2.9.2 Задачі для самостійного рішення

1. Яка сила діє на кожен електрон провідності в проводі

довжиною 4м, до кінців якого прикладене напруга 100В?

Відповідь: 4 · 10-18 Н

2. Обчислите щільність струму в сталевому проводі довжиною 20м, якщо провід знаходиться під напругою 12 В.

Відповідь: 5 · 106 А/м2

3. Визначите швидкість дрейфу електронів провідності в мідному проводі, по якому проходить струм 5А, якщо площа його поперечного перерізу 20 м2, концентрація електронів провідності 9 · 1028м-3. за який час електрон переміститься по провіднику на 1 см? електричний струм постійний.

Відповідь: 1,74 · 10-5 м/с; 5,7 · 102 с.

4.Питомий опір графітового стрижня від олівця 400мкОм ·м. Який струм пройде по стрижні, якщо на нього подати напругу 6 В? Довжина стрижня 20 см, його діаметр 2 мм.

Відповідь: 0,236 А

5.Визначите температуру нитки лампочки, якщо при включенні в мережу з напругою 220 В по нитці йде струм 0.68 А. Опір вольфрамової нитки електричної лампочки при 20ºС дорівнює 36 Ом. Температурний коефіцієнт опору вольфраму 4,6 · 10¯³ К¯¹.

Відповідь: 1910º С

6.Телевізор, споживана потужність якого 150 Вт, працює від мережі напругою 220 В. Який плавкий запобіжник варто установити в телевізорі, якщо маються в наявності запобіжники на 0,5, 1 і 2 А?

Відповідь: на 1 А.

7.Який опір мають 40 і 75 - ватні лампи накалювання,розраховані на включення в ланцюг з напругою 127 В?

Відповідь: 403 Ом; 215 Ом.

8.На скількох рівних частин потрібно розділити провідник, що має опір 36Ом, щоб опір його частин, з'єднаних паралельно, було 1 Ом?

Відповідь: 6

9.Вольтметр розрахований на вимір максимальної напруги до 30 В. При цьому через вольтметр йде струм 10 мА. Який додатковий опір потрібно приєднати до вольтметра, щоб їм можна було вимірювати напруга 150 В?

Відповідь: 1,2 · 104 Ом.

10. При замиканні джерела електричного струму на опір 5 Ом у ланцюзі йде струм 5 А, а при замиканні на опір 2 Ом йде струм 8 А. Знайдіть внутрішній опір і э.д.с. джерела.

Відповідь: 3 Ом; 40 В.

11. Батарея з чотирьох послідовно включених у ланцюг елементів з ЭРС 1,25 В и внутрішнім опором 0,1 Ом харчує два паралельно з'єднаних провідники з опорами 50 Ом і 200 Ом. Знайдіть напругу на затисках батареї. Відповідь: 4,95 В

12. Визначите напругу на затисках джерела харчування, якщо він забезпечує в ланцюзі струм 2 А. Ланцюг складається з двох паралельно включених лампочок потужністю 30 Вт кожна. Утрати потужності в провідниках, що підводять, складають 10% корисної потужності.

Відповідь: 33 В.

13. Який додатковий опір потрібно включити послідовно з лампочкою, розрахованої на напругу 120 В при потужності 60 Вт, щоб ця лампочка горіла нормальним розжаренням при напрузі 220 В? Припускаючи, що додатковий опір зроблений з ніхромовій дроту перетином 0,5 мм² з питомим опором 1 Ом мм²/м, знайдіть довжину дроту.

Відповідь: 200 Ом; 100 м.

14 Кімната втрачає в добу кількість теплоти 87 МДж. Якої

довжини треба взяти ніхромову дріт діаметра 1 мм для намотування електропечі, що підтримує температуру кімнати незмінної? Пекти включається в мережу з напругою 120 В.

Відповідь: 10,2 м.

15. Знайдіть внутрішній опір акумулятора, якщо при заміні зовнішнього опору 3 Ом на 10,5 Ом ККД схеми збільшиться вдвічі.

Відповідь: 7 Ом.

16. При електролізі води через ванну протягом 25 хвилин йшов струм

20 А. Яка температура кисню, що виділився, якщо він знаходиться в судині обсягом 1 л під тиском 0,2 МПа? Електрохімічний еквівалент кисню 8,29 · 10-8 кг/Кл.

Відповідь: 310 К.

17. При електролізі розчину сірчаної кислоти витрачається потужність

37 Вт. Визначите опір електроліту, якщо за 50 хвилин виділяється 0,3 м водні.

Відповідь: 0,4 Ом.

18. Відстань між електродами в трубці, наповненої парами ртуті, 10 см. Яка середня довжина вільного пробігу електрона, якщо самостійний розряд настає при напрузі 600 В?

Енергія іонізації пар ртуті 1,7 · 10-18 Дж. Поле вважати однорідним.

Відповідь: 1,8 · 10-8 м.

19. Скільки електронів емітиуют з катода за 1ч роботи діода

при анодному струмі насичення, дорівнює 20 мА?

^{Відповідь:} _{4,5 · 10}²⁰

^.

Розділ 3. Електромагнетизм. Змінний струм.

3.1 .МАГНІТНЕ ПОЛЕ

Спочиваючі й електричні заряди, що рухаються, у даній системі відліку відрізняються по властивостях. Якщо спочиваючі електричні заряди взаємодіють за допомогою електричного полючи за законом Кулона, то що рухаються - за допомогою магнітного полючи.

Магнітне поле є вид матерії, що створюється електричними зарядами, що рухаються, і перемінними електричними полями і діє тільки на електричні заряди, що рухаються.

Магнітне поле, створене постійним струмом, називають постійним.

Як спробне тіло для дослідження магнітного полючи можна використовувати магнітну стрілку, провідник зі струмом, контур зі струмом.

3.2. ОСНОВНІ ВЕЛИЧИНИ І СПІВВІДНОШЕННЯ

1) - індукція магнітного полючи, величина векторна, служить силовою характеристикою магнітного полючи в даній крапці.

Модуль магнітної індукції дорівнює відношенню сили, що діє на одиницю довгі провідника при силі струму в провіднику, рівній одиниці сили струму:

В=F/І1, де

F- сила, що діє на провідник зі струмом у магнітному полі,

І- сила струму в провіднику,

1- довжина провідника.

Модуль магнітної індукції можна визначити також по величині обертаючого моменту, що діє на контур зі струмом:

В=М /IS, М - максимальний обертальний момент, що діє на контур зі струмом у магнітному полі,

І- струм у контурі,

S- площа контуру.

За напрямок вектора магнітної індукції в даній крапці полючи прийнято напрямок позитивної нормалі до площини контуру зі струмом, поміщеного в цю крапку полючи. Напрямок позитивної нормалі можна визначити за правилом буравчика: якщо обертати рукоятку буравчика по напрямку струму в контурі, те його поступальний рух буде збігатися з напрямком вектора магнітної індукції. Цей же напрямок показує північний полюс магнітної стрілки.

Одиниця виміру магнітної індукції-тесла (Тл).

1) Тл=1Нм/1А*1м2 =1Дж/1А*1м2 =1Вс/1м 2.

2) Ф.- потік магнітної індукції величина скалярна, служить характеристикою полючи в межах поверхні S.

Потоком магнітної індукції (магнітним потоком) через поверхню, перпендикулярну вектору магнітної індукції, називають величину, рівну добутку модуля магнітної індукції і площі цієї поверхні. Для однорідного магнітного полючи магнітний потік буде дорівнює:

Ф.=BS.

Якщо площа поверхні не перпендикулярна лініям магнітної індукції, то магнітний потік буде дорівнює:

Ф.=BScosα, де

В - індукція магнітного полючи,

S- площа контуру, крізь який визначається потік,

α- кут між напрямком вектора магнітної індукції і нормаллю (перпендикуляром) до площини контуру.

Одиниця виміру магнітного потоку - Вебер (Вб).1Вб=1Тл*1м2 .

3)Якщо магнітний потік утвориться струмом, що йде по провіднику, то величина буде пропорційна величині струму:

Ф.=LІ, де

І - сила струму в провіднику,

L - Коефіцієнт чи самоіндукції індуктивність провідника, величина скалярна, залежна від розмірів і форми провідника, а також від магнітних властивостей навколишнього середовища. Індуктивність соленоїда залежить від числа витків, діаметра витків, наявності сердечника усередині соленоїда.

Одиниця виміру Генрі (Гн).

_{1Гн=1Вб/1А.}

4)W - енергія магнітного полючи провідника зі струмом визначається по формулі:

W =LІ² /2.

3.3. СИЛА ЛОРЕНЦА

Сила, що діє на електричний заряд, що рухається, може бути знайдена, якщо силу Ампера, що діє на провідник стоком у магнітному полі, розділити на кількість зарядів у провіднику:

F= eVBsіnα,де

e - заряд частки,

V- швидкість руху частки,

B- магнітна індукція,

α- кут між напрямком вектора магнітної індукції напрямком швидкості позитивно зарядженої частки.

Напрямок сили Лоренца визначається також за правилом лівої руки. Якщо частка, що рухається, негативно заряджена, то ліву руку потрібно розташувати так, щоб чотири витягнутих пальці були спрямовані убік протилежну швидкості руху цієї частки.

ЗАКОН АМПЕРА

Сила, що діє на провідник зі струмом в однорідному магнітному полі, дорівнює добутку індукції магнітного полючи, довжині провідника і синуса кута між напрямком вектора магнітної індукції і напрямком струму:

F=BІ1sіnα,де

І- сила струму, що йде по провіднику,