Сборник задач по физике - Славов А.В.
Скачать (прямая ссылка):
раздвигают от первоначального расстояния между ними dx = 1мм до
расстояния <f2=2 мм. Конденсатор подключен к источнику тока с ЭДС &= 100
В. Найдите работу по раздвижению пластин и изменение энергии системы.
Выделением теплоты в источнике и в подводящих проводах можно пренебречь.
22.44. Решите задачу 22.43 ддя случая, когда конденсатор перед раз-
движением пластин отключают от источника ЭДС.
22.45. Плоский конденсатор емкостью С=0,2мкФ и разностью потенциалов на
обкладках С=600 В опускают в жидкий диэлектрик с е=4 в двух случаях: а)
конденсатор отключают от источника ЭДС; б) кон-
195
к + HH^Fi
с, с2
Рис. 23.38
Рис. 23.39
денсатор не отключают от источника ЭДС. Во сколько раз при этом изменится
энергия электрического поля конденсатора? Определите работу внешних сил.
22.46. Два одинаковых плоских конденсатора, емкостью С=0,01 мкФ каждый,
соединили параллельно и подключили к источнику тока с ЭДС 8=300 В. После
отключения от источника пластины одного из конденсаторов раздвинули на
расстояние, вдвое большее первоначального. Найдите изменение энергии AW
системы конденсаторов при раздвигании пластин.
22.47. Какую работу против электрических сил нужно совершить, чтобы
уменьшить в два раза радиус заряженной сферы? Первоначальный радиус сферы
R, а ее заряд Q.
22.48. Какое количество теплоты Q выделится при заземлении заряженного до
потенциала ср = 3000 В шара радиусом R=5 см ?
22.49. Какое количество теплоты Q выделится при соединении одноименно
заряженных обкладок конденсаторов (рис. 22.49), один из которых имеет
емкость С, = 2мкФ и разность потенциалов на обкладках С/, = 100 В, а
другой - емкость С2 = 0,5 мкФ и разность потенциалов на обкладках U2=50 В
?
22.50. Найдите общее количество теплоты, выделившееся на резисторе R
(рис. 22.50), если при поочередном изменении емкости конденсаторов от С
до 0,5С затрачивается работа А= 14Дж. Первоначальный заряд каждого
конденсатора Qi = Q2 = = 2-10~4Кл, а емкость С=410'9Ф.
22.51. Тонкой сферической оболочке, радиусом Я, = 50 мм и массой т = 15-
1СГ6 кг, сообщают заряд до тех пор, пока при достижении потенциала ср, =
104 В
оболочка разлетается на мелкие осколки вследствие электростатического
отталкивания ее заряженных частей. Найдите скорость v осколков к моменту,
когда они окажутся в пространстве на сферической поверхности радиусом R2
= 120 мм.
+ 1 С, +
Рис. 22.49
Рис. 22.50
196
X. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ток. ЗАКОНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Электрическим током называется упорядоченное (направленное) движение
свободных электрических зарядов. За направление электрического тока
принимается направление движения положительно заряженных частиц.
Количественной характеристикой электрического тока является сила тока.
Силой тока I называется скалярная физическая величина, численно равная
электрическому заряду, переносимому через поперечное сечение проводника
за единицу времени:
д/-"о Д* dt
Это значение силы тока называется мгновенным значением, т. е. значением
силы тока в конкретный момент времени.
Если сила тока не изменяется во времени, т. е. за равные промежутки
времени через поперечное сечение проводника протекает равное количество
зарядов, то такой ток называется постоянным:
1 = 1. t
Единица силы электрического тока в СИ принята в качестве основной и
называется ампер: 1А = 1 Кл/1 с.
Плотностью электрического тока (j) называется векторная физическая
величина, по модулю равная отношению силы тока к площади поперечного
сечения проводника 5±, расположенному перпендикулярно к направлению
упорядоченного движения носителей электрического заряда:
/
J~s±'
Суммарный заряд <7, который протекает через поперечное сечение 5±
проводника за время At, можно выразить через целое число N частиц зарядом
q0, образующих электрический ток: q=Nq0. При средней скорости
упорядоченного движения частиц и, их концентрации (количестве частиц в
единице объема) п, суммарный заряд равен q=qrfiS±vAt. Следовательно, сила
тока I=q / At = q0nS1v, а плотность электрического тока по модулю равна
j=I/SL = qtfiv.
Условием существования электрического тока в проводнике является
197
наличие свободных электрических зарядов, а также силы, действующей на эти
заряды. Возникновение силы, действующей на заряды, возможно, если к
концам проводника приложена постоянная разность потенциалов. В результате
в проводнике возникает электрическое поле, которое существует как внутри
проводника, так и вне его. Это поле действует на свободные заряды с силой
F,=qJE, которая заставляет их двигаться вдоль проводника. В металлах
носителями электрического тока являются свободные электроны q0 = \е\.
Закон Ома. Сила электрического тока I в проводнике пропорциональна
разности потенциалов q^-фг на концах этого проводника: (ф1-ф2)//=const.
Эта постоянная называется электрическим сопротивлением проводника,
зависит от материала проводника, его геометрических размеров и
температуры. Следовательно, сопротивление проводника, на концах которого
