната и средната стойност е нула.

6. Каква мощност има крушка, през която тече ефективен ток 0,5 A при напрежение 230 V?

   • 460 W
   • 230 W
   • 115 W
   • 57,5 W

   Отговор: 115 W

   P = UI = 230·0,5 = 115 W.

7. Амплитудата на синусоидален ток е 10 A. Колко е ефективната му стойност?

   • ≈ 14,1 A
   • ≈ 7,07 A
   • 5 A
   • 10 A

   Отговор: ≈ 7,07 A

   I_ef = 10/√2 ≈ 7,07 A.

8. Какъв ток тече през крушка 100 W, включена към мрежа 230 V?

   • ≈ 2,3 A
   • ≈ 0,43 A
   • ≈ 23 A
   • ≈ 0,043 A

   Отговор: ≈ 0,43 A

   I = P/U = 100 / 230 ≈ 0,43 A.

9. Каква е средната мощност в резистор R, през който тече синусоидален ток с амплитуда I₀?

   • I₀²R
   • I₀R/2
   • 2I₀²R
   • I₀²R/2

   Отговор: I₀²R/2

   P = I_ef²R, а I_ef² = I₀²/2.

10. Нагревател със съпротивление 46 Ω е включен към мрежа 230 V. Каква е мощността му?

    • 2300 W
    • 575 W
    • 5 W
    • 1150 W

    Отговор: 1150 W

    P = U²/R = 230²/46 = 1150 W.

11. Кондензатор се включва към мрежа 230 V. Какво напрежение трябва да издържа поне изолацията му?

    • ≈ 325 V
    • 230 V
    • ≈ 163 V
    • 115 V

    Отговор: ≈ 325 V

    Напрежението достига амплитудата U₀ = 230 · √2 ≈ 325 V, затова изолацията трябва да издържа нея.

12. Постоянен ток 5 A и синусоидален ток отделят еднаква топлина в един и същ резистор за едно и също време. Колко е амплитудата на синусоидалния ток?

    • ≈ 7,1 A
    • 5 A
    • ≈ 3,5 A
    • 10 A

    Отговор: ≈ 7,1 A

    Ефективната стойност е 5 A, а амплитудата е 5√2 ≈ 7,1 A.

13. Как се определя ефективната стойност на променлив ток?

    • Като постоянен ток, който за същото време отделя в същия резистор същото количество топлина
    • Като средната стойност на тока за един период
    • Като най-голямата стойност на тока
    • Като половината от амплитудата

    Отговор: Чрез топлинното действие на тока

    Ефективната стойност е равна на такъв постоянен ток, който има същото топлинно действие.

14. Ютия работи при 230 V и ток 4 A. Колко енергия консумира за 30 минути?

    • 0,92 kWh
    • 4,6 kWh
    • 0,46 kWh
    • 1,84 kWh

    Отговор: 0,46 kWh

    P = UI = 920 W; E = 0,92 kW · 0,5 h = 0,46 kWh.

15. Защо мощността в резистор, включен към мрежа 50 Hz, пулсира с честота 100 Hz?

    • Мрежата има два проводника
    • Мощността е пропорционална на квадрата на тока
    • Резисторът удвоява честотата
    • Токът се изправя

    Отговор: Мощността е пропорционална на квадрата на тока

    p = i²R е положителна и достига максимум два пъти за всеки период на тока.

Трансформатор и пренос

1. На кое явление се основава действието на трансформатора?

   • Фотоефект
   • Топлинно действие на тока
   • Електромагнитна индукция
   • Електролиза

   Отговор: Електромагнитната индукция

   Променливият ток в първичната намотка създава променлив поток, който индуцира ЕДН във вторичната.

2. С какъв ток работи трансформаторът?

   • Само с постоянен
   • Само с променлив
   • С какъвто и да е
   • Само с ток от батерия

   Отговор: Само с променлив

   Само променливият ток създава изменящ се магнитен поток, който индуцира ЕДН във вторичната намотка.

3. От какви основни части се състои трансформаторът?

   • Магнит и рамка
   • Две плочи и диелектрик
   • Две намотки на обща стоманена сърцевина
   • Колектор и четки

   Отговор: Две намотки на обща стоманена сърцевина

   Първичната и вторичната намотка са на обща сърцевина, която води магнитния поток.

4. Кое е вярно за понижаващ трансформатор?

   • Вторичната намотка има повече навивки
   • Двете намотки имат равен брой навивки
   • Вторичната намотка има по-малко навивки от първичната
   • Той увеличава мощността

   Отговор: N₂ 1

   U₂/U₁ = N₂/N₁.

5. Как се отнасят напреженията в идеален трансформатор?

   • U₁/U₂ = N₂/N₁
   • U₁·U₂ = N₁·N₂
   • U₁ = U₂
   • U₁/U₂ = N₁/N₂

   Отговор: U₁/U₂ = N₁/N₂

   Във всяка навивка се индуцира едно и също ЕДН, затова напреженията се отнасят като броя на навивките.

6. Как се нарича намотката на трансформатора, свързана към източника на напрежение?

   • Вторична
   • Изходна
   • Сърцевина
   • Първична

   Отговор: Първична

   Първичната намотка приема енергия от източника, а вторичната я отдава на консуматора.

7. Трансформатор понижава 230 V на 11,5 V. Първичната намотка има 2000 навивки. Колко навивки има вторичната?

   • 40 000
   • 200
   • 1000
   • 100

   Отговор: 100

   N₂ = N₁U₂/U₁ = 2000·11,5/230 = 100.

8. Идеален трансформатор понижава напрежението 10 пъти. Как се изменя токът?

   • Намалява 10 пъти
   • Не се изменя
   • Увеличава се 10 пъти
   • Увеличава се 100 пъти

   Отговор: Увеличава се 10 пъти

   Мощността се запазва: U₁I₁ = U₂I₂, затова токът се увеличава 10 пъти.

9. Трансформатор има 500 навивки в първичната и 2500 във вторичната намотка. Какво е изходното напрежение при вход 230 V?

   • 1150 V
   • 46 V
   • 460 V
   • 2300 V

   Отговор: 1150 V

   U₂ = U₁·N₂/N₁ = 230·5 = 1150 V.

10. Защо електроенергията се пренася на големи разстояния при високо напрежение?

    • За да е малък токът и да са малки загубите в проводниците
    • За да е по-голяма мощността на централата
    • За да е по-безопасно за хората
    • Защото при високо напрежение проводниците не се нагряват изобщо

    Отговор: За да се намалят топлинните загуби

    При една и съща мощност по-високото напрежение означава по-малък ток, а загубите са I²R.

11. Защо сърцевината на трансформатора се прави от тънки изолирани пластини?

    • За да е по-лека
    • За да се намалят загубите от вихрови токове
    • За да се увеличи съпротивлението на намотките
    • За да се намагнитва по-силно

    Отговор: За да се намалят загубите от вихрови токове

    Изолацията между пластините пречи на големите вихрови токове, които нагряват сърцевината.

12. Кое е типично напрежение на магистралните далекопроводи в България?

    • 4 kV
    • 400 kV
    • 400 V
    • 4000 kV

    Отговор: 400 kV

    Основната преносна мрежа работи при 400 kV (и 220 kV, 110 kV).

13. Мощност 1 MW се пренася по линия със съпротивление 10 Ω. Колко пъти намаляват загубите, ако напрежението се повиши от 10 kV на 100 kV?

    • 10 пъти
    • 1000 пъти
    • 100 пъти
    • 2 пъти

    Отговор: 100 пъти

    Токът намалява от 100 A на 10 A; загубите I²R намаляват от 100 kW на 1 kW.

14. Трансформатор с к.п.д. 95% има входна мощност 2 kW. Колко е токът във вторичната верига, ако напрежението там е 190 V?

    • 10 A
    • 9,5 A
    • 10,5 A
    • 1 A

    Отговор: 10 A

    P₂ = 0,95 · 2000 = 1900 W; I₂ = 1900/190 = 10 A.

15. По линия със съпротивление 5 Ω тече ток 100 A. Каква мощност се губи като топлина?

    • 500 W
    • 5 kW
    • 50 kW
    • 500 kW

    Отговор: 50 kW

    P = I²R = 10000·5 = 50000 W.

Финален въпрос