Задачі рівня в:

3стр26. Скільки електронів N пройде через поперечний переріз провідника протягом t=2 хв за сили струму І= 0,5 А?

3стр27. Електричний водонагрівач, під’єднаний до мережі напругою U=220 В, за t=4 год нагріває m=200 кг води від t₁=10 °С до t₂=80 °С. Знайдіть силу струму в нагрівачі, вважаючи, що тепловими втратами можна знехтувати.

3стр28. При почерговому під’єднанні до одного й того ж джерела струму на першому резисторі виділяється потужність P₁=100 Вт, а на другому – Р₂=200 Вт. Яка потужність виділиться на обох резисторах разом, якщо під’єднати їх до того самого джерела струму: а) паралельно; б) послідовно?

3стр29. Є три резистори опорами R₁=1 Ом, R₂=2 Ом, R₃=3 Ом. Накресліть всі можливі схеми під’єднання їх (не обов’язково всіх одразу) до джерела струму і розрахуйте для кожного випадку потужність, що виділяється в колі. Напругу джерела струму візьміть такою, що дорівнює U=6 В.

3стр30. При під’єднанні лампи до батареї елементів з ЕРС ξ=4,5 В вольтметр показав напругу на лампі U=4 В, а амперметр – силу струму І=0,25 А. Чому дорівнює внутрішній опір джерела струму?

3стр31. До генератора постійного струму з ЕРС 200 В і внутрішнім опором r = 0,6 Ом під’єднано нагрівач опором R=14 Ом. Яка кількість теплоти виділяється в нагрівачі за t=1 хв?

3стр32. Алюмінієвий і мідний дроти однакової довжини і площі перерізу з’єднано послідовно і під’єднано до електричного кола. У якому дроті виділилася більша кількість теплоти? У скільки разів більша? Питомий опір алюмінію ρ_а =2,8·10^-8 Ом·м, міді –ρ_м=1,7·10^-8 Ом·м.

3стр33. Знайдіть силу струму в сталевому дроті завдовжки l=10 м і площею поперечного перерізу S=2 мм², на який подано напругу U=0,012 В. Питомий опір сталі ρ=12·10^-8 Ом·м.

3стр34. ЕРС джерела струму ξ = 6 В. При зовнішньому опорі R=1 Ом сила струму в колі І=3 А. Чому дорівнює внутрішній опір джерела та струм короткого замикання І_кз ?

Тема 3.4. Магнітне поле.

Основні питання, що вивчаються в даній темі:

1. Електрична і магнітна взаємодії. Взаємодія провідників зі струмом. Магнітне поле. Дія магнітного поля на провідник зі струмом. Сила Ампера. Індукція магнітного поля. потік магнітної індукції.

2. Сила Лоренца. Рух зарядів в магнітному полі. Магнітний запис інформації. Вплив природних та штучних магнітних полів на живі організми.

Теоретичні відомості з теми: Земля – це величезний магніт, біля її північного географічного полюса знаходиться південний (S) магнітний полюс, а біля південного географічного – північний магнітний полюс (N). Однойменні полюси магнітів відштовхуються, а різнойменні – притягуються.

Якщо розпиляти магніт, то отримуємо два менші магніти, знову з двома полюсами. Тобто магнітних зарядів в природі нема! Дослід Ерстеда: - магнітна стрілка намагається розташуватися перпендикулярно до провідника зі струмом. Дослід Ампера: - паралельні провідники зі струмом взаємодіють один з одним; якщо струми течуть в одному напрямі, то провідники притягуються , а якщо струми течуть у протилежних напрямах – то відштовхуються. Один ампер (1А) – це сила такого постійного струму, який при проходженні по двох паралельних прямолінійних нескінченно довгих провідниках дуже малої площі перерізу, розташованих у вакуумі на відстані 1 м один від одного, зумовлює між провідниками силу взаємодії, яка дорівнює 2·10^-7 Н на кожен метр довжини. Магнітними взаємодіями називають взаємодії між рухомими електричними зарядами (або провідниками зі струмом).

Загальний висновок: електростатичне поле – це вид матерії , яка оточує нерухомі заряди і виявляється в дії з певною силою як на нерухомі заряди так і на рухомі заряди. Магнітне поле – це вид матерії, яка оточує рухомі заряди (провідники зі струмом) і виявляється в дії з певною силою на інші рухомі заряди (провідники зі струмом).

Величину , яка характеризує магнітне поле (з точки зору його сили) в даній точці простору, називають магнітною індукцією та позначають В. За напрям вектора магнітної індукції беруть напрям, який указує північний полюс магнітної стрілки, що вільно обертається. Для графічного зображення магнітного поля використовують лінії магнітної індукції – уявні лінії, дотичні до яких показують напрям вектора магнітної індукції в кожній точці. Правило правого гвинта (буравчика): коли поступальний рух буравчика співпадає з напрямом струму в провіднику то напрям обертання ручки буравчика вказує на напрям ліній магнітної індукції навколо провідника; коли обертати ручку буравчика за напрямом струму в провіднику у формі кільця, квадрата, прямокутника і т.д., то напрям поступального руху буравчика вкаже на напрям ліній магнітної індукції.

Модуль магнітної індукції дорівнює відношенню сили, що діє на провідник зі струмом, розташований перпендикулярно до магнітної індукції, до добутку сили струму в провіднику і довжини провідника: В= . За одиницю магнітної індукції приймають магнітну індукцію поля, що діє із силою 1 Н на провідник завдовжки 1 м: 1 Тл = .

Магнітним потоком (потоком магнітної індукції) Ф через замкнутий контур називають фізичну величину, що дорівнює добутку модуля В вектора магнітної індукції на площу контуру S і косинус кута між вектором магнітної індукції та перпендикуляром до площини контуру: Ф= B·S·cosα. Одиницю магнітного потоку в SI називають вебер (Вб): 1 Вб= 1 Тл·м².

Силу, що діє на провідник зі струмом у магнітному полі, називають силою Ампера і позначають F_A.

Закон Ампера: якщо провідник зі струмом розташований під кутом α до магнітної індукції В, модуль сили Ампера F_A=B·I·l·sin α, де І – сила струму в провіднику (А), l – довжина провідника (м). Звідси випливає: якщо α=0° або α=180°, то sin α=0 і F_A=0, тобто магнітне поле не діє на провідник зі струмом, розташований паралельно вектору магнітної індукції. Якщо α=90°, то sin α=1 і сила Ампера максимальна: F_A=B·I·l.

Напрям сили Ампера визначають за правилом лівої руки: якщо розкриту долоню лівої руки розташувати так, що вектор магнітної індукції входив в долоню, а чотири витягнуті пальці вказували напрям струму в провіднику, то відігнутий на 90° у площині долоні великий палець укаже напрям сили, що діє на провідник з боку магнітного поля.

Силу, що діє на заряджену частинку, яка рухається в магнітному полі, називають силою Лоренца. Напрям сили Лоренца, яка діє на рухому заряджену частинку, визначають за допомогою правила лівої руки: якщо розкриту долоню лівої руки розташувати так, щоб вектор магнітної індукції входив у долоню, а чотири витягнуті пальці вказували напрям швидкості позитивно зарядженої частинки (але проти руху негативно зарядженої частинки), то відігнутий великий палець укаже напрям сили, що діє на частинку. Модуль сили Лоренца F_А = q·υ·B·sinα, де q – модуль заряду частинки (Кл), υ – модуль її швидкості (м/с), В – модуль магнітної індукції (Тл), α – кут між швидкістю частинки υ та вектором магнітної індукції В. Якщо частинка влітає в однорідне магнітне поле перпендикулярно до його ліній магнітної індукції, то сила Лоренца відіграє роль доцентрової сили, тому частинка рухається по колу радіусом: R= , де m – маса частинки (кг).

Магнітна проникність речовини μ дорівнює відношенню модуля магнітної індукції В у даній речовині до магнітної індукції В₀ зовнішнього (намагнічуючого) магнітного поля, тобто μ= . Діамагнетиками називають речовини, у яких магнітна проникність μ<1, тобто в діамагнетиках магнітна індукція зменшується (мідь, вісмут, сірка) і вони виштовхуються з магнітного поля. Парамагнетиками називають речовини, у яких магнітна проникність μ>1, тобто в парамагнетиках магнітна проникність трохи збільшується (алюміній, натрій, платина) і вони утягуються в магнітне поле. Феромагнетиками називають речовини, магнітна проникність яких дуже велика (μ>>1) – від декількох сотень до майже мільйона – залізо та його сплави, нікель, кобальт, гадоліній. Важливою особливістю феромагнетиків є залишковий магнетизм: феромагнетики зберігають магнітні властивості й після вимикання зовнішнього магнітного поля (постійні магніти, магнітні стрічки для магнітного запису інформації).