Электроемкость проводящей сферы

Емкость уединенного проводника сферической формы прямо пропорциональна относительной диэлектрической проницаемости среды, окружающей проводник, и радиусу проводника:

Конденсатор - электротехническое устройство, накапливающее заряд
( два проводника, разделенных слоем диэлектрика ). Проводники, образующие конденсатор, называются его обкладками.

Между обкладками конденсатора, заряженными разноименно, образуется однородное электрическое поле.

Емкость плоского конденсатора прямо пропорциональна относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика между обкладками, площади обкладок конденсатора и обратно пропорциональна расстоянию между обкладками:

Энергия заряженного конденсатора:

Практическое занятие № 10

Наименование занятия:Постоянный электрический ток.

Цель занятия: отработать навык решения задач по электродинамике.

Подготовка к занятию: лекция № 11. Касьянов В.А. Физика-11 § 1-6.

В-1

Задание на занятие:

1. Сколько метров медного провода диаметром 0.4 мм потребуется для изготовления реостата сопротивлением 180 Ом?

2. Электрическое сопротивление вольфрамовой нити при 0 °С равно 3.6 Ом. Найдите электрическое сопротивление при температуре 2700 °К.

3. Сколько электронов проходит через поперечное сечение проводника за 1,2 минуты. При условии, что сила тока в проводнике 50 А.

4. Найти скорость упорядоченного движения в никелиновом проводнике, при напряженности поля 70 мВ/м, концентрация электронов проводимости в котором .

5. Определите массу серебра, выделившегося на катоде при электролизе азотнокислого серебра за время 2 часа, если к ванне приложено напряжение 1,2 В, а сопротивление ванны 5 Ом. Электрохимический эквивалент серебра 11,2 * кг/Кл.

6. Найти энергию ионизации молекул гелия, если известно, что длина их свободного пробега 5 мкм, а напряженность поля равна 35 мВ/м. Какую скорость имеют электроны при ударе о молекулу?

7. Почему нельзя перевозить бензин в пластиковых канистрах?

8. Плоский конденсатор подключен к источнику напряжением 7,5 кВ. При каком расстоянии между пластинами произойдет пробой, если ударная ионизация воздуха начинается при напряженности поля 4 МВ/м?

В-2

Задание на занятие:

1. Определите удельное сопротивление провода диаметром 1.4 мм, если его длина 36 см, а сопротивление 1.2 Ом.

2. Электрическое сопротивление алюминиевой нити при температуре 23 °С равно 4 Ом. Найдите электрическое сопротивление нити при 0 °С.

3. Найти концентрацию электронов проводимости, если скорость упорядоченного движения электронов в проводе площадью поперечного сечения 3 равна 0,0007 м/с, при силе тока в 20 А.

4. Какое количество вещества осядет на катоде из марганца трех валентного металла за 2 часа, при силе тока 9 А.

5. Какой наименьшей скоростью должен обладать электрон, чтобы ионизировать атом азота, если потенциал ионизации U азота равен 14,5 В?

6. Расстояние между электродами в трубке, наполненной парами ртути, 12 см. Какова средняя длина свободного пробега электрона, если самостоятельный разряд наступает при напряжении 750 В? Энергия ионизации паров ртути Дж.

7. Чем объяснить, что при промышленном изготовлении пороха его частицы обволакивают порошком графита?

8. Найти скорость упорядоченного движения электронов в медном проводе площадью поперечного сечения 42 ,при силе тока 70 А, считая, что на каждый атом приходится один электрон проводимости.

Содержание отчёта:

1. Записать наименование и цель занятия.

2. Ответить на контрольные вопросы и получить допуск к работе.

3. Выполнить задания.

Контрольные вопросы:

1.Электрическое сопротивление (Определение, формулы).

2.Сформулируйте закон Ома для участка цепи и запишите формулу.

3.Дайте определение источника тока. Запишите виды источников тока.

4.Дайте определение силы тока. Запишите формулу для расчета.

5.Запишите формулы для расчета силы тока в металлах и электролитах.

6.Дайте определение резистора.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Электродинамика-это наука о свойствах и закономерностях поведения особого вида материи- электромагнитного поля, осуществляющего взаимодействие между электрически заряженными телами и частицами.

Электрическим токомназываютупорядоченное движение заряженных частиц.

Сила тока-это заряд, перенесенный в единицу времени, [I]=А.

Электрический ток в разных средах:

Среды	Носители зарядов	Формула
Металлы	Свободные электроны
Электролиты	Положительные и отрицательные ионы
Газы и плазма	Электроны и ионы	-
Вакуум	Электроны, вылетевшие в результате термоэлектрической эмиссии	-
Полупроводники	Электроны и «дырки»	-

Электрическое сопротивление-величина, характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока.

Закон Ома для участка цепи:

Практическое занятие № 11

Наименование работы:Работа и мощность электрического тока.

Цель занятия: применение теоретических знаний для решения задач.

Подготовка: лекция № 12. Касьянов В.А. Физика-11 § 7 - 9.

В-1

Задание на занятие:

1. Гальванический элемент с ЭДС 5 В и внутренним сопротивлением 0.2 Ом замкнут на проводник сопротивлением 40 Ом. Чему равно напряжение на этом проводнике?

2. Какое количество теплоты выделится на реостате, сопротивление которого 6 Ом, если за 5 мин через него прошел электрический заряд, равный 600 Кл?

3. Сколько гальванических элементов с ЭДС 1,5 В и внутренним сопротивлением 0,5 Ом нужно соединить параллельно, чтобы сила тока была равной 0,5 А при сопротивлении внешней цепи 2,9 Ом?

4. Электрическая лампа с вольфрамовой нитью рассчитана на напряжение U = 220 B и потребляет в рабочем режиме мощность P = 100 Вт. Сопротивление отключенной от сети лампы при температуре 0 °С равно R_o= 40 Ом. Найдите температуру t нити лампы в рабочем режиме, если температурный коэффициент сопротивления вольфрама α = 4,1 × 10⁻³К⁻¹. Изменением длины нити при нагреве пренебречь.

5. Найти напряженность электрического поля в проводнике, если известно, что плотность тока равна 15 А/ .

6. Какова мощность тока в каждом из резисторов (см. рис.), если напряжение на источнике тока 150 В, а сопротивление резисторов .

7. Найти скорость упорядоченного движения электронов в медном проводнике, при плотности тока 12,34 А/ . Считая, что число свободных электронов в 1 см³ алюминия равно числу атомов.

В-2

Задание на занятие:

1. При питании лампочки от элемента с ЭДС 3 В, сила тока в цепи равна 0.4 А. Найдите работу сторонних сил в элементе за 1 минуту.

2. В проводнике за 1 минуту выделилось 18 кДж теплоты, сила тока при этом равна 25 А. Найдите сопротивление этого проводника.

3. Чему равна сила тока при коротком замыкании аккумулятора с ЭДС 10 В и внутренним сопротивлением 0.3 Ом?

4. Каково напряжение на резисторе сопротивлением 360 Ом, если за 12 мин электрическим током была совершена работа 450 Дж?

5. В медном проводнике длиной l=23 м и площадью S поперечного сечения, равной 0,4 мм², идет ток. При этом ежесекундно выделяется количество теплоты Q=0,43 Дж. Сколько электронов N проходит за 1 с через поперечное сечение этого проводника?

6. Найдите напряжение на полюсах источника тока (см. рис.). Каковы силы тока в резисторах? Сопротивление резисторов ; ЭДС источника тока 20 В, его внутренне сопротивление 1 Ом.

7. Обмотка электрического кипятильника имеет две секции. Если включена только первая секция, то вода закипает через t₁=1230 с, если только вторая, то через t₂=23 мин. Через сколько минут закипит вода, если обе секции включить последовательно? параллельно?

Содержание отчета.

1. Записать наименование и цель занятия.

2. Ответить на контрольные вопросы и получить допуск к работе.

3. Выполнить задания.

Контрольные вопросы:

1) Работа тока (Определение, формулы).

2) Сформулировать закон Джоуля- Ленца.

3) Дайте определение сторонним силам.

4) Сформулировать закон Ома для полной цепи.

5) Мощность тока (Определение, формулы).

6) Плотность тока (Определение, формула).

7) Дать определение ЭДС, записать формулу.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Стационарное электрическое поле, перемещающее заряды по проводнику, совершает работу. Эту работу называют работой тока. Работа электрического тока на участке цепи, как следует из определения напряжения:

Единица работы электрического тока в СИ — джоуль (Дж). 1 Дж представляет работу тока, эквивалентную механической работе в 1 Дж. 1 Дж = Кл·В = А·В·с.

Скорость совершения работы тока на данном участке цепи характеризует мощность тока. Мощность тока определяют по формуле .

Используя закон Ома для участка цепи, можно записать иначе формулу для мощности тока: . В этом случае речь идет о тепловой мощности.

Единица мощности тока — ватт: 1 Вт = Дж/с. Отсюда Дж = Вт·с.

Кроме того, применяют внесистемные единицы: киловатт-час или гектоватт-час: 1 кВт·ч = 3,6·106 Дж = 3,6 МДж; 1 гВт·ч = 3,6·105 Дж = 360 кДж.

Закон Джоуля—Ленца: Количество теплоты Q, выделяемой током I за время t на участке цепи сопротивлением R, равно

При прохождении электрического тока по проводнику количество теплоты, выделяющейся в проводнике, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока.

Плотность тока – характеристика распределения тока в проводнике

ЭДС -Это физическая величина, равная отношению работы, совершенной сторонни­ми силами при перемещении электрического заряда по замкнутой цепи, к этому заряду.

Закон Ома для полной цепи: Сила тока в цепи постоянного тока прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению электрической цепи.

Практическое занятие № 12

Наименование занятия:Магнитное поле.

Цель занятия: применение теоретических знаний для решения задач.

Подготовка к занятию: лекция № 13. Касьянов В.А. Физика-11 § 10-19.

В-1

Задание на занятие:

1. Сформулировать задачу для каждого из приведенных случаев и решить её.

2. Прямой проводник длиной 15 см помещен в однородное магнитное поле с индукцией 0,4 Тл, направленной перпендикулярно направлению тока. Сила тока, протекающего по проводнику, равна 6 А. Найдите силу, действующую на проводник.

3. В однородном магнитном поле, индукция которого равна 2 Тл, движется электрон со скоростью 100000 м\с перпендикулярно линиям магнитной индукции. Вычислите силу, действующую на электрон.

4. Ион, несущий один элементарный заряд, движется в однородном магнитном поле с индукцией В=0,023 Тл по окружности радиусом R=12 см. Определите импульс иона.

5. В однородном магнитном поле находится плоский виток площадью S=10 , расположенный перпендикулярно силовым линиям. Сопротивление витка 1 Ом. Какой ток течет по витку, если поле будет убывать с постоянной скоростью .

6. Протон, прошедший ускоряющую разность потенциалов 750 В, влетел в однородное магнитное поле с индукцией B=0,5 Тл и начал двигаться по окружности. Вычислить ее радиус R.

7. Кольцо из проволоки диаметром 1м лежит на столе. Однородное магнитное поле с индукцией В=0,5 Тл, направленное перпендикулярно плоскости кольца, равномерно убывает до нуля за с. Какую работу совершит за это время вихревое электрическое поле в кольце, если его сопротивление R=0,5 Ом.

В-2

Задание на занятие:

1. Сформулировать задачу для каждого из приведенных случаев и решить её.

2. Проводник длиной 20 см расположен горизонтально. Какова сила тока в проводнике, если магнитное поле с индукцией 0,2 Тл, направленной под углом 30⁰ к горизонту, действует на проводник с силой 10 мН?

3. Электрон движется в вакууме в однородном магнитном поле с индукцией 5 мТл. Радиус окружности, по которой он движется, равен 1см. Определите модуль скорости движения электрона, если она направлена перпендикулярно к линиям индукции.

4. Сила тока в горизонтально расположенном проводнике длиной 40 см и массой 8 г равна 20 А. Найти индукцию (модуль и направление) магнитного поля, в которое нужно поместить проводник, чтобы сила тяжести уравновесилась силой Ампера.

5. Заряженная частица с энергией 1,6 · В движется в однородном магнитном поле по окружности радиусом R=1 мм. Найти силу F, действующую на частицу со стороны поля.

6. Определите частоту вращения электрона по круговой орбите в магнитном поле, если известно, что индукция равна 0,8 Тл.

7. В проводнике с длиной активной части 7 см сила тока равна 70 А. Он находится в однородном магнитном поле индукцией 28 мТл. Какую работу совершил источник тока, если проводник переместился на 11 см перпендикулярно линиям индукции?

Содержание отчёта:

1. Записать наименование и цель занятия.

2. Ответить на контрольные вопросы и получить допуск к работе.

3. Выполнить задания.

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение и запишите формулу для вычисления силы Ампера.

2. Дайте определение и запишите формулу для вычисления силы Лоренца.

3. Запишите правило «левой руки».

4. Расскажите о движении заряженных частиц в магнитном поле.

5. Что такое «соленоид»?

ПРИЛОЖЕНИЕ

Магнитное поле-это непрерывное поле в пространстве, которое совершает силовое воздействие на движущиеся заряженные частицы.

Сила Ампера- Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле.

Закон Ампера:

Сила действия однородного маг­нитного поля на проводник с током прямо пропорциональна силе тока, длине проводника, модулю вектора индукции магнитного поля, синусу угла между вектором индукции магнитного поля и проводником.

Направление силы Ампера (правило левой руки):

Если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная составляющая вектора В входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы, действующей на проводник с током.

Сила Лоренца-сила, действующая на заряженную движущуюся частицу в магнитном поле.

Направление силы Лоренца (правило левой руки):

Если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная составляющая вектора В входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению скорости, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы, действующей на заряженную частицу.

Правило левой руки сформулировано для положительной частицы. Сила, действующая на отрицательный заряд будет направлена в противоположную сторону по сравнению с положительным.

Если вектор скорости частицы перпендикулярен векторумагнитной индукции, то частица описывает траекторию в виде окружности. При этом,

· Радиус окружности

· Период обращения

Практическое занятие № 13

Наименование занятия:Электромагнитная индукция.

Цель занятия: применение теоретических знаний для решения задач.

Подготовка: лекция № 14. Касьянов В.А. Физика-11 § 20-27.

В-1

Задание на занятие:

1. Короткозамкнутую катушку охватывает проволочный виток (см. рис.). Определите направление индукционного тока в катушке: а) при замыкании ключа; б) при размыкании ключа.

2. За какой промежуток времени магнитный поток изменяется на 0.004 Вб, если в контуре возбуждается ЭДС индукции 16В?

3. Соленоид содержит 100 витков проволоки. Найти ЭДС индукции, если в этом соленоиду за 5 мс магнитный поток равномерно изменяется от 3 мВб до 1.5 мВб.

4. В катушке, индуктивность которой равна 0.4 Гн, возникла ЭДС, равная 20 В. Рассчитайте изменение силы тока и энергию магнитного поля катушки, если это произошло за 0.2 с.

5. Трансформатор повышает напряжение от 36 В до 220 В. Сколько витков во вторичной обмотке трансформатора, если первичная обмотка содержит 720 витков?

6. Магнитное поле, пронизывающее квадратную рамку стороной 10 см, убывает со скоростью 60мТл/с. Какой ток течет в рамке, если ее сопротивление равно 2 Ом.

7. Почему иногда недалеко от места удара молнией плавятся предохранители и повреждаются чувствительные электроизмерительные приборы?

8. Два параллельных вертикальных проводника, расположенные на расстоянии 1 м друг от друга, замкнуты сопротивлением 1 Ом и помещены в однородное магнитное поле с индукцией 100 мТл, перпендикулярное плоскости проводников. По проводникам начинает вниз скользить без трения перемычка массой 100 г. Пренебрегая сопротивлением проводников и перемычки, определите максимальную скорость падения перемычки.

В-2

Задание на занятие:

1. Короткозамкнутую катушку охватывает проволочный виток (см. рис.). Определите направление индукционного тока в катушке: а) при замыкании ключа; б) при размыкании ключа

2. За 15 мс магнитный поток, пронизывающий контур, убывает с 8 до 3 мВб. Найти ЭДС индукции в контуре.

3. Найдите скорость изменения магнитного потока в соленоиду из 1500 витков при возбуждении в нем ЭДС индукции 300 В.

4. Определите энергию магнитного поля катушки, в котором при силе тока 7,5 А магнитный поток равен 2.3 мВб. Число витков в катушке равен 120. Как изменится энергия поля, если силы тока изменится вдвое?

5. В первичной обмотке трансформатора 200 витков, а во вторичной – 25 витков. Повышает или понижает напряжение этот трансформатор? Во сколько раз?

6. В магнитное поле индукцией 0.3 Тл помещен контур, выполненный в форме кругового витка радиусом 4.1 см. Виток сделан из медной проволоки, у которой площадь поперечного сечения равна 1 . Нормаль к плоскости витка совпадает с линиями индукции поля. Какой заряд пройдет через поперечное сечение витка при исчезновении поля.

7. Почему телефонные провода не следует подвешивать на одних и тех же столбах с проводами переменного тока для освещения?

8. Круговой контур радиусом 5 см помещен в однородное магнитное поле, индукция которого 0,5 Тл. Плоскость контура перпендикулярна направлению магнитного поля, сопротивление контура 0,2 Ом. Какой заряд пройдет по контуру при повороте на угол 60°.

Содержание отчёта:

1. Записать наименование и цель занятия.

2. Ответить на контрольные вопросы и получить допуск к работе.

3. Выполнить задания.

Контрольные вопросы:

1)Дайте определение электромагнитной индукции
2) Дайте определение индукционного тока. Какими способами его можно получить?
3)Сформулируйте правило Ленца
4) Дайте определение самоиндукции.
5) Дайте определение индуктивности. Формула.
6) Энергия магнитного поля.

7) Сформулируйте закон Фарадея

ПРИЛОЖЕНИЕ

Явление электромагнитной индукции - возникновение электрического тока в замкнутом проводящем контуре, который либо покоится в переменном во времени магнитном поле, либо движется в постоянном магнитном поле так, что число линий магнитной индукции, пронизывающих контур, меняется. Чем быстрее меняется число линий магнитной индукции, тем больше индукционный ток.

Магнитным потоком через поверхность площадью S называют величину, равную произведению модуля вектора магнитной индукции В на площадь S и косинус угла между векторами В и нормалью проведенной к плоскости контура.

Закон ЭМИ. (Закон Фрадея) -ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой с противоположным знаком.

Опыт показывает, что индукционный ток, возбуждаемый в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, всегда направлен так, что создаваемое им магнитное поле препятствует изменению магнитного потока, вызывающего индукционный ток. Это утверждение называется правилом Ленца.