Примеры решения задач.

1. Две капли масла во время падения сливаются в одну. Вновь образованная капля при ударе о поверхность делится на две одинаковые. До слияния заряд первой из капель был равен «2нКл», а второй – «-3нКл». Каков заряд капель после удара о поверхность?

Решение: По закону сохранения электрического заряда находим общий заряд системы q = q₁ + q₂ = 2нКл + (-3нКл) = -1нКл. Следовательно, при слиянии новая капля имеет заряд «-1нКл». Так как во время удара вновь образованная капля делится на две одинаковые, то и заряд новых капель равен половине общего заряда, то есть по «-0,5нКл». Ответ: -0,5нКл; -0,5нКл.

2. Сила взаимодействия зарядов равна 36 Н. Чему она будет равна, если:

А) первый заряд увеличить в 2 раза?

Б) второй заряд уменьшить в 2 раза?

В) расстояние между зарядами увеличить в 3 раза?

Г) первый заряд увеличить в 2 раза. Второй уменьшить в 3 раза?

Решение: По закону Кулона:

А) Сила прямо пропорциональна произведению зарядов

Б) Сила прямо пропорциональна произведению зарядов .

В) Сила обратно пропорциональна квадрату расстояния между зарядами

Г) Сила прямо пропорциональна произведению зарядов

Ответ: 72Н, 18Н, 4Н, 24Н.

3. На заряд , находящийся в однородном электрическом поле действует сила. Определить напряженность поля.

Решение: Напряженность поля равна .Ответ:

3. Какую работу нужно совершить, чтобы переместить заряд 0,05Кл из одной точки поля в другую с разностью потенциалов между ними 200В?

Решение: Работа электростатического поля по перемещению зарядов равна:

Ответ: 10Дж

3. Заряд над одной из обкладок конденсатора равен Чему равна емкость конденсатора, если разность потенциалов между обкладками равна 6,0В. Определить запасенную энергию.

Решение: Электроемкость конденсатора равна: Энергия конденсатора равна:

Ответ: 2^.10^-6 Ф, 36^.10^-6Дж.

Постоянный ток

1.Электрический ток.

Электрическим током называют упорядоченное движение электрических зарядов. За направление электрического тока принято движение положительных зарядов. Чтобы получить ток в проводнике, надо создать в нем электрическое поле.

Электрическое поле в проводнике создается и поддерживается источниками тока.

Источники тока: электрофорная машина (механическая энергия превращается в электрическую); термоэлемент (внутренняя энергия - в электрическую); фотоэлемент (световая – в электрическую); гальванические элементы и аккумуляторы (химическая энергия - в электрическую).

Электрический ток можно обнаружить по его действиям: тепловому, химическому, магнитному.

Сила тока равна отношению электрического заряда q, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения:

; СИ: [I] = 1 A q = It; [q] = 1 Кл = 1 А·с

За единицу силы тока принимают силу тока, при которой отрезки параллельных проводников длиной 1 м взаимодействуют с силой 2·10^-7 Н.

Силу тока измеряют с помощью амперметра, который включают последовательно с тем прибором, силу тока в котором измеряют.

2.Электрическое напряжение показывает, какую работу совершает электрическое поле при перемещении единичного положительного заряда из одной точки в другую.

СИ: [U] = 1 B = 1 Дж/Кл

Напряжение измеряют вольтметром, который подключают параллельно тому участку, на котором надо измерить напряжение.

3.Электрическое сопротивление проводников

Сила тока зависит от свойств проводников, включенных в цепь, определяемых сопротивлением. За единицу сопротивления принят 1 Ом.

Опыт показывает, что сопротивление прямо пропорционально длине проводника, обратно пропорционально площади его поперечного сечения и зависит от вещества проводника.

ρ - удельное сопротивление проводника (сопротивление проводника длиной 1 м, площадью поперечного сечения 1 мм². или 1 Ом м.

Пример на расчет сопротивления проводника и силы тока.

Никелиновая проволока длиной 120 м и площадью поперечного сечения 0,5 мм² включена в цепь с напряжением 127 В. Определить силу тока в проволоке. ; ;;

4.Закон Ома для участка цепи: сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению.

5.Последовательное соединение проводников

I₁=I₂=I₃=I или I=const; U=U₁ + U₂ + U₃

R = R₁ + R₂ + R₃

Для последовательного соединения

2-х проводников –

6.Параллельное соединение проводников

I=I₁+I₂+I₃ ; U₁ = U₂ = U₃=U или U=const;

Если параллельно включено n одинаковых проводников, то общее сопротивление цепи

7.Примеры на расчет электрических цепей:

Пример 1. Найти общее сопротивление цепи

R₁=2 Ом, R₂=10 Ом, R₃=15 Ом, R₄=1 Ом;

;

;

Пример 2. Чему равно общее сопротивление участка цепи, изображенного на рисунке:

R₁=60 Ом, R₂=12 Ом, R₃=15 Ом, R₄=3 Ом;

R_1, R_3, R₄ – включены последовательно. иR₂ – параллельно; ;;

Пример 3. Найдите распределение сил токов и напряжений в цепи, изображенной на рисунке:

R₁=3 Ом, R₂=2 Ом, R₃=4 Ом, амперметр показывает силу тока 6 А.

Определите общее сопротивление цепи:

R₂ и R₃ включены параллельно, их общее сопротивление: ;. Общее сопротивление всей цепи:R₀ = R+R₁ = . Напряжение на всем участке цепиU=I R₀; U=6 A; U₁=IR₁=6A·3Ом=18В; U₂=U₃=IR=6A; I₁=I=6A; I₂=

Пример 4: Определить, какое значение должен показывать амперметр в электрической цепи, изображенной на рисунке, если вольтметр, включенный между концами сопротивления R₁=4 Ом, показывает 22 В. Ответ: I = 5,5 A.

Пример 5: Определите напряжение на участке АС, если амперметр показывает 5 А; R₁=2 Ом, R₂=3 Ом, R₃=6 Ом, R₄=5 Ом. Ответ: U_АС = 30 В.

Пример 6: Определите сопротивление цепи на участке АВ:

R₁=2 Ом, R₂=6 Ом, R₃=6 Ом, R₄=30 Ом, R₅=4 Ом.

8.Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля – Ленца.

Работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка на электрический заряд, прошедший по нему: A = Uq, т.к. q = It, то A = UIt; СИ: [А] = 1 Дж = 1 В · 1 А · с.

Мощность численно равна работе, совершенной в единицу времени. Используя закон Ома для участка цепи, формулу можно представить в виде:. В системе СИ за единицу мощности принят 1 Вт; СИ: [Р] = 1 Вт = 1 Дж/с; 1 Вт = 1 В · 1 А

1 гВт = 100 Вт = 1· 10² Вт

1 кВт = 1000 Вт = 1· 10³ Вт

1 МВт = 1000000 Вт = 1· 10⁶ Вт

Единица работы, применяемая на практике: 1 кВт ч = 3600 кДж

Электрический ток, проходя по проводнику, вызывает его нагревание.

Количество теплоты, выделяемое проводником с током определяется законом Джоуля – Ленца: .