У провіднику площа поперечного перерізу якого 1. Основні формули та закони

Сила струму

(якщо).

Щільність струму

де S- площа поперечного перерізупровідника.

Щільність струму у провіднику

де -швидкість упорядкованого руху зарядів у провіднику, n- Концентрація зарядів, e- Елементарний заряд.

Залежність опору параметрів провідника

де l- Довжина провідника, S- площа поперечного перерізу провідника; питомий опір, - Питома провідність.

Залежність питомого опору температури

,

де - температурний коефіцієнт опору, - питомий опір при .

Опір при послідовному (а) та паралельному (б) з'єднанні провідників

де - опір го провідника, n- Число провідників.

Закон Ома:

для однорідної ділянки ланцюга

,

для неоднорідної ділянки ланцюга

,

для замкнутого ланцюга

де U- напруга на однорідній ділянці ланцюга, - різницю потенціалів на кінцях ділянки ланцюга, - ЕРС джерела, r- Внутрішній опір джерела струму.

Сила струму короткого замикання

Робота струму за час t

Потужність струму

Закон Джоуля-Ленца (кількість теплоти, що виділяється під час проходження струму через провідник)

Потужність джерела струму

Коефіцієнт корисної дії джерела струму

.

Правила Кірхгофа

1) – для вузлів;

2) - для контурів,

де - алгебраїчна сума сил струмів, що сходяться у вузлі, - сума алгебри ЕРС в контурі.

2.1. На кінцях мідного дроту довжиною 5 м підтримується напруга 1 В. Визначити щільність струму у дроті (питомий опір міді ).

А. B.

С. D.

2.2. Резистор опором 5 Ом, вольтметр та джерело струму з'єднані паралельно. Вольтметр показує напругу 10 В. Якщо замінити резистор іншим із опором 12 Ом, то вольтметр покаже напругу 12 В. Визначити ЕРС та внутрішній опір джерела струму. Струмом через вольтметр знехтувати.

A. B.

С. D.

2.3. Визначити силу струму в ланцюгу, що складається з двох елементів з ЕРС, рівними 1,6 і 1,2 і внутрішніми опорами 0,6 Ом і 0,4 Ом відповідно, з'єднаних однойменними полюсами.

А. В. С. Д.

2.4. Гальванічний елемент дає зовнішній опір 0,5 Ом силу струму 0,2 А. Якщо зовнішній опір замінити на 0,8 Ом, то струм у ланцюгу 0,15 А. Визначити силу струму короткого замикання.

А. B. С. D.

2.5. До джерела струму з ЕРС 12 приєднано навантаження. Напруга на клемах джерела 8 В. Визначити ККД джерела струму.

А. B. С. D.

2.6. Зовнішній ланцюг джерела струму споживає потужність 0,75 Вт. Визначити силу струму в ланцюзі, якщо ЕРС джерела 2В та внутрішній опір 1 Ом.

А. В. С. D.

2.7. Джерело струму з ЕРС 12 В та внутрішнім опором 1 Ом підключений до навантаження опором 9 Ом. Знайти: 1) силу струму в ланцюгу, 2) потужність, що виділяється у зовнішній частині ланцюга, 3) потужність, що втрачається в джерелі струму, 4) повну потужність джерела струму, 5) ККД джерела струму.

2.8. Обмотка електричного окропу має дві секції. Якщо включено одну секцію, вода закипає через 10 хв, якщо інша, то через 20 хв. Через скільки хвилин закипить вода, якщо обидві секції включити: а) послідовно; б) паралельно? Напруга на затискачах кип'ятильника і ККД установки вважати у всіх випадках однаковими.

А. [а) 30 хв; б) 6,67 хв] В. [а) 6,67 хв; б) 30 хв]

С. [а) 10 хв; б) 20 хв] D. [а) 20 хв; б) 10 хв]

2.9. Амперметр опором 0,18 Ом призначений для вимірювання сили струму до 10 А. Який опір треба взяти та як його включити, щоб цим амперметром можна було вимірювати силу струму до 100 А?

А. В.

С. D.

2.10. Вольтметр опором 2000 Ом призначений для вимірювання напруги до 30 В. Який опір треба взяти та як його включити, щоб цим вольтметром можна було вимірювати напругу до 75 В?

А. В.

С. D.

2.11 .* Струм у провіднику опором 100 Ом рівномірно наростає від 0 до 10 А протягом 30 с. Чому дорівнює кількість теплоти, що виділилася за цей час у провіднику?

А. В. С. D.

2.12.* Струм у провіднику опором 12 Ом рівномірно зменшується від 5 А до 0 протягом 10 с. Яка кількість теплоти виділяється у провіднику за цей час?

А. В. С. D.

2.13.* По провіднику опором 3 Ом тече струм, що рівномірно зростає. Кількість теплоти, що виділилося у провіднику за 8 с, дорівнює 200 Дж. Визначити заряд, що протік за цей час по провіднику. У початковий моментчасу струм дорівнював нулю.

А. В. С. D.

2.14.* Струм у провіднику опором 15 Ом рівномірно зростає від 0 до деякого максимуму протягом 5 с. За цей час у провіднику виділилося кількість теплоти 10 кДж. Знайти середнє значення сили струму у провіднику за цей проміжок часу.

А. В. С. D.

2.15.* Струм у провіднику рівномірно збільшується від 0 до деякого максимального значення протягом 10 с. За цей час у провіднику виділилося кількість теплоти 1 кДж. Визначити швидкість наростання струму у провіднику, якщо опір його 3 Ом.

А. В. С. D.

2.16. На рис. 2.1 = = , R 1 = 48 Ом, R 2 = 24 Ом, падіння напруги U 2 на опорі R 2 дорівнює 12 В. Нехтуючи внутрішнім опором елементів, визначити силу струму у всіх ділянках ланцюга та опір R 3 .

	R 4

Мал. 2.1 Мал. 2.2 Мал. 2.3

2.17. На рис. 2.2 = 2В, R 1 = 60 Ом, R 2 = 40 Ом, R 3 = R 4 = 20 Ом, R G = 100 Ом. Визначити силу струму I G через гальванометр.

2.18. Знайти силу струму в окремих гілках містка Вітсона (рис. 2.2) за умови, що сила струму, що йде через гальванометр, дорівнює нулю. ЕРС джерела 2В, R1=30 Ом, R2=45 Ом, R3=200 Ом. Внутрішнім опором джерела знехтувати.

2.19. На рис. 2.3 = 10, = 20, = 40, а опору R 1 = R 2 = R 3 = 10 Ом. Визначити силу струмів через опір ( I) та через джерела (). Внутрішнім опором джерел знехтувати. [ I 1 = 1A, I 2 = 3A, I 3 =2A, =2A, =0, =3A]

2.20. На рис. 2.4 = 2,1, = 1,9, R 1 = 45 Ом, R 2 = 10 Ом, R 3 = 10 Ом. Знайти силу струму у всіх ділянках ланцюга. Внутрішній опір елементів знехтувати.

Мал. 2.4 Мал. 2.5 Мал. 2.6

2.21. На рис. 2.5 опору вольтметрів дорівнюють R 1 =3000 Ом та R 2 =2000 Ом; R 3 = 3000 Ом, R 4 = 2000 Ом; =200 В. Знайти показання вольтметрів у випадках: а) ключ Дорозімкнуть, б) ключ Дозамкнутий. Внутрішнім опором джерела знехтувати. [а) U 1 = 120 В, U 2 = 80, б) U 1 = U 2 = 100 В]

2.22. На рис. 2.6 = =1,5, внутрішні опори джерел r 1 =r 2 =0,5 Ом, R 1 =R 2 = 2 Ом, R 3 = 1 Ом. Опір міліамперметра 3 Ом. Знайти свідчення міліамперметра.

2.23. На рис. 2.7 = = 110, R 1 = R 2 = 200 Ом, опір вольтметра 1000 В. Знайти показання вольтметра. Внутрішнім опором джерел знехтувати.

Мал. 2.7 Мал. 2.8 Мал. 2.9

2.24. На рис. 2.8 = = 2В, внутрішні опори джерел дорівнюють 0,5 Ом, R 1 = 0,5 Ом, R 2 = 1,5 Ом. Знайти силу струму у всіх ділянках ланцюга.

2.25. На рис. 2.9 = 100 В, R 1 = 20 Ом, R 2 = 10 Ом, R 3 = 40 Ом, R 4 = 30 Ом. Знайти свідчення амперметра. Внутрішнім опором джерел та амперметра знехтувати.

2.26. Яку силу струму вказує амперметр на рис. 2.10, опір якого R A =500 Ом, якщо = 1, = 2, R 3 =1500 Ом і падіння напруги на опорі R 2 дорівнює 1 В. Внутрішнім опором джерел знехтувати.

2.27. На рис. 2.11 =1.5, =1,6, R 1 =1 кОм, R 2 =2 кОм. Визначити показання вольтметра, якщо його опір R V =2 кОм. Опір джерел знехтувати.

		V
	А
		V

Мал. 2.10 Мал. 2.11 Мал. 2.12

2.28. На рис. 2.12 опору R 1 = 5 Ом, R 2 = 6 Ом, R 3 = 3 Ом. Знайти показання амперметра, якщо вольтметр показує 2,1 В. Опір джерела та амперметра знехтувати.

2.29 . Визначити ЕРС джерела у схемі на рис. 2.13, якщо сила струму, що тече через нього, дорівнює 0,9 А, внутрішній опір джерела 0,4 Ом. R 1 = 30 Ом, R 2 = 24 Ом, R 3 = 50 Ом, R 4 = 40 Ом, R 5 = 60 Ом.

2.30. Знайти свідчення амперметра у схемі на рис. 2.14, якщо ЕРС дорівнює 19,8 В, внутрішній опір 0,4 Ом, R 1 =30 Ом, R 2 =24 Ом, R 3 =50 Ом, R 4 =40 Ом, R 5 =60 Ом.

Мал. 2.13 Мал. 2.14 Мал. 2.15

2.31 . Знайти величини всіх опорів у схемі на рис. 2.15, якщо через опір R 1 тече струм 0,4 мкА, через опір R 2 струм 0,7 мкА, через опір R 3 - 1,1 мкА, через опір R 4 струм не тече. Внутрішній опір елементів знехтувати. E 1 =1,5; E 2 = 1,8 Ст.

Мал. 2.16 Мал. 2.17 Мал. 2.18

2.32. Визначити E 1 та E 2 у схемі на рис. 2.16, якщо R 1 = R 4 = 2 Ом, R 2 = R 3 = 4 Ом. Струм, що тече через опір R 3 дорівнює 1А, а через опір R 2 струм не тече. Внутрішні опори елементів r1=r2=0,5 Ом.

2.33. Визначити силу струму у всіх ділянках ланцюга у схемі на рис. 2.17, якщо E 1 = 11, E 2 = 4, E 3 = 6, R 1 = 5 Ом, R 2 = 10 Ом, R 3 = 2 Ом. Внутрішні опори джерел r 1 =r 2 =r 3 =0,5 Ом.

2.34. У схемі на рис. 2.18 R 1 =1 Ом, R 2 =2 Ом, R 3 =3 Ом, сила струму через джерело дорівнює 2А, різниця потенціалів між точками 1 і 2 дорівнює 2 У. Знайти опір R 4 .

Електомагнетизм

Основні формули

Магнітна індукція пов'язана із напруженістю магнітного поляспіввідношенням

де - магнітна постійна,

Магнітна проникність ізотропного середовища.

Принцип суперпозиції магнітних полів

де - магнітна індукція, створювана кожним струмом або зарядом, що рухається окремо.

Магнітна індукція поля, створювана нескінченно довгим прямолінійним провідником зі струмом,

де - Відстань від провідника зі струмом до точки, в якій визначається магнітна індукція.

Магнітна індукція поля, створюваного прямолінійним провідником зі струмом кінцевої довжини

,

де - кути між елементом струму і радіус-вектором, проведеним з точки до кінця провідника.

Магнітна індукція поля в центрі кругового провідника зі струмом

де – радіус кругового витка.

Магнітна індукція поля на осі кругового провідника зі струмом

,

де - радіус кругового витка, - відстань від центру витка до точки, де визначається магнітна індукція.

Магнітна індукція поля всередині тороїда та нескінченно довгого соленоїда

де - Число витків на одиницю довжини соленоїда (тороїда).

Магнітна індукція поля на осі соленоїда кінцевої довжини

,

де - кути між віссю котушки та радіус-вектором, проведеним з цієї точки до кінців котушки.

Сила Ампера, що діє на елемент провідника зі струмом у магнітному полі,

де - кут між напрямками струму та магнітної індукції поля.

Магнітний момент контуру зі струмом

де - площа контуру,

Поодинокий вектор нормалі (позитивний) до площини контуру.

Обертовий момент, що діє на контур зі струмом, поміщений в однорідне магнітне поле,

,

де - кут між напрямком нормалі до площини контуру та магнітною індукцією поля.

Сила взаємодії між двома прямолінійними паралельними провідниками зі струмами та

,

де - Довжина провідника, - Відстань між ними.

Магнітний потік через майданчик

де - кут між напрямком вектора магнітної індукції і нормаллю до майданчика.

Магнітний потік неоднорідного поля через довільну поверхню

де інтегрування ведеться на всій поверхні.

Магнітний потік однорідного поля через плоску поверхню

Робота переміщення провідника зі струмом у магнітному полі

де - Потік магнітної індукції, перетнутий провідником при його русі.

Сила Лоренца, що діє на заряджену частинку, що рухається, в магнітному полі,

де - заряд частинки, - швидкість частинки, - кут між напрямками швидкості частинки та магнітної індукції поля.

Е.Д.С. індукції

Різниця потенціалів на кінцях провідника, що рухається в магнітному полі,

де - швидкість руху провідника, - довжина провідника, - кут між напрямками швидкості руху провідника та магнітною індукцією поля.

Е.Д.С. самоіндукції

де – індуктивність контуру.

Індуктивність соленоїда

,

де – площа поперечного перерізу соленоїда, – довжина соленоїда, – повне число витків.

Енергія магнітного поля контуру зі струмом

Об'ємна щільність енергії магнітного поля

.

3.1. На рис. 3.1 зображено переріз двох прямолінійних нескінченно довгих провідників зі струмом. Відстань АС між провідниками дорівнює 10 см, I 1 =20 А, I 2 = 30 А. Знайти магнітну індукцію поля, викликаного струмами I 1 і I 2 у точках М 1 , М 2 та М 3 . Відстань М 1 А = 2 см, АМ 2 = 4 см і СМ 3 = 3 см.

А. В.

С. D.

3.2. Вирішити попереднє завдання за умови, що струми течуть в одному

напрямі.

А. В.

С. D.

3.3. Два прямолінійні нескінченно довгі провідники розташовані перпендикулярно один до одного і знаходяться в одній площині (рис. 3.2). Знайти магнітну індукцію поля в точках М 1 і М 2 якщо I 1 = 2 А і I 2 = 3 А. Відстані АМ 1 = АМ 2 = 1 см, DМ 1 = СМ 2 = 2 см.

Мал. 3.2 Мал. 3.3

А. В.

С. D.

3.4. Два прямолінійні нескінченно довгі провідники розташовані перпендикулярно один до одного і знаходяться у взаємно-перпендикулярних площинах (рис. 3.3). Знайти магнітну індукцію поля в точках М 1 і М 2 якщо I 1 = 2 А і I 2 = 3 А. Відстані АМ 1 = АМ 2 = 1 см і АС = 2 см.

А. В.

С. D.

3.5. На рис. 3.4 зображено переріз трьох прямолінійних нескінченно довгих провідників зі струмом. Відстань АС=СD=5 см; I 1 = I 2 = I; I 3 = 2I. Знайти точку на прямій АD, в якій індукція магнітного поля, викликаного струмами I 1 I 2 I 3 дорівнює нулю.

A. B.

С. D.

3.6. Вирішити попередню задачу за умови, що всі струми течуть в одному напрямку.

A. B.

C. D.

3.7. Два кругові витки радіусом 4 см кожен розташовані в паралельних площинах на відстані 0,1 м один від одного. По витках течуть струми I 1 = I 2 =2 А. Знайти магнітну індукцію поля на осі витків у точці, що знаходиться на рівній відстані від них. Струми у витках течуть в одному напрямку.

А. B. С. D.

3.8. Вирішити попередню задачу за умови, що струми течуть у протилежних напрямках.

А. В. С. D.

3.9. Струм у 2А тече по довгому провіднику, зігнутому під кутом. Знайти магнітну індукцію поля в точці, що лежить на бісектрисі цього кута і віддаленої від вершини кута на відстані 10 см.

А. В. С. D.

3.10. По провіднику, зігнутому у вигляді прямокутника зі сторонами а= 8 см та в= 12 см, тече струм силою I= 50 А. Визначити напруженість та магнітну індукцію поля у точці перетину діагоналей прямокутника.

А. В.

С. D.

3.11. По дротяній рамці, що має форму правильного шестикутника, тече струм силою I = 2 А. При цьому в центрі рамки утворюється магнітне поле = 41,4 мкТл. Знайти довжину дроту, з якого зроблена рамка.

А. В. С. D.

3.12. По провіднику, вигнутому у вигляді кола, тече струм. Магнітне поле у ​​центрі кола В = 6,28 мкТл. Не змінюючи силу струму у провіднику, йому надали форму квадрата. Визначити магнітну індукцію поля у точці перетину діагоналей цього квадрата.

А. В. D.

3.13. Обмотка соленоїда містить два шари витків дроту, що щільно прилягають один до одного діаметром d = 0,2 мм. Визначити магнітну індукцію поля на осі соленоїда, якщо дротом тече струм I = 0,5 А.

А. В. С. D.

3.14. Тонке кільце масою 15 г і радіусом 12 см несе заряд рівномірно розподілений з лінійною щільністю 10 нКл/м. Кільце рівномірно обертається з частотою 8 -1 щодо осі, перпендикулярної площині кільця і ​​проходить через її центр. Визначити відношення магнітного моменту кругового струму, створюваного кільцем, на момент імпульсу.

А. В. С. D.

3.15. За двома нескінченно довгими прямими паралельними провідниками, відстань між якими дорівнює 25 см, течуть струми 20 і 30 А в протилежних напрямках. Визначити магнітну індукцію поля в точці, віддаленій на відстань 30 см від першого та 40 см від другого провідника.

А. В. С. D. [27,0 мкТл]

3.16. Визначити магнітну індукцію поля на осі тонкого дротяного кільця радіусом 10 см, яким тече струм 10 А, в точці, розташованої на відстані 15 см від центру кільця.

А. В. С. D.

3.17. По дроту, зігнутому у вигляді квадрата зі стороною, що дорівнює 60 см, тече постійний струм 3 А. Визначити магнітну індукцію поля в центрі квадрата.

А. В. С. D.

3.18. Струм, протікаючи по дротяному кільцю з мідного дроту перерізом 1,0 мм 2 створює в центрі кільця магнітну індукцію поля 0,224 мТл. Різниця потенціалів, прикладена до кінців дроту, що утворює кільце, дорівнює 0,12 В. Який струм тече по кільцю?

А. В. С. [2 А] D.

3.19. Струм 2 А, протікаючи по котушці довжиною 30 см, створює в ній магнітну індукцію поля 8,38 мТл. Скільки витків містить котушка? Діаметр котушки вважати малим проти її довжиною.

А. В. С. D.

3.20. Нескінченно довгий провід утворює кругову петлю, що стосується до дроту. Радіус петлі дорівнює 8 см. По дроту тече струм силою 5А. Знайти індукцію магнітного поля у центрі петлі.

А. В. С. D.

3.21*. Знайти розподіл магнітної індукції поля вздовж осі кругового витка діаметром 10 см, яким тече струм силою 10А. Скласти таблицю значень для значень в інтервалі 010 см через кожні 2 см і побудувати графік з нанесенням масштабу. [ ] .

3.22*. Визначити, користуючись теоремою про циркуляцію вектора магнітну індукцію поля на осі тороїда без сердечника, по обмотці якого, що містить 300 витків, протікає струм 1А. Зовнішній діаметр тороїда дорівнює 60 см, внутрішній – 40 см. .

3.23. Два нескінченних прямолінійних паралельних провідника з однаковими струмами, поточними в одному напрямку, знаходяться один від одного на відстані R. Щоб їх розсунути до відстані 3R, на кожний сантиметр довжини провідника витрачається робота 220 нДж. Визначити силу струму у провідниках.

А. В. С. D.

3.24. Прямий провідник довжиною 20 см, яким тече струм 40А, знаходиться в однорідному магнітному полі з індукцією 0,5 Тл. Яку роботу здійснюють сили поля, переміщуючи провідник на 20 см, якщо напрямок руху перпендикулярно лініям магнітної індукції та провіднику.

А. В. С. D.

3.25. В однорідному магнітному полі, індукція якого 0,5 Тл, рівномірно рухається провідник зі швидкістю 20 см/с перпендикулярно полю. Довжина провідника 10 см. По провіднику тече струм 2А. Знайти потужність, що витрачається на переміщення провідника.

А. B. С. D.

3.26. Магнітна індукція однорідного поля 0,4 Тл. У цьому полі рівномірно зі швидкістю 15 см/с рухається провідник завдовжки 1 м так, що кут між провідником та індукцією поля дорівнює . По провіднику тече струм 1А. Знайти роботу переміщення провідника за 10 секунд.

А. В. С. D.

3.27. Провідник довжиною 1м розташований перпендикулярно до однорідного магнітного поля з індукцією 1,3 Тл. Визначити струм у провіднику, якщо при русі його зі швидкістю 10 см/с у напрямі перпендикулярному

полю та провіднику, за 4 с на переміщення провідника витрачається енергія 10 Дж.

А. В. С. D.

3.28. В однорідному магнітному полі з індукцією 18 мкТл у площині, перпендикулярній лініям індукції, розташована плоска кругова рамка, що складається з 10 витків площею 100 см 2 кожен. У обмотці рамки тече струм 3А. Яким має бути напрям струму в рамці, щоб при повороті її на навколо одного з діаметрів сили поля здійснили позитивну роботу? Яка величина цієї роботи?

А. В. С. D.

3.29. Квадратний контур зі стороною 20 см, яким тече струм 20А, вільно встановився в однорідному магнітному полі з індукцією 10 мТл. Визначити зміну потенційної енергії контуру при повороті навколо осі, що лежить у площині контуру, на кут .

А. В. С. D.

3.30. По круговому витку радіусом 15 см тече струм силою 10А. Виток розташований у однорідному магнітному полі з індукцією 40 мТл так, що нормаль до площини контуру становить кут із вектором магнітної індукції. Визначити зміну потенційної енергії контуру при його повороті на кут у напрямку збільшення кута.

А. В. С. D.

3.31. Кругла рамка зі струмом площею 20 см 2 закріплена паралельно магнітному полю з індукцією 0,2 Тл, і на неї діє момент, що обертає, 0,6 мН·м. Коли рамку звільнили, вона повернулася і її кутова швидкість стала 20 с -1 . Визначити силу струму, що тече у рамці.

А. В. С. D. [15 А]

3.32. Два довгі горизонтальні провідники розташовані паралельно один одному на відстані 8 мм. Верхній провідник закріплений нерухомо, а нижній вільно висить під ним. Який струм потрібно пропустити верхнім дротом для того, щоб нижній міг висіти, не падаючи? По нижньому тече струм 1А і маса кожного сантиметра довжини провідника дорівнює 2,55 мг.

А. В. С. D.

3.33 . Потік магнітної індукції крізь площу поперечного перерізу соленоїда (без осердя) 5 мкВб. Довжина соленоїда 35 см. Визначити магнітний момент цього соленоїду.

А. В. С. D.

3.34. Круговий контур поміщений в однорідне магнітне поле так, що площина контуру перпендикулярна силовим лініям поля. Магнітна індукція поля 0,2 Тл. По контурі тече струм 2А. Радіус контуру 2 см. Яка робота відбудеться при повороті контуру на ?

А. В. С. D.

3.35*. Поряд з довгим прямим дротом, яким тече струм 30А, розташована квадратна рамка зі струмом 2А. Рамка та провід лежать в одній площині. Вісь рамки, що проходить через середини протилежних сторін паралельна дроту і відстоїть від нього на відстані 30 мм. Сторона рамки 20 мм. Знайти роботу, яку потрібно зробити, щоб повернути рамку навколо її осі на . .

3.36*. Два прямолінійних довгих провідника знаходяться на відстані 10 см один від одного. По провідникам течуть струми 20А та 30А. Яку роботу на одиницю довжини провідників треба здійснити, щоб розсунути ці провідники до відстані 20 см? .

3.37. Протон, прискорений різницею потенціалів 0,5 кВ, влітаючи до однорідного магнітного поля з індукцією 0,1 Тл, рухається по колу. Визначити радіус цього кола.

А. В. С. D.

3.38. Альфа-частка зі швидкістю 2Мм/с влітає в магнітне поле з індукцією 1 Тл під кутом. Визначити радіус витка гвинтової лінії, яку описуватиме альфа-частка?

А. В. С. D.

3.39. Магнітне поле з індукцією 126 мкТл спрямоване перпендикулярно до електричного поля, напруженість якого 10 В/м. Іон, що летить із деякою швидкістю, влітає в ці схрещені поля. При якій швидкості він рухатиметься прямолінійно?

А. В. С. D.

3.40. Електрон, прискорений різницею потенціалів 6 кВ, влітає в однорідне магнітне поле під кутом до напрямку поля і починає рухатися гвинтовою лінією. Магнітна індукція поля дорівнює 130 мТл. Знайти крок гвинтової лінії.

А. В. С. [1,1 см] D.

3.41. Протон влетів у однорідне магнітне поле під кутом до напрямку ліній поля і рухається спіраллю, радіус якої 2,5 см. магнітна індукція поля дорівнює 0,05 Тл. Знайти кінетичну енергію протону.

А. В.

С. D.

3.42. Визначити частоту обігу електрона за круговою орбітою в магнітному полі з індукцією 1 Тл. Як зміниться частота обігу, якщо замість електрона обертатиметься альфа-частка?

3.43. Протон та альфа-частка, прискорені однаковою різницею потенціалів, влітають у однорідне магнітне поле. У скільки разів радіус кривизни траєкторії протона менший за радіус кривизни траєкторії альфа-частинки?

А. В. С. D.

3.44. Частка, що несе один елементарний заряд, влетіла в магнітне однорідне поле з індукцією 0,05 Тл. Визначити момент імпульсу, яким мала частка при русі в магнітному полі, якщо траєкторія її представляла дугу кола радіусом 0,2 мм.

А. В.

С. D.

3.45. Електрон рухається коло в однорідному магнітному полі з індукцією 31,4 мТл. Визначити період обігу електрона.

А. В. С. D.

3.46. Знайти відношення q/m для зарядженої частки, якщо вона, влітаючи зі швидкістю 10 8 см/с в однорідне магнітне поле напруженістю 2·10 5 А/м, рухається по дузі кола радіусом 8,3 см. Напрямок швидкості руху частки перпендикулярно напрямку магнітного поля.

А. В. С. D.

3.47. Електрон, прискорений різницею потенціалів 3 кВ, влітає в магнітне поле соленоїда під кутом його осі. Число ампер-витків соленоїда дорівнює 5000. Довжина соленоїда 26 см. Знайти крок гвинтової траєкторії електрона в магнітному полі соленоїда.

А. В. С. D.

3.48. Заряджена частка рухається в магнітному полі по колу зі швидкістю 1 Мм/с. Магнітна індукція поля дорівнює 0,3 Тл. Радіус кола 4 см. Знайти заряд частки, якщо відомо, що її кінетична енергія дорівнює 12 кеВ.

А. В.

С. D.

3.49*. Серпухівський прискорювач протонів прискорює ці частинки до енергії 76 Гев. Якщо відволіктися від наявності проміжків, що прискорюються, то можна вважати, що прискорені протони рухаються по колу радіуса 236 м і утримуються на ній магнітним полем, перпендикулярним до площини орбіти. Знайти потрібне для цього магнітне поле. .

3.50*. Заряджена частка пройшла прискорюючу різницю потенціалів 104 В і влетіла в схрещені під прямим кутом електричне (Е = 100 В/м) та магнітне (В = 0,1 Тл) поля. Визначити відношення заряду частинки до її маси, якщо, рухаючись перпендикулярно до обох полів, частка не відчуває відхилень від прямолінійної траєкторії. .

3.51. В однорідному магнітному полі з індукцією 0,1 Тл рівномірно обертається рамка, що містить 1000 витків. Площа рамки 150 см2. Рамка робить 10 об/с. Визначити максимальну е.р.с. індукції в кадрі. Вісь обертання лежить у площині рамки та перпендикулярна до напрямку поля.

А. В. С. D.

3.52. Дротовий виток розташований перпендикулярно магнітному полю, індукція якого змінюється за законом В=В (1+е до t), де О = 0,5 Тл, до =1 с -1 . Знайти величину е.р.с., що індукується у витку в момент часу, що дорівнює 2,3 с. Площа витка 0,04 м2.

А. В. С. D.

3.53. У магнітному полі з індукцією 0,1 Тл вміщено квадратну рамку з мідного дроту. Площа поперечного перерізу дроту 1 мм 2 площа рамки 25 см 2 . Нормаль до площини рамки паралельна силовим лініям поля. Який заряд пройде по рамці у разі зникнення магнітного поля? Питомий опір міді 17 нОм.

А. В. С. D.

3.54. Кільце з алюмінієвого дроту поміщене в магнітне поле перпендикулярно до ліній магнітної індукції. Діаметр кільця 20 см, діаметр дроту 1 мм. Визначити швидкість зміни магнітного поля, якщо сила індукційного струму в кільці 0,5А. Питомий опір алюмінію 26 нОм·м.

А. В. С. D.

3.55. У магнітному полі, індукція якого 0,25 Тл, обертається стрижень завдовжки 1 м із постійною кутовий швидкістю 20 рад/с. Вісь обертання проходить через кінець стрижня паралельно силовим лініям поля. Знайти е.р.с. індукції, що виникає на кінцях стрижня.

А. В. С. D.

3.56. Кільце з дроту опором 1 мОм знаходиться в магнітному однорідному полі з індукцією 0,4 Тл. Площина кільця складає з лініями індукції кут. Визначити заряд, що протікає по кільцю, якщо його висмикнути з поля. Площа кільця дорівнює 10 см 2 .

А. В. С. D.

3.57. Котушка, що містить 10 витків, кожен площею 4 см 2 знаходиться в однорідному магнітному полі. Вісь котушки паралельна лініям індукції поля. Котушка приєднана до балістичного гальванометра з опором 1000 Ом, опором котушки можна знехтувати. Коли котушку висмикнули з поля, через гальванометр протікало 2 мкКл. Визначити індукцію поля.

А. В. С. D.

3.58. На стрижень з немагнітного матеріалу довжиною 50 см і перерізом 2 см 2 намотаний в один шар провід так, що на кожен сантиметр довжини стрижня припадає 20 витків. Визначити енергію магнітного поля соленоїда, якщо сила струму обмотує 0,5А.

А. В. С. D.

3.59. Знайти різницю потенціалів на кінцях осі автомобіля, що виникає при горизонтальному русі його зі швидкістю 120 км/год, якщо довжина осі 1,5 м і вертикальна складова напруженості магнітного земного поля дорівнює 40А/м.

А. В. С. D.

3.60. На соленоїд довжиною 20 см і площею поперечного перерізу 30 см 2 одягнений дротяний виток. Обмотка соленоїда має 320 витків і нею тече струм 3А. Яка е.р.с. індукується в надітому на соленоїд витку, коли струм у соленоїді зникає протягом 0,001 с?

А. В. С. [0,18 В] D.

3.61. Котушка діаметром 10 см, що має 500 витків, знаходиться у магнітному полі. Вісь котушки паралельна лініям магнітної індукції поля. Чому дорівнює середнє значення е.р.с. індукції в котушці, якщо магнітна індукція поля збільшується протягом 0,1 з від нуля до 2 Тл?

А. В. С. D.

3.62*. Махове колесо діаметром 3 м обертається навколо горизонтальної осізі швидкістю 3000 об/хв. Визначити е.р.с., що індукується між ободом і віссю колеса, якщо площина колеса становить з площиною магнітного меридіана кут . Горизонтальна складова земного магнітного поля дорівнює 20 мкТл. .

3.63*. Мідний обруч, що має масу 5 кг, розташований у площині магнітного меридіана. Який заряд індукується у ньому, якщо його повернути біля вертикальної осі на ? Горизонтальна складова магнітного земного поля 20 мкТл. Щільність міді 8900 кг/м 3 питомий опір міді 17 нОм ·м. .

3.64*. В однорідному магнітному полі, індукція якого 0,5 Тл, рівномірно з частотою 300 хв -1 обертається котушка, що містить 200 витків, що щільно прилягають один до одного. Площа поперечного перерізу котушки 100 см2. Вісь обертання перпендикулярна осі котушки та напрямку магнітного поля. Визначити максимальну е.р.с., що індукується в котушці. .

Класифікація будь-яких електричних проводів включає основні параметри, представлені провідністю, площею поперечного перерізу або діаметром, матеріалами, з яких виготовлений провідник, типовими особливостями ізоляційного захисту, рівнем гнучкості, а також показниками теплової стійкості.

Площа або поперечний переріз провідника - один із найважливіших критеріїв вибору дроту.

Найбільш широке застосуваннязнаходять марки проводів ПУHП і ПУГHП, а також ВПП, ПHCB і PKГM, які мають наступні, дуже важливі для отримання безпечного підключення основними технічними характеристиками:

• ПУНП- Плоский дротовий виріб установочного або так званого монтажного типу з однодротовими жилами з міді в ПВХ-ізоляції. Такий різновид відрізняється кількістю жил, а також номінальною напругою в межах 250 В з частотою 50 Гц і температурним експлуатаційним режимом від мінус 15 до плюс 50 °C;
• ПУГНП- Гнучкий різновид з багатодротяними жилами. Основні показники, які представлені номінальним рівнем напруги, частотою та температурним експлуатаційним режимом, не відрізняються від аналогічних даних ПУHП;
• AПB- алюмінієвий одножильний різновид, круглий провід, що має захисну ПВХ-ізоляцію та однодротову або багатодротяну жилу. Відмінністю цього виду є стійкість до пошкоджень механічного типу, вібраціям та хімічним сполукам. Температурний експлуатаційний режим становить від мінус 50 до плюс 70 °C;
• ПBC- багатожильний мідний різновид з ПBX-ізоляцією, що надає дроту високі показники щільності та традиційну округлу форму. Термостійка жила розрахована для номінального рівня 380 при частоті 50 Гц;
• PKГM- силовий монтажний різновид, представлений одножильним мідним проводом з кремнійорганічною гумовою або скловолоконною ізоляцією, просоченою термостійким складом. Температурний експлуатаційний режим становить від мінус 60 до плюс 180 °C;
• ПHCB- нагрівальний одножильний різновид у вигляді дроту на основі оцинкованої або вороненої сталі. Температурний експлуатаційний режим становить від мінус 50 до плюс 80 °C;
• ВПП- одножильний мідний різновид з багатодротовою житловою та ізоляцією на основі ПBX або поліетилену. Температурний експлуатаційний режим становить від мінус 40 до плюс 80 °C.

В умовах невисокої потужності застосовується мідний провід ШВБП із захисною зовнішньою ПBX-ізоляцією. Багатодротяного типу жила має прекрасні показники гнучкості, а сам дротовий виріб розрахований максимум на 380 В, при частоті в межах 50 Гц.

Дротові вироби найпоширеніших типів реалізуються в бухтах, і найчастіше мають біле фарбування ізоляції.

Площа поперечного перерізу провідника

У Останніми рокамивідзначається помітне зниження якісних характеристик кабельної продукції, що виготовляється, в результаті чого страждають показники опору - переріз проводів. Діаметр будь-якого провідника в обов'язковому порядкуповинен володіти відповідністю всім заявленим виробником параметрам.

Будь-яке відхилення, що становить навіть 15-20 %, може стати причиною значного перегріву електричної проводки або оплавлення ізоляційного матеріалу, тому вибору площі або товщини провідника потрібно приділяти особливу увагу не тільки на практиці, але і з точки зору теорії.

Поперечний переріз провідників

Параметри, найважливіші для правильного виборуперерізи провідника, відображені в наступних рекомендаціях:

• товщина провідника - достатня для безперешкодного проходження електроструму при максимально можливому нагріванні дроту в межах 60 °C;
• переріз провідника - достатній для різкого зниженнянапруги, що не перевищує допустимі показники, що особливо важливо для дуже довгої електропроводки та значних струмів.

Особливу увагу потрібно приділяти максимальним показникамробітника температурного режиму, при перевищенні якого провідник і захисна ізоляція стають непридатними.

Перетином провідника, що використовується, і його захисною ізоляцією повинна в обов'язковому порядку забезпечуватися повноцінна механічна міцність і надійність електричної проводки.

Формула поперечного перерізу провідника

Як правило, дроти мають круглий переріз, але допустимі струмові показники повинні розраховуватися відповідно до площі поперечного перерізу. З метою самостійного визначення площі перерізу в одножильному або багатожильному дроті обережно розкривається оболонка, що є ізоляцією, після чого в одножильному провіднику заміряється діаметр.

Площа визначається відповідно до добре відомої навіть школярам фізичної формули:

S = π х D²/4 або S = 0,8 х D², де:

• S є площею перерізу мм 2 ;
• π - число π, стандартна величина, що дорівнює 3,14;
• D є діаметром мм.

Провідник

Виміри багатожильного дроту вимагатимуть його попереднього розпушування, а також подальшого підрахунку кількості всіх жилок усередині пучка. Потім вимірюється діаметр одного складового елемента і обчислюється площа перерізу відповідно до стандартної формули, зазначеної вище. на заключному етапівимірів підсумовуються площі жилок з метою визначення показників їхнього загального перерізу.

З метою визначення діаметра провідної жили використовується мікрометр або штангенциркуль, але при необхідності можна скористатися стандартною учнівською лінійкою або сантиметром. Замірювану жилку дроту потрібно максимально щільно намотати на паличку двома десятками витків. За допомогою лінійки або сантиметра потрібно заміряти відстань намотування в мм, після чого показники використовуються у формулі:

D = l/n,

• l представлено відстанню намотування жилки в мм;
• n є числом витків.

Слід зазначити, що більший переріз дроту дозволяє забезпечувати запас за показниками струму, у результаті рівень навантаження на електропроводку можна перевищувати.

Щоб самостійно визначити провідний переріз монолітної жили, потрібно за допомогою звичайного штангенциркуля або мікрометра виміряти діаметр внутрішньої частини кабелю без захисної ізоляції.

Таблиця відповідності діаметрів проводів та площі їх перерізу

Визначення кабельного або провідного перерізу за стандартною фізичною формулою відноситься до досить трудомістких і складних процесів, що не гарантують отримання максимально точної результативності, тому доцільно використовувати з цією метою спеціальні, вже готові табличні дані.

Діаметр кабельної жили	Показники перерізу	Провідники із житлової мідного типу
		Потужність в умовах мережі 220 В	Струм	Потужність в умовах мережі 380 В
1,12 мм	1,0 мм 2	3,0 кВт	14 А	5,3 кВт
1,38 мм	1,5 мм 2	3,3 кВт	15 А	5,7 кВт
1,59 мм	2,0 мм 2	4,1 кВт	19 А	7,2 кВт
1,78 мм	2,5 мм 2	4,6 кВт	21 А	7,9 кВт
2,26 мм	4,0 мм 2	5,9 кВт	27 А	10,0 кВт
2,76 мм	6,0 мм 2	7,7 кВт	34 А	12,0 кВт
3,57 мм	10,0 мм 2	11,0 кВт	50 А	19,0 кВт
4,51 мм	16,0 мм 2	17,0 кВт	80 А	30,0 кВт
5,64 мм	25,0 мм 2	22,0 кВт	100 А	38,0 кВт
6,68 мм	35,0 мм 2	29,0 кВт	135 А	51,0 кВт

Як визначити переріз багатожильного дроту?

Багатожильні дроти також відомі під назвою багатодротяних або гнучких кабелів, які являють собою щільно звиті в один пучок дротяники одножильного типу.

Щоб самостійно грамотно провести обчислення перерізу або площі багатожильних проводів, необхідно спочатку розрахувати перетин кожної дроти в пучку, після чого отриманий результат помножити на їхню загальну кількість.

При русі заряджених частинок відбувається перенесення електричного заряду з місця в інше. Однак якщо заряджені частинки здійснюють безладний тепловий рух, як, наприклад, вільні електрони в металі, то перенесення заряду не буде (рис. 143). Електричний заряд переміщається через переріз провідника лише тому випадку, якщо поруч із хаотичним рухом електрони беруть участь у упорядкованому русі (рис. 144). І тут кажуть, що у провіднику встановлюється електричний струм .

З курсу фізики VII класу ви знаєте, що електричним струмом називають упорядкований (спрямований) рух заряджених частинок. Електричний струм виникає при впорядкованому переміщенні вільних електронів у металі або іонів у електролітах.

Однак якщо переміщати нейтральне в цілому тіло, то, незважаючи на впорядкований рух величезної кількості електронів та атомних ядер, Електричний струм не виникає. Повний заряд , що переноситься через будь-який переріз провідника, буде рівним нулю , так як заряди різних знаків переміщаються з однаковою середньою швидкістю. Струм у провіднику виникне лише в тому випадку, коли при русі зарядів в одному напрямку позитивний заряд, що переноситься через переріз, не дорівнює модулю негативному.

Електричний струм має певний напрямок. За напрямок струму приймають напрямок руху позитивно заряджених частинок. Якщо струм утворений рухом негативно заряджених частинок, напрям струму вважають протилежним напрямку руху частинок.

Події струму. Рух частинок у провіднику ми безпосередньо не спостерігаємо. Однак про наявність електричного струму можна судити з тих дій чи явищ, якими він супроводжується.

По-перше, провідник, яким тече струм, нагрівається.

По-друге, електричний струм може змінювати хімічний склад провідника, наприклад, виділяти його хімічні складові частини (мідь з розчину мідного купоросу і т.д.). Такого роду

процеси спостерігаються не у всіх провідників, а лише у розчинів (або розплавів) електролітів.

По-третє, струм має магнітну дію. Так, магнітна стрілка поблизу провідника зі струмом повертається. Магнітна дія струму на відміну від хімічного та теплового є основною, оскільки проявляється у всіх без винятку провідників. Хімічна дія струму спостерігається лише у електролітів, а нагрівання відсутнє у надпровідників (див. § 60).

Сила струму. Якщо в ланцюзі встановлюється електричний струм, це означає, що через поперечний переріз провідника весь час переноситься електричний заряд . Заряд, перенесений в одиницю часу, є основною кількісною характеристикою струму, званої силою струму. Якщо через поперечний переріз провідника за час переноситься заряд, то сила струму дорівнює:

Таким чином, сила струму дорівнює відношенню заряду переносимого через поперечний переріз провідника за інтервал часу до цього інтервалу часу. Якщо сила струму згодом змінюється, то струм називають постійним.

Сила струму, подібно до заряду, - величина скалярна. Вона може бути як позитивною, так і негативною. Знак сили струму залежить від того, який напрямок уздовж провідника прийняти за позитивний. Сила струму якщо напрям струму совпа дає з умовно обраним позитивним напрямком вздовж провідника. В іншому випадку

Сила струму залежить від заряду, що переноситься кожною часткою, концентрації частинок, швидкості їх спрямованого руху та площі поперечного перерізу провідника. Покажемо це.

Нехай провідник має поперечний переріз площею 5. За позитивний напрямок у провіднику приймемо напрямок зліва направо. Заряд кожної частки дорівнює. В обсязі провідника, обмеженому перерізамиі 2 міститься частинок, де - концентрація частинок (рис. 145). Їхній загальний заряд Якщо частинки рухаються зліва направо із середньою швидкістю, то за час усі частинки укладені в обсязі, що розглядається, пройдуть через перетин 2. Тому сила струму дорівнює.

Електричний струм має силу? Так, уявіть собі... А навіщо потрібна сила? Ну як для чого, щоб робити корисну роботу, а можна і не корисну:-), Головне, щоб щось робити. Наше тіло теж має силу. У когось сила така, що може одним ударом роздовбати цеглу в пух і прах, інший не зможе навіть і ложку підняти:-). Так ось, дорогі мої читачі, електричний струм теж має силу.

Уявіть собі шланг, з яким ви поливаєте свій город.

Нехай шланг - це буде провід, а вода в ньому - електричний струм. Ми трохи відкрили краник і вода побігла шлангом. Повільно, але таки побігла. Сила струменя дуже слабка. Ми навіть не зможемо облити когось із шланга з таким струменем. А тепер відкриємо краник на повну котушку! І струмінь у нас такий, що навіть вистачить, щоб полити і сусідську ділянку:-).

А тепер уявіть, що ви наповнюєте цебро. Напором зі шланга чи краника ви його швидше наповните? Діаметр шланга та краніка при цьому рівні

Зрозуміло, напором із жовтого шланга! Але чому так відбувається? Вся річ у тому, що обсяг води за рівний проміжок часу з краника та жовтого шланга виходить також різний. Або іншими словами, зі шлангу кількість молекул води вибігає набагато більше, ніж із краника за один і той самий час.

З проводами така сама історія). Тобто за рівний проміжок часу кількість електронів, що пробігають по дроту, може бути абсолютно різною. Тепер можна дати визначення силі струму.

Отже, сила струму - це кількість електронів, що проходять через площу поперечного перерізу провідника за одиницю часу, скажімо, за секунду. Нижче на малюнку заштрихована зеленими лініями ця площа поперечного перерізу проводу, через який біжить електричний струм.

• для постійного струму -

де I – сила постійного струму;

• для непостійного струму – двома способами:

1) за формулою -

Q = 〈 I 〉 Δ t ,

де 〈 I 〉 - середня сила струму;

2) графічно – як площа криволінійної трапеції (рис. 8.1).

У Міжнародній системіодиниць заряд вимірюється у кулонах (1 Кл).

Сила струму визначається швидкістю, концентрацією та зарядом носіїв струму, а також площею поперечного перерізу провідника:

де q - модуль заряду носія струму (якщо носіями струму є електрони, q = 1,6 ⋅ 10 −19 Кл); n - концентрація носіїв струму, n = = N / V; N - число носіїв струму, що пройшли через поперечний переріз провідника (розташований перпендикулярно швидкості руху носіїв струму) за час Δt, або кількість носіїв струму в об'ємі V = Sv Δt (рис. 8.2); S – площа поперечного перерізу провідника; v – модуль швидкості руху носіїв струму.

Щільність струму визначається силою струму, що проходить через одиницю площі поперечного перерізу провідника, розташованого перпендикулярно до напрямку струму:

де I – сила струму; S - площа поперечного перерізу провідника (розташованого перпендикулярно швидкості руху носіїв струму).

Щільність струму є векторною величиною.

Напрямок щільності струму j → збігається із напрямом швидкості руху позитивних носіїв струму:

j → = q n v → ,

де q - модуль заряду носія струму (якщо носіями струму є електрони, q = 1,6 ⋅ 10 −19 Кл);

v → – швидкість руху носіїв струму; n - концентрація носіїв струму, n = N / V; N - число носіїв струму, що пройшли через поперечний переріз провідника (розташований перпендикулярно швидкості руху носіїв струму) за час Δt, або кількість носіїв струму в об'ємі V = Sv Δt (рис. 8.2); v – модуль швидкості руху носіїв струму; S – площа поперечного перерізу провідника.

У Міжнародній системі одиниць щільність струму вимірюється в амперах, поділених на квадратний метр (1 А/м2).

Сила струму в газах (електричний струм у газах викликається рухом іонів) визначається формулою

I = N t ⋅ |

• q |

,

• де N/t - число іонів, які проходять через поперечний переріз судини кожну секунду (щомиті); |q | - модуль заряду іона:

для однозарядного іона -

|q | = 1,6 ⋅ 10 −19 Кл,

для двозарядного іона -

де q – модуль заряду носія струму (електрона); n – концентрація носіїв струму; S – площа поперечного перерізу провідника; v - модуль швидкості спрямованого руху носіїв струму у провіднику.

Виразимо з даної формули потрібну величину - швидкість носіїв струму -

v = I q n S.

Для обчислення швидкості скористаємося наступними значеннями величин, що входять у формулу:

• величина сили струму та площа поперечного перерізу провідника задані за умови завдання: I = 32 А, S = 4,0 мм 2 = 4,0 ⋅ 10 −6 м 2 ;
• значення елементарного заряду (рівного модулю заряду електрона) є фундаментальною константою (постійною величиною): q = 1,6 ⋅ 10 −19 Кл;
• концентрація носіїв струму - кількість носіїв струму в одиниці об'єму провідника -

n = N V = 1,0 ⋅ 10 28 1 = 1,0 ⋅ 10 28 м −3 .

Проведемо обчислення:

v = 32 1,6 ⋅ 10 − 19 ⋅ 1,0 ⋅ 10 28 ⋅ 4,0 ⋅ 10 − 6 = 5,0 ⋅ 10 − 3 м/с = 5,0 мм/с.

Швидкість спрямованого руху електронів у вказаному провіднику становить 5,0 мм/с.

Приклад 2. Сила струму у провіднику поступово зростає від 10 до 12 А за 12 с. Який заряд проходить через поперечний переріз провідника за вказаний проміжок часу?

Рішення. Сила струму у провіднику змінюється з часом. Тому заряд, перенесений носіями струму через поперечний переріз провідника, розташований перпендикулярно швидкості носіїв струму, за деякий проміжок часу, можна розрахувати двома способами.

1. Заряд можна обчислити, використовуючи формулу

Q = 〈 I 〉 Δ t ,

де 〈 I 〉 - середня сила струму; ∆t – інтервал часу, ∆t = 12 с.

Сила струму зростає у провіднику рівномірно; отже, середня сила струму визначається виразом

〈 I 〉 = I 1 + I 2 2 ,

де I 1 - Значення сили струму в початковий момент часу, I 1 = 10 А; I 2 – значення сили струму в кінцевий момент часу, I 2 = 12 А.

Підставивши вираз середньої сили струму у формулу для обчислення заряду, отримаємо

Q = (I 1 + I 2) Δ t 2 .

Розрахунок дає значення

Q = (10 + 12) ⋅ 12 2 = 132 Кл = 0,13 кКл.

На малюнку представлена ​​задана за умови завдання залежність I (t).

Заряд, перенесений носіями струму через поперечний переріз провідника, розташований перпендикулярно швидкості носіїв струму, за вказаний проміжок часу чисельно дорівнює площітрапеції, обмеженої чотирма лініями:

• прямою лінією I(t);
• перпендикуляр до осі часу, відновленим з точки t 1 ;
• перпендикуляром до осі часу, відновленим з точки t 2;
• віссю часу t.

Обчислення зробимо за формулою площі трапеції:

Q = 12 + 10 2 ⋅ 12 = 132 Кл = 0,13 кКл.

Обидва способи розрахунку заряду, перенесеного носіями струму за проміжок часу, дають однаковий результат.

До уявлення про електричний струм можна підійти з різних позицій. Одна з них – макроскопічна, інша – спирається на аналіз механізму провідності. Наприклад, перебіг рідини трубами можна розглядати як безперервний рух речовини, але можна проаналізувати його і з точки зору руху частинок рідини.

Перше уявлення про електричний струм виникло на тому етапі розвитку фізики, коли механізм провідності ще не був відомий. Саме тоді і виникла фізична величина. сила струмуяка показує, який електричний зарядпроходить через поперечний переріз провідника за одиницю часу. Сила струму. Одиниця сили струму – ампер (А): .

З визначення сили струму випливають дві особливості цієї величини. Одна з них - це незалежність сили струму від поперечного перерізу провідника, яким струм протікає. Друга - незалежність сили струму від просторового розташування елементів ланцюга, у чому ви неодноразово могли переконатися: хоч би як переміщали провідники, це впливає силу струму. Струм називається постійнимякщо сила струму не змінюється з часом.

Таким чином, уявлення про електричний струм, його силу виникло тоді, коли ще не було ясно, що це таке.

Дослідження електропровідності різних речовин показало, що різні речовини різні заряджені вільні частинки рухаються під впливом електричного поля у процесі протікання струму. Наприклад, у металах – це електрони, у рідинах – це позитивні та негативні іони, у напівпровідниках – електрони та «дірки». Різні як типи частинок, а й характер їх взаємодії з речовиною, у якому йде струм. Так, вільні електрони в металах деякий час вільно рухаються між вузлами кристалічної решітки, потім стикаються з іонами, розташованими у вузлах. В електролітах іони взаємодіють один з одним та з атомами рідини.

Але для всіх речовин є: частинки за відсутності поля рухаються хаотично, при виникненні поля до швидкості хаотичного руху додається дуже невелика величина швидкості або в напрямку поля (для позитивних частинок), або в протилежному напрямку (для негативних частинок). Ця додаткова швидкість називається швидкістю дрейфу. Середня швидкість хаотичного руху - сотні метрів за секунду, швидкість дрейфу - кілька міліметрів за секунду. Однак саме ця маленька добавка пояснює всі дії струму.

Для будь-яких речовин можна отримати формулу для розрахунку сили струму: , де - Концентрація заряджених частинок, - Заряд однієї частинки, - Площа поперечного перерізу.

Таким чином, електричний струм- це упорядкований рух заряджених частинок.

Може здатися, що ця формула суперечить твердженню про незалежність сили струму від площі поперечного перерізу провідника. Але ця незалежність – експериментальний факт. Пояснити ж його можна тим, що швидкість дрейфу більша там, де переріз менший, а через більший переріз частинки дрейфують повільніше.

Досвідчений факт полягає в тому, що при додатку до провідника постійноюрізниці потенціалів по ньому йде постійний струм. Цей факт суперечить, на перший погляд, формулі . Дійсно, за постійної різниці потенціалів у речовині створюється поле з постійною напруженістю поля. Отже, на вільні частки діє постійна сила і їхня швидкість повинна збільшуватися. Виходить, що при постійній напрузі сила струму повинна збільшуватися пропорційно до часу. Цього не відбувається тому, що при перебігу струму в речовині виникає електричний опір. Саме воно забезпечує сталість сили струму за постійної різниці потенціалів.

Для вимірювання опору необхідно досліджувати залежність сили струму від напруги. Графік такої залежності називається воль-тамперною характеристикою. Можливі три типи вольт-амперної характеристики (рис. 40).

«Провідники та діелектрики» - Електричні характеристики середовища визначаються рухливістю заряджених частинок у ній. Діелектрики. Вільні заряди – заряджені частинки одного знака, здатні рухатися під впливом електричного поля. Діелектрики - гази, дистильована вода, бензол, олії, порцеляна, скло, слюда та ін. Зовнішнє електричне поле.

«Золотий перетин» – Покровський собор (храм Василя Блаженного). Адміралтейство. Покрови Богородиці на Нерлі. Картина у фойє другого поверху. Завдання дослідження: Золотий перетин- Пропорція. Храм Василя Блаженного. Мета дослідження: Вивести закон краси світу з погляду математики. Золотий перетин архітектури. Виконала учениця 10 класу Сметаніна Юлія.

«Речення паралелепіпеда» - 1. Вступне слово вчителя – 3 хв 2. Активізація знань учнів. Прямокутник CKK'C' - перетин ABCDA'B'C'D'. Домашнє завдання. Січна площина перетинає грані по відрізках. ? MNK-перетин паралелепіпеда ABCDA'B'C'D'. Завдання: побудувати перетин через ребро паралелепіпеда та точку К. Самостійна роботаучнів.

«Пропорції золотого перерізу» - розподіл відрізка «золотим перетином». "Золотий п'ятикутник". Евклід, Леонардо да Вінчі, Лука Пачолі. "Золотий прямокутник". Нежива природа. Наприклад, співвідношення суші та води на поверхні Землі знаходяться у золотій пропорції. На числах заснована гармонія Всесвіту. «Золотий перетин» у природі, мистецтві та архітектурі.

«Побудова перерізів» - Якщо перетин винесений, то проводять розімкнену лінію, два потовщені штрихи. Позначення перерізів. Деякі розміри елементів деталі зручніше показувати на перерізах. Перерізи на кресленнях поділяють на винесені та накладені. Перерізи виконують у тому масштабі, як і зображення, якого воно належить.

«Провідник в електричному ланцюзі» - Розв'яжіть задачу. З'єднання провідників. Послідовно з'єднані електричні лампочки у ялинковій гірлянді. Визначте опір ланцюга Опір кожного резистора дорівнює 3 Ом. 1. Два провідники опором 4 Ом та 2 Ом з'єднані послідовно. Послідовна сполука I = I1 = I2 U = U1 + U2 R = R1 + R2 Для однакових провідників R = nR1.

Мідний провідник має довжину 500 м і площу поперечного перерізу 0,5 мм2. А)чому дорівнює сила струму в провіднику при напрузі з його кінцях 12В? Питомий опір міді 1,7 помножити 10 -8 ступеня Ом помножених на м б) Визначте швидкість упорядкованого руху електронів. Концентрацію вільного руху для міді рівної 8,5 помножити на 10 в 28 ступеня метрів мінус 3 ступеня, а модуль заряду електрона рівним 1,6 множити на 10 мінус 19 ступеня Кл в) До першого провідника послідовно приєднали другий мідний провідник удвічі більшого діаметру . Якою буде швидкість упорядкованого руху електронів у другому провіднику?

Вирішення питання а)
Що ми знаємо про струм, напругу та опір?

I=U/R, U=I*R
I - струм в Амперах,
U - напруга у Вольтах
R - опір в Омах
Що таке струм завбільшки в 1 Ампер?
Це такий струм, за якого за 1 секунду через провідник проходить заряд в 1 Кулон.
1 А = 1 Кл/с(1 Ампер дорівнює 1 Кулон на секунду)
Що нам відомо з умов?
U = 12 В – напруга
р = 1,7 * 10e-8 Ом * м - питомий опір "ро" (величина опору провідника перетином 1 квадратний метр і завдовжки 1 метр).
Наш провідник має перетин S=0,5 мм^2 або 0,0000005 м^2 або 0,5*10e-6 м^2 (в одному кв. метрі 1000000 кв. міліметрів - 1000*1000) та довжину L=500м
Отримуємо опір провідника
R=p*L/S= 1,7 * 10e-8 * 500 / 0,5 * 10e-6 = 0,000000017 * 500 / 0,0000005 = 17 Ом
Струм тоді буде:
I=U/R=12/17 A (0,706. Aмпер)
Вирішення для питання б)
Сила струму I так само виражається через такі величини:
I=e*n*S*Vср
е - заряд електрона, Кл
n - концентрація електронів, шт/м^3 (штук на кубометр)
S - площа перерізу, м ^ 2
Vср – середня швидкість упорядкованого руху електронів, м/с
Тому
Vср = I / (e * n * S)= (12/17) / (1,6 * 10e-19 * 8,5 * 10e + 28 * 0,5 * 10e-6) = 11,657 * 10e-3 м / с (або 11,657 мм / с)
Вирішення для питання в)
Розмірковуємо аналогічно рішенню а) та б)
Спочатку потрібно знайти загальний струм (загальний опір).
Т. К. В умови в) говориться про діаметр, робимо висновок, що всі дроти круглого перерізу.
Довжина другого дроту не вказана. Допустимо, вона теж 500м.
Площа кола визначається співвідношенням:
S=(пі*D^2)/4,
де D - діаметр кола,
пі = 3,1415926.
Таким чином, при збільшенні діаметра вдвічі, площа перерізу дроту збільшується вчетверо,
зі збільшенням діаметра втричі, площа перерізу дроту збільшується дев'ять разів і т. буд.
Разом S2 = S1*4= 0,5 * 10e-6 * 4 = 2 * 10e-6 М ^ 2
Якщо площа перерізу дроту збільшилася вчетверо, то, за такої ж довжини, його опір зменшиться вчетверо.
Разом R2=R1/4= 17/4 Ом = 4,25 Ом
Загальний опір при послідовному з'єднанні підсумовується, тому
I=U/R=U/(R1+R2)=12/(17+17/4)= 48/85 = 0,5647. A
Упорядкована швидкість електронів для другого провідника буде:
Vср = I / (e * n * S2)= (48/85)/(1,6*10e-19 * 8,5*10e+28 * 2*10e-6) = 0,02076*10e-3 м/с (або 0,02076 мм/с)