asp net pdf viewer user control c# : Split pdf application Library utility azure asp.net .net visual studio PHYS101_OpenStaxCollege_College-Physics85-part1841

Figure 23.51The forced but damped motion of the wheel on the car spring is analogous to anRLCseries AC circuit. The shock absorber damps the motion and dissipates
energy, analogous to the resistance in anRLCcircuit. The mass and spring determine the resonant frequency.
A pureLCcircuit with negligible resistance oscillates at
f
0
, the same resonant frequency as anRLCcircuit. It can serve as a frequency standard or
clock circuit—for example, in a digital wristwatch. With a very small resistance, only a very small energy input is necessary to maintain the
oscillations. The circuit is analogous to a car with no shock absorbers. Once it starts oscillating, it continues at its natural frequency for some time.
Figure 23.52shows the analogy between anLCcircuit and a mass on a spring.
Figure 23.52AnLCcircuit is analogous to a mass oscillating on a spring with no friction and no driving force. Energy moves back and forth between the inductor and
capacitor, just as it moves from kinetic to potential in the mass-spring system.
PhET Explorations: Circuit Construction Kit (AC+DC), Virtual Lab
Build circuits with capacitors, inductors, resistors and AC or DC voltage sources, and inspect them using lab instruments such as voltmeters and
ammeters.
CHAPTER 23 | ELECTROMAGNETIC INDUCTION, AC CIRCUITS, AND ELECTRICAL TECHNOLOGIES S 849
Split pdf - Split, seperate PDF into multiple files in C#.net, ASP.NET, MVC, Ajax, WinForms, WPF
Explain How to Split PDF Document in Visual C#.NET Application
break password pdf; break apart pdf
Split pdf - VB.NET PDF File Split Library: Split, seperate PDF into multiple files in vb.net, ASP.NET, MVC, Ajax, WinForms, WPF
VB.NET PDF Document Splitter Control to Disassemble PDF Document
break up pdf file; break pdf documents
back emf:
capacitive reactance:
characteristic time constant:
eddy current:
electric generator:
electromagnetic induction:
emf induced in a generator coil:
energy stored in an inductor:
Faraday’s law of induction:
henry:
impedance:
inductance:
induction:
inductive reactance:
inductor:
Lenz’s law:
magnetic damping:
magnetic flux:
mutual inductance:
peak emf:
phase angle:
power factor:
resonant frequency:
self-inductance:
Figure 23.53Circuit Construction Kit (AC+DC), Virtual Lab (http://cnx.org/content/m42431/1.4/circuit-construction-kit-ac-virtual-lab_en.jar)
Glossary
the emf generated by a running motor, because it consists of a coil turning in a magnetic field; it opposes the voltage powering the
motor
the opposition of a capacitor to a change in current; calculated by
X
C
=
1
fC
denoted by
τ
, of a particular seriesRLcircuit is calculated by
τ=
L
R
, where
L
is the inductance and
R
is the
resistance
a current loop in a conductor caused by motional emf
a device for converting mechanical work into electric energy; it induces an emf by rotating a coil in a magnetic field
the process of inducing an emf (voltage) with a change in magnetic flux
emf=NABωsinωt
, where
A
is the area of an
N
-turn coil rotated at a constant angular velocity
ω
in a
uniform magnetic field
B
, over a period of time
t
self-explanatory; calculated by
E
ind
=
1
2
LI
2
the means of calculating the emf in a coil due to changing magnetic flux, given by
emf=−N
ΔΦ
Δt
the unit of inductance;
1H=1 Ω ⋅s
the AC analogue to resistance in a DC circuit; it is the combined effect of resistance, inductive reactance, and capacitive reactance in
the form
ZR
2
+(X
L
X
C
)
2
a property of a device describing how efficient it is at inducing emf in another device
(magnetic induction) the creation of emfs and hence currents by magnetic fields
the opposition of an inductor to a change in current; calculated by
X
L
=2πfL
a device that exhibits significant self-inductance
the minus sign in Faraday’s law, signifying that the emf induced in a coil opposes the change in magnetic flux
the drag produced by eddy currents
the amount of magnetic field going through a particular area, calculated with
Φ=BAcosθ
where
B
is the magnetic field
strength over an area
A
at an angle
θ
with the perpendicular to the area
how effective a pair of devices are at inducing emfs in each other
emf
0
=NABω
denoted by
ϕ
, the amount by which the voltage and current are out of phase with each other in a circuit
the amount by which the power delivered in the circuit is less than the theoretical maximum of the circuit due to voltage and current
being out of phase; calculated by
cosϕ
the frequency at which the impedance in a circuit is at a minimum, and also the frequency at which the circuit would oscillate
if not driven by a voltage source; calculated by
f
0
=
1
2π LC
how effective a device is at inducing emf in itself
850 CHAPTER 23 | ELECTROMAGNETIC INDUCTION, AC CIRCUITS, AND ELECTRICAL TECHNOLOGIES
This content is available for free at http://cnx.org/content/col11406/1.7
Online Split PDF file. Best free online split PDF tool.
Online Split PDF, Separate PDF file into Multiple ones. Download Free Trial. Split PDF file. Just upload your file by clicking
break apart a pdf; pdf no pages selected
.NET PDF Document Viewing, Annotation, Conversion & Processing
File & Page Process. Create new file, load PDF from existing files. Merge, split PDF files. Insert, delete PDF pages. Re-order, rotate PDF pages. PDF Read.
break apart a pdf file; break pdf into multiple pages
shock hazard:
step-down transformer:
step-up transformer:
thermal hazard:
three-wire system:
transformer equation:
transformer:
the term for electrical hazards due to current passing through a human
a transformer that decreases voltage
a transformer that increases voltage
the term for electrical hazards due to overheating
the wiring system used at present for safety reasons, with live, neutral, and ground wires
the equation showing that the ratio of the secondary to primary voltages in a transformer equals the ratio of the number of
loops in their coils;
V
s
V
p
=
N
s
N
p
a device that transforms voltages from one value to another using induction
Section Summary
23.1Induced Emf and Magnetic Flux
• The crucial quantity in induction is magnetic flux
Φ
, defined to be
Φ=BAcosθ
, where
B
is the magnetic field strength over an area
A
at
an angle
θ
with the perpendicular to the area.
• Units of magnetic flux
Φ
are
T⋅m
2
.
• Any change in magnetic flux
Φ
induces an emf—the process is defined to be electromagnetic induction.
23.2Faraday’s Law of Induction: Lenz’s Law
• Faraday’s law of induction states that the emfinduced by a change in magnetic flux is
emf=−N
ΔΦ
Δt
when flux changes by
ΔΦ
in a time
Δt
.
• If emf is induced in a coil,
N
is its number of turns.
• The minus sign means that the emf creates a current
I
and magnetic field
B
thatoppose the change in flux
ΔΦ
—this opposition is known
as Lenz’s law.
23.3Motional Emf
• An emf induced by motion relative to a magnetic field
B
is called amotional emfand is given by
emf=Bℓv
(B,, andvperpendicular),
where
is the length of the object moving at speed
v
relative to the field.
23.4Eddy Currents and Magnetic Damping
• Current loops induced in moving conductors are called eddy currents.
• They can create significant drag, called magnetic damping.
23.5Electric Generators
• An electric generator rotates a coil in a magnetic field, inducing an emfgiven as a function of time by
emf=NABωsinωt,
where
A
is the area of an
N
-turn coil rotated at a constant angular velocity
ω
in a uniform magnetic field
B
.
• The peak emf
emf
0
of a generator is
emf
0
=NABω.
23.6Back Emf
• Any rotating coil will have an induced emf—in motors, this is called back emf, since it opposes the emf input to the motor.
23.7Transformers
• Transformers use induction to transform voltages from one value to another.
• For a transformer, the voltages across the primary and secondary coils are related by
V
s
V
p
=
N
s
N
p
,
where
V
p
and
V
s
are the voltages across primary and secondary coils having
N
p
and
N
s
turns.
• The currents
I
p
and
I
s
in the primary and secondary coils are related by
I
s
I
p
=
N
p
N
s
.
• A step-up transformer increases voltage and decreases current, whereas a step-down transformer decreases voltage and increases current.
23.8Electrical Safety: Systems and Devices
• Electrical safety systems and devices are employed to prevent thermal and shock hazards.
CHAPTER 23 | ELECTROMAGNETIC INDUCTION, AC CIRCUITS, AND ELECTRICAL TECHNOLOGIES S 851
VB.NET PDF Library SDK to view, edit, convert, process PDF file
Tell VB.NET users how to: create a new PDF file and load PDF from other file formats; merge, append, and split PDF files; insert, delete, move, rotate, copy
pdf rotate single page; pdf will no pages selected
C# WPF PDF Viewer SDK to view, annotate, convert and print PDF in
Jpeg. Convert PDF to Png, Gif, Bitmap Images. File and Page Process. File: Merge, Append PDF Files. File: Split PDF Document. File
pdf splitter; pdf split pages in half
• Circuit breakers and fuses interrupt excessive currents to prevent thermal hazards.
• The three-wire system guards against thermal and shock hazards, utilizing live/hot, neutral, and earth/ground wires, and grounding the neutral
wire and case of the appliance.
• A ground fault interrupter (GFI) prevents shock by detecting the loss of current to unintentional paths.
• An isolation transformer insulates the device being powered from the original source, also to prevent shock.
• Many of these devices use induction to perform their basic function.
23.9Inductance
• Inductance is the property of a device that tells how effectively it induces an emf in another device.
• Mutual inductance is the effect of two devices in inducing emfs in each other.
• A change in current
ΔI
1
t
in one induces an emf
emf
2
in the second:
emf
2
=−M
ΔI
1
Δt
,
where
M
is defined to be the mutual inductance between the two devices, and the minus sign is due to Lenz’s law.
• Symmetrically, a change in current
ΔI
2
t
through the second device induces an emf
emf
1
in the first:
emf
1
=−M
ΔI
2
Δt
,
where
M
is the same mutual inductance as in the reverse process.
• Current changes in a device induce an emf in the device itself.
• Self-inductance is the effect of the device inducing emf in itself.
• The device is called an inductor, and the emf induced in it by a change in current through it is
emf=−L
ΔI
Δt
,
where
L
is the self-inductance of the inductor, and
ΔIt
is the rate of change of current through it. The minus sign indicates that emf
opposes the change in current, as required by Lenz’s law.
• The unit of self- and mutual inductance is the henry (H), where
1 H=1 Ω⋅s
.
• The self-inductance
L
of an inductor is proportional to how much flux changes with current. For an
N
-turn inductor,
L=N
ΔΦ
ΔI
.
• The self-inductance of a solenoid is
L=
μ
0
N
2
A
(solenoid),
where
N
is its number of turns in the solenoid,
A
is its cross-sectional area,
is its length, and
μ
0
=4π×10
−7
T⋅m/A
is the
permeability of free space.
• The energy stored in an inductor
E
ind
is
E
ind
=
1
2
LI
2
.
23.10RL Circuits
• When a series connection of a resistor and an inductor—anRLcircuit—is connected to a voltage source, the time variation of the current is
I=I
0
(1−e
t/τ
   (turning on).
where
I
0
=V/R
is the final current.
• The characteristic time constant
τ
is
τ=
L
R
, where
L
is the inductance and
R
is the resistance.
• In the first time constant
τ
, the current rises from zero to
0.632I
0
, and 0.632 of the remainder in every subsequent time interval
τ
.
• When the inductor is shorted through a resistor, current decreases as
I=I
0
e
t/τ
(turning off).
Here
I
0
is the initial current.
• Current falls to
0.368I
0
in the first time interval
τ
, and 0.368 of the remainder toward zero in each subsequent time
τ
.
23.11Reactance, Inductive and Capacitive
• For inductors in AC circuits, we find that when a sinusoidal voltage is applied to an inductor, the voltage leads the current by one-fourth of a
cycle, or by a
90º
phase angle.
• The opposition of an inductor to a change in current is expressed as a type of AC resistance.
• Ohm’s law for an inductor is
I=
V
X
L
,
where
V
is the rms voltage across the inductor.
X
L
is defined to be the inductive reactance, given by
852 CHAPTER 23 | ELECTROMAGNETIC INDUCTION, AC CIRCUITS, AND ELECTRICAL TECHNOLOGIES
This content is available for free at http://cnx.org/content/col11406/1.7
VB.NET PDF - WPF PDF Viewer for VB.NET Program
to Png, Gif, Bitmap Images. File & Page Process. File: Merge, Append PDF Files. File: Split PDF Document. File: Compress PDF. Page
pdf print error no pages selected; break a pdf
VB.NET Create PDF from PowerPoint Library to convert pptx, ppt to
to Png, Gif, Bitmap Images. File & Page Process. File: Merge, Append PDF Files. File: Split PDF Document. File: Compress PDF. Page
can't select text in pdf file; how to split pdf file by pages
X
L
=2πfL,
with
f
the frequency of the AC voltage source in hertz.
• Inductive reactance
X
L
has units of ohms and is greatest at high frequencies.
• For capacitors, we find that when a sinusoidal voltage is applied to a capacitor, the voltage follows the current by one-fourth of a cycle, or by a
90º
phase angle.
• Since a capacitor can stop current when fully charged, it limits current and offers another form of AC resistance; Ohm’s law for a capacitor is
I=
V
X
C
,
where
V
is the rms voltage across the capacitor.
X
C
is defined to be the capacitive reactance, given by
X
C
=
1
fC
.
X
C
has units of ohms and is greatest at low frequencies.
23.12RLC Series AC Circuits
• The AC analogy to resistance is impedance
Z
, the combined effect of resistors, inductors, and capacitors, defined by the AC version of Ohm’s
law:
I
0
=
V
0
Z
orI
rms
=
V
rms
Z
,
where
I
0
is the peak current and
V
0
is the peak source voltage.
• Impedance has units of ohms and is given by
ZR
2
+(X
L
X
C
)
2
.
• The resonant frequency
f
0
, at which
X
L
=X
C
, is
f
0
=
1
2π LC
.
• In an AC circuit, there is a phase angle
ϕ
between source voltage
V
and the current
I
, which can be found from
cosϕ=
R
Z
,
ϕ=0º
for a purely resistive circuit or anRLCcircuit at resonance.
• The average power delivered to anRLCcircuit is affected by the phase angle and is given by
P
ave
=I
rms
V
rms
cosϕ,
cosϕ
is called the power factor, which ranges from 0 to 1.
Conceptual Questions
23.1Induced Emf and Magnetic Flux
1.How do the multiple-loop coils and iron ring in the version of Faraday’s apparatus shown inFigure 23.3enhance the observation of induced emf?
2.When a magnet is thrust into a coil as inFigure 23.4(a), what is the direction of the force exerted by the coil on the magnet? Draw a diagram
showing the direction of the current induced in the coil and the magnetic field it produces, to justify your response. How does the magnitude of the
force depend on the resistance of the galvanometer?
3.Explain how magnetic flux can be zero when the magnetic field is not zero.
4.Is an emf induced in the coil inFigure 23.54when it is stretched? If so, state why and give the direction of the induced current.
Figure 23.54A circular coil of wire is stretched in a magnetic field.
23.2Faraday’s Law of Induction: Lenz’s Law
5.A person who works with large magnets sometimes places her head inside a strong field. She reports feeling dizzy as she quickly turns her head.
How might this be associated with induction?
6.A particle accelerator sends high-velocity charged particles down an evacuated pipe. Explain how a coil of wire wrapped around the pipe could
detect the passage of individual particles. Sketch a graph of the voltage output of the coil as a single particle passes through it.
CHAPTER 23 | ELECTROMAGNETIC INDUCTION, AC CIRCUITS, AND ELECTRICAL TECHNOLOGIES S 853
VB.NET Create PDF from Word Library to convert docx, doc to PDF in
to Png, Gif, Bitmap Images. File & Page Process. File: Merge, Append PDF Files. File: Split PDF Document. File: Compress PDF. Page
pdf separate pages; split pdf into individual pages
VB.NET PDF- HTML5 PDF Viewer for VB.NET Project
to Png, Gif, Bitmap Images. File & Page Process. File: Merge, Append PDF Files. File: Split PDF Document. File: Compress PDF. Page
pdf format specification; break pdf
23.3Motional Emf
7.Why must part of the circuit be moving relative to other parts, to have usable motional emf? Consider, for example, that the rails inFigure 23.11
are stationary relative to the magnetic field, while the rod moves.
8.A powerful induction cannon can be made by placing a metal cylinder inside a solenoid coil. The cylinder is forcefully expelled when solenoid
current is turned on rapidly. Use Faraday’s and Lenz’s laws to explain how this works. Why might the cylinder get live/hot when the cannon is fired?
9.An induction stove heats a pot with a coil carrying an alternating current located beneath the pot (and without a hot surface). Can the stove surface
be a conductor? Why won’t a coil carrying a direct current work?
10.Explain how you could thaw out a frozen water pipe by wrapping a coil carrying an alternating current around it. Does it matter whether or not the
pipe is a conductor? Explain.
23.4Eddy Currents and Magnetic Damping
11.Explain why magnetic damping might not be effective on an object made of several thin conducting layers separated by insulation.
12.Explain how electromagnetic induction can be used to detect metals? This technique is particularly important in detecting buried landmines for
disposal, geophysical prospecting and at airports.
23.5Electric Generators
13.Using RHR-1, show that the emfs in the sides of the generator loop inFigure 23.23are in the same sense and thus add.
14.The source of a generator’s electrical energy output is the work done to turn its coils. How is the work needed to turn the generator related to
Lenz’s law?
23.6Back Emf
15.Suppose you find that the belt drive connecting a powerful motor to an air conditioning unit is broken and the motor is running freely. Should you
be worried that the motor is consuming a great deal of energy for no useful purpose? Explain why or why not.
23.7Transformers
16.Explain what causes physical vibrations in transformers at twice the frequency of the AC power involved.
23.8Electrical Safety: Systems and Devices
17.Does plastic insulation on live/hot wires prevent shock hazards, thermal hazards, or both?
18.Why are ordinary circuit breakers and fuses ineffective in preventing shocks?
19.A GFI may trip just because the live/hot and neutral wires connected to it are significantly different in length. Explain why.
23.9Inductance
20.How would you place two identical flat coils in contact so that they had the greatest mutual inductance? The least?
21.How would you shape a given length of wire to give it the greatest self-inductance? The least?
22.Verify, as was concluded without proof inExample 23.7, that units of
T⋅m
2
/A= Ω Ω ⋅s=H
.
23.11Reactance, Inductive and Capacitive
23.Presbycusis is a hearing loss due to age that progressively affects higher frequencies. A hearing aid amplifier is designed to amplify all
frequencies equally. To adjust its output for presbycusis, would you put a capacitor in series or parallel with the hearing aid’s speaker? Explain.
24.Would you use a large inductance or a large capacitance in series with a system to filter out low frequencies, such as the 100 Hz hum in a sound
system? Explain.
25.High-frequency noise in AC power can damage computers. Does the plug-in unit designed to prevent this damage use a large inductance or a
large capacitance (in series with the computer) to filter out such high frequencies? Explain.
26.Does inductance depend on current, frequency, or both? What about inductive reactance?
27.Explain why the capacitor inFigure 23.55(a) acts as a low-frequency filter between the two circuits, whereas that inFigure 23.55(b) acts as a
high-frequency filter.
854 CHAPTER 23 | ELECTROMAGNETIC INDUCTION, AC CIRCUITS, AND ELECTRICAL TECHNOLOGIES
This content is available for free at http://cnx.org/content/col11406/1.7
Figure 23.55Capacitors and inductors. Capacitor with high frequency and low frequency.
28.If the capacitors inFigure 23.55are replaced by inductors, which acts as a low-frequency filter and which as a high-frequency filter?
23.12RLC Series AC Circuits
29.Does the resonant frequency of an AC circuit depend on the peak voltage of the AC source? Explain why or why not.
30.Suppose you have a motor with a power factor significantly less than 1. Explain why it would be better to improve the power factor as a method of
improving the motor’s output, rather than to increase the voltage input.
CHAPTER 23 | ELECTROMAGNETIC INDUCTION, AC CIRCUITS, AND ELECTRICAL TECHNOLOGIES S 855
Problems & Exercises
23.1Induced Emf and Magnetic Flux
1.What is the value of the magnetic flux at coil 2 inFigure 23.56due to
coil 1?
Figure 23.56(a) The planes of the two coils are perpendicular. (b) The wire is
perpendicular to the plane of the coil.
2.What is the value of the magnetic flux through the coil inFigure
23.56(b) due to the wire?
23.2Faraday’s Law of Induction: Lenz’s Law
3.Referring toFigure 23.57(a), what is the direction of the current
induced in coil 2: (a) If the current in coil 1 increases? (b) If the current
in coil 1 decreases? (c) If the current in coil 1 is constant? Explicitly
show how you follow the steps in theProblem-Solving Strategy for
Lenz's Law.
Figure 23.57(a) The coils lie in the same plane. (b) The wire is in the plane of the
coil
4.Referring toFigure 23.57(b), what is the direction of the current
induced in the coil: (a) If the current in the wire increases? (b) If the
current in the wire decreases? (c) If the current in the wire suddenly
changes direction? Explicitly show how you follow the steps in the
Problem-Solving Strategy for Lenz’s Law.
5.Referring toFigure 23.58, what are the directions of the currents in
coils 1, 2, and 3 (assume that the coils are lying in the plane of the
circuit): (a) When the switch is first closed? (b) When the switch has
been closed for a long time? (c) Just after the switch is opened?
Figure 23.58
6.Repeat the previous problem with the battery reversed.
7.Verify that the units of
ΔΦ
/
Δt
are volts. That is, show that
1T⋅m
2
/s=1 V
.
8.Suppose a 50-turn coil lies in the plane of the page in a uniform
magnetic field that is directed into the page. The coil originally has an
area of
0.250m
2
. It is stretched to have no area in 0.100 s. What is
the direction and magnitude of the induced emf if the uniform magnetic
field has a strength of 1.50 T?
9.(a) An MRI technician moves his hand from a region of very low
magnetic field strength into an MRI scanner’s 2.00 T field with his
fingers pointing in the direction of the field. Find the average emf
induced in his wedding ring, given its diameter is 2.20 cm and assuming
it takes 0.250 s to move it into the field. (b) Discuss whether this current
would significantly change the temperature of the ring.
10.Integrated Concepts
Referring to the situation in the previous problem: (a) What current is
induced in the ring if its resistance is 0.0100
Ω
? (b) What average
power is dissipated? (c) What magnetic field is induced at the center of
the ring? (d) What is the direction of the induced magnetic field relative
to the MRI’s field?
11.An emf is induced by rotating a 1000-turn, 20.0 cm diameter coil in
the Earth’s
5.00×10
−5
T
magnetic field. What average emf is
induced, given the plane of the coil is originally perpendicular to the
Earth’s field and is rotated to be parallel to the field in 10.0 ms?
12.A 0.250 m radius, 500-turn coil is rotated one-fourth of a revolution
in 4.17 ms, originally having its plane perpendicular to a uniform
magnetic field. (This is 60 rev/s.) Find the magnetic field strength
needed to induce an average emf of 10,000 V.
13.Integrated Concepts
Approximately how does the emf induced in the loop inFigure 23.57(b)
depend on the distance of the center of the loop from the wire?
14.Integrated Concepts
(a) A lightning bolt produces a rapidly varying magnetic field. If the bolt
strikes the earth vertically and acts like a current in a long straight wire,
it will induce a voltage in a loop aligned like that inFigure 23.57(b).
What voltage is induced in a 1.00 m diameter loop 50.0 m from a
2.00×10
6
A
lightning strike, if the current falls to zero in
25.0 μs
?
(b) Discuss circumstances under which such a voltage would produce
noticeable consequences.
23.3Motional Emf
15.Use Faraday’s law, Lenz’s law, and RHR-1 to show that the
magnetic force on the current in the moving rod inFigure 23.11is in the
opposite direction of its velocity.
16.If a current flows in the Satellite Tether shown inFigure 23.12, use
Faraday’s law, Lenz’s law, and RHR-1 to show that there is a magnetic
force on the tether in the direction opposite to its velocity.
17.(a) A jet airplane with a 75.0 m wingspan is flying at 280 m/s. What
emf is induced between wing tips if the vertical component of the
Earth’s field is
3.00×10
−5
T
? (b) Is an emf of this magnitude likely to
have any consequences? Explain.
18.(a) A nonferrous screwdriver is being used in a 2.00 T magnetic
field. What maximum emf can be induced along its 12.0 cm length
when it moves at 6.00 m/s? (b) Is it likely that this emf will have any
consequences or even be noticed?
19.At what speed must the sliding rod inFigure 23.11move to produce
an emf of 1.00 V in a 1.50 T field, given the rod’s length is 30.0 cm?
20.The 12.0 cm long rod inFigure 23.11moves at 4.00 m/s. What is
the strength of the magnetic field if a 95.0 V emf is induced?
21.Prove that when
B
,
, and
v
are not mutually perpendicular,
motional emf is given by
emf=Bℓvsinθ
. If
v
is perpendicular to
B
856 CHAPTER 23 | ELECTROMAGNETIC INDUCTION, AC CIRCUITS, AND ELECTRICAL TECHNOLOGIES
This content is available for free at http://cnx.org/content/col11406/1.7
, then
θ
is the angle between
and
B
. If
is perpendicular to
B
,
then
θ
is the angle between
v
and
B
.
22.In the August 1992 space shuttle flight, only 250 m of the
conducting tether considered inExample 23.2could be let out. A 40.0
V motional emf was generated in the Earth’s
5.00×10
−5
T
field,
while moving at
7.80×10
3
m/s
. What was the angle between the
shuttle’s velocity and the Earth’s field, assuming the conductor was
perpendicular to the field?
23.Integrated Concepts
Derive an expression for the current in a system like that inFigure
23.11, under the following conditions. The resistance between the rails
is
R
, the rails and the moving rod are identical in cross section
A
and
have the same resistivity
ρ
. The distance between the rails is l, and
the rod moves at constant speed
v
perpendicular to the uniform field
B
. At time zero, the moving rod is next to the resistance
R
.
24.Integrated Concepts
The Tethered Satellite inFigure 23.12has a mass of 525 kg and is at
the end of a 20.0 km long, 2.50 mm diameter cable with the tensile
strength of steel. (a) How much does the cable stretch if a 100 N force
is exerted to pull the satellite in? (Assume the satellite and shuttle are at
the same altitude above the Earth.) (b) What is the effective force
constant of the cable? (c) How much energy is stored in it when
stretched by the 100 N force?
25.Integrated Concepts
The Tethered Satellite discussed in this module is producing 5.00 kV,
and a current of 10.0 A flows. (a) What magnetic drag force does this
produce if the system is moving at 7.80 km/s? (b) How much kinetic
energy is removed from the system in 1.00 h, neglecting any change in
altitude or velocity during that time? (c) What is the change in velocity if
the mass of the system is 100,000 kg? (d) Discuss the long term
consequences (say, a week-long mission) on the space shuttle’s orbit,
noting what effect a decrease in velocity has and assessing the
magnitude of the effect.
23.4Eddy Currents and Magnetic Damping
26.Make a drawing similar toFigure 23.14, but with the pendulum
moving in the opposite direction. Then use Faraday’s law, Lenz’s law,
and RHR-1 to show that magnetic force opposes motion.
27.
Figure 23.59A coil is moved into and out of a region of uniform magnetic field.
A
coil is moved through a magnetic field as shown inFigure 23.59. The
field is uniform inside the rectangle and zero outside. What is the
direction of the induced current and what is the direction of the
magnetic force on the coil at each position shown?
23.5Electric Generators
28.Calculate the peak voltage of a generator that rotates its 200-turn,
0.100 m diameter coil at 3600 rpm in a 0.800 T field.
29.At what angular velocity in rpm will the peak voltage of a generator
be 480 V, if its 500-turn, 8.00 cm diameter coil rotates in a 0.250 T
field?
30.What is the peak emf generated by rotating a 1000-turn, 20.0 cm
diameter coil in the Earth’s
5.00×10
−5
T
magnetic field, given the
plane of the coil is originally perpendicular to the Earth’s field and is
rotated to be parallel to the field in 10.0 ms?
31.What is the peak emf generated by a 0.250 m radius, 500-turn coil
is rotated one-fourth of a revolution in 4.17 ms, originally having its
plane perpendicular to a uniform magnetic field. (This is 60 rev/s.)
32.(a) A bicycle generator rotates at 1875 rad/s, producing an 18.0 V
peak emf. It has a 1.00 by 3.00 cm rectangular coil in a 0.640 T field.
How many turns are in the coil? (b) Is this number of turns of wire
practical for a 1.00 by 3.00 cm coil?
33.Integrated Concepts
This problem refers to the bicycle generator considered in the previous
problem. It is driven by a 1.60 cm diameter wheel that rolls on the
outside rim of the bicycle tire. (a) What is the velocity of the bicycle if
the generator’s angular velocity is 1875 rad/s? (b) What is the
maximum emf of the generator when the bicycle moves at 10.0 m/s,
noting that it was 18.0 V under the original conditions? (c) If the
sophisticated generator can vary its own magnetic field, what field
strength will it need at 5.00 m/s to produce a 9.00 V maximum emf?
34.(a) A car generator turns at 400 rpm when the engine is idling. Its
300-turn, 5.00 by 8.00 cm rectangular coil rotates in an adjustable
magnetic field so that it can produce sufficient voltage even at low
rpms. What is the field strength needed to produce a 24.0 V peak emf?
(b) Discuss how this required field strength compares to those available
in permanent and electromagnets.
35.Show that if a coil rotates at an angular velocity
ω
, the period of its
AC output is
2π/ω
.
36.A 75-turn, 10.0 cm diameter coil rotates at an angular velocity of
8.00 rad/s in a 1.25 T field, starting with the plane of the coil parallel to
the field. (a) What is the peak emf? (b) At what time is the peak emf first
reached? (c) At what time is the emf first at its most negative? (d) What
is the period of the AC voltage output?
37.(a) If the emf of a coil rotating in a magnetic field is zero at
t=0
,
and increases to its first peak at
t=0.100ms
, what is the angular
velocity of the coil? (b) At what time will its next maximum occur? (c)
What is the period of the output? (d) When is the output first one-fourth
of its maximum? (e) When is it next one-fourth of its maximum?
38.Unreasonable Results
A 500-turn coil with a
0.250m
2
area is spun in the Earth’s
5.00×10
−5
T
field, producing a 12.0 kV maximum emf. (a) At what
angular velocity must the coil be spun? (b) What is unreasonable about
this result? (c) Which assumption or premise is responsible?
23.6Back Emf
39.Suppose a motor connected to a 120 V source draws 10.0 A when
it first starts. (a) What is its resistance? (b) What current does it draw at
its normal operating speed when it develops a 100 V back emf?
40.A motor operating on 240 V electricity has a 180 V back emf at
operating speed and draws a 12.0 A current. (a) What is its resistance?
(b) What current does it draw when it is first started?
41.What is the back emf of a 120 V motor that draws 8.00 A at its
normal speed and 20.0 A when first starting?
42.The motor in a toy car operates on 6.00 V, developing a 4.50 V
back emf at normal speed. If it draws 3.00 A at normal speed, what
current does it draw when starting?
43.Integrated Concepts
The motor in a toy car is powered by four batteries in series, which
produce a total emf of 6.00 V. The motor draws 3.00 A and develops a
4.50 V back emf at normal speed. Each battery has a
0.100 Ω
internal resistance. What is the resistance of the motor?
23.7Transformers
44.A plug-in transformer, like that inFigure 23.29, supplies 9.00 V to a
video game system. (a) How many turns are in its secondary coil, if its
input voltage is 120 V and the primary coil has 400 turns? (b) What is
its input current when its output is 1.30 A?
45.An American traveler in New Zealand carries a transformer to
convert New Zealand’s standard 240 V to 120 V so that she can use
some small appliances on her trip. (a) What is the ratio of turns in the
CHAPTER 23 | ELECTROMAGNETIC INDUCTION, AC CIRCUITS, AND ELECTRICAL TECHNOLOGIES S 857
primary and secondary coils of her transformer? (b) What is the ratio of
input to output current? (c) How could a New Zealander traveling in the
United States use this same transformer to power her 240 V appliances
from 120 V?
46.A cassette recorder uses a plug-in transformer to convert 120 V to
12.0 V, with a maximum current output of 200 mA. (a) What is the
current input? (b) What is the power input? (c) Is this amount of power
reasonable for a small appliance?
47.(a) What is the voltage output of a transformer used for
rechargeable flashlight batteries, if its primary has 500 turns, its
secondary 4 turns, and the input voltage is 120 V? (b) What input
current is required to produce a 4.00 A output? (c) What is the power
input?
48.(a) The plug-in transformer for a laptop computer puts out 7.50 V
and can supply a maximum current of 2.00 A. What is the maximum
input current if the input voltage is 240 V? Assume 100% efficiency. (b)
If the actual efficiency is less than 100%, would the input current need
to be greater or smaller? Explain.
49.A multipurpose transformer has a secondary coil with several points
at which a voltage can be extracted, giving outputs of 5.60, 12.0, and
480 V. (a) The input voltage is 240 V to a primary coil of 280 turns.
What are the numbers of turns in the parts of the secondary used to
produce the output voltages? (b) If the maximum input current is 5.00 A,
what are the maximum output currents (each used alone)?
50.A large power plant generates electricity at 12.0 kV. Its old
transformer once converted the voltage to 335 kV. The secondary of
this transformer is being replaced so that its output can be 750 kV for
more efficient cross-country transmission on upgraded transmission
lines. (a) What is the ratio of turns in the new secondary compared with
the old secondary? (b) What is the ratio of new current output to old
output (at 335 kV) for the same power? (c) If the upgraded transmission
lines have the same resistance, what is the ratio of new line power loss
to old?
51.If the power output in the previous problem is 1000 MW and line
resistance is
2.00 Ω
, what were the old and new line losses?
52.Unreasonable Results
The 335 kV AC electricity from a power transmission line is fed into the
primary coil of a transformer. The ratio of the number of turns in the
secondary to the number in the primary is
N
s
/N
p
=1000
. (a) What
voltage is induced in the secondary? (b) What is unreasonable about
this result? (c) Which assumption or premise is responsible?
53.Construct Your Own Problem
Consider a double transformer to be used to create very large voltages.
The device consists of two stages. The first is a transformer that
produces a much larger output voltage than its input. The output of the
first transformer is used as input to a second transformer that further
increases the voltage. Construct a problem in which you calculate the
output voltage of the final stage based on the input voltage of the first
stage and the number of turns or loops in both parts of both
transformers (four coils in all). Also calculate the maximum output
current of the final stage based on the input current. Discuss the
possibility of power losses in the devices and the effect on the output
current and power.
23.8Electrical Safety: Systems and Devices
54.Integrated Concepts
A short circuit to the grounded metal case of an appliance occurs as
shown inFigure 23.60. The person touching the case is wet and only
has a
3.00 kΩ
resistance to earth/ground. (a) What is the voltage on
the case if 5.00 mA flows through the person? (b) What is the current in
the short circuit if the resistance of the earth/ground wire is
0.200 Ω
?
(c) Will this trigger the 20.0 A circuit breaker supplying the appliance?
Figure 23.60A person can be shocked even when the case of an appliance is
grounded. The large short circuit current produces a voltage on the case of the
appliance, since the resistance of the earth/ground wire is not zero.
23.9Inductance
55.Two coils are placed close together in a physics lab to demonstrate
Faraday’s law of induction. A current of 5.00 A in one is switched off in
1.00 ms, inducing a 9.00 V emf in the other. What is their mutual
inductance?
56.If two coils placed next to one another have a mutual inductance of
5.00 mH, what voltage is induced in one when the 2.00 A current in the
other is switched off in 30.0 ms?
57.The 4.00 A current through a 7.50 mH inductor is switched off in
8.33 ms. What is the emf induced opposing this?
58.A device is turned on and 3.00 A flows through it 0.100 ms later.
What is the self-inductance of the device if an induced 150 V emf
opposes this?
59.Starting with
emf
2
=−M
ΔI
1
Δt
, show that the units of inductance
are
(V⋅s)/A= Ω Ω ⋅s
.
60.Camera flashes charge a capacitor to high voltage by switching the
current through an inductor on and off rapidly. In what time must the
0.100 A current through a 2.00 mH inductor be switched on or off to
induce a 500 V emf?
61.A large research solenoid has a self-inductance of 25.0 H. (a) What
induced emf opposes shutting it off when 100 A of current through it is
switched off in 80.0 ms? (b) How much energy is stored in the inductor
at full current? (c) At what rate in watts must energy be dissipated to
switch the current off in 80.0 ms? (d) In view of the answer to the last
part, is it surprising that shutting it down this quickly is difficult?
62.(a) Calculate the self-inductance of a 50.0 cm long, 10.0 cm
diameter solenoid having 1000 loops. (b) How much energy is stored in
this inductor when 20.0 A of current flows through it? (c) How fast can it
be turned off if the induced emf cannot exceed 3.00 V?
63.A precision laboratory resistor is made of a coil of wire 1.50 cm in
diameter and 4.00 cm long, and it has 500 turns. (a) What is its self-
inductance? (b) What average emf is induced if the 12.0 A current
through it is turned on in 5.00 ms (one-fourth of a cycle for 50 Hz AC)?
(c) What is its inductance if it is shortened to half its length and counter-
wound (two layers of 250 turns in opposite directions)?
64.The heating coils in a hair dryer are 0.800 cm in diameter, have a
combined length of 1.00 m, and a total of 400 turns. (a) What is their
total self-inductance assuming they act like a single solenoid? (b) How
much energy is stored in them when 6.00 A flows? (c) What average
emf opposes shutting them off if this is done in 5.00 ms (one-fourth of a
cycle for 50 Hz AC)?
858 CHAPTER 23 | ELECTROMAGNETIC INDUCTION, AC CIRCUITS, AND ELECTRICAL TECHNOLOGIES
This content is available for free at http://cnx.org/content/col11406/1.7
Documents you may be interested
Documents you may be interested