Uczysz innych? Poznaj LekcjeRazem.pl →
FZ20

Indukcja elektromagnetyczna i prąd przemienny — klucz maturalny, poziom rozszerzony

PriorytetAbardzo ważny
Częstotliwość1/5arkuszy 2022–2026
Punkty w arkuszuśr. 0,6 pkt (0–3)
Formy zadańodczyt częstotliwości z wzoru $U(t)$ (1 pkt) + obliczenie mocy średniej (2 pkt)
🔑 Sygnał: Moc średnia z wartości skutecznych: $P=\tfrac{U_0^2}{2R}$.

🎯 Co musisz umieć

  • stosować prawo Faradaya $\varepsilon=-\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t}$ i regułę Lenza,
  • obliczać strumień $\Phi=BS\cos\alpha$ i jego zmiany,
  • przeliczać wartości skuteczne: $U_{sk}=\dfrac{U_0}{\sqrt2}$, $P_{śr}=\dfrac{U_0^2}{2R}$,
  • stosować równanie transformatora $\dfrac{U_1}{U_2}=\dfrac{n_1}{n_2}$.

🔍 Jak rozpoznać zadanie

  • „zmienia się strumień / ramka wysuwana z pola” → SEM indukcji,
  • „w którą stronę płynie prąd indukcyjny” → reguła Lenza (przeciwdziała zmianie),
  • „$U(t)=U_0\sin\omega t$” → $f=\dfrac{\omega}{2\pi}$, $U_{sk}=\dfrac{U_0}{\sqrt2}$,
  • „transformator podwyższający” → więcej zwojów po stronie wtórnej.

📘 Teoria w pigułce

  • Prawo Faradaya: $\varepsilon=-\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t}$, gdzie $\Phi=BS\cos\alpha$; dla $N$ zwojów mnożymy przez $N$.
  • Reguła Lenza: prąd indukcyjny płynie tak, by przeciwdziałać zmianie, która go wywołała (to konsekwencja zasady zachowania energii).
  • Prętem o długości $l$ poruszającym się z prędkością $v$ prostopadle do $\vec B$: $\varepsilon=Blv$.
  • Prąd przemienny: $U(t)=U_0\sin(\omega t)$, $f=\dfrac{\omega}{2\pi}$, $T=\dfrac{2\pi}{\omega}$.
  • Wartości skuteczne: $U_{sk}=\dfrac{U_0}{\sqrt2}$, $I_{sk}=\dfrac{I_0}{\sqrt2}$; moc średnia $P=U_{sk}I_{sk}=\dfrac{U_0^2}{2R}$.
  • Transformator idealny: $\dfrac{U_1}{U_2}=\dfrac{n_1}{n_2}=\dfrac{I_2}{I_1}$ — moc się nie zmienia.

∑ Najważniejsze wzory

$\varepsilon=-\dfrac{\Delta\Phi}{\Delta t}$
$\Phi=BS\cos\alpha$
$\varepsilon=Blv$
$U_{sk}=\dfrac{U_0}{\sqrt2}$
$P_{śr}=\dfrac{U_0^2}{2R}$
$\dfrac{U_1}{U_2}=\dfrac{n_1}{n_2}$

⚙️ Algorytm krok po kroku

  1. Ustal, co się zmienia: $B$, pole powierzchni czy kąt.
  2. Policz $\Delta\Phi$ i podziel przez czas — to wartość SEM.
  3. Kierunek prądu wyznacz regułą Lenza (pole prądu przeciwdziała zmianie).
  4. Dla prądu przemiennego wypisz $U_0$ i $\omega$ z wzoru, a potem policz $f$ i $U_{sk}$.
  5. Moc średnią licz z wartości skutecznych, nigdy z amplitud.

⚠️ Najczęstsze pułapki

ŹleDobrzeDlaczego
✗ $P=\dfrac{U_0^2}{R}$✓ $P_{śr}=\dfrac{U_0^2}{2R}$moc liczymy z wartości skutecznych
✗ $f=\omega$✓ $f=\dfrac{\omega}{2\pi}$radiany na sekundę to nie herce
✗ prąd indukcyjny „wzmacnia” zmianę✓ przeciwdziała jejreguła Lenza
✗ transformator zwiększa moc✓ moc się nie zmieniarośnie napięcie, maleje prąd

✍️ Przykład wzorcowy typ zadania 8 z matury 2022

Prądnica wytwarza napięcie $U(t)=7{,}50\ \text{V}\cdot\sin\left(10{,}0\ \tfrac{1}{\text{s}}\cdot t\right)$ i zasila opornik $R=4{,}00\ \Omega$. Oblicz częstotliwość prądu w obwodzie oraz średnią moc wydzielaną na oporniku w czasie jednego okresu.

📊 Ślad w prawdziwych arkuszach CKE

Zadania autentyczne. Niżej są prawdziwe zadania z arkuszy CKE — numer i punktacja zgodne z oryginalnym arkuszem. Kliknij rok, aby otworzyć cały arkusz.

RokZadaniaPktCzego dotyczyło
2026—0 pktbrak osobnego zadania
2025—0 pktbrak osobnego zadania
2024—0 pktbrak osobnego zadania
2023—0 pktbrak osobnego zadania
2022zad. 8.1–8.23 pktprądnica $U(t)=7{,}50\ \text{V}\cdot\sin(10{,}0\,\tfrac1{\text{s}}\cdot t)$: częstotliwość i średnia moc na oporniku

✍️ Trening: 10 zadań w formacie maturalnym

Zadania autorskie. To nie są przedruki z arkuszy — ułożyliśmy je w formacie maturalnym, na wzorów z tabeli „Ślad w arkuszach CKE” powyżej. Typ, punktacja i poziom trudności odpowiadają realnym zadaniom egzaminacyjnym.

Zadania zamknięte sprawdzają się po kliknięciu odpowiedzi (jedna próba). W otwartych porównaj swoje rozwiązanie z wzorcowym i wystaw samoocenę według schematu punktowania — wynik zapisze się na koncie.

FZ20.1odpowiedź krótka★★★ 0–2 pkt🔗

Strumień magnetyczny przez ramkę zmalał z $0{,}8$ Wb do $0{,}2$ Wb w czasie $0{,}3$ s. Oblicz wartość SEM indukcji.

✎ Samoocena wg schematu punktowania — ile punktów zdobył(a)byś?/ 2 pkt
FZ20.2odpowiedź krótka★★★ 0–2 pkt🔗

Napięcie w sieci ma wartość skuteczną $230$ V. Oblicz amplitudę tego napięcia.

✎ Samoocena wg schematu punktowania — ile punktów zdobył(a)byś?/ 2 pkt
FZ20.3zamknięte★★★ 0–1 pkt🔗

Transformator ma $1000$ zwojów w uzwojeniu pierwotnym i $50$ w wtórnym. Przy napięciu $230$ V na wejściu napięcie wyjściowe wynosi:

A$11{,}5$ V
B$23$ V
C$4600$ V
D$230$ V
FZ20.4prawda / fałsz★★★ 0–1 pkt🔗

Magnes zbliża się biegunem północnym do nieruchomej, zamkniętej pętli przewodzącej. Oceń prawdziwość stwierdzeń.

  1. W pętli płynie prąd indukcyjny.
  2. Prąd indukcyjny płynie w takim kierunku, że pętla odpycha zbliżający się magnes.
  3. Po zatrzymaniu magnesu przed pętlą prąd indukcyjny nadal płynie.

Oceń prawdziwość każdego stwierdzenia (P — prawda, F — fałsz) i wybierz odpowiedni układ.

P/P/P1. P, 2. P, 3. P
P/P/F1. P, 2. P, 3. F
P/F/P1. P, 2. F, 3. P
P/F/F1. P, 2. F, 3. F
F/P/P1. F, 2. P, 3. P
F/P/F1. F, 2. P, 3. F
F/F/P1. F, 2. F, 3. P
F/F/F1. F, 2. F, 3. F
FZ20.5otwarte★★★ 0–2 pkt🔗

Ramka o powierzchni $0{,}02\ \text{m}^2$ znajduje się w polu o indukcji $0{,}5$ T prostopadłym do jej płaszczyzny. Ramkę obrócono o $90^\circ$ w czasie $0{,}1$ s. Oblicz średnią SEM indukcji.

✎ Samoocena wg schematu punktowania — ile punktów zdobył(a)byś?/ 2 pkt
FZ20.6otwarte★★★ 0–3 pkt🔗

Napięcie w obwodzie prądu przemiennego ma postać $U(t)=20\ \text{V}\cdot\sin\left(314\ \tfrac1{\text{s}}\cdot t\right)$, a opór obwodu wynosi $50\ \Omega$. Oblicz częstotliwość prądu i średnią moc wydzielaną na oporniku.

✎ Samoocena wg schematu punktowania — ile punktów zdobył(a)byś?/ 3 pkt
FZ20.7otwarte★★★ 0–3 pkt🔗

Pręt o długości $0{,}4$ m przesuwa się z prędkością $3\,\tfrac{\text{m}}{\text{s}}$ prostopadle do pola o indukcji $0{,}25$ T, zwierając obwód o oporze $2\ \Omega$. Oblicz SEM indukcji, natężenie prądu i moc wydzielaną w obwodzie.

✎ Samoocena wg schematu punktowania — ile punktów zdobył(a)byś?/ 3 pkt
FZ20.8otwarte★★★ 0–4 pkt🔗

Transformator obniża napięcie z $230$ V do $12$ V. Uzwojenie pierwotne ma $1150$ zwojów, a sprawność transformatora wynosi $100\%$. Oblicz liczbę zwojów uzwojenia wtórnego oraz prąd w uzwojeniu pierwotnym, gdy w obwodzie wtórnym płynie prąd $2$ A.

✎ Samoocena wg schematu punktowania — ile punktów zdobył(a)byś?/ 4 pkt
FZ20.9otwarte★★★ 0–4 pkt🔗

Ramka o $200$ zwojach i powierzchni $0{,}01\ \text{m}^2$ obraca się w polu o indukcji $0{,}4$ T z częstotliwością $50$ Hz. Oblicz amplitudę SEM indukowanej w ramce.

✎ Samoocena wg schematu punktowania — ile punktów zdobył(a)byś?/ 4 pkt
FZ20.10otwarte★★★ 0–4 pkt🔗

Wykaż, że reguła Lenza jest konsekwencją zasady zachowania energii, rozważając magnes zbliżany do zamkniętej pętli przewodzącej.

✎ Samoocena wg schematu punktowania — ile punktów zdobył(a)byś?/ 4 pkt
LekcjeRazem.pl — prowadź korepetycje profesjonalnie. Tablica online, grafik, rozliczenia i AI w jednym miejscu. Sprawdź LekcjeRazem.pl.
Zacznij dziś

Zacznij naukę już dziś — to nic nie kosztuje

Załóż bezpłatne konto i otwórz dostęp do pełnego śledzenia postępów, planów nauki i quizów. Arkusze i zadania podstawowe są dostępne bez rejestracji. Już ponad 5 000 uczniów uczy się z Matematix.