Кинематика Примеры решения задач Динамика движения твердого тела Работа и энергия Электростатика Энергия электростатического поля Законы постоянного тока Сила Ампера. Энергия магнитного поля

Физика примеры решения задач контрольной работы

Законы постоянного тока.

Силой тока I называется скалярная физическая величина, равная отношению заряда dq, проходящего через поперечное сечение проводника за малый промежуток времени dt, к величине этого промежутка:

.  (9.1)

Электрический ток называется постоянным, если сила тока и его направление не изменяются с течением времени. Для постоянного тока

,  (9.2)

где q – электрический заряд, переносимый через сечение проводника за конечный промежуток времени t. Молекулярная физика и термодинамика Решение задач по физике

Напряжением U12 на участке цепи 1-2 называется физическая величина, численно равная работе, совершаемой результирующим полем кулоновских и сторонних сил при перемещении вдоль цепи из точки 1 в точку 2 единичного положительного заряда:

. (9.3)

Напряжение на концах участка цепи совпадает с разностью потенциалов только в том случае, если на участке не приложены ЭДС, т.е. не действуют сторонние силы.

Закон Ома для однородного участка цепи (без ЭДС) устанавливает прямо пропорциональную зависимость между током I и напряжением U:

, (9.4)

где R – омическое сопротивление проводника.

Обобщенный закон Ома для произвольного участка цепи:

. (9.5)

Произведение силы тока I на сопротивление участка цепи R12 равно сумме падения потенциала на этом участке и ЭДС всех источников тока, включенных на данном участке цeпи. В такой форме закон Ома применим как для пассивных участков цепи, не содержащих источников электрической энергии, так и для активных участков, содержащих такие источники.

Правило знаков для ЭДС источников тока, включенных на участке цепи 1–2: если внутри источника направление тока совпадает с направлением повышения потенциала (от (-) к (+)), т.е. напряженность поля сторонних сил в источнике совпадает по направлению с током на участке цепи, то при подсчете e12 ЭДС этого источника считается положительной. Если ток внутри источника идет от анода к катоду, то ЭДС этого источника считается отрицательной (см. рис.).

Закон Ома в дифференциальной форме:

, (9.6)

где E – напряженность поля в проводнике, r – удельное сопротивление проводника, s – проводимость.

Токи в сплошных средах. Линии плотности тока j в сплошной среде совпадают с линиями напряженности электрического поля E в среде, поскольку j = sE. Сила тока сквозь замкнутую поверхность S, окружающую один из электродов равна

По теореме Гаусса имеем: 

где q – заряд электрода, e – диэлектрическая проницаемость среды. Тогда , (9.7)

где С – емкость данной системы электродов, между которыми поддерживается напряжение U.

Закон Джоуля-Ленца: количество теплоты Q, выделяющееся в проводнике за время t, пропорционально квадрату силы тока I, электрическому сопротивлению проводника R и промежутку времени t:

, (9.8)

где U = IR – напряжение на проводнике.

 

С каким ускорением нужно поднимать гирю, чтобы ее вес увеличился в 2 раза?

l) a = 2g 2) a = g/2 3) a = 4g 4) a = g/4 5) a = g.

Дано:

Р2 = 2Р1

Решение:

Вес неподвижной гири Р1 = mg. Чтобы поднять гирю, к ней нужно приложить силу . Расставляем все силы, действующие на гирю в данном случае и записываем второй закон Ньютона в векторной форме  и в скалярной форме. oy:

ma = Fу – mg. Т.к. Fy = P2, а

а – ?

Р2 = 2Р1, то P2 = 2mg и a = g.

Ответ: [5]

Правила Кирхгофа. Первое правило Кирхгофа (“правило узлов”): алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю: ,

Задав для определенности направление тока I контуре по часовой стрелке, можно записать закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС

Радиусы обкладок сферического конденсатора равны а и b (a < b). Пространство между обкладками заполнено веществом с проницаемостью e и удельной проводимостью s. Первоначально конденсатор не заряжен. Затем внутренней обкладке сообщается заряд q0. Найти: а) закон изменения заряда q на внутренней обкладке, б) количество тепла Q, выделившееся при растекании заряда.

Между обкладками плоского конденсатора помещена параллельно им медная пластинка, толщина которой равна 1/3 зазора между пластинами. Емкость конденсатора в отсутствие пластины С = 0,025 мкФ. Конденсатор подключен к источнику тока с напряжением U = 100 В. Определить: а) работу А1, которую надо совершить, чтобы извлечь пластинку из конденсатора; б) работу А2, совершаемую при этом источником тока. Нагреванием пластинки пренебречь.

Действуя аналогично предыдущей задаче, разобьем проводник на элементы тока. Очевидно, угол a меняется в пределах от 0 до p/2 лишь для вертикального (по рис.) участка. Напротив, для горизонтального участка он постоянен и равен p. Это означает, что данный участок не создает магнитного поля в точке А (cosa = 0). Выражение для индукции поля, создаваемого каждым элементом тока вертикального участка записывается так же, как и в предыдущей задаче (10.4). Остается лишь просуммировать соответствующие векторы с учетом оговоренного выше диапазона изменения угла a. Модуль вектора магнитной индукции для этого случая равен

Задача

По прямому цилиндрическому проводу, радиус сечения которого R, течет постоянный ток плотности j. Найти индукцию магнитного поля как вне, так и внутри этого провода. Влиянием магнитной проницаемости вещества провода пренебречь.

Прежде чем применять рассмотренный выше подход (теорему о циркуляции) сделаем некоторые заключения о структуре поля соленоида. Катушка состоит из большого количества одинаковых витков с током, каждый из которых дает свой вклад в результирующее магнитное поле. При этом для каждого витка найдется симметрично ему расположенный по отношению к плоскости, перпендикулярной к оси катушки (О1О2, см. рис.). Сумма векторов индукции от симметричных витков в любой точке этой плоскости дает вектор параллельный оси соленоида. Итак, направление векторов может быть только параллельным оси катушки как вне, так и внутри неё.

Два прямолинейных длинных проводника расположены параллельно на расстоянии l = 5 см  друг от друга. По проводникам текут токи I1 = I2 = 10 A в противоположных направлениях. Найти величину и направление индукции магнитного поля В в точке, находящейся на расстоянии R = 5 см от каждого из проводников.


Физика Примеры решения задач