Коллоквиум ИД Бобрович / 43-93

43. Электрический заряд. Свойства электрического заряда. Единцы измерения электрического заряда в системе.

Электрический заряд — скалярная физ. величина, кот явл. количественной мерой электромагнитных взаимодействий.

Единица измерения эл. заряда в системе СИ [q]=1 Кл (кулон).

Свойства:

1.Существуют только 2 вида заряда: отрицательные и положительные.

2.Одноименные заряды отталкиваются, разноименные притягиваются.

3.Существует элементарный заряд e = 1,6 10–19 Кл.

4.Электрический заряд дискретен.

5.Электрический заряд инвариантен.

44. Поясните свойство электрического заряда – его дискретность

Электрический заряд дискретен, т. е. электрический заряд любого тела состоит из целого числа полож. и отриц.элементарных зарядов: q = N+e + N–e, где N+ и N– – целые числа, равные к оличеству положительных и отрицательных элементарных зарядов.

45. Поясните свойство электрического заряда – его инвариантность

Электрический заряд инвариантен, т. е. значение электрич заряда не зависит от скорости его движения. Значение электрического заряда не изменяется при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой.46. 46.

Сформулируйте закон сохранения заряда

Закон сохранения заряда: алгебраическая сумма зарядов тел и частиц, образующих электрически изолированную систему, не изменяется при любых процессах, происходящих в этой системе:

n

q1 q2 ... qn qi const

i 1

Под электрически изолированной системой понимают такую сист, из кот не забирают и в которую не вносят электрические заряды.

47. Поясните, что такое точечный заряд

Точечный заряд - такие заряженные тела, размеры которых малы по сравнению с расстоянием между ними.

48. Сформулируйте закон Кулона и запишите его

Сила взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов пропорциональна величине каждого из зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Где где ɛ0 = 8,85 10–12 Ф/м – электрическая постоянная; |q1|, |q2| – модули точечных зарядов;

r – расстояние между ними.

В векторном виде закон Кулона определяется формулой

49. Дать определение напряженности электрического поля в данной точке. Записать единицу измерения электрического поля в системе СИ.

Силовой характеристикой электрического поля является напряженность, кот. обозначается буквой Е и имеет единицы измерения Н/Кл или В/м в СИ.

Физическая величина, равная отношению силы, с которой электрическое поле действует на точечный электрический заряд, к значению этого заряда,

называется напряженностью электрического поля.

Напряженность является векторной величиной, так как определяется отношением силы Кулона к величине единичного положительного заряда

Е= F/q

50.Чему равна напряженность поля точечного заряда?

Напряжённость электрического поля точечного заряда прямо пропорциональна заряду q и обратно пропорциональна квадрату расстояния r от заряда до данной точки поля.

E = k | |

2

Где: k – коэффициент пропорциональности, значение которого зависит от выбора единиц электрического заряда.

Где ∙ 0 – электрическая постоянная, равная 8,85 10-12 Кл2 / Н м2 q – электрический заряд (Кл)

r – расстояние от заряда до точки, в которой определяется напряжённость.

Направление вектора напряжённости совпадает с направлением силы Кулона.

51. Записать и сформулировать принцип суперпозиции электрических полей.

Напряженность электростатического поля системы точечных зарядов равна векторной сумме напряженностей полей, создаваемых каждым их этих зарядов в отдельности. В этом заключается принцип независимости действия электростатических полей или принцип суперпозиции (наложения) полей.

E = E1 + E2 + … + En = ∑=1

Согласно принципу суперпозиции электростатических полей, можно найти напряженности в любой точке А поля двух точечных зарядов q1 и q2. Сложение векторов E1 и E2 производится по правилу параллелограмма. Направление результирующего вектора Е находится построением, а его абсолютная величина может быть подсчитана по формуле

E= √12 + 22 − 21 2cos ( (угол между))

52.Записать выражение для потенциальной энергии заряда q* находящегося на расстоянии r от точечного заряда q.

W = ∙

53. Дать определение потенциала поля. Записать формулу. Записать единицу измерения потенциала поля в системе СИ.

Потенциал электростатического поля — скалярная величина, равная отношению потенциальной энергии в поле к этому заряду:

= W/q = const

—энергетическая характеристика поля в данной точке. Потенциал не зависит от величины заряда, помещенного в это поле.

54. Записать и пояснить формулу для потенциала точечного заряда.

Формула электростатического поля (кулоновского потенциала) точечного заряда в вакууме:

= k

Где k – коэффициент, зависящий от системы единиц измерения – например, в СИ: k = 9 109 (B м) / Кл, q – величина заряда, r – расстояние от зарядаисточника до точки, для которой рассчитывается потенциал.

55. Сформулировать принцип суперпозиции для электростатических потенциалов

Потенциал поля, создаваемого системой зарядов, в данной точке равен алгебраической сумме потенциалов полей, создаваемых в этой точке каждым

из зарядов в отдельности

= ∑

=1

Если электростатическое поле создается заряженным телом с

распространённым зарядом

1= 40

Применяя принцип суперпозиции, =∫

56. Чему равна работа, совершаемая силами поля над перемещаемым зарядом из точки 1 в точку 2?

12 = П1 − П2 = (1 − 2) =

Величина (1 − 2) = называется разностью потенциалов между точками

1 и 2.

Если заряд из точки 1 с потенциалом φ удаляется на бесконечность (где потенциал = 0), то работа сил равна

1∞ =

57. Что называется электрической ёмкостью (или просто ёмкостью) проводника? Записать единицу измерения электрической ёмкости в системе СИ.

Электроёмкость проводника численно равна отношению заряда q уединённого

проводника к его потенциалу φ. [c] = 1 Ф (фарад)

=

58. От чего зависит электроёмкость уединенного проводника?

Зависит от формы проводника и его размеров, от диэлектрической проницаемости ε окружающей среды.

59. Что такое конденсатор? Записать и пояснить формулу для электрической ёмкости конденсатора.

q — заряд одной из обкладок

1 − 2 = — разность потенциалов (напряжение) между обкладками

60. От чего зависит электроёмкость конденсатора?

Величина электроемкости конденсатора определяется геометрией конденсатора (формой и размерами обкладок, и величиной зазора между ними), диэлектрической проницаемости ε среды, заполняющей пространство между обкладками.

61. Записать и пояснить формулу для электроемкости плоского конденсатора

Электроемкость конденсатора:

потенциалов между обкладками.

Электроемкость плоского конденсатора:

С = 0

62. Записать формулу для определения энергии заряженного конденсатора. Как определяется энергия электрического поля? Как определяется объемная плотность энергии электрического поля?

Энергия заряженного конденсатора:

Энергия электрического поля:

= 2 2 = 02 2 = 20 ( )2 , где =V-объём, занимаемый полем

конденсатор; = Е-напряженность поля в зазоре

э = 12 0 2

Объемная плотность энергии электрического поля:

э = э = 12 0 2

63. Что называется магнитной индукцией В? Записать единицу измерения вектора магнитной индукции системы СИ.

Mагнитной индукцией называется векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке пространства. В системе СИ измеряется в Теслах [Тл]

64. Сформулировать правило правого винта (правило буравчика) для определения магнитной индукции В.

Если правый винт вращать так, что его поступательное движение совпадает с направлением тока, то направление вращательного движения укажет направление линий магнитной индукции

65. Сформулировать принцип суперпозиции для магнитного поля.

Магнитная индукция результирующего поля, создаваемого несколькими токами или движущимися зарядами, равна векторной сумме магнитных индукций полей, создаваемых каждым током или движущимся зарядом

= ∑

=1

66. Записать и пояснить закон Био–Савара–Лапласа. Для чего используется закон Био–Савара–Лапласа.

Элементы проводника dl с током I создает в некоторой точке A индукцию поля:

= 0 43 [ × ]

Где r – радиус-вектор, проведённый из элементa dl проводника в точку A.

Hаправление перпендикулярно dl и r , и совпадает с касательной к линиям магнитной индукции.

Закон совместно с принципом суперпозиции позволяет найти индукции магнитного поля, создаваемого проводником любой конфигурации.

= ∫

67. Запишите и поясните формулу силы Ампера в векторной форме.

dFA = I [dl x B]

Где I – сила тока, В – вектор магнитной индукции, dl – вектор, совпадающий по направлению с электрическим током.

68. Чему равен модуль силы Ампера. Запишите и поясните формулу.

dFA = IBdlsinα

α – угол между векторами dl и B

69. Как определить направление действия силы Ампера. Сформулируйте правило.

Правило левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы в нее входил вектор магнитной индукции, а четыре вытянутых пальца расположить по направлению тока в проводнике, то отогнутый на 90° большой палец покажет направление силы Ампера, действующей со стороны.

70. Запишите и поясните формулу для расчета силы Лоренца в векторной форме.

FЛ = q [V x B]

Где q – заряд частицы, V – вектор скорости частицы.

71. Чему равен модуль силы Лоренца. Поясните и запишите формулу.

FЛ = qVBsinα α – угол между векторами V и B.

72. Как определить направление действия силы Лоренца. Сформулируйте правило.

Правило левой руки: если сложенные вместе пальцы направить по направлению движения положительно заряженной частицы, а ладонь расположить так, чтобы линии магнитной индукции входили в ладонь, то отогнутый на 90 большой палец покажет силы Лоренца, действующей со стороны магнитного поля.

73.Чему равна сила Лоренца, если заряженная частица движется в магнитном поле параллельно магнитному полю

Fл = 0, магнитное поле на частицу не действует и она движется равномерно и прямолинейно

74.Чему равна сила Лоренца, если заряженная частица движется в магнитном поле перпендикулярно линиям магнитной индукции

л = ц. с. = = 2(скорость)

75. Чему равен радиус кривизны траектории движения частицы, если

заряженная частица движется в магнитном поле перпендикулярно магнитной индукции

=

из 2 Закона Ньютона:

76. Чему равен период вращения частицы, если заряженная частица движется в магнитном поле перпендикулярно линиям магнитной

77. Как движется заряженная частица, если она влетает в магнитное поле под углом к линиям магнитной индукции

Движение частицы можно представить в виде суммы двух движений: а) равномерного прямолинейного движения вдоль поля со скоростью υ|| б) равномерного движения по окружности в плоскости, перпендикулярной полю υ Суммарное движение будет движением по винтовой траектории, ось которой параллельна магнитному полю.

∑ = cos( ) + sin( )

78. Чему равен радиус винтовой линии, если заряженная частица влетает

вмагнитное поле под углом к линии магнитной индукции

= sin( )

79. Чему равен шаг винтовой линии, если заряженная частица влетает в магнитное поле под углом к линиям магнитной индукции?

Шаг винтовой линии – это расстояние, которое проходит частица вдоль оси винтовой линии за время, равное периоду вращения

h=vT=vTcosα=2πmvcosα/qB

[(как дополнение) Если магнитное поле неоднородное и заряженная частица движется под углом к линии магнитного поля в направлении возрастания поля, то радиус и шаг винтовой линии уменьшится с ростом индукции магнитного поля].

80. Чему равен период вращения заряженной частицы, если она влетает в магнитное поле под углом к линиям магнитной индукции?

T=2πR/v1 =2πm/qB

81. Работа по перемещению проводника и контура с током в магнитном поле?

A=IФm

Работа, совершаемая силами Ампера при перемещении в магнитное поле проводника с постоянным током, равна произведению силы тока на величину магнитного потока сквозь поверхность, которую пересекает проводник при своем движении.

82. Записать и пояснить чему равен поток вектора магнитной индукции(магнитный поток) через площадь dS.

dФm=B dS = Bn dS

Bn= Bcosα – проекция вектора на направление нормалями и dS, угол между векторами n и B

83. Записать и пояснить чему равен поток вектора магнитной индукции в случае однородного магнитного поля. Записать единицу измерения магнитного потока в системе СИ.

Если магнитное поле однородно, то магнитный поток равен Фm=BScosα [Вб (Вебер)]

84. Что называется потокосцеплением?

Потокосцепление (полный магнитный поток) — физическая величина, представляющая собой суммарный магнитный поток, сцепляющийся со всеми витками катушки индуктивности (поток сцепляется с контуром).

85. В чём заключается явление электромагнитной индукции?

Во всяком замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции через площадь, ограниченную этим контуром, возникает электрический ток. (Фарадей,1831 г.)

Такой ток называет индукционным.

86.Сформулируйте правило Ленца для определения направления индукционного тока в контуре.

Русский физик Э. Х. Ленц в 1833 году установил правило Ленца:

при всяком изменении магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную замкнутым контуром, в последнем возникает индукционный ток, который имеет такое направление, что его собственное магнитное поле препятствует изменению внешнего магнитного потока, вызывающего этот индукционный ток.

87. Сформулируйте закон Фарадея-Ленца (закон электромагнитной индукции).

ЭДС индукции в проводящем контуре численно равна и противоположна по знаку скорости изменения магнитного потока сквозь поверхность, ограниченную этим контуром.

=– Ф

88. В чём заключается явление самоиндукции?

Всякое изменение тока в контуре влечёт возникновение ЭДС индукции в этом же самом контуре. Это наз. самоиндукцией.

89. Что называется индуктивностью контура? Записать единицу измерения индуктивности контура в системе СИ.

Магнитный поток собственного поля, пронизывающий площадь, ограниченную контуром тока, равен:

c LI

где L – коэффициент пропорциональности, называемый индуктивностью контура. В СИ единицей индуктивности служит генри (Гн).

90. Записать и пояснить выражение для индуктивности соленоида.

Рассмотрим соленоид, общее число витков которого равно N, сечение витка S, длина соленоида l.Полость соленоида заполнена средой с магнитной