- •Вступ Що вивчає фізика
- •Фізичні величини. Вимір фізичних величин
- •Спостереження і досліди - джерела фізичних знань.
- •Будова речовини
- •Розділ 1 механіка Механічний рух. Простір і час
- •Положення тіла або точки можна задати тільки відносно іншого тіла, яке називається тілом відліку.
- •Елементи кінематики
- •§1. Система відліку. Траєкторія, шлях, переміщення
- •Кінематикою називають розділ механіки, в якому рух тіл розглядається без з'ясування причин цього руху.
- •§2. Швидкість і прискорення руху
- •Прискорення
- •Приклад розв’язку задачі.
- •Рух тіл з прискоренням вільного падіння
- •§ 3. Рух по колу
- •Приклад розв’язку задачі.
- •Динаміка поступального руху
- •§4. Перший закон Ньютона. Маса. Сила
- •Динаміка - це розділ механіки, в якому вивчаються закони руху тіл і причини, які викликають, або змінюють ці рухи.
- •Взаємодія тіл. Сила.
- •Інерція. Маса тіла
- •Густина речовини
- •Перший закон Ньютона ( закон інерції)
- •§ 5. Другий закон Ньютона
- •§ 6. Третій закон Ньютона
- •§7. Сили в механіці. Закон всесвітнього тяжіння
- •Сила тяжіння.
- •Вага тіла Силу, з якою тіло внаслідок тяжіння до Землі діє на опору або підвіс, називають вагою тіла.
- •Невагомість
- •Сила тертя
- •Доцентрова сила
- •Відцентрова сила
- •Сила пружності. Закон Гука
- •§ 8. Закон збереження імпульсу
- •Тема 3 Робота і енергія
- •§ 9. Робота, енергія, потужність
- •Потужність. Одиниці потужності
- •Енергія. Закон збереження енергії.
- •Потенціальна енергія
- •Робота сили тяжіння дорівнює зміні потенціальної енергії тіла, узятій з протилежним знаком.
- •Робота сили пружності дорівнює зміні потенціальної енергії пружно деформованого тіла.
- •Закон збереження механічної енергії
- •Сума потенціальної і кінетичної енергії тіла або декількох тіл називається повною механічною енергією.
- •§ 10. Перетворення енергії і використання машин і механізмів. Коефіцієнт корисної дії
- •Розв’язок:
- •Тема 4 Динаміка обертального руху
- •§11. Рівновага тіл, які мають закріплену вісь обертання.
- •§12. Момент сили і момент інерції тіла відносно осі обертання.
- •Кінетична енергія обертального руху. Момент інерції.
- •Моменти інерції деяких тіл.
- •Теорема Штейнера.
- •§13. Основне рівняння динаміки обертального руху
- •§14. Момент імпульсу. Закон збереження моменту імпульсу
- •Розділ 2 основи молекулярної фізики і термодинаміки
- •Тема 5
- •Основні положення молекулярно-кінетичної теорії
- •§15. Дослідне підтвердження основних положень мкт Існування проміжків між частками
- •Малість розмірів часток речовини
- •Рух часток речовини
- •Дифузія
- •Взаємне притягання і відштовхування молекул
- •Швидкість руху часток і температура
- •Чим більша швидкість руху молекул тіла, тим вища його температура.
- •§16. Три стани речовини
- •§ 17. Кристалічні і аморфні тіла
- •Кристалізація аморфних тіл.
- •§ 18. Будова рідин
- •§ 19. Газоподібні тіла
- •Тема 6 Основні положення молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу § 20. Ідеальний газ і його параметри
- •§ 21. Рівняння стану ідеального газу
- •§ 22. Газові процеси
- •§ 23. Основне рівняння мкт газів
- •§24. Температура
- •§25. Розподіл молекул за швидкостями
- •§ 26. Барометрична формула.
- •§ 27. Короткі відомості про атмосферу.
- •§ 28. Розподіл Больцмана
- •§ 29. Явища переносу
- •Середня довжина вільного пробігу і число зіткнень за секунду молекул газу.
- •Дифузія.
- •Теплопровідність
- •Внутрішнє тертя (в'язкість)
- •Тема 7 Перший закон термодинаміки
- •§ 30. Внутрішня енергія
- •§ 31. Перший закон термодинаміки Способи зміни внутрішньої енергії
- •§ 32. Теплоємність
- •§ 33. Перший закон термодинаміки для різних термодинамічних процесів
- •§ 34. Адіабатичний процес
- •Тема 8 Другий закон термодинаміки
- •§ 35. Теплові двигуни. Термодинамічні цикли. Цикл Карно
- •Двигун внутрішнього згорання
- •§ 36. Незворотність теплових процесів. Другий закон термодинаміки
- •§ 37. Статистичний зміст ентропії
- •Питання і задачі :
- •Розділ 3 електромагнетизм
- •Тема 8 Електростатика
- •§ 38. Електричний заряд. Закон Кулона
- •§ 39. Електричне поле
- •Принцип суперпозиції електричного поля.
- •§ 40. Потік вектора напруженості електричного поля. Теорема Гауса для електричного поля у вакуумі
- •Лінії напруженості електричного поля
- •§41. Робота електричного поля по переміщенню заряду. Потенціал
- •§ 42. Діелектрики і провідники в електричному полі. Поляризація діелектриків. Електроємність. Конденсатори
- •Електрична ємність
- •З'єднання конденсаторів
- •При послідовному з'єднанні конденсаторів складаються зворотні величини ємностей.
- •§43. Енергія електричного поля
- •Енергія зарядженого конденсатора дорівнює роботі зовнішніх сил, яку необхідно витратити, щоб зарядити конденсатор.
- •Тема 9 Електричний струм
- •§ 44. Сторонні сили. Електрорушійна сила. Напруга
- •§ 45. Закон Ома
- •§ 46. Послідовне і паралельне з'єднання провідників. Правила Кірхгофа
- •При послідовному з'єднанні повний опір кола дорівнює сумі опорів окремих провідників.
- •Правила Кірхгофа для розгалужених кіл
- •§ 47. Робота і потужність струму. Закону Джоуля-Ленца
- •Робота dA електричного струму I, що протікає по нерухомому провідникові з опором r, перетвориться в теплоту dQ, що виділяється в провіднику.
- •§ 48. Класична теорія електропровідності металів
- •Закон Ома
- •Закон Джоуля-Ленца.
- •Нині ведуться інтенсивні роботи по пошуку нових речовин з ще вищими значеннями Tкр.
- •Тема 10 Магнітне поле і його характеристики.
- •§49. Закон Ампера. Взаємодія паралельних струмів
- •§ 50. Закон Біо - Савара - Лапласа
- •§ 51. Теорема про циркуляцію вектора індукції магнітного поля
- •§ 52. Сила Лоренца
- •Тема 11
- •§ 53. Магнітне поле в речовині
- •Тема 12 Електромагнітна індукція
- •§ 54. Явище електромагнітної індукції. Правило Ленца
- •§ 55. Самоіндукція. Енергія магнітного поля
- •Енергія магнітного поля
- •Література
- •Тема 1
- •Національна металургійна академія України
- •49600, Г. Дніпропетровськ 5, пр. Гагаріна, 4
- •Редакційно-видавничий відділ нМетАу
З'єднання конденсаторів
Конденсатори можуть з'єднуватися між собою, утворюючи батареї конденсаторів. При паралельному з'єднанні конденсаторів (рис. 3.16) напруги на конденсаторах однакові:U1 = U2 = U, , а заряди різні q1 = С1 U і q2 = С2 U. Таку систему можна розглядати як єдиний конденсатор електроємності C, заряджений зарядом q=q1+q2 при напрузі між обкладками рівному U. Звідси слідує:
, (3.23)
Таким чином, при паралельному з'єднанні електроємності складаються.
Рисунок 3.16. Рисунок 3.17.
При послідовному з'єднанні (рис. 3.17) однаковими виявляються заряди обох конденсаторів :q1=q2=q, а напруга на них різна U1 =q/C1 і U2 =q/C2 Таку систему можна розглядати як єдиний конденсатор, заряджений зарядом q при напрузі між обкладками U = U1 + U2. Отже,
(3.24)
При послідовному з'єднанні конденсаторів складаються зворотні величини ємностей.
Формули для паралельного і послідовного з'єднання залишаються справедливими при будь-якому числі конденсаторів, сполучених в батарею.
§43. Енергія електричного поля
Дослід показує, що заряджений конденсатор містить запас енергії.
Енергія зарядженого конденсатора дорівнює роботі зовнішніх сил, яку необхідно витратити, щоб зарядити конденсатор.
Процес зарядки конденсатора можна представити як послідовне перенесення досить малих порцій зарядуdq > 0 з однієї обкладки на іншу (рис. 3.18). При цьому одна обкладка поступово заряджається позитивним зарядом, а інша - негативним. Кожна порція dq переноситься в умовах, коли на обкладках вже є деякий заряд q, а між ними існує деяка різниця потенціалів. Тоді при перенесенні кожної порції dq зовнішні сили повинні виконати роботу
Енергія конденсатора ємностіC, зарядженого зарядом Q, може бути знайдена шляхом інтегрування цього виразу в межах від 0 до Q:
. (3.25)
Рисунок 3.18.
Формулу, що виражає енергію зарядженого конденсатора, можна переписати в іншій формі, якщо скористатися співвідношеннямQ = CU.
(3.26)
Електричну енергію We слід розглядати як потенціальну енергію, запасену в зарядженому конденсаторі.
Розглянемо плоский конденсатор. Напруженість однорідного поля в плоскому конденсаторі рівна
E = U/d, а його ємність , тоді
(3.27)
деV = Sd - об'єм простору між обкладками, зайнятий електричним полем. З цього співвідношення виходить, що фізична величина
(3.28)
є електричною (потенціальною) енергією одиниці об'єму простору, в якому створено електричне поле. Її називають об'ємною густиною електричної енергії.
Приклад розв’язку задачі :
Електричне поле створене рівномірно розподіленим по кільцю зарядом (=1 мкКл/м).Визначити роботу сил поля по переміщенню заряду Q=10 нКл з точки 1 (у центрі кільця) в точку 2, що знаходиться на перпендикулярі до площини кільця (Рисунок нижче).
Дано: τ= 1мкКл/м Q=10 нКл А1, 2 -? |
Розв’язку: Робота сил електричного поля по переміщенню заряду дорівнює: А12= Q(φ1 - φ2), де φ1 і φ2 - відповідно потенціали електричного поля в точках 1 і 2. Потенціали поля в центрі кільця φ1 і на перпендикулярі до площини кільця φ2 створюється зарядом рівномірно розподіленому по кільцю. |
Питання і завдання
Що таке електричне поле? Яка фізична величина є характеристикою електричного поля? Що таке лінійна, поверхнева і об'ємна густини зарядів?
Що називається силовими лініями електричного поля, як вони проводяться?
Що таке потік вектора напруженості електричного поля. Сформулюйте теорему Гауса.
Як довести, що електричне поле є потенціальним? Дайте визначення потенціалу даної точки електричного поля і різниці потенціалів.
Що таке еквіпотенціальна поверхня. Чому дорівнює робота сил електричного поля по переміщенню заряду уздовж еквіпотенціальної поверхні?
Що таке поляризація діелектриків. У чому відмінність поляризації діелектриків з полярними і не полярними молекулами?
Що відбувається з провідниками при внесенні їх в електричне поле?
На двох тонких нитках завдовжки 1м, підвішених до одного гачка,висять дві маленькі кульки однакової маси. Після передачі кулькам однакових зарядів 2,5·10-6 Кл вони розійшлися, причому нитки утворили кут 60°. Знайти масу кульок. (10 г).
Який заряд має порошинка вагою 6·10-11Н, якщо вона урівноважена в електричному полі, напруженість якого дорівнює 3·105 В/м?(2·10-16 Кл).
У двох вершинах рівностороннього трикутника із стороною 10 см знаходяться однакові точкові заряди 1 нКл. Знайти напруженість електричного поля в третій вершині.(1566 В/м).
Розрахувати напруженість електричного поля в точці, віддаленій на 1 см від кінця рівномірно зарядженого тонкого стержня завдовжки 1 м Заряд стержня дорівнює 1 нКл.( 891 В/м).
Використовуючи теорему Гауса розрахуйте напруженість електричного поля на відстані 1 см від нескінченної зарядженої нитки з лінійною густиною заряду 10 мкКл/м (1,8·107 В/м).
З якою силою взаємодіє точковий заряд 1 нКл з нескінченною зарядженою ниткою? Лінійна густина заряду нитки 8 мкКл/м, відстань між ниткою і зарядом 2 см (7,2 мкН).
Використовуючи теорему Гауса розрахуйте напруженість електричного поля рівномірно зарядженої кулі з об'ємною густиною заряду 5 нКл/м3 і радіусом 10 см на відстані 2см і 12 см від центра кулі. Побудувати графік залежності Е(r)? (3,8В/м, 13 В/м).
Використовуючи теорему Гауса розрахуйте напруженість електричного поля рівномірно зарядженої сфери з поверхневою густиною заряду 0,5 мкКл/м2 і радіусом 10 см на відстані 2см і 12 см від центра сфери. Побудувати графік залежності Е(r). (0, 393 В/м).
Електричне поле утворене зарядженою сферою радіусом 4 см, рівномірно зарядженою з поверхневою густиною заряду 1 нКл/м2. Визначити різницю потенціалів між двома точками поля, віддалених на відстані 6 і 10 см від поверхні сфери.
Електрон рухається у вакуумі по напряму силової лінії однорідного електричного поля. Його початкова швидкість 106 м/с. Яка різниця потенціалів початкової точки і точки, в якій швидкість електрона стане рівною нулю.(2,84 В).
Конденсатори ємністю С і 2С сполучені паралельно. Знайти заряд на другому конденсаторі, якщо заряд на першому дорівнює 2 мкКл. (4 мкКл).
Два конденсатори ємністю 5 і 10 мкФ підключені паралельно до джерела постійної напруги 100 В. Який заряд на пластинах кожного конденсатора?(500 мкКл, 1000 мкКл).
Різниця потенціалів між пластинами плоского конденсатора дорівнює 200 В. Площа кожної пластини 100 см2, відстань між пластинами 1 мм, простір між пластинами заповнений парафіном (ε=2). Визначити енергію зарядженого конденсатора.(3,54·10-6 Дж).