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

Электромагнитные поля и волны.-3

.pdf
Скачиваний:
29
Добавлен:
05.02.2023
Размер:
2.38 Mб
Скачать

131

3. M 1,2

= μ × π × R 4

 

 

 

2 × l 3

M 1,2

= μ ×

π

2 × l 3

4.

 

 

M 1,2

= μ ×

 

R 2

 

2 × l 3

5.

 

21. По четырем параллельным, прямолинейным проводам,

расположенным на вершинах квадрата и перпендикулярных ему,

протекают одинаковые токи. Укажите точку на поперечном сечении

системы, где магнитное поле равно нулю.

 

Ответы:

г

г

д

a

б в

a

б

в

д

22. Элемент постоянного тока в точке М, отстоящей от него на расстоянии r, возбуждает магнитное поле. Какова зависимость H от r и

на чем она основана?

Ответы:

1

r 2 Закон Ома

1

r 2 Закон Био-Савара

1

r 3 Закон Био-Савара

1

r 2 Закон Кулона

1

r1 Первое уравнение Максвелла

23. Как изменится погонная индуктивность прямолинейного провода круглого сечения , если его толщину уменьшить в три раза?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

132

Ответы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Увеличится втрое

 

 

 

 

 

 

 

 

Уменьшится втрое

 

 

 

 

 

 

Увеличится в 1.5

раза

 

 

 

 

 

 

Останется неизменным

 

 

 

 

 

 

Уменьшится в 1.5

раза

 

 

 

24. Найти решение уравнения

Ñ2 × Am (x) = -μ ×δ , если δ = -c × z 0 .

Ответы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Am (x) = z 0 ×

μ × c

× x 2 + x 0 × x

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

Am (x) = 0

 

 

 

 

 

 

 

m

(x) = -z 0 ×

μ × c

 

2

 

A

 

 

 

× x

 

+ ρ × x + q

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

Am (x) = const

 

 

 

 

m

(x) = z 0

 

μ × c

 

2

 

A

 

×

 

× x

 

+ ρ × x + q

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

25. Три параллельных, прямолинейных проводника проходят через вершины равностороннего треугольника. По ним протекаю одинаковые постоянные токи. Укажите точку на поперечном сечении системы, где магнитное поле равно нулю.

D

A

C

B

Ответы:

1.D

2.A

3.B

4.C

5.Такой точки нет

26.Определить индуктивность L на единицу длины единичного прямого

провода с радиусом поперечного сечения R и с магнитной

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

133

 

 

 

 

 

 

 

 

проницаемостью металла μ .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Справка:

Wm

= L × I 2

= μ ×

H 2

× dV ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L = 0

 

 

μ

 

 

 

 

 

μ

 

μ

 

μ × R

 

 

 

 

 

 

 

 

L =

4 ×π × R 2

 

 

L = 2 ×π × R

 

L = 8 ×π

L =

8 ×π

 

 

 

 

 

27.

Диэлектрик коаксиального кабеля

имеет удельную проводимость

σ

. Определить напряженность электрического поля

E

внутри

кабеля,

если ток утечки на единицу длины равен I .

 

 

 

 

 

 

 

Ответы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E =

 

 

1

×

δ × dS

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 ×π ×σ × r

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E =

r 0 × 4 ×π ×σ × r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E = r 0 × 8 ×π ×σ × r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E = α

0 ×

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ×π ×σ × r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E = r 0 × 2 ×π ×σ × r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

28. Через вершины параллелограмма ( abcd ) проходят четыре

 

 

 

 

 

параллельных прямолинейных провода , по которым протекают

 

 

 

постоянные

токи

I1

= 5.5A

и

I 2 = -3A .

Определить

магнитное

поле

в

 

точке

пересечения

 

диагоналей

и

 

 

 

 

 

 

 

 

параллелограмма.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I2

 

 

 

I1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

c

 

 

 

 

 

Ответы:

 

 

 

 

 

 

 

I1

r2

 

I2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r1

M

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.5

 

 

 

 

d

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H =

 

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ×π × r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H =

2.5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 ×π × r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

134

H = 0

H

= (2.5)2

4 ×π × r

H

= (2.5)2

4 ×π × r 2

29. Большое четное число очень тонких прямолинейных проводников составляют боковую поверхность цилиндра, оставаясь параллельными

один к другому. В каждом проводнике протекает ток

I1 , но направление

этих токов чередуется от проводника к проводнику.

В какой из точек а,

б, в, магнитное поле равно нулю?

 

 

 

Ответы:

 

 

 

В точке а

б в

 

a

В точке б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вточке в

Вточках а и в Всюду H=0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ñ2 ×

 

 

 

 

m (z) = -μ ×δ , если

 

=

 

.

30.Найдите решение уравнения

 

A

 

δ

y0

Ответы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= -μ ×

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Am =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

x

x

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

= -μ × z 2 ×

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Am

Am

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

 

 

μ × z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

A =

Ay

 

=

y0

×

 

 

 

 

 

 

 

+ C × z + D

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

μ × z 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

A

 

 

= -

 

 

 

 

 

 

+ C × z

× y0

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Am = 0

31. В почве, проводимость которой σ , на большой глубине закопан металлический шар радиуса А. Ток, вытекающий из поверхности шара,

135

I .

Записать выражение для потенциалов между

любой точкой на земле

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

и поверхностью шара. Справка: U ab = ϕa -ϕb = E × dl ;

I = δ × ds .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

s

Ответы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U =

 

 

 

 

 

 

×

 

 

 

 

+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ×π ×σ

 

 

A

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U =

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 ×π ×σ × r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

1

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

U =

 

 

 

 

 

 

×

 

 

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 ×π ×σ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

A

 

 

 

 

 

 

 

U =

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ×π ×σ × r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

U =

 

 

 

 

 

 

×

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

×π ×σ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

A

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

32.

 

 

Ñ2 ×

 

(x) = -μ ×

 

,

 

 

 

= -

 

× 4 .

 

 

Am

 

Найти решение уравнения

 

δ

если

δ

x0

Ответы:

Am = x0 × (2 × μ × x 2 + C × x + D)

Am = -x0 × (C × x + D)

Am = -x0 × C × μ × x

Am = -x0 × x3 × μ

Am = 0

33. Найти взаимную индуктивность двух одинаковых, параллельных колец радиуса R, расположенных на одной оси, перпендикулярных относительно неё и удаленных друг от друга на расстоянии l (l>>R).

Напряженность магнитного поля на оси, создаваемого одним кольцом на

 

H (l ) =

I

×

R 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(R 2 + l

2 )3 / 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

расстоянии l , равно

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

R

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

136

M 1,2

= π × R 3

 

 

2 × l 4

M 1,2

= π × R 2

 

 

2 × l 3

M 1,2

= μ ×

R 2

 

 

2 × l 3

 

 

 

M1,2

= μ × π × R × 4

 

 

 

2 × l 3

M 1,2

= μ ×

R 2 ×π

 

4 × l 3

 

 

 

34. Точка K удалена от прямолинейного, бесконечного провода на расстояние r . По проводу течет постоянный ток I. Чему равна проекция H r магнитного поля в точке М?

Ответы:

H x

=

 

 

 

I

 

 

 

K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

×π × r

 

 

I

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

= 0

 

 

 

 

 

r

 

 

H r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

x o

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H r

=

 

 

 

 

 

 

M

 

 

×π × r

2

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

H r

=

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

×π × r

2

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

H r =

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 ×π

× r

 

 

 

 

 

35. Вдоль тонкостенной трубы радиуса а и тонкого

провода,

расположенного вдоль оси трубы , протекают постоянные токи I1 и (- I 2 ) .

Каково магнитное поле в точках отстоящих

 

 

 

 

 

от

 

a

 

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

оси на расстояниях

2 и 2 × a ?

 

 

 

 

 

 

Ответы:

 

 

I1

 

 

I2

 

 

I1

 

 

 

 

 

 

H = 0 ;

H =

 

 

 

 

 

 

 

2 ×π × a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

137

H =

- I 2

 

;

 

H =

 

I 2 - I1

4 ×π × a

 

 

2 ×π × a

 

H = 0 ;

 

 

H =

 

 

 

I1

 

 

 

 

 

 

2 ×π × a 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I 2

 

 

 

 

I1 - I 2

 

 

 

 

H =

 

; H =

 

 

 

 

 

 

 

 

π × a

4 ×π × a

 

 

 

 

H =

- 2 × I

1 ;

H =

 

I

 

- I

2

 

 

 

π × a

 

 

1

 

 

 

 

 

π × a

 

 

 

 

36. Чему равен магнитный вектор - потенциал

Am в точке

 

наблюдения ,

расположенной

на

оси

кольцевого проводника

с радиусом

а и стоком

Ι = 1 А на расстоянии 1 м от кольца ?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= 2 ×π × a

 

 

1

 

 

1

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Am

Am

=

 

 

Am

=

 

 

Am

=

 

 

Am

 

= 0

 

4 ×π 2

4 ×π × a 2

 

 

 

2 ×π × a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

37. При получении уравнения Ñ2 × Am = -μ × δ пользуются условием,

налагаемым на вектор Am . Что это за условие?

Ответы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

rot Am =

δ

div Am = 0

rot Am = 0

 

 

= 0

grad

Am

38. Два соосных проводящих кольца с радиусами R1 и

R2 (R1 << R2 )

,

лежат в одной плоскости . Считая поле в центре большого кольца (в

 

 

B = μ × I 2

× R2

месте расположения малого кольца ) однородным и равным

2

 

 

определить, как изменится взаимоиндуктивность колец,

если их радиусы

удвоить.

 

 

 

Ответы:

 

 

 

138

Уменьшится в 4 раза Уменьшится в 2 раза Увеличится в 4 раза Увеличится в 2 раза Не изменится

39. По трем параллельным прямолинейным проводам протекают постоянные токи. Каждый провод удален от остальных на одинаковое расстояние. Укажите точку на поперечном сечении системы, где магнитное поле равно нулю.

Ответы:

 

 

 

 

I

B

f

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

E

D

 

1.B

2.C

3.D

4.E

5.A

 

 

I

 

I

C

 

 

 

 

A

 

40. Диэлектрик коаксиального кабеля имеет удельную проводимость σ .

Определить напряженность электрического поля внутри кабеля, если ток

утечки на единицу длины задан I. Справка I = δ × d S

S

Ответы:

 

=

 

 

 

 

× I ×σ

 

 

 

 

E

α

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

π × r 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

E = δ × dS ×

 

 

 

 

 

 

 

×π ×σ × r

 

 

s

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

E = α 0 ×

 

 

 

 

 

 

 

 

4 ×π ×σ × r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

E = r0 ×

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ×π ×σ × r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

E = r0 ×

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 ×π ×σ × r 2

139

41. Определить плотность тока во 2-ой среде, если напряженность

электрического поля в первой среде E = x 0

× E0 и заданы проводимости σ 1

и σ 2 .

 

 

 

 

 

 

Y

 

1

 

2

 

 

 

σ 1

 

σ2

X

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответы:

δ2 = δ1 = σ 1 × E1

δ2 = x0 ×σ 1 × E0

δ2 = 0

 

 

=

 

 

× σσ 1

 

E0

δ 2

x0

 

2

 

 

 

 

 

=

 

×

σ

2

 

× E0

δ 2

x0

 

σ

 

 

1

 

 

42. Найти

индуктивность

L

на

 

 

единицу

длины

одиночного

цилиндрического

прямолинейного

 

провода радиуса R

с магнитной

проницаемостью

μ .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Указание:

воспользоваться формулами

W m =

L × I 2

и

W m =

μ

× H 2 dV

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

2

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L =

μ

L =

μ

L =

μ × R

L =

 

μ

L =

μ

 

4 ×π × R

 

8 ×π

8 ×π

 

 

2 ×π × R

 

4 ×π × R 2

 

 

43.

В среде с проводимостью σ 0 задано распределение потенциала

ϕ = 5 × x 2 + 10 × y + 5 . Oпределить плотность тока проводимости.

r = 0,5 м ?

140

Ответы:

δ = σ 0 × x × (10 × x +10)

δ = σ 0 ×(10 x + 10 )

δ= -10 ×σ 0 × (x × x0 + y0 )

δ= z0 ×σ 0 ×10 × (x +1)

δ= 0

44 . По двум параллельным, прямолинейным проводникам текут

постоянные токи

I1

= 2 A и

I2 =1A .

Расстояние между проводниками l.

Где расположена

линия, на которой

магнитное поле равно нулю ?

Ответы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r =

1

× l

r =

2

× l

r =

1

× l

r =

1

× l

r =

1

× l

r =

2

× l

 

 

 

 

 

 

2

 

3

 

.

5

 

4

 

 

3

 

3

 

45. По прямолинейному проводу протекает ток I = π (A) . Какова

величина магнитного поля в точке наблюдения, удаленной от провода на расстоянии Ответы:

H = π A m H = 0,5π A m H = 2 A m H = 3 A m H = 1 A m

46. Тонкостенная труба распилена вдоль на шесть одинаковых частей,

по которым протекают постоянные токи I 1 , I 2 и I 3

I 1

I 2

 

R

 

. I 2 = -z0 × I

I 1 = z0 × I

Чему равно магнитное поле на оси трубы?