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

Научное помсобие 1All Tom 1 UA

.pdf
Скачиваний:
21
Добавлен:
03.03.2016
Размер:
3.85 Mб
Скачать

Електростатика. Постійний струм

При підключенні додаткового опору межа вимірювання буде дорівнювати nU0, а загальний опір виявиться рівним RV + Rд .

Отже

 

 

 

 

nU0

 

 

 

I =

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

R + R

 

 

 

 

 

 

 

V

 

д

 

У першому і в другому випадках струми однакові. На підставі цього мо-

жна записати:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

U0

=

 

 

nU0

 

,

 

 

 

R

 

R

V

+ R

д

 

 

V

 

 

 

 

або

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Rд = RV (n 1).

(48.3)

Таким чином, додатковий опір має бути в (n–1) разів більше від опору вольтметра.

3.Для регулювання сили струму в колі і напруги використовують реостат

зковзним контактом.

а). Для регулювання сили струму реостат вмикається в коло послідовно

(рис. 48.5).

I

Практична порада: перед початком вимірювань

реостат включають (вводять) повністю. На рис. 48.5 це

 

 

A

 

 

 

 

 

відповідає крайньому правому положенню ковзного кон-

 

Рисунок 48.5

такту.

б). Для регулювання напруги реостат вмикається

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

паралельно джерелу (рис. 48.6). У цьому випадку його на-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

зивають потенціометром або дільником напруги. Прак-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тична порада: перед початком вимірювань потенціо-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

метр виводять на нуль. На рис. 48.6 це відповідає край-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 48.6

ньому лівому положенню ковзного контакту.

48.2 Основні характеристики приладів

Якість приладів електровимірювань визначається їх чутливістю, класом точності, межами вимірювань, рівномірністю шкали і т.д.

1. Чутливість – це відношення лінійного або кутового Δα переміщення стрілки приладу до зміни x величини, яка вимірюється, що обумовила це переміщення:

S = αx .

Приклад: Межа вимірювань міліамперметра 150 мА, шкала має 75 розподілів.

S = 15075 = 0,5 ( розподмА ) .

159

Електростатика. Постійний струм

2. Ціна розподілу приладу – це значення зміни x величини, що вимірю-

ється, яка обумовлює відхилення покажчика приладу на один розподіл:

C = αx .

Приклад: Межа вимірювання вольтметра 3 В, шкала має 150 розподілів.

C = 1503 = 0,02 ( розподВ ) .

3. Клас точності приладу визначається максимальною помилкою приладу, вираженою у відсотках від повної величини шкали. Клас точності вказується на шкалі приладу (цифра у кружалку на шкалі приладу). Існують такі класи точності: 0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5 та ін. У приладів з високим класом точності шкала, як правило, дзеркальна.

Так, наприклад, амперметр класу 1,5 з повною шкалою 1 А вимірює струм, що проходить через нього з помилкою, що не перевершує

1001,5 1 A = 0,015 A . Помилка 0,015 А складає невелику частку від виміряного

струму лише при вимірюванні струмів порядку 1 А, тобто при відхиленні стрілки на всю шкалу. При відхиленні стрілки на 1/2 шкали помилка складе вже 3% від величини, що вимірюється, а при вимірюванні ще менших струмів може скласти 10% або навіть 20% від величини струму, що вимірюється. Тому рекомендується обирати такий прилад, на якому струм, що вимірюється, викличе відхилення більше, ніж на половину шкали.

160

Електростатика. Постійний струм

Зверніть увагу!

У двох смислових значеннях використовують терміни:

Заряд а) заряджене тіло або частинка; б) невід’ємна властивість деяких елементарних частинок (електронів, протонів, та ін.), що визначає їх взаємодію із зовнішнім електромагнітним полем.

Опір – а) структурний елемент електричного кола (у вигляді закінченого елемента), основне призначення якого – чинити опір електричному струму з метою регулювання струму і напруги; б) скалярна фізична величина, що характеризує властивість провідника протидіяти пропусканню електричного струму, яка дорівнює відношенню напруги U на кінцях провідника до сили струму I, що протікає по ньому.

Електрична провідність (електропровідність) – а) здатність речовини проводити постійний електричний струм під дією електричного поля, що не змінюється в часі; б) величина, зворотна електричному опору.

Термін застосовується до об’єктів, до яких його застосовувати не можна

Електрорушійна сила (ерс) – величина, яка дорівнює відношенню роботи, що виконується сторонніми силами при переміщенні заряду, до величини цього заряду. Електрорушійна сила є характеристикою джерел струму і не має нічого спільного з терміном «сила» з курсу механіки.

Сила струму – скалярна фізична величина, яка чисельно дорівнює заряду, що протікає через переріз провідника за одиницю часу. Термін не має нічого спільного з терміном «сила» з курсу механіки.

Одне і те ж поняття називається різними термінами Електростатична індукція – електричне зміщення.

Розрізняйте наступні, близькі за звучанням, терміни:

Напруженість електричного поля – векторна фізична величина, силова характеристика електричного поля, що чисельно дорівнює силі, яка діє на одиничний позитивний заряд, поміщений в дану точку поля.

Напруга – скалярна фізична величина, яка дорівнює відношенню повної роботи, що виконується електростатичними і сторонніми силами під час переміщення заряду, до величини цього заряду.

Після вивчення розділу «Електростатика. Постійний струм» студент повинен ЗНАТИ:

Сутність понять:

Заряд, точковий заряд. Електричне поле, лінії напруженості електричного поля (силові лінії), еквіпотенціальні поверхні. Діелектрик, провідник, диполь. Відокремлений провідник, конденсатор.

Струм. Джерело струму, резистор. Однорідна ділянка кола, неоднорідна ділянка кола. Вузол, розгалужене коло. Вольт-амперна характеристика. Паралельне і послідовне з’єднання, шунт, додатковий опір.

161

Електростатика. Постійний струм

Визначення фізичних величин, їх одиниці вимірювання і формули, за якими розраховуються величини:

Заряд. Напруженість електричного поля, потенціал, різниця потенціалів. Лінійна густина заряду, поверхнева густина заряду. Діелектрична проникність середовища, діелектрична сприйнятливість. Дипольний момент, поляризованість. Електроємність.

Сила струму, густина струму. Напруга, електрорушійна сила. Опір, питомий опір, провідність, питома провідність, температурний коефіцієнт опору.

Закони:

Закон Кулона. Принцип суперпозиції полів. Закон Ома: для однорідної ділянки кола; для неоднорідної ділянки кола; для замкнутого кола, що містить ерс; в диференціальній формі. Закони Кірхгофа. Закон Джоуля – Ленца.

Теореми:

Теорема Гаусса для електростатичного поля.

Явища:

Поляризація діелектриків.

Формули:

Зв’язок між напруженістю і потенціалом для однорідного і неоднорідного електростатичного поля. Напруженість і потенціал поля точкового заряду. Напруженість поля нескінченно довгої тонкої рівномірно зарядженої нитки, нескінченної рівномірно зарядженої площини.

Електроємність відокремленої кулі. Електроємність плоского, сферичного і циліндричного конденсаторів. Енергія електричного поля, об’ємна густина енергії електричного поля.

Залежність опору від температури, розрахунок опору однорідного провідника за його геометричними розмірами. Робота і потужність постійного струму.

Графіки:

Залежність поляризованості ізотропних діелектриків від напруженості електричного поля. Вольт-амперна характеристика провідника. Залежність опору від температури.

162

Електростатика. Постійний струм

ТЕСТ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ ЗНАНЬ ЗА ТЕМОЮ «ЕЛЕКТРОСТАТИКА. ПОСТІЙНИЙ ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ»

Інструкція. Даний тест призначений для перевірки знань за темою “Електростатика. Постійний електричний струм” . Відповідайте на питання. Підрахуйте кількість правильних відповідей, використовуючи таблицю кодів. Якщо Ви дали

1)40-50 правильних відповідей – рівень засвоєння матеріалу теми високий.

2)30-40 правильних відповідей – рівень засвоєння матеріалу теми середній.

3)20-30 правильних відповідей – рівень засвоєння матеріалу теми низький.

4)менше 20 правильних відповідей – Ви не засвоїли навчальний матеріал. Прочитайте його ще раз.

1.Електростатичне поле у вакуумі може бути створено:

1.

Нерухомими електричними зарядами

2.

Намагніченими тілами

3.

Електричними зарядами, що рухаються

4.

Електричними струмами

5.Змінними магнітними полями

2.Які з перерахованих властивостей має електростатичне поле?

1.Надає силову дію на матеріальні тіла.

2.Надає силову дію на заряджені частинки або тіла.

3.Надає силову дію на провідники із струмом.

4.Володіє енергією.

5.Обумовлено магнітним полем, що змінюється в часі.

3.Яке з перерахованих нижче тверджень носить назву закону збереження електричного заряду?

1. Заряд будь-якого тіла є цілим кратним елементарному заряду:

q= ±Ne .

2.Алгебрична сума зарядів електрично ізольованої системи заряджених тіл залишається величиною сталою:

q1 + q2 + q3 + + qn = const .

3.Електричні заряди не можуть зникати і виникати знов.

4.В електричне замкненій системі число позитивних зарядів дорівнює числу негативних зарядів.

4.В чому полягає принцип суперпозиції електричних полів?

1.Напруженість поля системи зарядів дорівнює алгебричній сумі

напруженості полів, які створював би кожний із зарядів окремо:

E= E1 + E2 + E3 + + En .

2.Напруженість поля системи зарядів дорівнює векторній сумі

напруженостей полів, які

створював би кожний із зарядів окремо:

Er = Er1 + Er2 + Er3 + + En .

 

3. Напруженість електричного поля рівна відношенню сили, що діє на заряд, до величини заряду: Er = Fq .

5. Як слід змінити відстань між точковими зарядами, щоб сила взаємодії між ними зменшилася в 2 рази?

1. Збільшити в 2 раз

2. Зменшити в 2 раз

163

Електростатика. Постійний струм

3. Збільшити в 4 рази

4. Збільшити в 3 раз

5.Зменшити в 3 раз

6.Як зміниться сила взаємодії двох точкових зарядів при перенесенні їх з середовища з відносною діелектричною проникністю ε у вакуум (відстань між зарядами залишається незмінною, r = const ) ?

 

1.

Збільшиться в ε раз

 

 

 

2.

Зменшиться в ε раз

 

 

 

 

 

3.

Зменшиться в ε0ε раз

 

 

 

4.

Збільшиться в ε0ε раз

 

 

 

 

7.

5.

Збільшиться в 4πε0ε раз

 

 

6.

Не зміниться.

 

 

 

 

 

 

Яка з формул є визначенням напруженості електричного поля?

 

 

 

 

 

r

Fr

2. E =

1

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

E =

 

 

 

 

 

 

3. E = E

+ E

2

+ E

3

+ + E

n

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

4πε0 εr 2

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.

Вкажіть формулу, за якою розраховується напруженість електричного поля

 

точкового заряду.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

r

Fr

2. E =

1

 

q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.

E =

 

 

 

 

 

 

3. E = E

+ E

2

+ E

3

+ + E

n

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

q

 

4πε0 εr 2

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.Вкажіть формулу, за якою розраховується напруженість електричного поля, створюваного нескінченно довгою зарядженою ниткою.

1. E =

1 τ

2. E =

1 q

3. E =

σ

 

 

 

 

 

 

2πε0 r

4πε0 εr 2

2ε0

 

 

 

10.Вкажіть формулу, за якою розраховується напруженість електричного поля, створюваного нескінченною рівномірно зарядженою площиною.

1. E =

1 τ

2. E =

1 q

3. E =

σ

 

 

 

 

 

 

2πε0 r

4πε0 εr 2

2ε0

 

 

 

11.Як зміниться напруженість електричного поля між двома рівномірно зарядженими пластинами, якщо поверхневу густину заряду цих пластин

збільшити в 3 рази? Пластини заряджені різнойменними зарядами.

1.

Збільшиться в 3 рази

2.

Збільшиться в 9 разів

3.

Зменшиться в 3 рази

4.

Зменшиться в 9 разів

5.Залишиться незмінною

12.Чисельне значення потенціалу в даній точці електростатичного поля визначається … 1) потенціальною енергією одиничного позитивного заряду, поміщеного

в дану точку поля.

2)потенціальною енергією будь-якого «пробного заряду», поміщеного в дану точку поля.

3)роботою, виконаною при переміщенні одиничного позитивного заряду з нескінченності в дану точку поля.

4)силою, діючої на одиничний позитивний заряд, поміщений в дану точку поля.

5)силою, діючої на будь-який «пробний заряд», поміщений в дану точку поля.

164

Електростатика. Постійний струм

13.Чисельне значення різниці потенціалів двох точок електростатичного поля визначається ...

1)різницею потенціальних енергій, якими володіє одиничний позитивний заряд в даних точках поля.

2)середньою силою, з якою електростатичне поле діє на одиничний позитивний заряд в даних точках поля.

3)різницею потенціальних енергій, якими володіє довільний заряд в даних точках поля.

4)роботою, виконаною при переміщенні довільного заряду з однієї точки поля в іншу.

5)роботою, виконаною при переміщенні одиничного позитивного заряду

зоднієї точки поля в іншу.

14.Вкажіть формулу, за якою розраховується потенціал електричного поля точкового заряду.

1. ϕ =

q

 

2. ϕ =

 

1

 

 

q

 

3.

ϕ =

1

 

 

q

 

4.

ϕ = const

C

 

4πε0 εr

4πε0 εr 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

15. Точка

А розташована

між

 

двома

еквіпотенціальними

поверхнями

з

ϕ1

 

 

 

ϕ2

 

 

потенціалами

ϕ1 = 2 В і

ϕ2 = 1 В

(поверхні

 

 

 

 

 

зображені на

рисунку

кривими

лініями).

 

 

 

 

 

 

 

Вкажіть

правильний

напрям

вектора

1

 

A

2

16.

напруженості електростатичного поля.

 

 

Точка

А

розташована

між

двома

5

 

 

 

3

 

 

еквіпотенціальними

поверхнями

з

4

 

 

 

потенціалами

ϕ1 = 2 В і

ϕ2 = 1 В

(поверхні

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

зображені на рисунку кривими лініями.).

 

 

 

 

 

 

 

Вкажіть правильний напрям вектора grad ϕ.

 

17.Як взаємно розташовані еквіпотенціальні поверхні і лінії напруженості електростатичного поля?

1.Перетинаються під кутом 0o < α < 90 o .

2.Ніде не перетинаються.

3.Лінії напруженості направлені по дотичній до еквіпотенціальних поверхонь.

4.Лінії напруженості перпендикулярні еквіпотенціальним поверхням.

18.Які з приведених формул виражають зв'язок між напруженістю і потенціалом?

r

ϕ

 

dϕ

 

 

 

ϕ

1. E =

 

2. El = −

 

3. E = −grad ϕ

4.

E =

 

r 2

dl

d

 

 

 

 

 

19.Що називають електричним диполем?

1.Електричний диполь – це два однойменні електричні заряди, розділені діелектриком.

2.Електричний диполь – це два різнойменні електричні заряди, розділені діелектриком.

165

Електростатика. Постійний струм

3.Електричний диполь – це система двох однакових за величиною різнойменних точкових електричних зарядів, відстань між якими значно менше відстані до тих точок, в яких визначається поле системи.

4.Електричний диполь – це система двох однакових за величиною однойменних точкових електричних зарядів, відстань між якими значно менше відстані до тих точок, в яких визначається поле системи.

20.Діелектрична проникність ε середовища – це:

1.Фізична величина, характеристика поля, яка показує, у скільки разів напруженість електричного поля в діелектрику більше, ніж у вакуумі.

2.Фізична величина, характеристика поля, яка показує, у скільки разів напруженість електричного поля в діелектрику менше ніж у вакуумі.

3.Фізична величина, характеристика речовини, яка показує, у скільки разів напруженість електричного поля у вакуумі більше, ніж в діелектрику.

4.Фізична величина, характеристика речовини, яка показує, у скільки разів напруженість електричного поля у вакуумі менше ніж в діелектрику.

21.Електроємністю відокремленого провідника називається:

1.Фізична величина, що дорівнює відношенню заряду провідника до його потенціалу.

2.Фізична величина, що дорівнює відношенню потенціалу провідника до його заряду.

3.Фізична величина, що дорівнює добутку заряду провідника на його потенціал.

22.Від чого залежить електроємність провідника?

1.Від матеріалу провідника і його агрегатного стану.

2.Від його лінійних розмірів і геометричної форми.

3.Від питомого електричного опору матеріалу провідника.

4.Від температури провідника.

23.Вкажіть формулу, за якою розраховується електроємність плоского конденсатора.

1. C =

2πε0εl

2. C =

ϕ

3.

C =

εε0 S

4.

C =

εε0d

ln(R2 R )

 

 

 

 

q

 

 

d

 

 

S

1

 

 

 

 

 

 

 

 

24.Чому дорівнює відношення електроємності двох відокремлених провідних куль з радіусами, рівними R і 2R?

1.

C1

=1

2.

C1

=1

3.

C1

=

1

4.

C1

=

1

5.

C1

= 4 .

 

 

 

C2

C2

C2

2

C2

4

C2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

25.Як зміниться електроємність провідника при наближенні до нього іншого провідника?

1.Не зміниться

2.Збільшиться

3.Зменшиться

4.Збільшується тільки під час наближення, а потім стає колишньою.

166

Електростатика. Постійний струм

26.Як зміниться електроємність плоского конденсатора, якщо площу збільшити в 2 рази, а відстань між ними зменшити в 6 разів?

1.

Збільшиться в 8

разів

2.

Зменшиться в 8

разів

3.

Збільшиться в 3

рази

4.

Зменшиться в 3

рази

5.

Збільшиться в 12 разів

6.

Не зміниться.

 

27.Три конденсатори, електроємності яких рівні С1, С2 і С3, сполучено послідовно. Які з перерахованих нижче умов справедливі?

1.

 

q0 = q1 + q2 + q3

2.

 

q0 = q1 + q2 + q3

 

U0 =U1 =U2 =U3

 

U0 =U1 +U2 +U3

 

 

C0 = C1 + C2 + C3

 

 

C0 = C1 + C2 + C3

3.

 

q0 = q1 = q2 = q3

4.

 

q0 = q1 + q2 + q3

 

 

U0 =U1 +U2 +U3

 

 

U0 =U1 =U2 =U3

 

1

=

1

+

1

+

1

 

1

=

1

+

1

+

1

 

 

C

 

C

 

C

 

 

C

 

C

 

C

 

 

 

C

2

 

 

 

 

C

2

 

 

0

1

 

 

3

 

0

1

 

 

3

28.Три конденсатори, електроємності яких рівні С1, С2 і С3, сполучено паралельно. Які з перерахованих нижче умов справедливі?

1.

 

q0 = q1 + q2 + q3

2.

 

q0 = q1 + q2 + q3

 

U0 =U1 =U2 =U3

 

U0 =U1 +U2 +U3

 

 

C0 = C1 + C2 + C3

 

 

C0 = C1 + C2 + C3

3.

 

q0 = q1 = q2 = q3

4.

 

q0 = q1 + q2 + q3

 

 

U0 =U1 +U2 +U3

 

 

U0 =U1 =U2 =U3

 

1

=

1

+

1

+

1

 

1

=

1

+

1

+

1

 

 

C

 

C

 

C

 

 

C

 

C

 

C

 

 

 

C

2

 

 

 

 

C

2

 

 

0

1

 

 

3

 

0

1

 

 

3

29.Вкажіть формули, за якими розраховується енергія поля зарядженого конденсатора.

 

 

CU 2

 

 

qU 2

 

εε

E 2

 

 

q2

1.

W =

 

2.

W =

 

3. W =

0

 

4.

W =

 

2

2

 

2C

 

 

 

 

 

2

 

 

30.Вкажіть формулу, за якою розраховується об’ємна густина енергії електричного поля.

 

1. w =

CU 2

2. w =

qU 2

3. w =

εε

0

E 2

4.

w =

q2

 

 

2

2

 

 

2C

31.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

Яка з формул є визначенням сили струму?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. i = dq

 

2. i =

U

 

3. i =

 

ε

 

 

 

 

4. i = jdS

 

 

 

R

 

R + r

 

 

 

 

32.

dt

 

 

 

 

 

 

 

S

 

 

Яка з формул є визначенням густини струму?

 

 

 

 

 

 

167

Електростатика. Постійний струм

1.

i = dq

2.

j =

di

3. j =

1

4. j =

P

dS

ρE

ρ

 

dt

 

 

 

 

33.Як зміниться густина струму в мідному провіднику, якщо струм в ньому збільшити в 3 рази, а площу поперечного перерізу зменшити в 2 рази?

1.

Зменшиться в 12 разів

2. Збільшиться в 3

рази

3.

Збільшиться в 12 разів

4. Збільшиться в 6

разів

5.Зменшиться в 3 рази.

34.Яка з формул є визначенням електрорушійної сили?

1. ε = −L

di

2.

ε=

Aстор

3. ε= − dΦ

4. ε=

1 Bi

 

q

 

 

dt

ne a

 

 

 

dt

 

35.Вкажіть формулу, що виражає закон Ома для замкнутого кола, що містить джерело струму?

1.

i = dq

2. i =

U

3. i =

ε

4. P = i2 R

R

R + r

 

dt

 

 

 

36. Вкажіть формулу, що виражає закон Ома в диференціальній формі.

 

i =

dq

 

j =

di

 

r

 

1

r

4. P = j2R

1.

 

2.

 

3.

j

=

 

E

dt

dS

ρ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

37. Вкажіть формулу, що виражає закон Ома для однорідної ділянки

кола.

1.

i = dq

2. i =

U

3. i =

ε

4.

P = i2 R

R

R + r

 

dt

 

 

 

 

38. Опір ділянки кола зменшили в 2 рази, а напругу збільшили в 3 рази. Як

зміниться сила струму?

 

 

1.

Збільшиться в 6 разів

2.

Зменшиться в 1,5 рази

3.

Збільшиться в 5 разів

4.

Збільшиться в 3 рази

5.

Збільшиться в 1,5 рази

6.

Не зміниться.

39.Опір провідника залежить …

1)від ерс джерела, до якого підключений провідник.

2)від сили струму в колі.

3)від геометричних розмірів і матеріалу провідника.

4)від різниці потенціалів на кінцях провідника.

40.Три провідники, опори яких R1, R2, R3, сполучені послідовно. Які з перерахованих нижче тверджень справедливі?

1.

I0 = I1 + I2 + I3

2.

 

I0 = I1 + I2 + I3

 

U0 =U1 =U2 =U3

 

U0 =U1 +U2 +U3

 

R0 = R1 + R2 + R3

 

 

R0 = R1 + R2 + R3

3.

I0 = I1 = I2 = I3

4.

 

I0 = I1 + I2 + I3

 

U0 =U1 +U2 +U3

 

U0 =U1 =U2 =U3

 

R0 = R1 + R2 + R3

 

1

1

1

1

 

 

 

 

 

=

 

+

 

+

 

 

 

 

 

R

R

R

R

 

 

 

0

1

2

3

168