Хід роботи Задачі Струм у різних середовищах

1. Нікелювання за допомогою електролізу металевої пластинки, що має площу поверхні 48 см², тривало 4,0 год. при силі струму 0,15 А. Знайдіть товщину шару нікелю. Валентність нікелю становить 2.

2. Якою є витрата електроенергії на отримання 1,0 кг алюмінію, якщо електроліз проходить при напрузі 10 В, а ККД установки становить 0,80?

3. При електролізі підкисленої води через ванну пройшов заряд 7500 Кл. Кисень, що виділився, перебуває в об'ємі 0,50 л під тиском 101 кПа. Яка його абсолютна температура?

4. Дві однакові електролітичні ванни з'єднані по­слідовно. В одній із них — розчин СиС1, у другій — СиС1₂. В якій ванні на катоді виділяється більше міді?

5. При нанесенні металевого покриття за допо­могою електролізу інколи наприкінці процесу на деякий час змінюють напрям струму на протилежний. У результаті повер­хня стає більш гладкою. Чому?

6. Конденсатор ємністю 10 пФ з'єднано по­слідовно з резистором, що має опір 1,0 кОм. Відстань між пластинами конденсатора становить 3,0 мм. Повітря між пластинами конденсатора іонізується рентгенівським випромінюванням: кожної секунди в 1 см³ повітря утворюється 5∙10⁴ пар од­нозарядних іонів. Знайдіть силу струму в колі й падіння на­пруги на резисторі, якщо до кола підключено джерело висо­кої напруги.

7. Яку найменшу кінетичну енергію і швид­кість повинен мати електрон, щоб він міг іонізувати нерухо­мий атом неону? Потенціал іонізації атомів неону становить 21,5 В.

8. Яку найменшу кінетичну енергію і швид­кість повинен мати іон неону, щоб при зіткненні його з неру­хомим нейтральним атомом неону могла статися іонізація атома? Потенціал іонізації атомів неону становить 21,5 еВ.

9. Визначити коефіцієнт дисоціації водного розчину азотної кис­лоти, концентрація якої становить 0,064 г/см³, якщо питомий опір розчину 32 мОм∙м, рухливість позитивних іонів дорівнює 3,26∙10^-7 м²/(Вс), а негатив­них – 6,4∙10^-8 м²/(В∙с).

10. Визначити питомий опір р водного розчину хлористого калію КСl, концентрація якого 0,1 г/см, коли відомо, що коефіцієнт дисо­ціації цього розчину становить 0,77, рухливість позитивних іонів ⎯ 6,7∙10^-8 м²/(В∙с), а негативних ⎯ 6,8∙10 ^-8м²/(В∙с).

11. Яку кількість електроенергії потрібно витратити для одер­жання алюмінію масою т = 2 кг, якщо електроліз відбувається при напрузі 15 В, ККД становить 75 %? Атомна маса алюмінію – 27 г/моль.

Практична робота № 7 Застосування закону електромагнітної індукції

Мета: розглянути способи визначення характеристик магнітного поля; ознайомитися з явищами електромагнітної індукції та самоіндукції; навчитися розв’язувати задачі на застосування законів електромагнітної індукції.

Основні теоретичні відомості

Індукція магнітного поля, яке утворюється елементом провідника зі струмом, визначається за допомогою закону Біо-Савара-Лапласа:

dB = ,

де μ₀ – магнітна стала (додаток); μ – магнітна проникність середовища; dl – вектор-довжина елемента провідника; I – сила струму в провіднику; r – радіус-вектор, проведений від середини елемента в точку, у якій визначається індукція поля.

Зв'язок магнітної індукція та напруженості магнітного поля:

B = μ μ₀ H,

де B – магнітна індукція поля; H– напруженість магнітного поля.

Принцип суперпозиції (накладання) магнітних полів:

B = dB.

Магнітна індукція найпростіших систем:

а) точковий заряд, що рухається з нерелятивістською швидкістю:

B = ,

де r – радіус-вектор, проведений від заряду в дану точку поля;

б) прямолінійний відрізок провідника зі струмом (за модулем):

B = (cosφ₁ – cosφ₂),

де r₀ – відстань від провідника до точки; φ₁, φ₂ – кути між напрямом струму й напрямом від кінців провідника до точки, в якій визначається індукція магнітного поля;

в) нескінченно довгий прямий провідник зі струмом (за модулем):

B = ;

г) вісь колового струму:

dB = ,

де p_м – магнітний момент колового струму; R – радіус колового струму; r – відстань від центра колового струму до даної точки.

Магнітний момент колового струму:

p_м = S n I,

де S – площа, яка охоплюється струмом; n – одиничний вектор додатної нормалі, напрям якого визначається за правилом гвинта;

ґ) соленоїд у довільній точці, що лежить на його осі (за модулем):

B = (cosα₁ – cosα₂),

де N – кількість витків на одиницю довжини соленоїда; α₁, α₂ – кути між напрямом поля в соленоїді й відрізками прямих, проведених з даної точки до кінців соленоїда;

д) середина достатньо довгого соленоїда в точці, віддаленій від його кінців:

B = μ μ₀ N I.

Сила, що діє з боку магнітного поля на внесений у нього елемент електричного струму (сила Ампера) визначається за формулою:

dF = I [dl B].

Сила взаємодії двох прямих, нескінченно довгих паралельних провідників зі струмами І₁ та І₂:

dF = dl,

де b – відстань між провідниками; dl – відрізок провідника.

Сила, що діє з боку магнітного поля на рухомий заряд (сила Лоренца) визначається за формулою:

dF = [ B].

У разі сумарної дії електричного поля і магнітного полів сила, яка діє на заряджену частинку із зарядом, що рухається зі швидкістю (узагальнена сила Лоренца) визначається за формулою:

F = qE + [ B].

Циркуляція вектора:

dl = _K ,

де L – контур довільної форми; – проекція вектора індукції на дотичну до контуру у напрямі обходу; dl – елемент довжини контуру; _K – алгебраїчна сума сил струмів, що охоплюються контуром.

Потік вектора магнітної індукції крізь довільну поверхню:

Ф_B = ,

де – проекція вектора магнітної індукції на напрям нормалі до площини; S – елементарна площина.

Теорема Гаусса для вектора магнітної індукції:

= 0.

Момент сил, що діють на контур зі струмом у магнітному полі:

M = [ ].

Елементарна робота по переміщенню провідника зі струмом у магнітному полі:

A = I dФ,

де dФ – магнітний потік, який перетинається провідником.

ЕРС електромагнітної індукції (закон Фарадея):

– .

Якщо контур, у якому індукується ЕРС, містить N витків, то

– N .

Різниця потенціалів, яка виникає на кінцях провідника довжиною L, що рухається зі швидкістю в однорідному магнітному полі з індукцією B:

U = B L sinα,

де α – кут між векторами.

ЕРС індукції, що виникає в рамці, яка містить N витків й обертається з кутовою швидкістю 𝛚 в однорідному магнітному полі:

= B N S sin𝛚t .

Індуктивність довгого соленоїда та тонкого тороїду:

L = μ μ₀ n² V,

де n – кількість витків на одиницю довжини соленоїда (тороїду); V – об’єм соленоїда (тороїду).

ЕРС самоіндукції:

–L .

Взаємна індуктивність контурів:

.

ЕРС взаємної індукції:

– .

Енергія магнітного поля струму:

W = .

Об’ємна густина енергії магнітного поля:

w = =