Раздел iii. электростатика. постоянный ток

3.1. ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ (В ЕДИНИЦАХ СИ)

1. Закон Кулона раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

2. Напряжённость электростатического поля раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

3. Напряжённость поля точечного заряда раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

4. Напряжённость поля бесконечно длинной заряженной нити раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

5. Напряжённость поля равномерно заряженной плоскости раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

6. Напряжённость поля между двумя равномерно и разноимённо заряженными бесконечно параллельными плоскостями раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

7. Напряжённость поля E создаваемого металлической заряженной сферой радиуса R на расстоянии r от центра сферы

а) на поверхности сферы (r = R) раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

б) вне сферы (r > R) раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

8. Смещение электрического поля раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

9. Работа перемещения электрического заряда в электрическом поле из точки A в точку B раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

10. Потенциал поля точечного заряда раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

11. Потенциал поля металлической полой сферы:

а) на поверхности и внутри сферы раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ,

б) вне сферы (r > R) раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru .

12. Связь между напряжённостью поля и градиентом потенциала раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

13. Сила натяжения между двумя разноимёнными заряженными обкладками конденсатора раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

14. Электрическая емкость уединённого проводника раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

15. Емкость плоского конденсатора раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

16. Емкость слоистого конденсатора раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

17. Емкость батареи параллельно соединённых конденсаторов раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

18. Формула для определения ёмкости батареи последовательно соединённых конденсаторов раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

19. Энергия заряженного проводника раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

20. Энергия заряженного плоского конденсатора раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

21. Объёмная плотность энергии электрического поля раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

22. Сила тока раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

23. Плотность тока раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

24. Закон Ома для участка цепи, не содержащего ЭДС раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

25. Закон Ома для полной цепи раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , где раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru - ЭДС;

26. Закон Ома в дифференциальной форме раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru

E – напряжённость электрического поля, раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru - электропроводность, раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru - удельное сопротивление;

27. Закон Джоуля – Ленца раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

28. Закон Джоуля – Ленца в дифференциальной форме раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

29. Термоэлектродвижущая сила раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

30. Сопротивление однородного проводника раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

31. Удельная проводимость (электропроводность) раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

32. Зависимость удельного сопротивления от температуры раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

33. Полная мощность, выделяющаяся в цепи раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

34. Коэффициент полезного действия источника тока раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

35. Законы Кирхгофа

а) первый раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ,

б) второй раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

36. Работа выхода раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

37. Формула Ричардсона – Дешмана (удельная эмиссия): раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , где B – постоянная, e – основание натуральных алгоритмов;

38. Плотность тока в газе: раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

39. Удельная собственная проводимость полупроводников раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

40. Зависимость удельной собственной проводимости полупроводников от температуры T: раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ,

где раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru - ширина запрещённой зоны;

41. Первый закон Фарадея для электролиза раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ;

42. Второй закон Фарадея для электролиза раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru .

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Пример 1. В вершинах квадрата расположены равные положительные заряды раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru (рис.1). В центр квадрата помещен отрицательный заряд. Вычислить, какой величины должен быть этот заряд, чтобы уравновесить силу взаимного отталкивания зарядов, расположенных по вершинам квадрата.

Дано: раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru Кл.

Найти: раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru

Рис. 1

Решение: Для определения величины q5 используем закон Кулона. Заряды q1 , q2 , q3 , q4 одинаковы и расположены симметрично. Определим условия, при которых один из зарядов, например раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , находился бы в равновесии с зарядом раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . Устанавливаем силы отталкивания, которые испытывает заряд q1 от положительных зарядов q2 , q3 , q4. По принципу суперпозиции поле каждого заряда q2 , q3 , q4 действует на заряд раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru независимо. Это позволяет составить векторную сумму этих сил раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . Чтобы выполнить условие равновесия зарядов раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru и раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , надо, чтобы векторная сумма действующих сил была равна нулю. С учетом сказанного:

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , (1)

где раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru - силы, действующие со стороны зарядов q2 , q3 , q4. и раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru на заряд раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . Учитывая расположение зарядов (см. рис.1) заменим в (1) раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru на раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru и получим:

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . (2)

Переходим от векторного к скалярному выражению, здесь раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . (3)

Определяем величину заряда, применяя закон Кулона:

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru .

Так как раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , то

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . (4)

Кроме того, по условию раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , тогда

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . (5)

Подставляя в (4) раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru и раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru из (5), после преобразования получим:

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru .

Производим вычисления в единицах СИ:

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru .

Пример 2. Два одинаковых положительных заряда 10-7 Кл находятся в воздухе на расстоянии 8 см друг от друга. Определить напряженность в точке О, находящейся на середине отрезка, соединяющего заряды, и в точке А, расположенной на расстоянии 5 см от зарядов.

Дано: раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , 2r= 8 см = 0,08 м, r1 = 0,05 м. Найти Е0 и Е.

Решение: Напряженность поля, создаваемого зарядами, находится по принципу суперпозиции. Результирующая напряженность Е определяется векторной суммой напряженностей, создаваемых каждым зарядом в данной точке поля:

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , (1)

где раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru и раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru - величины напряженностей полей, определяемых по формуле

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . (2)

Чтобы найти числовые значения напряженности в точке О, надо сначала построить векторы напряженностей раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru и раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . Т.к. заряды положительные, их векторы направлены от точки О в сторону от зарядов, создающих это поле (рис.2)

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru

Рис. 2

Кроме того, заряды равны и расположены на равном расстоянии от точки О. Поэтому с учетом направления векторов из формулы (1) следует:

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , отсюда получаем раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru .

В точке А напряженность вычисляется по формуле (1) при аналогичном построении векторов. Результирующий вектор напряженности раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru является диагональю параллелограмма (см. рис.2), следовательно, раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru или раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , т.к. раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru .Численное значение напряженности поля в точке А определяется по формуле

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ,

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , h = OA = 0,03 м.

Проверяем единицу измерения: раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru .

Пример 3. Установить, как изменится емкость и энергия плоского воздушного конденсатора, если параллельно его обкладкам ввести металлическую пластину толщиной 1 мм. Площадь обкладки конденсатора и пластины 150 см2, расстояние между обкладками 6 мм. Конденсатор заряжен до 400 В и отключен от батареи.

Дано: раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru = 1, раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru = 1 мм = 10-3 м, S = 150 см2 = раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , d = 6 мм = раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , U = 400 В.

Найти: раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru .

Решение: Емкость и энергия конденсатора при внесении в него металлической пластины будут изменяться. Это вызвано тем, что уменьшается расстояние между пластинами от d до d-d0 (рис.3). Используем формулу электроемкости плоского конденсатора.

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , (1)

где S - площадь пластины, d - расстояние между пластинами.

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru

Рис.3.

В нашем случае

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . (2)

Проводим вычисления в системе СИ:

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru .

Проверим единицу измерения СИ:

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru .

Так как электрическое поле в плоском конденсаторе однородно, плотность энергии во всех его точках одинакова и равна раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , где Е - напряженность поля между обкладками. При внесении металлической пластины параллельно обкладкам напряженность поля остается неизменной, а объем электрического поля уменьшился на

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru .

Следовательно, изменение энергии (конечное значение меньше начального) произошло вследствие уменьшения объема поля конденсатора:

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . (3)

Напряженность поля Е определяется через градиент потенциала

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , (4)

где U - разность потенциалов, d - расстояние между обкладками. Расчетная формула (3) с учетом формулы (4) примет вид:

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . (5)

Подставляя числовые значения (в единицах СИ) в формулу (5), получаем:

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru .

Проверяем единицу измерения:

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru .

Пример 4. Плоский воздушный конденсатор из двух пластин, расположенных на расстоянии 4 мм друг от друга, общей площадью 100 см2. Конденсатор заряжают от батареи в 200 В и отключают от нее. Какую работу нужно совершить, чтобы увеличить расстояние между обкладками в два раза? Решить задачу при условии, когда конденсатор не отключают от батареи.

Дано: раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru = 1, раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru = 4 мм = раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , S1= S2 = 50 см2= раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru = 8 мм = раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , U0 = 200 В.

Найти: А.

Решение: Чтобы увеличить расстояние между обкладками конденсатора, отключенного от батареи, необходимо совершить работу под действием внешних сил. Работа внешних сил раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru зависит от приложенной силы F и перемещения от раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru до раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , где

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . (1)

Приложенная сила определяется силой взаимодействия между пластинами

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , (2)

где q - заряд пластины, E1 - напряженность поля одной пластины. Величина напряженности может быть получена через градиент потенциала

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . (3)

Заряд пластины, перемещаемый относительно другой пластины, может быть найден по площади пластины S, расстоянию между обеими пластинами l и разности потенциалов U. Из формулы емкости плоского конденсатора раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru получаем

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . (4)

Проведя подстановку формул (2-4) в уравнение (1), получаем

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . (5)

Для определения полной работы необходимо учесть, что при отключенном конденсаторе напряжение изменяется, но заряд q и напряженность поля Е остаются неизменными:

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . (6)

Подставим выражение (6) в уравнение (5) и проинтегрируем:

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . (7)

Подставляя в (7) числовые значения (в единицах СИ, находим)

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru .

Пример 5. Найти токи, протекающие в каждой ветви электрической цепи (рис. 4), если раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru = 130 В, раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru = 117 В, R раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru = 0,5 Ом, R раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru = 0,3 Ом, R раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru = 12 Ом. Внутреннее сопротивление источников ЭДС не учитывать.

Дано: раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru = 130 В, раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru = 117 В, R раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru = 0,5 Ом, R раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru = 0,3 Ом, R раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru = 12 Ом.

Найти раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru

Рис.4.

Решение: Задача дана для расчета разветвленных цепей, когда в них есть несколько источников тока. При решении задач такого типа рационально пользоваться законами (правилами) Кирхгофа. Первый закон сформулирован для узлов, т.е. точек разветвления цепи, в которых сходится больше двух проводников: алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле равна нулю раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru .

Второй закон для замкнутых контуров гласит: в любом замкнутом контуре алгебраическая сумма произведений сил токов на сопротивления соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме ЭДС в контуре раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru .

Решая совместно составленные по этим правилам уравнения, можно определить ту или иную искомую величину (сопротивления внешней цепи или силы токов, ЭДС). Для составления уравнений по указанным законам надо придерживаться следующих правил:

1. Обозначить на схеме буквами узлы и контуры.

2. Произвольно выбрать направление токов (если они не оговорены условием задачи) во всех участках цепи и обозначить их на чертеже стрелками.

3. Учесть направление токов при составлении уравнения по первому закону. Положительными считать токи, подходящие к узлу, отрицательными - отходящие от узла.

4. Составить систему уравнений для первого закона Кирхгофа. Число уравнений, составленных по этому правилу, должно быть на единицу меньше числа узлов в цепи.

5. Выбрать произвольно направление обхода контура. Условиться, что ЭДС в уравнении будет положительна, если направление от положительного полюса к отрицательному вне источника тока совпадает с направлением обхода, в противном случае ЭДС отрицательна.

6. Считать падение напряжения в цепи положительным, если выбранное ранее направление тока на этом участке (между двумя узлами) совпадает с направлением обхода контура, и отрицательным, если направление тока не совпадает с направлением обхода контура.

7. Первый контур выбирается произвольно. При составлении уравнений для следующих контуров надо включать в них контуры, ранее не входившие.

8. Число уравнений, составленных по второму закону Кирхгофа, определяется следующим условием. Если число контуров в цепи m , а узлов в ней n , то число независимых уравнений, достаточных для решения, равно m - n+1.

9. Получение в ответе токов с отрицательными знаками означает только то, что было выбрано направление, обратное действительному.

Согласно сформулированным выше правилам, решаем задачу 5:

1) Обозначим на схеме контуры, узлы, направления токов.

2) Устанавливаем m - число ветвей (в данной схеме их 3) и n - число узлов (в данной схеме их 2 - в точках В и Н, (см. рис.4).

3) Для составления уравнения по первому закону Кирхгофа следует выбрать один из указанных узлов. Выбираем узел В, в котором сходятся токи трех проводников. Учитывая направление токов, получим

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . (1)

4) Устанавливаем число уравнений, необходимых для решения задач по второму закону Кирхгофа. Это число уравнений равно m - n+1 = 3 – 2 + 1 = 2. Выбираем контуры ВСДНВ и АВНТА. Устанавливаем обход по контуру ВСДНВ. Учитывая правило знаков, выбираем обход по часовой стрелке, при котором ЭДС раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru будет положительной. С учетом выбранного ранее направления токов составляем первое уравнение по второму закону Кирхгофа

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . (2)

Составляем уравнение для второго контура. Для этого устанавливаем направление обхода для контура А В Н Т А. Так как в этом контуре два источника тока и раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru больше раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , обход начинаем от раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru к раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru по часовой стрелке. Кроме этого, знаки при ЭДС и падении напряжения (IR) устанавливаем в соответствии с ранее записанными правилами

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . (3)

Из уравнения (1) находим

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . (4)

Для определения числовых результатов подставляем в формулу (2) и (3) известные числовые значения сопротивления и ЭДС.

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , (5)

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . (6)

После сложения (5) и (6) получим

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . (7)

Подставляя полученную силу тока раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru в (4), находим

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru .

Следовательно

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru .(8)

Силу тока раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru (8) используем в выражении (5):

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ,

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . (9)

Зная I3 из формулы (7), находим

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . (10)

Определяем значение I2 из выражения (4)

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru .

Задача 6. Найти сопротивление железного стержня диаметром 1 мм, если масса этого стержня 1 кг.

Решение. Сопротивление стержня можно рассчитать по формуле раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ,

где R - сопротивление, раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru - удельное сопротивление. l - длина стержня, S – площадь поперечного сечения стержня.

Площадь сечения круглого стержня определяется раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , где d - диаметр стержня. Длина стержня выразится из его массы: раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , где m - масса стержня, раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru - удельная плотность материала стержня, V - объем стержня, раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . Подставив найденные значения S и l в формулу для R. получим:

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru

Из справочных таблиц находим

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ,

тогда

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru .

З.З. ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ

300. Точечные заряды q1 = 2 мкКл и q2 = -10 мкКл находятся на расстоянии d = 5 см друг от друга. Определить напряжённость поля в точке, удалённой на r1 = 3 см от первого u2 = 4 см от второго заряда. Определить также силу F, действующую в этой точке на точечный заряд q = 1 мкКл.

301. В воздухе на расстоянии 6 см друг от друга находятся два точечных заряда раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru и раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . Найти напряжённость и потенциал поля в точке, отстоящей от положительного заряда на расстоянии 5 см и от отрицательного на 4 см.

302. Две бесконечно длинные положительно и равномерно заряженные нити расположены параллельно друг другу на расстоянии 6 см. Геометрическое место точек, где результирующая напряжённость поля равна нулю, расположено в два раза дальше от нити с линейной плотностью заряда раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , чем от второй нити, линейную плотность которой требуется определить.

303. Две бесконечно длинные, равномерно заряженные нити с линейной плотностью заряда раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru и раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru расположены параллельно на расстоянии 12 см друг от друга. Установить геометрическое место точек, где результирующая напряжённость поля равна нулю.

304. Определить напряжённость E поля, создаваемого тонким, длинным стержнем, равномерно заряженным с линейной плотностью раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru в точке, находящейся на расстоянии A = 2 см от стержня вблизи его середины.

305. На бесконечном тонкостенном цилиндре диаметром d = 20 см равномерно распределён заряд с поверхностной плотностью раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . Определить напряжённость поля в точке, отстоящей от поверхности цилиндра на A = 15 см.

306. Две длинные, прямые, параллельные нити находятся на расстоянии d = 5 см друг от друга. На нитях равномерно распределены заряды с линейными плотностями раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru и раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . Определить напряжённость E электрического поля в точке, удаленной от первой нити на расстояние r1 = 3 см, от второй на расстояние r2 = 4 см.

307. Две бесконечные плоскости, заряженные с поверхностными плотностями зарядов раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru , параллельны друг другу. Чему равна напряжённость поля между плоскостями и вне плоскостей, если:

1. плоскости заряжены разноимённо (знак заряда на плоскостях разный);

2. плоскости заряжены одноимённо (знак заряда на плоскостях одинаковый)?

308. Два разноимённых заряда раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru находятся друг от друга на расстоянии 5 см. Третий заряд раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru Кл удалён от положительного на расстояние 3 см (рис. 5). Каковы величина и направление действия силы на третий заряд?

раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru

Рис. 5.

309. Точечные заряды q1 = раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru и q2 = раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru расположены на таком расстоянии, при котором сила взаимодействия между ними равна раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru Н . С какой силой действуют эти заряды на третий заряд q3 = 10-7 Кл, находящийся за вторым зарядом на расстоянии 3 см? Все заряды расположены на одной прямой.

310. Два положительных точечных заряда q1 и 9 q1 закреплены на расстоянии r = 100 см друг от друга. Определить, в какой точке на прямой, проходящей через заряды, следует поместить третий заряд так, чтобы он находился в равновесии. Указать, какой знак должен иметь заряд, чтобы он находился в равновесии, которое было бы устойчиво, если перемещение заряда возможно только по прямой, проходящей через заряды.

311. На расстоянии d = 20 см находятся два точечных заряда q1 = -50 нКл и q2 = 100 нКл. Определить силу F, действующую на заряд q3 = -10 нКл, удалённый от обоих зарядов на одинаковое расстояние, равное d.

312. На тонких нитях длиной 12 см подвешены шарики массой по 1 г. Точка подвеса общая. Им сообщили положительный заряд, и они разошлись на угол 45°. Определить электростатическую силу отталкивания, силу тяготения между ними и величину зарядов шариков.

313. Расстояние r между двумя точечными зарядами q1 = 2 нКл и q2 = 4 нКл равно 60 см. Определить точку, в которую можно переместить третий заряд q3 так, чтобы система зарядов находилась в равновесии. Определить величину и знак заряда. Устойчивое или неустойчивое будет равновесие?

314. Параллельно бесконечной плоскости, заряженной с поверхностной плотностью заряда s = 4 мкКл/м2, расположена бесконечно длинная нить, заряженная линейной плотностью t = 100 нКл/см. Определить силу, действующую на отрезок нити длиной l = 1 см со стороны плоскости.

315. Две одинаковые круглые пластины, площадью S = 400 см2 каждая, расположены параллельно друг другу. Заряд одной пластины q1 = 400 нКл, другой q2 = -200 нКл. Определить силу взаимного притяжения пластин, если расстояние между ними а) r1 = 3 мм, б) r2 = 10 м.

316. С какой силой на единицу площади взаимодействуют две бесконечные параллельные плоскости, заряженные с одинаковой поверхностной плотностью s = 5 мкКл/м2?

317. К бесконечной, равномерно заряженной вертикальной поскости, подвешен на нити одноимённо заряженный шарик массой m = 50 мг и зарядом q = 0,6 нКл. Натяжение нити, на которой висит шарик, F = 0,7 мН. Найти поверхностную плотность заряда s на плоскости.

318. Поверхностная плотность заряда бесконечно протяжённой вертикальной плоскости s = 400 мкКл/м2. К плоскости на нити подвешен заряженный шарик массой 10 г. Определить заряд шарика, если нить образует с плоскостью угол a = 30°.

319. Какое ускорение сообщает электрическое поле Земли, напряжённость которого 130 В/м, заряженной пылинке массой 1 г? Пылинка несёт заряд q = 3,2 10-8 Кл.

320. Определить потенциальную энергию системы двух точечных зарядов q1 = 400 нКл, другой q2 = 20 нКл, находящихся на расстоянии r = 5 см друг от друга.

321. Пылинка массой 20 мкг, несущая на себе заряд q = 40 нКл, влетела в электрическое поле в направлении силовых линий. После прохождения разности потенциалов U = 200 В пылинка имела скорость v = 10 м/с. Определить скорость v0 пылинки до того, как она влетела в поле.

322. Электрон, обладавший кинетической энергией E = 10 эВ, влетел в однородное электрическое поле в направлении силовых линий поля. Какой скоростью будет обладать электрон, пройдя в этом поле разность потенциалов U = 8 В?

323. Электрон, пройдя в плоском конденсаторе путь от одной пластины до другой, приобрёл скорость v = 105 м/с. Расстояние между пластинами d = 8 мм. Найти: 1) разность потенциалов U между пластинами, 2) поверхностную плотность заряда на пластинах.

324. Пылинка массой m = 5 нг, несущая на себе N = 10 электронов, прошла в вакууме ускоряющую разность потенциалов U = 1 мВ. Какую скорость приобрела пылинка?

325. Ион атома лития Li+ прошёл разность потенциалов U1 = 400 В, ион атома натрия Na+ - разность потенциалов U2 = 300 В. Найти отношение скоростей этих ионов.

326. Два одинаковых воздушных конденсатора, емкостью C = 100 пф каждый, соединены в батарею последовательно. Определить, насколько изменится ёмкость батареи, если пространство между пластинами одного конденсатора заполнить парафином.

327. Две параллельные заряженные плоскости, поверхностные плотности зарядов которых s1 = 2 мкКл/м2 и s2 = -0,8 мкКл/м2 , находятся на расстоянии d = 0,6 см друг от друга. Определить разность потенциалов между плоскостями.

328. Поле образовано бесконечной равномерно заряженной плоскостью с поверхностной плотностью зарядов s = 40 мкКл/м2. Определить разность потенциалов двух точек поля, отстоящих от плоскости на r1 = 15 см и r2 = 20 см.

329. Четыре одинаковые капли ртути, заряженные до потенциала j = 10 В, сливаются в одну. Каков потенциал j1 образовавшейся капли?

330. Электрическое поле образовано бесконечно длиной заряженной нитью, линейная плотность зарядов которой t = 20 нКл/м. Определить разность потенциалов U двух точек поля, отстоящих от нити на расстоянии r1 = 8 см и r2 = 12 см.

331. Два точечных заряда q1 = раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru и q2 = раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru удалены друг от друга на расстояние r = 40 см. Какую работу нужно затратить, чтобы сблизить их до расстояния 15 см? Определить значения потенциалов в точках, где находятся заряды после сближения.

332. Два одинаковых плоских воздушных конденсатора, ёмкостью C = 100 пФ каждый, соединены в батарею параллельно. Определить, насколько изменится ёмкость батареи, если пространство между пластинами одного конденсатора заполнить парафином.

333. Два конденсатора ёмкостью C1 = раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru соединены последовательно и присоединены к батареи с ЭДС раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru = 80 В. Определить заряд q1 и q2 каждого из конденсаторов и разности потенциалов U1 и U2 между их обкладками.

334. Плоский конденсатор состоит из двух круглых пластин, радиусом 10 см каждая. Расстояние между пластинами d = 2 мм. Конденсатор присоединён к источнику напряжения U = 80 В. Определить заряд и напряжённость Е поля конденсатора в двух случаях 1) диэлектрик – воздух, 2) диэлектрик – стекло.

335. Два одинаковых плоских воздушных конденсатора соединены последовательно в батарею, которая подключена к источнику тока с ЭДС раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru = 12 В. Определить, насколько изменится напряжение на одном из конденсаторов, если другой погрузить в трансформаторное масло.

336. Плоский конденсатор, с площадью пластин S = 200 см2 каждая, заряжен до разности потенциалов U = раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru В. Расстояние между пластинами d = 2 см. Диэлектрик – стекло. Определить энергию W поля конденсатора и плотность w энергии поля.

337. На пластинах плоского воздушного конденсатора с площадью пластин 150 см2 находится заряд раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . Какова сила взаимного притяжения между пластинами и объёмная плотность энергии поля конденсатора?

338. Два конденсатора, ёмкостью 5 и 7 мкФ, последовательно присоединены к источнику с разностью потенциалов 200 В. Какова величина зарядов и разность потенциалов батареи, если конденсаторы отсоединить и соединить параллельно?

339. На пластинах плоского воздушного конденсатора равномерно распределён заряд конденсатора раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru . Площадь обкладок 100 см2, а расстояние между обкладками 3 мм. Заряженный конденсатор отключён от батареи. Какую надо произвести работу при раздвижении пластин до 8 мм?

340. Пластины плоского воздушного конденсатора площадью 150 см2 раздвигают так, что расстояние между ними увеличивается с 5 до 14 мм. Какую работу необходимо при этом произвести, если напряжение между пластинами конденсатора постоянно и равно 380 В?

341. ЭДС батареи раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru = 80 В, внутреннее сопротивление r0 = 5 Ом. Внешняя цепь потребляет мощность P = 100 Вт. Определить силу тока I в цепи, напряжение U, под которым находится внешняя цепь, её сопротивление R.

342. На концах проводника длиной 3 м поддерживается разность потенциалов 1,5 В. Каково удельное сопротивление проводника если плотность тока j = раздел iii. электростатика. постоянный ток - student2.ru ?

343. Катушка из медной проволоки имеет сопротивление R = 10,8 Ом. Масса проволоки m = 3,41 кг. Сколько метров проволоки и какого диаметра d намотано на катушке?

344. Найти сопротивление железного стержня диаметром 1 см, если масса этого стержня 1 кг.

345. Два цилиндрических проводника, один из меди, а другой из алюминия, имеют одинаковую длину и сопротивление. Во сколько раз медный провод тяжелее алюминиевого?

346. Реостат из железной проволоки, миллиамперметр и генератор тока включены последовательно. Сопротивление реостата при нуле градусов Цельсия равно 120 Ом, сопротивление миллиамперметра 20 Ом. Миллиамперметр показывает 22 мА. Что будет показывать миллиамперметр, если реостат нагреется до 50°C?

347. Обмотка из медной проволоки при темпе

Наши рекомендации