ВІКІСТОРІНКА
Навигация:
Інформатика
Історія
Автоматизація
Адміністрування
Антропологія
Архітектура
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Військова наука
Виробництво
Географія
Геологія
Господарство
Демографія
Екологія
Економіка
Електроніка
Енергетика
Журналістика
Кінематографія
Комп'ютеризація
Креслення
Кулінарія
Культура
Культура
Лінгвістика
Література
Лексикологія
Логіка
Маркетинг
Математика
Медицина
Менеджмент
Металургія
Метрологія
Мистецтво
Музика
Наукознавство
Освіта
Охорона Праці
Підприємництво
Педагогіка
Поліграфія
Право
Приладобудування
Програмування
Психологія
Радіозв'язок
Релігія
Риторика
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Статистика
Технології
Торгівля
Транспорт
Фізіологія
Фізика
Філософія
Фінанси
Фармакологія


Орієнтовний розподіл навчального часу

Орієнтовний розподіл навчального часу

за темами програми…………………………………………………………5

3. Тематичний виклад змісту навчальної дисципліни……………………...6

4. Розділ 1. Основи електростатики…………………………………………...

1.1 ОСНОВИ ЕЛЕКТРОДИНАМІКИ………………………....................10

1.2 Електроємність. Конденсатори. (Основні поняття, формули, співвідношення)……………………………………………………. …………...13

1.3 Теми для самостійної роботи:

Закон збереження заряду. Теорема Остроградського - Гауса………………..14

Поверхневий заряд. Енергія системи зарядів…………………………………….

1.4.Застосування теореми Гауса……………………………………………...17

1.5. Приклад рішення задачі на обчислення електричних

полів………………………………………………………………………………21

1.6.Рішення задач по електростатиці………………………….......................23

1.7. Задачі для самостійного рішення……………………………………...27

Розділ 2. Електричний струм в різних середовищах.

2. Електричний струм …………………………………………………………..

2.1. Основні величини………………………………………………………...28

2.2. Закони постійного струму……………………………………………….29

2.3.Закон Ома для повного ланцюга………………………………………30

2.4. Закон Джоуля - Ленца для однорідного ланцюга…………………….31

2.5.Тік у металевих провідниках………………………………………… ..31

2.6. Струм у рідинах…………………………………………………………31

2.7.Струм у вакуумі………………………………………………………….32

2.8. Струм у газах……………………………………………………………32

2.9 Теми для самостійної роботи:

Густина струму. Надпровідність.

Обчислення еквівалентного опору……………………………………...33

2.9.1. Приклади рішення задач……………………………………………..40

2.9.2 Задачі для самостійного рішення……………………………………46

6. Розділ 3. Електромагнетизм. Змінний струм…………………..

3.1 Магнітне поле…………………………………………………………….48

3.2.Основні величини і співвідношення……………………………………48

3.3. Сила Лоренца………………………………………………………….....49

3.4 Теми для самостійної роботи……………………………………………50

3.5.Взаємодія струмів. Досліди Фарадея…………………………………...50

3.6. Вихрове електричне поле………………………………….. …………..54

3.7.Магнітне потокозчеплення. Зв′язок вихрового

електричного поля з магнітним……………………………………...................59

3.8.Вихрові струми , електрорушійна сила. Діюче значення е.р.с.,

напруга. Електричний резонанс…………………………………………….....65

 

3.9 .Рішення задач по електромагнетизму………………………………74

3.9.1.Приклади рішення задач…………………………………………..75

3.9.2.Задачі для самостійної роботи……………………………………...76

7. Розділ 4. Коливання і хвилі.

4.1. Основні величини, що характеризують коливальний рух…………77

4.2.Змушені електромагнітні коливання. Перемінний струм…..........78

4.3. Трансформатор………………………………………………………..80

4.4.Електромагнітні хвилі………………………………………………...80

4.5.Теми для самостійної роботи…………………………………………81

4.6.Гармонічні коливання. Амплітуда, модуляція…………………........81 4.7.Принцип дії осцилографа. Електромагнітне

випромінювання………………………………………………………...87

4.8.Приклади рішення задач……………………………………………95

4.9. Задачі для самостійного рішення………………………………...96

8.Література ………………………………………………………………..98

 

 

 

Пояснювальна записка.

 

Програма курсу фізики (електрики) для вищих навчальних закладів 1 рівня акредитації розрахована на 81 годину. Вона передбачає виконання 5 лабораторних робіт та одну обов′язкову контрольну семестрову роботу. Така кількість годин у третьому семестрі обумовлена тим, що фізика є не просто одним з загальноосвітніх предметів, але вона великою мірою готує молодих людей до освоєння вибраної ними професії техніка – програміста. З цього погляду фізика є фундаментальною наукою і, в багатьох випадках, наукою професійно – орієнтовною.

Високий рівень розвитку фізичної науки – це надбання людської цивілізації, а отже складова людської культури. Більш того, фізика сьогодні - це основа технічного прогресу, резервуар нових ідей і нових технологій.

Вивчення курсу фізики(електрики) має допомогти студентам розвинути вміння застосувати основні принципи і закони фізики в практичній діяльності. Виконання лабораторних робіт має бути побудовано так , щоб це було дослідження , а його результат – невеличкий крок до пізнання істини. Більш глибокому засвоєнню курсу має сприяти фізичний експеримент , розв′язування задач , у тому числі якісних та задач – оцінок.

На виконання лабораторних робіт відводиться 10 навчальних годин.

Цей збірник складається з лекційного матеріалу, зразків завдань та задач для самостійної роботи. Кількість годин яка передбачається на самостійну роботи - 33 години.

Перелік основних знань і вмінь, які повинен опонувати студент після вивчення предмета «Фізика(електрика)»

1. Загальна частина.

Знати: основи теорії курсу фізики(закони, їхній математичний вираз);позначення й одиниці фізичних величин у СІ.

Матиуявлення про два методи фізичного дослідження: аналітичний й експериментальний.

Знати і розуміти фізичний зміст універсальних фізичних констант.

Розуміти значення і знати застосування фізичних явищ у природі і техніці.

Уміти: використовувати закони фізики при поясненні різноманітних явищ і розв′язування задач; користуватися Міжнародною системою при розв′язуванні задач, переводити одиниці фізичних величин у СІ; працювати з фізичними приладами і використовувати їх при проведенні практичних і лабораторних робіт; оцінювати похибки вимірів; користуватися необхідною довідковою літературою.

Всі зміни сітки годин, що вносяться в робочу програму, розглядаються на засіданні циклової(предметної) комісії і затверджуються директором коледжу.

 

Орієнтовний розподіл навчального часу

За темами програми.

Номер теми Найменування розділів і тем. Кількість годин всього Кількість годин у тому числі лабораторних Кількість годин у тому числі самостій-ної роботи
  Розділ 1. Основи електродинаміки.    
Основи електростатики    
Електричне поле.  
  Розділ 2. Електричний струм в різних середовищах.    
Постійний електричний струм.
Проходження електричного струму
  крізь метали , напівпровідники,      
  електроліти, гази.      
  Розділ 3. Електромагнетизм. Змінний струм.    
Магнітні явища, магнітне поле  
  магнітні властивості речовин.      
Електромагнітна індукція
Змінний струм
  Розділ 4. Коливання і хвилі.    
Коливання в електричному контурі
Поняття про контактні,  
  термоелектричні та емісійні явища.      
  Всього

 

 

Тематичний виклад змісту навчальної дисципліни.

Розділ 1. Основи електростатики.

Електричний заряд. Закон Кулона. Напруженість. Електрична робота по переміщенню заряду. Електричне поле. Потенціал. Напруга . Конденсатори. З′єднання конденсаторів. Енергія конденсаторів.

Самостійна робота.Закон збереження заряду. Теорема Остроградського -Гауса. Поверхневий заряд. Енергія системи зарядів.

Основні знання :

Формулювати:

способи електризації. Закон Кулона. Закон збереження заряду. Фізичний зміст і формули для визначення напруженості, потенціалу і напруги.

Визначення електричного поля, його властивостей. Суть явища поляризації діелектрика. Фізичний зміст поняття «електроємність». Формули для визначення ємності провідника, конденсатора і батареї конденсаторів; енергії конденсатора. Будова і призначення конденсатора.

Основні вміння:

Розрахунок напруженості, потенціалу, напруги, роботи електричного поля. Зображати графічно електричні поля заряджених тіл. Пояснювати, від чого залежить електроємність конденсатора. Розв′язувати задачі на: застосування електричного поля, електричної ємності, енергії електричного поля.

 

Розділ 2. Електричний струм в різних середовищах.

Сила струму. Опір . Паралельне і послідовне з′єднання провідників. Робота електричного струму. Проходження електричного струму крізь метали, напівпровідники, електроліти, гази. Електричний струм у різних середовищах.

Самостійна робота.Густина струму. Надпровідність. Обчислення еквівалентного опору.

Основні знання

Формулювати: природа електричного струму в металах. Визначення і формули сили і густини струму. Визначення постійного струму.

Призначення джерел електричної енергії. Закон Ома для дільниці кола без е.р.с. Фізичний зміст е.р.с. Закон Ома для замкнутого кола з однією та декількома е.р.с. Правила і їхній математичний вираз для послідовного і паралельного з′єднання споживачів. визначення явищ: електричної дисоціації; електролізу. Перший , другий і об′єднанний закони Фарадея для електролізу. Види носіїв зарядів іонізованого газу. Залежність сили струму від напруги. Типи розрядів при атмосферному тиску. Природа катодних променів. Поняття про плазму. Будова і призначення діода, тріода

Основні вміння

Збирати найпростіше електричне коло. Користуватись реостатом.

Дослідним шляхом визначити опір провідника, е.р.с. і внутрішній опір джерела. Визначати вид з′єднаннь споживачів енергії електричних кіл. З′єднувати джерела електричної енергії послідовно і паралельно. Практично визначати електрохімічний еквівалент міді. Розв′язувати задачі, використовуючи закони Фарадея. Пояснювати провідність газу;світіння газу в рекламних трубках; принцип роботи вакуумних діода і тріода, електронно - променевої трубки, застосування у комп′ютері. Пояснювання принципу роботи напівпровідникових діодів і тріодів.

 

Розділ 3. Електромагнетизм. Змінний струм.

Магнітне поле. Напруженість вектор магнітної індукції. Закон Ампера. Сила Лоренца. Магнітні властивості речовин. Явища електромагнітної індукції. Самоіндукція. Індуктивність. Енергія магнітного поля. Змінний струм. Індуктивність і ємність у колі змінного струму. Закон Ома для кола змінного струму.

Самостійна робота. Взаємодія струмів. Досліди Фарадея. Вихрове електричне поле. Магнітне потокозчеплення. Зв′язок вихрового електричного поля з магнітним. Вихрові струми , електрорушійна сила. Діюче значення е.р.с., напруга. Електричний резонанс..

Основні знання.

Визначення магнітного поля, його властивості. Правило правого гвинта.

Взаємодія полюсів магніту. Формула взаємодії паралельних струмів.

Правило лівої руки. Вираз сили Ампера. Вираз роботи сил магнітного потоку. Визначення електромагнітної індукції. Визначення і фізичний зміст індуктивності. Формула е.р.с. індукції. Закон Ленца. Гіпотеза Максвелла. Фізична суть явища самоіндукції. Формули: е.р.с. самоіндукції; енергії магнітного поля Визначення змінного струму, його основні параметри.

Один із способів одержання змінного струму – за допомогою індукційного генератора. Принцип дії трансформатора, галузі його застосування.

Успіхи і перспективи розвитку енергетики.

Основні вміння

Графічно зображати магнітні поля.Пояснювати фізичну природу

феромагнетиків. Розв′язувати задачі на розрахунок сили Ампера, магнітного моменту , сили Лоренца, роботи при переміщенні провідника з струмом у магнітному полі. Пояснювати явище електромагнітної індукції.

Використовувати закон Ленца для визначення напрямку- Розв′язувати задачі на визначення емісійного, індуктивного та повного опору кола змінного струму.

 

Розділ 4. Коливання і хвилі.

Електромагнітні коливання. Формули Томсона. Принцип радіозв′язку. Радіолокація. Поняття про контактні термоелектричні явища. Поняття про контактні емісійні явища.

Самостійна робота.

Гармонічні коливання. Амплітуда, модуляція. Принцип дії осцилографа. Електромагнітне випромінювання.

Основні знання.

Схема закритого коливального контуру й основні енергетичні процеси, що відбуваються в ньому. Формула Томсона. Постулати Максвелла. Визначення електромагнітного поля й електромагнітної хвилі .Властивості електромагнітних хвиль. Будова і принцип дії найпростішого детекторного радіоприймача. Фізична сутність модуляції, детектування, підсилення. фізична суть явищ термоелектричних та емісійних.

Умови та використання контактних приладів.

Основні вміння.

Аналізувати формулу періоду і частоти власних коливань в контурі.Зображати графічно електромагнітну хвилю. Пояснювати фізичні процеси, що відбуваються в радіоприймальних і радіо передавальних пристроях.

Розв′язувати задачі на визначення частоти і періоду електромагнітних коливань і швидкість електромагнітних хвиль, визначення залежності між довжиною хвилі і частотою електромагнітних коливань. Пояснювати принцип дії контактних приладів.Пояснювати фізичні процеси, термоелектричних та емісійних явищ.

 

ОСНОВИ ЕЛЕКТРОДИНАМІКИ

Електродинаміка - розділ фізики, у якому вивчають електричні і магнітні явища. Основу цих явищ складають електромагнітні взаємодії, здійснювані за допомогою електромагнітного полючи, що грають винятково важливу роль у природі і техніку. Електричне і магнітне полючи - дві складові єдиного електромагнітного полючи.

 

Електростатика

 

Електростатика - розділ електродинаміки, у якому вивчають властивості і взаємодії нерухомих (щодо даної инерциальной системи відліку) заряджених часток і тел.

При проробленні цього розділу потрібно згадати такі поняття як електричний заряд, елементарний електричний заряд, крапковий заряд, спробний заряд, електризація тіл, електричне поле.

 

Електричний заряд (основні величини, співвідношення, закони)

 

1) У природі існують два роди електричних зарядів. Носієм елементарного позитивного електричного заряду є протон, носієм негативного електричного заряду є електрон.

Елементарний заряд:

е = ± 1,6·10-19 Кл.

Одиниця виміру електричного заряду Кулон (Кл), 1 Кл = 1А 1с. 1Ампер - основна одиниця системи СИ, це одиниця зміни струму.

2) Електричний заряд дискретний, тобто будь-який заряд складається з цілого числа елементарних зарядів:

q = Zе, де

Z - ціле число, рівне кількості елементарних електричних зарядів, що складають даний заряд.

3) σ - поверхнева щільність заряду визначається кількістю електричних зарядів, що приходяться на одиницю площі поверхні провідника:

σ = q/S, де

S - площа поверхні провідника.

Одиниця виміру 1 Кл/м2

4) Закон збереження електричного заряду.

В ізольованій системі тіл алгебраїчна сума зарядів залишається постійної:

q1 + q2 + ... + qn = const.

5) Закон Кулона.

Електричні заряди взаємодіють між собою за допомогою електричного полючи. Однойменні заряди відштовхуються, різнойменні притягаються. Величина сили взаємодії між зарядами визначається за законом Кулона.

Сила взаємодії між двома крапковими зарядами у вакуумі прямо пропорційна добутку цих зарядів і назад пропорційна квадрату відстані між ними:

 

 

|q1| і |q2| - абсолютні значення двох крапкових зарядів;

r - відстань між зарядами;

k = 1/4εε 0 - коефіцієнт пропорційності в системі СИ, чисельно рівний 9·109 Нм2/Кл2,

ε 0 - діелектрична постійна, рівна 8,85·10-12 Ф/м,

ε - відносна діелектрична проникність середовища, що показує в скількох разів сила взаємодії між зарядами у вакуумі більше, ніж у даному середовищі.

Сила кулонівського взаємодії спрямована уздовж прямої, що з'єднує дані заряди, тому називається центральної.

6) Для визначення сили взаємодії між системою крапкових зарядів потрібно скористатися принципом незалежності дії сил. Відповідно до цього принципу, визначають силу взаємодії між даним зарядом і кожним зарядом системи окремо так, начебто інших зарядів немає за законом Кулона, а потім знаходять векторну суму всіх сил, що діють на даний заряд:

F0 = F1 + F2 +.. +Fn

 

 

Електричне поле (основні величини, що характеризують поле, формули, співвідношення)

 

1) E - напруженість електричного поля, величина векторна, є силовою характеристикою полючи в даній крапці, визначається силою, що діє на заряд у даній крапці полючи:

 

qo - величина спробного заряду.

Якщо напруженість у всіх крапках полючи однакова, поле називається однорідним.

Напруженість полючи, створюваного крапковим зарядом (q), можна визначити по формулі:

E = kq/r2, де

r - відстань між зарядом і даною крапкою полючи.

Якщо поле створюється системою крапкових зарядів, напруженість полючи в даній крапці можна визначити за принципом незалежності дії полів. Відповідно до цього принципу, напруженість полючи в даній крапці буде дорівнює векторній сумі напруженості, створюваних кожним зарядом окремо , тобто:

 

Сила, що діє на заряд з боку електричного полючи, буде дорівнює:

F = Eq.

2) φ - потенціал даної крапки полючи, величина скалярна, є енергетичною характеристикою полючи в даній крапці, визначається величиною роботи, яку потрібно зробити по переміщенню одиничного позитивного заряду з нескінченності в дану крапку чи полючи відношенням потенційної енергії заряду в даній крапці полючи до величини цього заряду:

φ= А/qo чи φ = Wn/qo.

Одиниця виміру потенціалу 1Вольтів (U), рівна 1 В = 1 Дж/Кл

3) Робота з переміщення заряду в електричному полі дорівнює зміні потенційної енергії цього заряду:

А = - (Wn2 - Wn1) = qo(φ1 - φ2), де

(φ1 - φ2) = U - різниця чи потенціалів напруга. Отже,

А = q.

4) В однорідному електричному полі зв'язок напруженості з різницею потенціалів виражається наступним співвідношенням:

U = Ed, де

d - відстань між крапками полючи,

U - різниця чи потенціалів напруга між цими крапками.

 

1.2 Електроємність. Конденсатори. (Основні поняття, формули, співвідношення)

 

1) Електроємність (С) - величина, що характеризує властивості даного провідника, що залежить від форми, розмірів і діелектричної проникності середовища.

На практиці використовується не відокремлений провідник, а система двох чи декількох провідників, розділених діелектриком. Така система провідників називається конденсатором.

2) Електроємністю конденсатора називається величина, чисельно рівна відношенню заряду конденсатора до різниці потенціалів між його обкладками:

С = q/U, де

q - заряд конденсатора, значення заряду на одній з його обкладок;

U - різниця потенціалів між обкладками.

Одиниця виміру ємності 1 Фарада (Ф), 1Ф = Кл/В.

Конденсатори розрізняють:

постійної і перемінної ємності;

за формою пластин - плоскі, сферичні, циліндричні;

по роду діелектрика - повітряні, паперові, слюдяні й ін.

3) Електроємність плоского конденсатора визначається по формулі:

С = ε 0εS/d, де

S - площа пластин,

d - відстань між пластинами,

ε - діелектрична проникність середовища,

ε0 - електрична постійна, рівна 8,85·10-12 ф/м,

4) Енергія електричного полючи між обкладками плоского конденсатора визначається по формулі

W = Е 2 Sd/2, де

Е - напруженість полючи між обкладками конденсатора.

Енергію електричного полючи можна також визначити за допомогою наступних виражень:

 

5) Конденсатори можна з'єднувати послідовно і паралельно.

Послідовне з'єднання конденсаторів:

 

 

Заряд батареї послідовно з'єднаних конденсаторів дорівнює заряду на одному з них, напруга на батареї конденсаторів дорівнює сумі напруг на кожнім; загальна ємність визначається по формулі:

1\С0 =1\С1 +1\С2 … +1\Сn

Рівнобіжне з'єднання конденсаторів:

 

 

Заряд батареї паралельно з'єднаних конденсаторів дорівнює сумі зарядів на кожнім; напруга на батареї дорівнює напрузі на одному з них; загальна ємність визначається по формулі:

С = С1 + С2 + С3.

Основи електростатики.

 

1.3. Теми для самостійної роботи:

Закон збереження заряду. Теорема Остроградського -Гауса. Поверхневий заряд. Енергія системи зарядів.

План .

1.Закон збереження заряду. Теорема Остроградського-Гауса

2. Потік електричної індукції.

3. Висновок теореми Остроградського-Гауса.

4. Застосування теореми Гауса.

- Поле безупинне розподілених зарядів. Поверхневий заряд.

- Напруженість полючи рівномірно зарядженої нескінченної площини.

- Поле двох рівнобіжних площин Енергія системи зарядів.

 

Питання для самоперевірки.

 

1.Сформулюйте закон збереження заряду.

2.З якою метою уводиться вектор електричної індукції, його сутність?

3.Висновок теореми Остроградського - Гауса.

4.Какое електричне поле є рівномірне зарядженої сферичної поверхні?

5.Як визначити поверхневу щільність заряду рівномірно зарядженої нескінченної площини ?

6. Як визначити напруженість полю ?

 

1.6. Рішення задач по електростатиці

 

1) Зробіть схематичний чи малюнок креслення, на якому укажіть усі сили, що діють на даний заряд.

2) Якщо даний заряд знаходиться в поле декількох крапкових зарядів, потрібно скористатися принципом незалежності дії полів.

3) У випадку, коли заряд чи спочиває рухається чи рівномірно прискорено , прийоми рішення задач такі ж як у механіку.

4) Якщо при взаємодії заряджених тіл між ними відбувається перерозподіл зарядів, до складених рівнянь додають рівняння закону збереження заряду.

5) Коли встановлений тип з'єднання конденсаторів і ясно, як знайти їхню загальну ємність, подальший розрахунок зведеться до того, щоб визначити зв'язок між зарядами і напругами на конденсаторах і виразити через них ємності конденсаторів.

6) При рішенні задач електростатики і відповідях на якісні питання корисно мати на увазі наступне.

1. Позитивні електричні заряди, надані самим собі, рухаються в електричному полі від крапок з великим потенціалом до крапок з меншим потенціалом. Негативні заряди переміщаються в зворотному напрямку.

2. Напруженість полючи усередині статично зарядженого провідника дорівнює нулю.

3. Потенціал Землі і всіх тіл, з'єднаних провідником із Землею, приймається рівним нулю.

4. Робота сил електростатичного полючи по будь-якому замкнутому контурі дорівнює нулю.

 

Приклади рішення задач

 

Задача №1.

Дві кульки, розташовані на відстані 10см друг від друга, мають однакові негативні заряди і взаємодіють із силою 0,23мН. Знайдіть число "надлишкових" електронів на кожній кульці.

Дане: Рішення:

r = 10 см 0,1 м Електричний заряд дискретний, тобто q = Ze,

F = 0,23 мН 2,3·10-4 Н де е = 1,6·10-19 Кл - заряд електрона, а Z -

число електронів. Кульки можна вважати

Z = ? крапковими тілами, тому силу взаємодії між ними у вакуумі визначимо за законом Кулона: F = kq2/r2.

Зробивши підстановку, одержимо:

F = k(Ze)2/r2,

відкіля випливає:

Z = r/e √F/k.

Зробимо обчислення:

Z = 0,1/1,6·10-19 2,3·10-4/9·109 = 1·1011. Відповідь: 1·1011.

 

Задача №2.

Земля - електрична заряджене космічне тіло. Заряд Землі негативний. Знаючи, що напруженість електростатичного полючи Землі на її поверхні дорівнює 130 Н/Кл і приймаючи радіус Землі рівним 6,4·106 м, визначите електричний заряд Землі і поверхневу щільність заряду.

Дане: Рішення:

Е = 130 Н/Кл Напруженість полючи, створюваного зарядженим

R = 6,4·106 м тілом сферичної форми, визначається так само, як

для крапкового заряду. При цьому вважається, що весь

q = ? заряд тіла зосереджений у центрі цього тіла:

σ = ? Е = kq/R2, відкіля q = ER2/k. Поверхнева щільність заряду по визначенню дорівнює:

σ = q/S, де

S - площа сферичної поверхні, рівна

S = 4πR2.

Зробимо обчислення:

q = 130·40,96·1011 \9·109 = 5.9·109(Кл)

σ = 5.9·105\ 4π(6.4 ·106)2= 1.1·10-9(Кл\м2)

Відповідь: 5.9·109(Кл), 1.1·10-9(Кл\м2)

 

 

Задача №3.

Діелектриком у конденсаторі служить пропарафинирований папір товщиною 0,15мм, пробивна напруга якої 15 кВ/мм. Яке максимально допустиме напруження можна подати на конденсатор, якщо запас міцності дорівнює 2,25?

Дане: Рішення:

d1 = 0,15 мм 1,5·10-4 м Запас міцності визначається

Uпр/d = 15 кВ/мм 1,5·107 В/м відношенням граничного

k = 2,25 напруги, при якому відбувається

пробій діелектрика до припустимого,

Uдоп = ? при який можлива нормальна робота конденсатора, тобто

k = Uпр/Uдоп.

Для даного конденсатора пробивна напруга дорівнює:

Uпр = (Uпр/d)d1. Отже,

Uдоп =(Uпр/d)d1\к.

Зробимо обчислення:

Uдоп = 1.5·107·1.5·10-4\2.25=1000(В)

Відповідь: 1000(В)

Задача №4.

На відстані 3м друг від друга розташовані два крапкових негативних заряди q1 = - 9 нКл і q2 = - 36 нКл. Коли в деякій крапці помістили заряд q0, те всі три заряди виявилися в рівновазі. Знайдіть відстань між зарядами q1 і q2 .

Дане: Рішення:

r = 3 м

q1 = - 9 нКл - 9·10-9 Кл

q2 = - 36 нКл - 36·10-9 Кл

 

r01 = ?

Усі заряди знаходяться в спокої. Отже, заряд q0 повинний бути позитивним і знаходитися між даними зарядами на одній прямій. Як відомо, тіло знаходиться в спокої, якщо дія усіх сил скомпенсовано.

Умова рівноваги заряду q0 буде наступним:

F01+ F02 = 0

F01 - сила притягання, що діє на заряд q0 з боку заряду q1,

F02 - сила притягання, що діє на заряд q0 з боку заряду q2.

У скалярній формі рівняння буде наступним:

F01 – F02 = 0 чи F01 = F02.

Сили F01 і F02 визначимо за законом Кулона, використовуючи принцип суперпозиції, по якому кожну силу можна визначити незалежно від дії інших сил.

F01 = kq0q1\r012 і F02 =kq0q2\(r – r01)2

Дорівнявши ці сили, одержимо:

kq0q1\r012 = kq0q2\(r – r01)2

Проведемо скорочення і перетворимо це рівняння відносно r01:

(q2 – q1)r012 + 2rq 1r01 – q 1r2 = 0.

Для простоти рішення обчислимо попередньо коефіцієнти при r01 в отриманому квадратному рівнянні і після наступного скорочення одержимо рівняння:

r012 + 2r01 - 3 = 0.

Відкинемо негативне значення кореня, тому що якщо заряд q0 буде розташований ліворуч від заряду q1, рівноваги зарядів не буде.

Отже, r01 = 1м.

Відповідь: r01 = 1м.

 

Задача №5.

При розрядці батареї, що складає з 20 паралельно включених однакових конденсаторів, виділилося 10 Дж тепла. Ємність кожного конденсатора 4 мкф. Визначите, до якої різниці потенціалів були заряджені конденсатори.

Дане: Рішення:

n = 20 При рівнобіжному з'єднанні n - го кількості

Q = 10 Дж однакових конденсаторів загальна ємність дорівнює:

С1 = 4 мкф 4·10-6 ф С = n1 . Кількість теплоти, що буде

віддано в навколишнє середовище при розрядці батареї,

U = ? дорівнює енергії електричного полючи

Q = З U2/2 = n 1U2/2, відкіля

U = √2Q/NС1.

Зробимо обчислення:

U = √2·10/20 4·10-6 = 500(В).

Відповідь: 500(В).

 

Задача №6.

Визначите поверхневу щільність заряду на пластинах плоского конденсатора, якщо відомо, що електрон, не мав початковій швидкості, пройшовши шлях від однієї пластини до іншої, здобуває швидкість 109м/с. Відстань між пластинами 3 см.

Дане: Рішення:

Vo = 0

V = 1·109 см/с 1·107 м/с

d = 3 см 0,03 м

е = 1,6·10-19 Кл

 

σ= ?

По визначенню σ = q/S, де S - площа пластини конденсатора.

Заряд на обкладці конденсатора дорівнює q = СU, а ємність конденсатора: С = εε 0S/d.

Напруга між обкладками конденсатора визначимо, знаючи роботу, що робить електричне поле для того, щоб повідомити електрону кінетичну енергію. За законом збереження енергії маємо:

mv2/2 = eU, де

m = 9,1·10-31 кг - маса електрона,

е = 1,6·10-19 Кл - заряд електрона.

Зробивши підстановку, одержимо:

σ = ε 0mv²/2de.

Зробимо обчислення:

σ = 8,85·10-12·9,1·10 -311·1014/2·0,03·1,6·10-19 = 8,4·10-8 (Кл/м2)

Відповідь: 8,4·10-8 (Кл/м2)

Задача №7.

Визначите кількість електричної енергії, що перейшла в тепло при з'єднанні конденсаторів ємністю 2 мкФ і 0,5 мкФ, заряджених до напруги

100 В и 50 В відповідно, однойменно зарядженими пластинами.

Дане: Рішення:

С1 = 2 мкФ 2·10-6 Ф При з'єднанні конденсаторів у батарею

С2 = 0,5 мкФ 5·10-6 Ф змінюється їхня загальна ємність, а значить і

енергія.

U1 = 100 В За законом збереження енергії маємо:

U2 = 50 В Q = E1 – E2, де Е1 - енергія конденсаторів до

з'єднання, Е2 - енергія конденсаторів після їх

Q = ? з'єднання в батарею.

Е1 = С 1U 12/2 + С 2 U 22/2 і Е2 = (С1 + С2) U2/2.

При рівнобіжному з'єднанні конденсаторів заряд батареї дорівнює сумі зарядів на обкладках конденсаторів, тому загальна напруга U буде дорівнює:

U = (q1 + q2) / (C1 + C2), де

q 1 = C 1U 1 - заряд на пластинах першого конденсатора,

q 2 = C 2U 2 - заряд на пластинах другого конденсатора.

Зробивши підстановку і деякі перетворення, одержимо:

Q = (C 1U 12 + C 2U22) /2 - (C 1U 1 + C 2U2)2/2 (C1 + C2).

Усі величини виражені в одній системі одиниць, формула у відношенні розмірності має простий вид, тому при обчисленні використовуємо тільки числові значення величин:

 

Q = (2·10-6·1·104 + 0.25·10-6·2.5·103 )\2 - (2·10-6 ·100 + 0.5·10-6·50)\2(2·10-6+0.5· 10-6) =5·10-4(Дж)

Відповідь: 5·10-4(Дж)

 

Струм у газах

1) Струм у газах називається газовим розрядом.

 

2) Носіями електричних зарядів у газах є електрони і позитивні і негативні іони.

3) Розрізняють несамостійну і самостійну провідність газів.

При несамостійній провідності газу генерація вільних електричних зарядів відбувається за рахунок дії іонізатора.

При постійній дії іонізатора і постійному підвищенні напруги між обкладками конденсатора сила токи буде збільшуватися прямо пропорційно напрузі за законом Ома. Однак, з деякого моменту часу сила струму буде рости усе повільніше, і, нарешті, стає незмінної, незважаючи на подальше підвищення напруги. Цей струм називається струмом насичення.

Ін = Zq, де

Z - число пар заряджених часток, що утворилися під дією іонізатора,

q - заряд частки.

При самостійній провідності генерація вільних електричне заряджених часток викликається дією електричного полючи (ударна іонізація). За законом збереження енергії маємо:

Aи = mv²/2 ,де

Аи - робота іонізації; та енергія, яку потрібно затратити, щоб відірвати електрон від атома,

m - маса частки, що викликає іонізацію при зіткненні з атомом,

V - швидкість частки.

Кінетичну енергію заряджена частка здобуває в електричному полі, пробігаючи відстань, рівна довжині вільного пробігу. Довжина вільного пробігу частки ця відстань, що пролітає частка без зіткнень. Отже:

mV2/2=qUλ/d

 

 

2.9 Теми для самостійної роботи:

Густина струму. Надпровідність. Обчислення еквівалентного опору.

 

План

1. Сила струму і щільність струму в провіднику.

2. Відкриття надпровідності Камерлінґ - Онесом

3. Властивості надпровідників

4. Теорії надпровідності

5.Еквівалентний опір.

 

Подальший розвиток

Після відкриття Камерлінґ-Оннеса надпровідність було встановлено в інших матеріалах та сплавах. Важливим наріжним каменем в дослідженні властивостей надпровідників було відкриття ідеального діамагнетизму надпровідників (або виштовхування зовнішнього магнітного поля з надпровідника), відомого як ефект Мейснера-Оксенфельда в 1933 році. В 1935 році брати Фріц та Хайнц Лондони запропонували першу теорію надпровідності, яка хочай була повністю феноменологічною, проте пояснювала ефект Мейснера-Оксенфельда. Наступним кроком була запропонована в 1950 році Гінзбургом та Ландау Лев Давидович нова феноменологічна теорія, яка вперше враховувала квантовомеханічну природу явища. В межах цієї теорії Олексієм Абрикосовим в 1957 році було передбачено існування надпровідників II роду. В тому ж році Бардін, Купер та Шрифер опублікували роботу, в якій дали мікроскопічне пояснення явища надпровідності, яке одержало назву Теорії Бардіна-Купера-Шрифера.

Властивості надпровідників

Надпровідність характеризується абсолютним діамагнетизмом. У магнітному полі в надпровідному матеріалі виникають такі струми, магнітне поле яких повністю компенсує зовнішнє магнітне поле, тобто магнітне поле виштовхується із надпровідника. Завдяки цій властості виникає явище, яке отримало назву гріб Магомета - левітація магніта над надпровідником (або надпровідника над магнітом). Сильне магнітне поле руйнує надпровідсть. Проте надпровідники розрізняються за своєю поведінкою у відносно сильних магнітних полях, у залежності від поверхневої енергії границі розділу надпровідної й нормальної фаз. У надпровідників I роду ця поверхнева енергія додатня, й надпровідність руйнується, якщо поле перевищує певний рівень, який називається критичним магнітним полем. У надповідників II роду поверхнева енергія границі руйнується повністю. Надпровідники другого роду використовуються для створення надпровідних електромагнітів.розділу нормальної та надпровідної фаз від'ємна, тож магнітне поле, коли його напруженість перевищує певне значення (воно називається першим критичним полем), починає проникати в надпровідник поступово в певних місцях, навколо яких утворюються вихрові струми (див. Абрикосівський вихор). Якщо збільшувати магнітне поле далі, то нормальних областей стає дедалі більше, й при критичному полі надпровідність

Теорії надпровідності

Явище надпровідності — макроскопічне (видиме) проявлення квантової природи речовини: атомів та електронів. Відомо, що електрони в атомі можуть перебувати тільки в певних станах, яким відповідають дискретне значення енергії. Таким чином атом може поглинати і випромінювати енергію певними порціями — квантами. Однак, якщо ми перейти до макроскопічного тіла, де концентрація електронів перевищує 1022 см-3, то квантовий характер зміни енергії кожного електрону «змазується» великою кількістю таких електронів, що поглинають або випромінюють енергію, і ми бачимо суцільний спектр поглинання або випромінювання енергії ма

© 2013 wikipage.com.ua - Дякуємо за посилання на wikipage.com.ua | Контакти