Задачи для аудиторных занятий. 1. На расстоянии r1 = 4 см от бесконечной длинной заряженной нити находится точечный

1. На расстоянии r₁ = 4 см от бесконечной длинной заряженной нити находится точечный заряд q = - 0,66 нКл. Под действием поля заряд приближается к нити до расстояния r₂ = 2 см; при этом совершается работа А = 5 мкДж. Найти линейную плотность заряда на нити.

Ответ: τ = 0,6 мкКл/м.

2. Разность потенциалов между катодом и анодом электронной лампы U = 90 В, расстояние r = 1мм. С каким ускорением а движется электрон от катода к аноду? Какова скорость v электрона в момент удара об анод? За какое время t электрон пролетает расстояние от катода до анода? Поле считать однородным.

Ответ: а = 1,58·10¹⁶ м/с²; v = 5,63 Мм/с; t = 0,356 нс.

3. Электрон движется в плоском горизонтально расположенном конденсаторе параллельно его пластинам со скоростью v₀ = 3,6·10⁷ м/с. Напряженность поля внутри конденсатора Е = 3,7 кВ/м; длина пластин конденсатора = 20 см. На какое расстояние сместится электрон в вертикальном направлении под действием электрического поля за время его движения в конденсаторе?

Ответ: Δy = 1 см.

4. На отрезке прямого провода равномерно распределен заряд с линейной плотностью τ = 1 мкКл/м. Определить работу А сил поля по перемещению заряда q = 1 нКл из точки В в точку С (рис.2.5).

Рис.2.5

Ответ: А = 2,62 мкДж.

5. Найти ёмкость земного шара. Радиус земного шара принять равным 6400· 10³ м. Каким станет потенциал земного шара, если ему сообщить заряд q = 1 Кл?

Ответ: С = 711 мкФ, φ = 1400 В.

6. Заряженные шары, первый радиусом R₁ = 0,05 м и второй радиусом R₂ = 0,15 м, соединили металлической проволокой. При этом с первого шара на второй перешел заряд ∆q = 5 нКл. После их разъединения потенциал первого шара оказался равным φ = 2000 В. Найти потенциалы шаров до их соединения.

Ответ: φ₁ = 2900 В, φ₂ = 1700 В.

7. Площадь пластин плоского воздушного конденсатора S = 8ּ10^-3 м² и расстояние между ними d = 5 мм. Напряженность поля между обкладками конденсатора Е = 6·10⁴ В/м. После отключения конденсатора от источника напряжения пластины раздвигают. При этом разность потенциалов между пластинами увеличивается в два раза. Найти емкость конденсатора, разность потенциалов между пластинами и поверхностную плотность зарядов на пластинах до и после их раздвижения.

Ответ: С₁ = 14,2 пФ, С₂ = 7,1 пФ, U₁ = 300 В, U₂ = 600 В, σ₁ = σ₂ = 0,53 мкКл/м².

8. Два конденсатора емкостью С₁ = 3·10^-6 Ф и С₂ = 6·10^-6 Ф соединены между собой и присоединены к батарее с ЭДС ε = 120 В. Определить заряд каждого конденсатора и разность потенциалов между его обкладками, если конденсаторы соединены: 1) параллельно, 2) последовательно.

Ответ: 1) U₁ = U₂ = 120 В, q₁ = 0,36 мКл, q₂ = 0,72 мКл;

2) U₁ = 80 В, U₂ = 40 В, q₁ = q₂ = 0,24 мКл.

9. Плоский воздушный конденсатор с расстоянием между пластинами d₁ = 4·10^-4 м заряжен до разности потенциалов U = 2000 В. Не отключая конденсатор от источника напряжения, раздвигают его пластины до расстояния d₂ = 6·10^-3 м. Найти изменение объемной плотности энергии конденсатора.

Ответ: Δw = - 0,61 Дж/м³.

10. Металлический шар, погруженный в керосин (ε = 2), имеет потенциал φ = 4,5 кВ и поверхностную плотность заряда σ= 11 мкКл/м². Найти энергию шара.

Ответ: W = 65 мкДж.

11. Сила притяжения между пластинами плоского воздушного конденсатора F = 50 мН. Площадь каждой пластины S = 200 см². Найти объемную плотность энергии w поля конденсатора.

Ответ: w = 5 Дж/м³.

12. Пространство между пластинами плоского конденсатора заполнено парафином (ε = 2). Площадь пластин S = 40·10^-4 м², расстояние между пластинами d = 2·10^-3 м. Напряженность поля в конденсаторе E = 32·10³ В/м. Не отключая конденсатор от источника напряжения, из него вынимают диэлектрик. На сколько изменится энергия конденсатора?

Ответ: ΔW = - 36 нДж.

Домашнее задание

1. Электрическое поле образовано положительно заряженной бесконечно длинной нитью. Двигаясь под действием этого поля от точки, находящейся на расстоянии r₁ = 10^-2 м от нити, до точки r₂ = 2·10^-2 м, a-частица изменила свою скорость от v₁ = 2·10⁵ м/с до v₂ = 3·10⁶ м/с. Найти линейную плотность заряда нити.

2. Электрическое поле образовано положительно заряженной бесконечной нитью с линейной плотностью заряда τ = 2·10^-7 Кл/м. Какую скорость получит электрон под действием поля , приблизившись к нити с расстояния r₁ = 10^-2 м до расстояния r₂ = 5·10^-3 м?

3. На расстоянии r₁ = 6·10^-2 м от бесконечно длинной заряженной нити с линейной плотностью τ = 10^-6 Кл/м находится точечный заряд q = -10^-9 Кл. Под действием поля заряд перемещается до расстояния r₂ = 3·10^-2 м. Найти совершаемую при этом работу.

4. Около заряженной, бесконечно протяженной плоскости с поверхностной плотностью σ = 10^-6 Кл/м² находится точечный заряд q = 10^-9 Кл. Под действием поля заряд перемещается по силовой линии на Δr = 3·10^-2 м. Найти совершаемую при этом работу.

5. Около заряженной, бесконечно протяженной плоскости с поверхностной плотностью σ = 2·10^-6 Кл/м² находится точечный заряд q = 2·10^-9 Кл. Под действием поля заряд перемещается по силовой линии и изменяет скорость от v₁ = 2·10⁵ м/с до v₂ = 2·10⁶ м/с. Найти расстояние, на которое переместился заряд.

6. Около бесконечно протяженной плоскости с поверхностной плотностью σ = 2·10^-6 Кл/м² находится точечный заряд. Под действием поля заряд перемещается по силовой линии на Δr = 2·10^-2 м. При этом совершается работа A = 4·10^-7 Дж. Найти величину заряда.

7. Около заряженной бесконечно протяженной плоскости находится протон. Под действием поля он перемещается по силовой линии на расстояние Δr = 2·10^-2 м и изменяет скорость от v₁ = 10⁷ м/с до v₂ = 10⁸ м/с. Найти поверхностную плотность заряда на плоскости σ.

8. Определить работу A_1,2 сил поля по перемещению заряда q = 1 мкКл из точки

Рис.2.6

1 в точку 2 поля, созданного заряженным проводящим шаром (рис.2.6). Потенциал φ шара равен 1 кВ.

9. Бесконечная прямая нить несет равномерно распределенный заряд (τ = 0,1 мкКл/м). Определить работу А_1,2 сил поля по перемещению заряда q = 50 нКл из точки 1 в точку 2 (рис.2.7).

Рис.2.7

Рис.2.6

10. Из точки 1 на поверхности бесконечно длинного отрицательно заряженного цилиндра (τ =20 нКл/м) вылетает электрон (v₀ = 0). Определить кинетическую энергию W_к электрона в точке 2, находящейся на расстоянии 9R от поверхности цилиндра, где R – его радиус (рис.2.8).

11. Расстояние между пластинами плоского конденсатора d = 4 см. Электрон начинает двигаться от отрицательной пластины в тот момент, когда от положительной пластины начинает двигаться протон. На каком расстоянии от положительной пластины встретятся протон и электрон?

	Рис.2.8		Рис.2.9

12. Расстояние между пластинами плоского конденсатора d = 1 см. От одной из пластин одновременно начинают двигаться протон и α-частица. Какое расстояние S пройдет α-частица за то время, в течение которого протон пройдет весь путь от одной пластины до другой?

13. Электрическое поле образовано двумя параллельными пластинами, находящимися на расстоянии d = 2 см друг от друга. К пластинам приложена разность потенциалов U = 120 В. Какую скорость получит электрон под действием поля, пройдя по линии напряженности расстояние Δr = 3 мм?

14. Электрон в однородном электрическом поле получает ускорение а = 10¹² м/с². Найти напряженность электрического поля E, скорость v, которую получит электрон за время t = 1 мкс своего движения, работу сил электрического поля А за это время и разность потенциалов U, пройденную при этом электроном. Начальная скорость электрона равна нулю.

15. Бесконечная плоскость заряжена отрицательно с поверхностной плотностью σ = 35,4 нКл/м². По направлению силовой линии поля, созданного плоскостью, летит электрон. Определить минимальное расстояние l_min, на которое может подойти к плоскости электрон, если на расстоянии l₀ = 5 см он имел кинетическую энергию W_к = 80 эВ.

16. Электрон, летевший горизонтально со скоростью v₀ = 1,6 Мм/с, влетел в однородное электрическое поле с напряженностью Е = 90 В/см, направленное вертикально вверх. Какова будет по абсолютному значению и направлению скорость v электрона через 1 нс?

17. Вдоль силовой линии однородного электрического поля движется протон. В точке поля с потенциалом φ₁ = 100 В протон имел скорость v₁ = 0,1 Мм/с. Определить потенциал φ₂ точки поля, в которой скорость протона возрастает в n = 2 раза. Отношение заряда протона к его массе е/m = 96 МКл/кг.

18. В однородное электрическое поле напряженностью Е = 1 кВ/м влетает вдоль силовой линии электрон со скоростью v₀ = 1 Мм/с. Определить расстояние l, пройденное электроном до точки, в которой его скорость v₁ будет равна половине начальной.

19. Какой минимальной скоростью v_min должен обладать протон, чтобы он мог достигнуть поверхности заряженного до потенциала φ = 400 В металлического шара (рис. 2.9)?

20. Электрон движется вдоль силовой линии однородного электрического поля. В некоторой точке поля с потенциалом φ₁ = 100 В электрон имел скорость v₁ = 6 Мм/с. Определить потенциал φ₂ точки поля, в которой скорость v₂ электрона будет равна 0,5v₁.

21. Электрон влетел в пространство между пластинами плоского конденсатора со скоростью v = 10 Мм/с, направленной параллельно пластинам. На сколько приблизится электрон к положительно заряженной пластине за время движения внутри конденсатора (поле считать однородным), если расстояние между пластинами d = 16 мм, разность потенциалов U = 30 В и длина пластин l = 6 см?

22. Электрон влетел в плоский конденсатор, имея скорость v = 10 Мм/с, направленную параллельно пластинам. В момент вылета из конденсатора направление скорости электрона составляло угол α = 35^о с первоначальным направлением скорости. Определить разность потенциалов U между пластинами (поле считать однородным), если длина пластин l = 10 см и расстояние между ними d = 2 см.

23. Электрон влетел в плоский конденсатор, находясь на одинаковом расстоянии от каждой пластины и имея скорость v = 10 Мм/с, направленную параллельно пластинам, расстояние между которыми d = 2 см. Длина каждой пластины l = 10 см. Какую наименьшую разность потенциалов U нужно приложить к пластинам, чтобы электрон не вылетел из конденсатора?

24. Электрон влетает в плоский конденсатор параллельно пластинам, с некоторой начальной скоростью v₀ на одинаковом расстоянии от них. Разность потенциалов между пластинами U = 300 В; расстояние между пластинами d = 2 см; длина конденсатора l = 10 см. Какова должна быть предельная начальная скорость v₀ электрона, чтобы электрон не вылетел из конденсатора?

25. Электрон с некоторой скоростью влетает в плоский горизонтально расположенный конденсатор параллельно пластинам на равном расстоянии от них. Напряженность поля в конденсаторе Е = 100 В/м; расстояние между пластинами d = 4 см. Через какое время после того, как электрон влетел в конденсатор, он попадет в на одну из пластин? На каком расстоянии от начала конденсатора электрон попадет на пластину, если он ускорен разностью потенциалов U = 60 В?

26. Электрон влетает в плоский горизонтально расположенный конденсатор параллельно пластинамсо скоростью v₀ = 9 · 10⁶ м/с. Разность потенциалов между пластинами U = 100 В; расстояние между пластинами d = 1 см. Найти полное, нормальное и тангенциальное ускорение электрона через время t = 10 нс после начала его движения в конденсаторе.

27. Протон и α-частица, двигаясь с одинаковой скоростью, влетают в плоский конденсатор параллельно пластинам. Во сколько раз вертикальное смещение протона полем конденсатора будет больше смещения α-частицы?

28. Протон и α-частица, ускоренные одной и той же разностью потенциалов, влетают в плоский горизонтально расположенный конденсатор параллельно пластинам. Во сколько раз вертикальное смещение протона полем конденсатора будет больше смещения α-частицы?

29. Электрон влетает в плоский горизонтально расположенный конденсатор параллельно его пластинам со скоростью v₀ = 1 · 10⁷ м/с. Напряженность поля в конденсаторе Е = 10 кВ/м; длина конденсатора l = 5 см. Найти модуль скорости электрона при вылете его из конденсатора и угол между направлением скорости и пластинами.

30. Протон влетает в плоский горизонтально расположенный конденсатор параллельно его пластинам со скоростью v₀ = 1,2 · 10⁵ м/с. Напряженность поля внутри конденсатора Е = 3 кВ/м; длина пластин конденсатора l = 10см. Во сколько раз скорость протона при вылете из конденсатора будет больше его начальной скорости?

31. Коаксильный электрический кабель состоит из центральной жилы и концентрической цилиндрической оболочки, между которыми находится диэлектрик (ε = 3,2). Найти ёмкость единицы длины такого кабеля, если радиус жилы r =1,3 см, радиус оболочки R = 3,0 см.

32. При сообщении заряда проводящему шару ёмкостью С = 2 · 10^-12 Ф его потенциал φ становится равным 1000 В. Определить потенциал поля на расстоянии r= 0,03 м от поверхности шара.

33. Шарик, заряженный до потенциала φ = 800 В, имеет поверхностную плотность заряда σ = 8,85 · 10^-7 Кл/м². Определить электроёмкость шарика.

34. Проводящий шар наэлектризован так, что его потенциал φ₀ становится равным 2000 В. Потенциал φполя на расстоянии r = 0,04 м от поверхности шара равен 1200 В. Найти электроёмкость шара С и поверхностную плотность заряда σ.

35. На проводящий шар ёмкостью С = 1,77 · 10^-12 Ф поместили N = 2 · 10¹⁹ электронов. Определить потенциал шара φ и поверхностную плотность заряда σ.

36. Найти количество электронов N, составляющих заряд наэлектризованного шарика, если поверхностная плотность заряда σ= 3, 54 · 10^-7 Кл/м², а его электроёмкость С = 0,45 · 10^-11 Ф.

37. Масса электронов, составляющих заряд, сообщенный шарику при зарядке, m = 18,2·10^-20 кг. Шарик зарядился до потенциала φ = 700 В. Найти электроёмкость С и радиус шарика R.

38. Две концентрические металлические сферы радиусами R₁= 2 см и R₂ = 2,1 см образуют сферический конденсатор. Определить его электроемкость С, если пространство между сферами заполнено парафином (ε= 2,1).

39. Конденсатор состоит из двух концентрических сфер. Радиус R₁ внутренней сферы равен 10 см, внешней R₂ = 10,2 см . Промежуток между сферами заполнен парафином (ε = 2,1). Внутренней сфере сообщен заряд q = 5 мкКл .Определить разность потенциалов U между сферами.

40. Между пластинами плоского конденсатора, заряженного до разности потенциалов U = 600 В, находятся два слоя диэлектриков: стекла толщиной d₁ = 7 мм (ε = 7) и эбонита толщиной d₂ = 3 мм (ε= 3). Площадь Sкаждой пластины конденсатора равна 200 см² . Найти: 1) электроемкость C конденсатора; 2) смещение D, напряженностьE поля и падение потенциала Δφ в каждом слое.

41. Расстояние между пластинамиплоского конденсатора d = 1,33 м , площадь пластин S = 20 см² . В пространстве между пластинами конденсатора находятся два слоя диэлектриков: слюды толщины d₁ = 0,7 мм (ε =7) и эбонита толщиной d₂ = 0,3 мм (ε= 3). Определить электроемкость C конденсатора.

42. На пластинах плоского конденсатора равномерно распределен заряд с поверхностной плотностью σ = 0,2 мкКл/м². Расстояние между пластинами d₁ = 1мм. На сколько изменится разность потенциалов на его обкладках при увеличении расстояния между пластинами до d₂ = 3 мм ?

43. В плоский конденсатор вдвинули плитку парафина (ε = 2,1) толщиной d = 1 см, которая вплотную прилегает к его пластинам. На сколько нужно увеличить расстояние между пластинами, чтобы получить прежнюю ёмкость?

44. Электроемкость С плоского конденсатора равна 1,5 мкФ. Расстояние d между пластинами равно 5 мм. Какова будет электроемкость С конденсатора, если на нижнюю пластину положить лист эбонита (ε = 3) толщиной d₁ = 3 мм?

45. Между пластинами плоского конденсатора находится плотно прилегающая стеклянная пластинка. Конденсатор заряжен до разности потенциалов U₁= 100 В. Какова будет разность потенциалов U₂, если вытащить стеклянную пластинку (ε= 7) из конденсатора?

46. К воздушному конденсатору, заряженному до разности потенциалов U = 600 В и отключенному от источника напряжения, присоединили параллельно второй незаряженный конденсатор таких же размеров и формы, но с диэлектриком (фарфор). Определить диэлектрическую проницаемость ε фарфора, если после присоединения второго конденсатора разность потенциалов уменьшилась до U₁ = 100 В.

47. Два конденсатора электроемкостями С₁ = 3 мкФ и С₂ = 6 мкФ соединены между собой и присоединены к батарее с ЭДС = 120 В. Определить заряды q₁ и q₂ конденсаторов и разности потенциалов U₁ и U₂ между их обкладками, если конденсаторы соединены: 1) параллельно; 2) последовательно.

48. Конденсатор электроемкостью С₁ = 0,2 мкФ был заряжен до разности потенциалов U₁ = 320 В. После того как его соединили параллельно со вторым конденсатором, заряженным до разности потенциалов U₂ = 450 В, напряжение U на нем изменилось до 400 В. Вычислить ёмкость С₂ второго конденсатора.

49. Конденсатор электроемкостью С₁ = 0,6 мкФ был заряжен до разности потенциалов U₁ = 300 В и соединен со вторым конденсатором электроемкостью С₂ = 0,4 мкФ, заряженным до разности потенциалов U₂ = 150 В. Найти заряд Δq, перетекший с пластин первого конденсатора на второй.

50. Три одинаковых плоских конденсатора соединены последовательно. Электроемкость такой батареи конденсаторов С = 89 пФ. Площадь каждой пластины S = 100 см², диэлектрик – стекло (ε= 7). Какова толщина d стекла?

51. Конденсаторы соединены так, как это показано на рис.2.10. Электроемкости конденсаторов: C₁ = 0,2 мкФ; C₂ = 0,1 мкФ; С₃ = 0,3 мкФ; С₄ = 0,4 мкФ. Определить электроемкость С батареи конденсаторов.

52. Конденсаторы электроемкостями C₁ = 0,2 мкФ, C₂ = 0,6 мкФ, C₃ = 0,3 мкФ, C₄ = 0,5 мкФ соединены так, как это указано на рис.2.11. Разность потенциалов U между точками Аи Вравна 320 В. Определить разность потенциалов U_i и заряд q_i на пластинах каждого конденсатора (i= 1,2,3,4).

53. Конденсаторы электроемкостями C₁ = 10 нФ, C₂ = 40 нФ, C₃ = 2 нФ и C₄ = 30 нФ соединены так, как это показано на рис.2.12. Определить электроемкость Ссоединения конденсаторов.

54. Конденсаторы электроемкостями C₁ = 2 мкФ, C₂ = 2 мкФ, C₃ = 3 мкФ, C₄ = 1 мкФ соединены так, как указано на рис 2.13. Разность потенциалов на обкладках четвертого конденсатора U₄ = 100 В. Найти заряды и разности потенциалов на обкладках каждого конденсатора, а также общий заряд и разность потенциалов батареи конденсаторов.

55. Шар А радиусом 0,05 м имеет заряд q₁ = 7 ּ 10^-9 Кл и шар В радиусом 0,01 м имеет такой же заряд q₂ = 7 ּ 10^-9 Кл. Шары соединяют тонкой проволокой. Какой заряд переместится с одного шара на другой? Каков будет общий потенциал и заряды шаров после соединения?

56. Два проводящих заряженных шарика с радиусами R₁ = 0,015 м и R₂ = 0,06 м соединили тонкой проволокой. Общий потенциал шаров после соединения φ = 780 В. Найти потенциалы шаров φ₁ и φ₂ и заряд q₁ меньшего шара до соединения, если заряд большого шара q₂ = 6,0 ּ 10^-9Кл.

57. Потенциалы шариков радиусами R₁ = 0,03 м и R₂ = 0,06 м равны φ₁ = 6,0 ּ 10² В и φ₂ = 9,0 ּ 10² В. Шарики соединяют тонкой проволокой. Найти, какой заряд ∆q перейдет при этом с одного шарика на другой и окончательный потенциал φ шариков после соединения.

58. Два заряженных металлических шара радиусами R₁ = 0,04 м и R₂ = 0,06 м привели в соприкосновение. При этом их потенциал стал φ = 4000 В. Найти, какой заряд ∆q перешел при этом с одного шара на другой, если потенциал второго шара до соединения был равен 2000 В.

59. Два металлических шара радиусом R₁ = 0,05 м и R₂ = 0,1 м заряжены, первый до потенциала φ₁ = 600 В, а второй имеет заряд q₂ = 3 ּ 10^-8 Кл. Шарики соединяют металлической проволокой. Определить, на сколько изменятся потенциалы шаров после их соединения.

60. Определить заряд q₁ и потенциал шара φ₁ радиусом R₁ = 0,02 м, если при соприкосновении с ним незаряженного шара радиусом R₂ = 2 ּ 10^-3 м последний приобретает заряд q₂ = 10^-8 Кл.

61. Два шарика одинакового радиуса R= 1 см и массы m = 0,15 кг заряжены до одинакового потенциала φ = 3 кВ и находятся на некотором расстоянии r₁ друг от друга. При этом их энергия гравитационного взаимодействия W_гр = 1,0 ּ 10^-17 Дж. Шарики сближаются до расстояния r₂. Работа, необходимая для сближения шариков, А = 2·10^-5 Дж. Найти энергию электростатического взаимодействия шариков после их сближения.

62. Шар 1 радиусом R₁ = 10 см, заряженный до потенциала φ = 3 кВ, после отключения от источника напряжения соединяется проволочкой (ёмкостью которой можно пренебречь) сначала с удаленным незаряженным шаром 2, а затем, после отсоединения от шара 2, с удаленным незаряженным шаром 3. Шары 2 и 3 имеют радиусы R₂ = R₃ = 10 см. Найти: а) первоначальную энергию шара 1; б) энергию шаров 1 и 2 после соединения и работу разряда при соединении; в) энергии шаров 1 и 3 после соединения и работу разряда при соединении.

63. Заряженный шар радиусом R₁ = 2 см приводится в соприкосновение с незаряженным шаром 2, радиус которого R₂ = 3 см. После того как шары разъединили, энергия шара 2 оказалась равной 0,4 Дж. Какой заряд был на шаре 1 до соприкосновения с шаром 2?

64. Шар А радиусом R₁ = 0,05 м, заряженный до потенциала φ₁ = 3000 В, приводится в соприкосновение с шаром В радиусом R₂ = 0,04 м, обладающим энергией W₂ = 4,5×10^-4 Дж. Определить работу разряда А.

65. Проводящий шар наэлектризован так, что его потенциал становится равен φ₀ = 2000 В. Потенциал поля на расстоянии а = 4 ּ 10^-2 м от поверхности шара φ₁ = 1200 В. Найти энергию шара W.

66. Найти энергию шара W, если поверхностная плотность заряда σ = 5 · 10^-7 Кл/м², а его электроемкость С = 5 · 10^-11 Ф.

67. Заряженный шар радиусом R₁ = 0,04 м соединяют с незаряженным шаром радиусом R₂ = 0,02 м. Найти энергию каждого шара после соединения и работу разряда, если с первого шара на второй перешел заряд Δq = 10^-8 Кл.

68. Шар радиусом R₁ = 0,02 м, заряженный до потенциала φ = 4000 В, после отключения от источника напряжения соединяют проволокой с незаряженным шариком В радиусом R₂ = 0,03 м. Найти энергию шаров после разряда W₁ и W₂ и работу разряда А.

69. Проводящий шар радиусом R₁ = 10^-2 м наэлектризован. Потенциал поля на расстоянии а = 5 · 10^-2 м от шара равен 500 В. Определить энергию шара W.

70. Шарик диаметром d = 4 · 10^-2 м заряжается до потенциала φ = 2000 В. Определить энергию шара W.

71. Энергия плоского воздушного конденсатора W₁ =2 · 10^-7 Дж. Определить энергию конденсатора W₂ после заполнения его диэлектриком с диэлектрической проницаемостью ε = 2, если конденсатор отключен от источника питания.

72. Энергия плоского воздушного конденсатора W₁ = 2 · 10^-7 Дж. Определить энергию конденсатора W₂ после заполнения его диэлектриком с диэлектрической проницаемостью ε = 2, если конденсатор подключен к источнику питания.

73. Плоский воздушный конденсатор ёмкостью С₁ =2 · 10^-6 Ф был заряжен до разности потенциалов U₁ =2000 В и отключен от источника напряжения. Затем к нему параллельно присоединили второй незаряженный конденсатор ёмкостью С₂ = 3 · 10^-6 Ф. Какая часть энергии, запасенной в первом конденсаторе, была при этом передана второму конденсатору?

74. Площадь пластин плоского воздушного конденсатора S = 0,01 м², расстояние между ними d₁ = 1 мм. К пластинам конденсатора приложена разность потенциалов U = 0,1 кВ. Пластины раздвигаются до расстояния d₂ = 25 мм. Найти энергии W₁ и W₂ конденсатора до и после раздвижения пластин, если источник напряжения перед раздвижением: а) не отключается; б) отключается.

75. Конденсатор электроемкостью С₁ = 666 пФ зарядили до разности потенциалов U = 1,5 кВ и отключили от источника тока. Затем к конденсатору присоединили параллельно второй, незаряженный конденсатор электроемкостью С₂ = 444 пФ. Определить энергию, израсходованную на образование искры, проскочившей при соединении конденсаторов.

76. Конденсаторы электроемкостями С₁ = 1 мкФ, С₂ = 2 мкФ, С₃ = 3 мкФ включены в цепь с напряжением U = 1,1 кВ. Определить энергию каждого конденсатора в случаях: 1) последовательного их включения; 2) параллельного включения.

77. Электроемкость С плоского конденсатора равна 111 пФ. Диэлектрик – фарфор. Конденсатор зарядили до разности потенциалов U = 600 В и отключили от источника напряжения. Какую работу А нужно совершить, чтобы вынуть диэлектрик из конденсатора? Трение пренебрежимо мало (ε = 5).

78. Пространство между пластинами плоского конденсатора заполнено диэлектриком (фарфор), объём V которого равен 100 см³. Поверхностная плотность заряда σ на пластинах конденсатора равна 8,85 нКл/м². Вычислить работу А, которую необходимо совершить для того, чтобы удалить диэлектрик из конденсатора. Трением диэлектрика о пластины конденсатора пренебречь (ε = 5).

79. Пространство между пластинами плоского конденсатора заполнено диэлектриком (ε = 4,5). Емкость конденсатора С₁ = 9 · 10^-6 Ф. Конденсатор заряжен до разности потенциалов U₁ = 200 В. Не отключая конденсатор от источника напряжения, в нем заменяют диэлектрик. При этом энергия конденсатора уменьшается в 3 раза. Найти диэлектрическую проницаемость диэлектрика ε и энергию конденсатора W₁ до и W₂ после замены диэлектрика.

80. Плоский конденсатор заполнен диэлектриком (ε = 5) и на его пластины подана некоторая разность потенциалов. Энергия конденсатора при этом равна W₁ = 1,5 · 10^-5 Дж. После того, как конденсатор отключили от источника напряжения, диэлектрик из него вынули. Какую работу надо было совершить, чтобы вынуть диэлектрик из конденсатора?

81. Металлический шар радиусом R = 3 см несет заряд q = 20 нКл. Шар окружен слоем парафина толщиной d = 2 см. Определить энергию W электрического поля, заключенного в слое диэлектрика (ε = 2).

82. Сплошной парафиновый шар радиусом R = 10 см заряжен равномерно по объему с объемной плотностью ρ = 10 нКл/м⁸. Определить энергию W₁ электрического поля, сосредоточенную в самом шаре, и энергию W₂ вне его (ε = 2).

83. Эбонитовый шар равномерно заряжен по объёму. Во сколько раз энергия электрического поля вне шара превосходит энергию поля, сосредоточенную в шаре (ε= 3)?

84. Уединенная металлическая сфера электроемкостью С = 10 пФ заряжена до потенциала φ = 3 кВ. Определить энергию W поля, заключенного в сферическом слое, ограниченном сферой и концентрической с ней сферической поверхностью, радиус которой в три раза больше радиуса сферы.

85. Уединенный металлический шар радиусом R₁ = 6 см несет заряд q. Концентрическая этому шару поверхность делит пространство на две части (внутренняя конечная и внешняя бесконечная) так, что энергии электрического поля обеих частей одинаковы. Определить радиус R₂ этой сферической поверхности.

86. Электрическое поле создано заряженной (q = 0,1 мкКл) сферой радиусом R = 10 см. Какова энергия W поля, заключенная в объёме, ограниченном сферой и концентрической с ней сферической поверхностью, радиус которой в два раза больше радиуса сферы

87. Плоскому конденсатору с площадью пластин S = 120 · 10^-4 м² сообщен заряд q = 4 · 10 ^{- 9} Кл. Пространство между пластинами заполнено диэлектриком (ε = 6). После отключения пластин от источника напряжения диэлектрик из него вынимают, при этом разность потенциалов между пластинами увеличивается в три раза. Найти изменение объёмной плотности энергии конденсатора.

88. Сферическую оболочку радиуса R₁ = 20 см, равномерно заряженную зарядом q = 2 · 10^-6 Кл, расширили до радиуса R₂ = 30 см. Найти работу, совершаемую при этом электрическими силами.

89. В центре сферической оболочки, равномерно заряженной зарядом q = 5 мкКл, расположен точечный заряд q₀ = 1,5 мкКл. Найти работу электрических сил при расширении оболочки – увеличении её радиуса от R₁ = 50 мм до R₂ = 100 мм.

90. Пластины плоского конденсатора площадью S = 0,01 м² каждая притягиваются друг к другу с силой F = 30 мН. Пространство между пластинами заполнено слюдой. Найти заряд q, находящийся на пластинах, напряженность Е поля между пластинами и объёмную плотность энергии w₀ поля (ε = 7).

Варианты домашнего задания

№ варианта	№№ задач домашнего задания
Тема №1	Тема №2

Номер варианта домашнего задания соответствует порядковому номеру фамилии студента в журнале группы.