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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

171

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H x (M ) =

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H x (M ) =

a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H x (M ) =

4 ×π × a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ×π × a

 

 

 

 

 

 

 

 

H x (M ) =

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

π × a

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H x (M ) = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

11. По двум параллельным,

прямолинейным проводникам текут токи

I1 = 2 A и I 2 = 1A . Расстояние между проводниками

l . Где расположена

линия , на которой магнитное поле равно нулю?

 

 

 

 

 

 

 

 

Ответы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I1

 

 

 

 

 

 

I2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r =

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r =

l

 

 

 

 

 

r =

2 × l

 

 

 

 

 

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r =

l

 

 

 

 

 

 

 

 

r =

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13.Чему равен магнитный векторный потенциал Am в точке наблюдения, расположенной на оси кольцевого проводника с

радиусом а и с током I = 1A на расстоянии 1м от кольца?

Ответы:

 

Am

 

= 2 ×π × a

Am

= 0

Am

=

1

 

Am

=

1

 

 

4 ×π 2

 

2 ×π × a

Am

 

=

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 ×π × a 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13. Два соосных проводящих кольца с радиусами R2 >> R1 лежат в

одной плоскости . Считая поле в центре большого кольца ( т.е. в месте

172

 

 

 

 

B = μ ×

I 2

 

расположения малого ) однородным и равным

2 × R2 , определить как

изменится взаимоиндуктивность колец, если R1 уменьшить вдвое, а R2 -

вчетверо.

Ответы:

Удвоится Станет в два раза меньше

Станет равной нулю Правильный ответ не приводится Не изменится

14. В среде с проводимостью σ 0 задано распределение потенциала

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

Ответы:

δ= 10 ×σ 0 (x0 + y 0 )

δ= 10 ×σ 0 (x0 + y × y 0 )

δ= 5 ×σ 0 (2 × x0 - y 0 )

δ= 10 ×σ 0 (x × x0 + y 0 )

δ= 0

16.Определить индуктивность L на еденицу длины одиночного прямого круглого сечения провода с радиусом поперечного сечения R и с магнитной проницаемостью μ .

Cправка: Wm

=

L × I 2

= μ ×

H 2

× dV .

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

V

 

 

Ответы:

 

 

 

 

 

 

173

 

 

 

L =

μ

L =

μ

L =

μ

L =

μ × R

L =

μ

8 ×π

4 ×π

2 ×π

2 ×π

2 ×π × R

16. По бесконечной проводящей плоскости (X,Y,O) протекает

поверхностный ток

η = y

0

×η

.

Чему равно магнитное поле

H в двух

 

 

 

точках, поднятых над плоскостью на высоте 1м и 1км?

 

Указание:

принять плоскость за боковую поверхность цилиндра с R = ∞ ;

Ответы:

 

 

 

 

 

 

 

H 1

= H 2

= 0

 

 

 

 

H 1 = H 2 = -x0 ×η

 

H 1

= H 2

= ¥

 

 

 

 

H 1 = - H 2

 

H 1 = y 0 ×η H 2 = x0 ×η

17. Виток тока I 2 с радиусом R лежит в одной плоскости с прямолинейным проводом с током I1 на расстоянии l от него. Радиус витка по сравнению с l очень мал. Определить взаимную индуктивность системы.

Ответы:

 

π × R 2

l >> R

M = μ ×

I1

l

I2

 

 

 

 

R 2

 

l

M = μ ×

 

 

 

 

R

2 ×l

 

 

 

M = μ × 2 ×π × R l

M = 0

M = μ × 2 ×π × l

R 2

18.В почве, проводимость которой σ , на большой глубине закопан

металлический шар радиуса А. Ток, вытекающий из поверхности шара,

I.

Записать выражение разности потенциалов между шаром и любой

174

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

b

 

точкой в почве, удаленной на r. Справка: U ab = ϕa -ϕb = E × dl ;

I = δ × ds .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

a

s

Ответы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U =

 

 

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 ×π ×σ × r

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

1

 

U =

 

 

 

 

 

 

 

 

×

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

2 ×π ×σ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

1

 

U =

 

 

 

 

 

 

 

×

 

 

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

4 ×π ×σ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

 

 

 

 

A

 

 

 

 

 

 

I

 

 

 

1

 

 

 

 

1

 

 

 

U =

 

 

 

 

 

 

×

 

 

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

×π ×σ

 

A

 

r

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

 

1

 

 

 

 

 

1

 

U =

 

 

 

 

 

×

 

 

-

 

 

 

 

 

 

×

π ×σ

 

 

 

 

 

 

4

 

A

 

 

 

 

 

r

 

19. По прямолинейному проводу протекает напряженность магнитного поля в точке провода на расстояние r=0.5m?

Ответы:

ток I = π (A).

Какова

наблюдения,

удаленной от

3

A

π

A

1

A

2

A

2.37

A

m

m

m

m

m

 

 

 

 

 

21. 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

расстоянии l, равно H (l ) =

I

×

 

R 2

 

.

 

 

 

(R 2

+ l 2 )3 / 2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

Ответы:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M1,2

=

π × R 3

 

 

 

 

 

 

l

2 × l 4

 

 

 

 

 

1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

= π × R 2

 

 

 

 

 

 

M 1,2

 

 

 

R

 

R

2.

 

2 × l 4

 

 

 

 

 

 

 

175

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?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

176

 

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 + x0 × x

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

Am (x) = 0

 

 

 

 

 

 

 

 

m

(x) = -z 0 ×

μ × c

 

2

+ ρ

 

A

 

 

 

× x

 

× 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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

177

 

 

 

 

 

 

 

 

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

178

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

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

= -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,

179

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

180

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

 

×π × r

 

4

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