- •Кафедра физики
- •Требования к оформлению и общие методические указания
- •1. Кинематика поступательного и вращательного движения
- •Криволинейное движение
- •Примеры решения задач
- •2. Динамика материальной точки
- •Примеры решения задач
- •3. Законы сохранения
- •Примеры решения задач
- •Решение
- •4. Молекулярно-кинетическая теория
- •Примеры решения задач
- •5. Основы термодинамики
- •Примеры решения задач
- •Решение
- •6. Электростатика
- •Примеры решения задач
- •Решение
- •Решение
- •7. Законы постоянного тока
- •Примеры решения задач
- •8. Электромагнетизм
- •Примеры решения задач
- •Решение
- •Решение
- •Решение
- •Варианты задач Вариант 1
- •Вариант 2
- •Вариант 3
- •Вариант 4
- •Вариант 5
- •Вариант 6
- •Вариант 7
- •Вариант 9
- •Вариант 10
- •4. Найдите кпд тепловой машины, работающей по циклу 1–2–3–1 (рис.4). Рабочее тело – одноатомный идеальный газ.
- •Вариант 11
- •3. 10 Моль одноатомного идеального газа сначала охладили, уменьшив давление в 3 раза, а затем нагрели до первоначальной температуры 300 к (рис.2). Какое количество теплоты получил газ на участке 2–3?
- •Вариант 15
- •Вариант 16
- •Вариант 17
- •Вариант 18
- •Вариант 19
- •Вариант 20
- •Вариант 21
- •Вариант 22
- •Вариант 23
- •Вариант 24
- •Вариант 25
- •Вариант 26
- •Вариант 27
- •Вариант 28
- •Вариант 29
- •Вариант 30
- •Вариант 31
- •Вариант 32
- •Вариант 33
- •Вариант 34
- •Вариант 35
- •Вариант 36
- •Вариант 37
- •Вариант 38
- •Вариант 39
- •Вариант 40
- •Вариант 41
- •Вариант 42
- •Вариант 43
- •Вариант 44
- •Вариант 45
- •Вариант 46
- •Вариант 47
- •Вариант 48
- •Вариант 49
- •Вариант 50
- •Вариант 51
- •Вариант 52
- •Вариант 53
- •Вариант 54
- •Вариант 55
- •Вариант 56
- •Вариант 57
- •Вариант 58
- •Вариант 59
- •Вариант 60
- •Вариант 61
- •Вариант 62
- •Вариант 63
- •Вариант 64
- •Вариант 65
- •Вариант 66
- •Вариант 67
- •Вариант 68
- •Вариант 69
- •Вариант 70
- •Вариант 71
- •Вариант 72
- •Вариант 73
- •Вариант 74
- •Вариант 75
- •Вариант 76
- •Вариант 77
- •Вариант 78
- •Вариант 79
- •Вариант 80
- •Вариант 81
- •Вариант 82
- •Вариант 83
- •Вариант 84
- •Вариант 85
- •Вариант 86
- •Вариант 87
- •Вариант 88
- •Вариант 89
- •Вариант 90
- •Библиографический список
- •Содержание
Примеры решения задач
Дано: 1) P1=const T2=3T1 2) V2=const
|
Найти: Q1=?
|
Решение
1) P1=const. По первому закону термодинамики для процесса 1-2 (рис.5.2):
.
С учётом условия T2=3T1: ;
. (1)
2) V2=const. При изохорном процессе работа не совершается: А2=0. Тогда из первого закона термодинамики для процесса 2-3:
;
. (2)
Разделим почленно (1) на (2):
.
Отсюда .
Ответ: .
6. Электростатика
Краткая теория
Закон сохранения заряда: в изолированной системе алгебраическая сумма зарядов всех частиц остается неизменной:
.
Закон Кулона. Сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов q1 и q2 прямо пропорциональна величине каждого заряда и обратно пропорциональна квадрату расстояния r между ними:
, или ,
где значение коэффициента k в СИ равно ;– электрическая постоянная, – диэлектрическая проницаемость среды.
Диэлектрическая проницаемость среды показывает, во сколько раз взаимодействие зарядов в среде ослабляется по сравнению с вакуумом:
, или ,
где F – сила взаимодействия зарядов в среде, F0 – в вакууме; E – напряжённость поля в среде, E0 – в вакууме.
Напряженность электрического поля равна силе, действующей на единичный точечный положительный пробный заряд q, помещенный в данную точку поля:
.
Сила, действующая на точечный заряд q, помещенный в электрическое поле
.
Напряженность электрического поля, создаваемого точечным зарядом q на расстоянии r от заряда
.
Напряженность электрического поля, создаваемого металлической сферой радиусом R, несущей заряд q, на расстоянии r от центра сферы:
а) внутри сферы (r<R) E=0;
б) на поверхности сферы (r=R) ;
в) вне сферы (r>R) .
Здесь – диэлектрическая проницаемость однородного безграничного диэлектрика, окружающего сферу.
Принцип суперпозиции (наложения) электрических полей: напряженность результирующего электрического поля, создаваемого несколькими источниками в некоторой точке пространства, равна геометрической сумме напряженностей полей , созданных в данной точке каждым источником в отдельности, причем каждая составляющая не зависит от наличия остальных полей:
.
В случае двух электрических полей с напряженностями имодуль результирующего вектора напряженности (рис.6.1):
,
где – угол между векторами и(рис.4.1).
Поверхностная плотность заряда, распределенного по поверхности, есть величина, равная заряду, приходящемуся на единицу площади поверхности:
.
Линейная плотность заряда, распределенного по нити, есть величина, равная заряду, приходящемуся на единицу её длины:
.
Напряженность поля, создаваемого бесконечной равномерно заряженной плоскостью
,
где – поверхностная плотность заряда.
Напряженность поля, создаваемого двумя параллельными бесконечными равномерно и разноименно заряженными плоскостями, с одинаковой по модулю поверхностной плотностью заряда (поле плоского конденсатора)
.
Приведенная формула справедлива для вычисления напряженности поля между пластинами плоского конденсатора (в средней части его) только в том случае, если расстояние между пластинами много меньше линейных размеров пластин конденсатора.
Потенциал электрического поля в данной точке равен отношению потенциальной энергии, которой обладает положительный точечный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда:
.
Иначе: потенциал электрического поля есть величина, равная отношению работы сил поля по перемещению точечного положительного заряда из данной точки поля в бесконечность, к этому заряду:
.
Потенциал электрического поля в бесконечности условно принят равным нулю.
Работа сил электрического поля при перемещении точечного заряда q из точки с потенциалом в точку с потенциалом :
.
Для однородного поля A=q∙E∙l∙cos, где l – перемещение; – угол между направлениями вектора и перемещения.
Потенциал поля, созданного уединенным точечным зарядом на расстоянии от заряда, равен
.
Потенциал электрического поля, создаваемого металлической сферой радиусом R, несущей заряд q, на расстоянии r от центра сферы:
внутри сферы (r<R) ;
на поверхности сферы (r=R) ;
вне сферы (r>R) .
Здесь – диэлектрическая проницаемость однородного безграничного диэлектрика, окружающего сферу.
Принцип суперпозиции: потенциал результирующего поля, создаваемого системой зарядов, равен алгебраической сумме потенциалов полей, созданных в данной точке каждым из зарядов:
.
Энергия W взаимодействия системы N точечных зарядов q1, q2, ..., qN определяется работой, которую эта система зарядов может совершить при удалении их относительно друг друга в бесконечность, и выражается формулой
,
где – потенциал поля, создаваемого всеми (N–1) зарядами (за исключением i-го) в точке, где расположен заряд qi.
Связь напряжённости и потенциала. В случае однородного поля, т. е. поля, напряженность которого в каждой точке его одинакова как по модулю, так и по направлению
,
где 1 и 2 – потенциалы точек двух эквипотенциальных поверхностей; d – расстояние между этими поверхностями вдоль электрической силовой линии.
Электрическая емкость уединенного проводника
,
где q – заряд, сообщенный проводнику; φ – потенциал проводника.
Электрическая ёмкость уединенной проводящей сферы радиусом R, находящейся в бесконечной среде с диэлектрической проницаемостью ε
.
Если сфера полая и заполнена диэлектриком, то электроемкость её от этого не изменяется.
Емкость конденсатора определяется отношением модуля заряда q на одной обкладке к разности потенциалов U между обкладками:
.
Электрическая емкость плоского конденсатора
,
где S – площадь пластин (каждой пластины); d – расстояние между ними; ε – диэлектрическая проницаемость диэлектрика, заполняющего пространство между пластинами.
Электрическая емкость С последовательно соединенных конденсаторов в общем случае (N – число конденсаторов)
.
В случае двух конденсаторов .
В случае п одинаковых конденсаторов с электроемкостью С1 каждый
.
Электрическая емкость параллельно соединенных конденсаторов в общем случае
C=C1+C2+...+CN.
В случае N одинаковых конденсаторов с электроемкостью С1 каждый:
C=N∙C1.
Энергия заряженного проводника выражается через заряд q, потенциал φ и электрическую емкость С проводника следующими соотношениями:
.
Энергия заряженного конденсатора
где С – электрическая емкость конденсатора, q – его заряд, U – разность потенциалов на его пластинах.
Объемная плотность энергии – это энергия единицы объема:
.
Объемная плотность энергии электростатического поля напряжённостью Е равна:
.