Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

739

.pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
03.05.2021
Размер:
1.29 Mб
Скачать

У методичних вказівках викладені основні формули, приклади розв'язув:11111я

задач з розділів "Електростатика", "Постійний струм", " Електромагнетиз~1", " Змінний струм" загального курсу фізики, а також умови задаq для виконання контрольних робіт з цих розділів студентами безвідривної форми навчання. Но~1ери

задач, які студент включає в свою контрольну роботу, визначаються за таблицею

варіантів (стор.37).

При виконанні контрольної роботи студент 'повинен керуватися такими

правилами:

1. Контрольна робота виконується чорнилом у звичайному шюльному зошиті. :,

2. Текст задач переписується повністю без скорочень.

З. У кінці роботи необхідно привести список використаної літератури.

ВКАЗІВКИ ДО РОЗВ' ЯЗУВАННЯ ЗАДАЧ

1.Після повної умови зада'Іі дати скорочену умову, малюнок.

2.Розв'язок задачі необхідно супроводжувати коротким поясненням. З. Одержати розв'язок задачі в за~·ш1ьному вигляді.

4.

Перевірити

правильність

розв'язку

за

допомогою

методу

розмірностей.

 

 

 

 

 

5.

Підставити

в кінцеву

формулу

числов1

значення

величин,

відображених у системі СІ, та провести обчислення.

6.Дати відповідь у вигляді числа зі скороченим най~.н::нуванням,

наприклад, 10 Вт; 55,8 Дж .

 

 

 

ОСНОВНІ

ФОРМУЛИ

 

 

Електростатика

Закон Кулона

·

F= Q,Q,

 

 

·

4JТє0и2 '

 

де F - сила взаємодії

точкових зарядів Q,

і Q, ; r відстань м1ж зарядами ; є -

щелектрична проникність середовища, що містить заряди; є, - електрична стала.

Напруженість електричного поля:

Е =!:_

, де F -

сипа, що діє на заряд Q в

 

Q

 

 

даній то•щі поля .

 

 

 

Потенціал електричного поля

=IV

де

W- потенціальна енерпя

 

Q

 

 

то•1кового заряду Q , який знаходиться в даній точці поля ( при умові, що

потенціальна енергія заряду, віддапсного на нескінченність , дорівнює нулеві). Принцип суперпозиції електричних полів : напруженість і потенціаJт поля,

створеного систе·мою точкових зарядів

Е=

 

 

НАУКОВО·ТЕХНІЧНА БіБЛІ01'ЕКА

 

 

3

 

 

Дніпроnетровськоrо національного

-~, ~\ '-.) -

 

 

) ,:.: rt}

 

університеїу залізничного транспорту

~ ...,...; ..........

~ <1 ·-..../

 

Імені академіка В.Лазаряна

де Е,, tp, - напруженість і потенціал у даній точці поля, що створене 1- зарядом. Напруженість і потенuіал поля точковот заряду .

 

 

 

Е =

___Q

 

<р,

Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4пє0с.r2 '

4;є0с.т '

 

 

 

 

 

 

де

r -- відстань

від

заряду Q до точки, в якій

визначаються

наJJружеюсть

потенщал.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

}!апружсність

і

потенціал

поля,

створеного

зарядл(сно10

сферою, ра:.нус

якої

R, на відстані r

від центра сфери :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) Е =О,

 

 

 

о

(при

r < R );

 

 

 

 

 

 

 

= -=---

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4пє"а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)Е= _Q ,

 

 

о

 

(

при

r= R ) ;

 

 

 

 

 

 

<р= --- ·

 

 

 

 

 

4пє,єг-

 

 

4пь·0єr

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<р=

Q

(при

r > R),

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

де Q - заряд сфери .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЛініНна

густина

заряду

т= Q , де

Q - заряд, і - довжина лінії, ВЗ)ЮВЖ

якої розподілений заряд .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

('r._

<-'>••-'••-'· С

~ "-,,-.--.r.·.•-.

• ,,-._,-,.-._, • ••

. •·•

 

 

 

 

 

 

v= S, Ді.;

""-<.. -

..>аr~л,ц., ._} -

H.'1VlJ.JД

1.1UtH... tJЛlJl~

па

якій

розподшено заряд.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Якщо заряд рівномірно розподі;1ено вздовж лінії з лінійною густиною ' .то на ;"Jінії виді:1яють малу ділянку завдовжки dl з зарядом dQ = 1dl. Такий заря,'1 можна вважати за точковий. Тоді напруженість і потенuіал поля ,створеного циш1

зарядами:

uі;=----.!!:~

г

d<p =----,

 

 

тdі

4лє(\sr 2

r

4пь·,а

J." ..... t

µозраховується напруJІ\:еністо.

Використовую•ш принцип суперпозиuії електричних полів, :шаходимо інтегруванням напруженість Е і потенціал <р поля, створеного розполіленим

зарядом:

Е= _!:.__ d! ,-_

"~с r: ,.:- ;.~

•.п- о ~

4

Інтегрування проводять уздовж всієї довжини зарядженої тнн dl. Напруженість поля, створеного нескінченно довгою, рівномірно зарядженою лінією або нескінченно довгим цилшдром:

де r - відстань від нитки або осі циліндра до тоqки, в якій напруженість поля

розраховується.

Напруженість поля, створеного несюнченною ршном1рно зарялженою

площиною:

Зв'язок потенц~ала з напружеюстю:

а)

Е = - gradrp

-

дrр -дrр -дrр

( у загальному випадку );

або Е =-(і дх +) ry + k е;)

 

 

 

( для однорідного поля ) ;

 

в)

Е = - drp

(для випадку поля, що має центральну симетрію).

 

dr

 

 

 

 

 

 

 

Елекrричний момент диполя

 

Р =І Q і Ї ,

де Q - заряд, І

- rшече диполя

 

 

 

 

 

.

 

 

.

(векторна величина, яка спрямонана RJЛ: негативного заряду до позитивного 1

дорівнює відстані між зарядами ).

 

 

 

 

 

Робота сил поля з переміщення

заряду Q від•

точки поля

з потеншалом

, в точку з потенціалом q;,

:

 

 

 

 

 

 

 

 

А =

Q (~п, - rp,).

 

 

 

Електроємність

С

~

або

С =.Q. ,

де rp

- потснщал про1:11дника

 

 

 

п

 

 

 

 

 

 

 

 

rp

 

и

 

 

 

(при умові, що в нескінqенності він дорівнює нулеві); U - різниця потенціалів між

пластинами конденсатора.

Електроємність відокремленої сфери радіусом R:

5

Електроємність rиюского конденсатора С = 50d єS, де S - площа однієї

пластини конденсатора, d - відстань між пластинами, є - діелектричнn проникність

середовища усередині конденсатора.

Електроємність батареї конденсаторів:

І

"

 

І

(

при послідовному з'єднанні);

а)-= 2:-~-

С

;~

1

С;

 

 

 

 

 

 

(

при· паралельному з'єднанні ) , де n - кількість

t=1

конденсаторів в батареї.

Енергія зарядженого конденсатора ( єнергія елекчшчного поля ) :

W = Qf~ =CU' = Q'

 

 

 

 

 

2

 

2

2С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Посrійний

струм

 

 

 

 

Сила

. струму

І =~ , де Q -заряд, що пройшов через поперечний переріз

провідниказа час t.

Густина струму j =

!:..

,

де S - пJюща перерізу провідника.

 

 

.

 

 

 

s

 

 

 

 

 

 

Зв'язок густини струму. з середньою

пшидкістю

(v

) спрямованого руху

заряджених частинок :

j

= qn

(v } ,

де

q - заряд частинки, n -

концентрація

заряджених частинок.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Закон

Ома:

а) І=!!...

( для ділянки кола без наявності ЕРС ) , де lJ -

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

різниця потенціалів

(напруга)

на кінцях

ділянки кола,

R - опір ділянки

кола;

- , •

И±Е

(

для

ділянки кола при паяnпості

ЕРС ),

де

Е - ЕРС

О) 1= -R

джерела струму, R - сума

зовнішнього

і

внуrрішнього опорів;

 

 

в )

Е

 

( для замкнутого кола ) , де R -

зовнішній

ошр, r -

Я+ r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

внутрішній опір кола (

джерела струму ) .

 

 

 

 

 

 

Закони Кірхrофа :

 

 

 

 

( перший закон ):

 

 

 

 

 

 

 

kl

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ІЕ_; (другий

закон);

 

 

 

 

 

io-:.f

 

 

 

]""1

 

 

 

 

 

де L І, - алгебраїчна

сума струмів, що збігаються у вузлі;

L l,R,

 

-

алгебраїчна

сума добутків сил струму на опори

д1лянок;

"

 

 

алгебраїчна сума ЕРС.

 

'f_E1

-

 

 

 

 

 

 

 

гІ

 

 

 

 

 

 

 

 

Опір

провідника

R =

І

де

р

- питомий

ошр,

І- довжина

р S,

провідника,

S - площа поперечного перерізу

провщника.

 

 

 

 

 

Опори системи провідників :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а) R= 'f_R,

( при послідовному з' єднанні ) ;

 

 

 

 

 

 

і-=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б)

 

( при

паралельному

з' єднанні ),

де

R;

-

ошр

1- 1

ДІЛSІНКИ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Робота струму :

А= IUt, А= І'R1

,

 

 

и~

 

 

 

 

 

 

А= -- t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

Потужні.сть струму: Р = IU,

Р = І'R,

 

 

U'

 

 

 

 

 

 

Р = -.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

Закон Джоуля -

Ленца :

Q = І' RІ .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Закон Ома в диференціальній формі

 

] = уЁ,

де J -

густина струму,

r -

питома провідність, Е - напруженість електричного поля.

 

 

 

 

 

Напруженість магнітного поля. Магнітна індукція.

 

 

" нfr//...,;...,

~

 

 

 

Jакон Ьіо-Савара-Ланласа : dB == ,..оІ-""-· ~.., ~ , де dB -

індукuія магнітного

 

 

4ш-

 

 

 

 

поля, створеного

елементом провідника зі струмом dl;

µ 0

-

магнітна сп1_1а

0 =4л-1О-1

1'11/л1);

dl -довжина провідника; 1 -

сила струму;

(

- відстань вщ

елемента dl

до точки, в якій визначасться dB; а

- кут між dl і r.

 

 

Зв'язок магнітної індукщі з напруженіс.110

магн~тного поля:

 

Магнітна індукція в центрі кругового прові.ш;;:к:! 3і струмом:

7

r.- = IQIBvsin а , де а - кут між векторами В v.

Еле1промагнітна індукція . Самоиндукція

Робота переміщення контуру зі струмом в магнітному полі:

А= І ЛФ,

де ЛФ - змінення магнітного потоку , що пронизує поверхню, обмежену

контуром.

Основний закон елек-тромагнітної індукції:

де F,

- електрорушійна сЮІа індукції, N - число витків контуру.

 

 

РізниІLч потенціалів на

кінцях

 

провідника

довжиною !, який

рухається з

 

 

.

.

 

 

.

 

 

1пвидк1ст1-о \.' в одпор1дному маrн1тному пол~:

 

 

 

 

 

U=Biv sin а,

де а - кут м1лс v 1

В.

 

Електрорушійна сила індукції

 

Е

, яка виникає в рш.щі, "що має N витків

площею S, при

обертанні

_[Jсtмки

 

з

куїuJ:!ОЮ

швидкістю w в однорідному

магнпному полі

з rnдукцією В:

 

 

 

 

 

 

 

 

Е, = BNSwsinw.t

 

 

 

Елек-трорушійна сЮІа самоіндукції :

 

 

 

 

 

Е. =-L dl

,

де L - індуктивність контуру.

 

 

 

п

dl

 

 

 

Індуктивність соленоїда ( тороїда) : f, =µ 0 101'V,

 

ле n -

кіrн.кіст.h ІІ!ПкіlІ, що прил:~.n.'11' HR

олянюдо до.юкJШй ео_ттсно(n~1 (т1)роїл;1 ): V

об'І'м соленоїда ( тороїда ).

Енергія маг11іт1ю1·0 поля

Енергія маг~ітного поля, створеного струмом у замкнутому контур~ 1 індуктивністю l,:

9

iv = LI'

2

де І, - індуктивність контура, І - сила струму в контурі.

Об'ємна густина енергії однорідного магнітного поля

1У=µоµН1=_в= =вн

 

 

 

 

 

 

 

2

2j.І0j.І

2

 

 

 

 

 

 

Змінний струм. Електромагнітні хвилі

 

 

 

Закон

 

Ома

для

змІнного

струму

в

колі, що І\tаЄ

омічний опір R,

індую·ивність

L

та

елеюроємністьС,

 

з'єднаш

постдовно:

І=

 

Ео

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

_/R' +U,m-__!_)2

 

 

 

 

 

 

 

 

V

'

Сш'

 

 

 

 

 

 

 

де

ш = 2n-v -

циклічна частота змінного струму.

 

 

 

 

 

Повний or1ip кола змінному струму :

 

 

 

 

де

R, =

-

.

 

 

. --

1

-

 

-

 

L(J) -

Індуктивний <lПІр, Кс=-·- - ємнісний О'шр.

. ~,",

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

··

 

СйJ

~

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

шL-·1-

 

 

Зсув фаз між струмом і напругою :

 

 

tg <p =

c(t)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

я

 

 

Ефективні значення струму і напруги :

І

= /mм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

•Ф

J2

 

де Im.- та Um"'- максимальні (амплітудні) значення струму і напруги.

Середнє за часом значення потужності змінного струму:

и ;/

Р= ~cosqi.

2

Період власних коливань у контурі без активного опору ( формупа

Томсона):

Т= 2ттJТс .

Зв 'язок довжини електромагнітної хвилі з періодом колив;:ш1, Т та частотою

10.

Соседние файлы в предмете Физика