2.12.1 Стороннє джерело електромагнітного полята електричного струму в електричному ланцюзі.
☻ Стороннє джерело є такою складовою електричного ланцюга, без якого електричний струму ланцюзі не можливий. Це поділяє електричний ланцюг на дві частини, одна з яких здатна проводити струм, але не збуджує його, а інша стороння - проводить струм і збуджує його. Під впливом ЕРС стороннього джерела в ланцюзі збуджується як електричний струм, а й електромагнітне полі, причому те й інше супроводжується у своїй передачею енергії від джерела в ланцюг.
2.12.2 Джерело ЕРС та джерело струму.
☻ Стороннє джерело в залежності від свого внутрішнього опору може бути джерелом ЕРС 
або джерелом струму 
Джерело ЕРС: 
,
не залежить від 
.
Джерело струму: 
,
не залежить від 
.
Таким чином, будь-яке джерело, яке витримує стабільну напругу в ланцюгу при зміні струму, може розглядатися як джерело ЕРС. Це стосується і джерел стабільної напруги в електричних мережах. Очевидно, умови 
або 
для реальних сторонніх джерел слід розглядати як ідеалізовані наближення, зручні для аналізу та розрахунку електричних кіл. Так при 
взаємодія стороннього джерела з ланцюгом визначається простими рівностями
,
,
.
Електромагнітне поле в електричному ланцюзі.
☻ Сторонні джерела є або накопичувачами, або генераторами енергії. Передача енергії джерелами в ланцюг відбувається лише через електромагнітне поле, яке збуджується джерелом у всіх елементах ланцюга, незалежно від їх технічних особливостей та прикладного значення, а також від поєднання фізичних властивостей у кожному їх. Саме електромагнітне поле є тим первинним фактором, який задає розподіл енергії джерела по елементах ланцюга та визначає фізичні процеси в них, у тому числі електричний струм.
2.12.4 Опір у ланцюгах постійного та змінного струму.
Рис 2.12.4
Узагальнені схеми одноконтурних ланцюгів постійного та змінного струму.
☻ У простих одноконтурних ланцюгах постійного та змінного струму залежність струму від ЕРС джерела можна виразити подібними формулами
,
.
Це дає можливість і самі ланцюги уявити подібними схемами, як показано на рис.2.12.4.
Важливо підкреслити, що в ланцюзі змінного струму величина 
означає не активний опір ланцюга 
, А імпеданс ланцюга, який перевершує активний опір з тієї причини, що індуктивні та ємнісні елементи ланцюга надають змінному струму додатковий реактивний опір, так що
,
,
.
Реактивні опори 
і 
визначаються частотою змінного струму 
, індуктивністю 
індуктивних елементів (котушок) та ємністю 
ємнісних елементів (кондесаторів)
2.12.5 Фазовий зсув
☻ Елементи ланцюга з реактивними опорами викликають у ланцюзі змінного струму особливе електромагнітне явище-зсув по фазі між ЕРС і струмом
,
,
де 
- фазовий зсув, можливі значення якого визначаються рівнянням
.
Відсутність фазового зсуву можлива у двох випадках, коли 
або коли ємнісні та індуктивні елементи в ланцюзі відсутні. Фазовий зсув ускладнює виведення потужності джерела в електричний ланцюг.
2.12.6 Енергія електромагнітного поля в елементах ланцюга.
☻ Енергія електромагнітного поля в кожному елементі ланцюга складається з енергії електричного поля та енергії магнітного поля
.
Однак елемент ланцюга може бути так виконаний, що для нього один із доданків цієї суми буде домінуючим, а інше – не суттєвим. Так, при характерних частотах змінного струму в конденсаторі 
, а в котушці, навпаки, 
. Тому можна вважати, що конденсатор є накопичувачем енергії електричного поля, а котушка-накопичувачем енергії магнітного поля і для них відповідно
,
,
де враховано, що для конденсатора 
, а для котушки 
. Дві котушки в одному ланцюгу можуть бути індуктивно незалежними або індуктивно пов'язаними через своє загальне магнітне поле. В останньому випадку енергія магнітних полів котушок доповнюється енергією їхньої магнітної взаємодії.
,
,
.
Коефіцієнт взаємної індукції 
залежить від ступеня індуктивного зв'язку між котушками, зокрема від них взаємного розташування. Індуктивний зв'язок може бути не суттєвим або відсутнім повністю, тоді 
.
Характерним елементом електричного кола є резистор опором 
. Для нього енергія електромагнітного поля 
, т.к. 
. Оскільки в резистори енергія електричного поля 
відчуває незворотне перетворення на енергію теплового руху, то для резистора
,
де кількість теплоти 
відповідає закону Джоуля-Ленца.
Особливим елементом електричного ланцюга є її електромеханічний елемент, здатний під час проходження крізь нього електричного струму виконувати механічну роботу. Електричним струмом у подібному елементі збуджується сила або момент сили, під дією яких відбуваються лінійні або кутові переміщеннясамого елемента чи його частин щодо одне одного. Ці механічні явища, пов'язані з електричним струмом, супроводжуються перетворенням енергії електромагнітного поля в елементі на його механічну енергію, так що
де робота 
виражається відповідно до її механічного визначення.
2.12.7 Закон збереження та перетворення енергії в електричному ланцюзі.
☻ Стороннє джерело є не тільки джерелом ЕРС, а й джерелом енергії в електричному ланцюзі. За час 
від джерела в ланцюг надходить енергія, що дорівнює роботі ЕРС джерела
де 
- Потужність джерела, або що теж, інтенсивність надходження енергії від джерела в ланцюг. Енергія джерела перетворюється на ланцюга на інші види енергії. Так в одноконтурному ланцюзі 
з механічним елементом робота джерела супроводжується зміною енергії електромагнітного поля у всіх елементах ланцюга у повній відповідності до енергетичного балансу
Дане рівняння для аналізованого ланцюга виражає закони збереження енергії. З нього випливає
.
Після відповідних підстановок рівняння балансу потужності можна подати у вигляді
.
Це рівняння в узагальненій формі виражає закон збереження енергії в електричному ланцюзі на основі поняття потужності.
Закон
Кірхгофа
☻ Після диференціювання та скорочення струму з представленого закону збереження енергії як наслідок випливає закон Кірхгофа
де в замкнутому контурі перераховані напруги на елементах ланцюга означають
,
,
,
,
.
2.12.9 Застосування закону збереження енергії для розрахунку електричного кола.
☻ Наведені рівняння закону збереження енергії та закону Кірхгофа відносяться лише до квазістаціонарних струмів, при яких ланцюг не є джерелом випромінювання електромагнітного поля. Рівняння закону збереження енергії дозволяє у простій і наочній формі аналізувати роботу численних одноконтурних електричних кіл як змінного, і постійного струму.
Вважаючи константи 
рівними нулю окремо чи їх поєднанні, можна розраховувати різні варіанти електричних ланцюгів, зокрема при 
і 
. Нижче розглядаються деякі варіанти розрахунку таких кіл.
2.12.10 Ланцюг 
при 
☻ Одноконтурний ланцюг, в якому через резистор 
конденсатор заряджається від джерела з постійною ЕРС ( 
). Приймається: 
,
,
, а також 
при 
. За таких умов закон збереження енергії для цього ланцюга може бути записаний у наступних рівнозначних варіантах
,
,
.
З рішення останнього рівняння випливає:
,
.
2.12.11 Ланцюг 
при 
☻ Одноконтурний ланцюг, в якому джерело постійної ЕРС ( 
) замикається на елементи 
і 
. Приймається: 
,
,
, а також 
при 
. За таких умов закон збереження енергії для цього ланцюга можна подати у наступних рівнозначних варіантах
,
,
.
Із вирішення останнього рівняння випливає
.
2.12.12 Ланцюг 
при 
і 
☻ Одноконтурний ланцюг без джерела ЕРС і без резистора, в якому заряджений конденсатор 
замикається на індуктивний елемент 
. Приймається: 
,
,
,
,
, а також при 
і 
. За таких умов закон збереження енергії для цього ланцюга з урахуванням того, що 
,
,
.
Останнє рівняння відповідає вільним незагасаючим коливанням. З його вирішення випливає
,
,
,
,
.
Цей ланцюг є коливальним контуром.
2.12.13 ЛанцюгRLCпри
☻ Одноконтурний ланцюг без джерела ЕРС, в якому заряджений конденсатор Ззамикається на елементи ланцюга R та L. Приймається: 
,
, а також при 
і 
. За таких умов законним є закон збереження енергії для даного ланцюга з урахуванням того, що 
, може бути записаний у таких варіантах
,
,
.
Останнє рівняння відповідає вільним загасаючим коливанням. З його вирішення випливає
,
,
,
,
.
Цей ланцюг є коливальним контуром з дисипативним елементом – резистором, через який загальна енергія електромагнітного поля під час коливань зменшується.
2.12.14 ЛанцюгRLCпри 
☻ Одноконтурний ланцюг RCLє коливальний контур з дисипативним елементом. У ланцюзі діє змінна ЕРС
і збуджує у ній вимушені коливання, зокрема і резонанс.
Приймається: 
. За цих умов закон збереження енергії може бути записаний у кількох рівнозначних варіантах.
,
,
,
З рішення останнього рівняння випливає, що коливання струму в ланцюзі є вимушеними і відбуваються із частотою діючої ЕРС
, але зі зрушенням фаз по відношенню до неї, так що
,
де 
- фазовий зсув, значення якого визначається рівнянням
.
Потужність, що надходить у ланцюг від джерела, змінна
Усереднене значення цієї потужності за одним періодом коливань визначається виразом
.
Рис 2.12.14
Резонанс залежності
Таким чином виводиться з джерела в ланцюг потужність визначається фазовим зсувом. Очевидно за його відсутності зазначена потужність стає максимальною і це відповідає резонансу в ланцюзі. Він досягається тому, що опір ланцюга за відсутності фазового зсуву набуває мінімального значення, що дорівнює тільки активному опору.
.
Звідси випливає, що з резонансі виконуються умови.
,
,
,
де 
- Резонансна частота.
При вимушених коливаннях струму його амплітуда залежить від частоти
.
Резонансне значення амплітуди досягається за відсутності фазового зсуву, коли 
і 
. Тоді
,
На рис. 2.12.14 показано резонансну криву 
при вимушених коливанняхв ланцюзіRLC.
2.12.15 Механічна енергія в електричному ланцюгу
☻ Механічна енергія порушується особливими електромеханічними елементами ланцюга, які під час проходження ними електричного струму виконують механічну роботу. Це можуть бути електричні двигуни, електромагнітні вібратори та ін.
Варіанти технічної реалізації електромеханічних елементів майже безмежні. Але в будь-якому випадку відбувається те саме фізичне явище– перетворення енергії електромагнітного поля на механічну енергію
.
Важливо наголосити, що це перетворення відбувається в умовах електричного ланцюга та при безумовному виконанні закону збереження енергії. Слід врахувати, що електромеханічний елемент ланцюга за будь-якого свого призначення та технічного виконання є накопичувачем енергії електромагнітного поля. 
. Вона накопичується на внутрішніх ємнісних або індуктивних частинах електромеханічного елемента, між якими збуджується механічна взаємодія. При цьому механічна потужність електромеханічного елемента ланцюга визначається не енергією 
, а похідною за часом від неї, тобто. інтенсивністю її зміни Рвсередині самого елемента
.
Таким чином, у разі простого ланцюга, коли стороннє джерело ЕРС замкнено тільки на електромеханічний елемент, закон збереження енергії подається у вигляді
,
,
де враховано неминучі незворотні теплові втрати потужності стороннього джерела. У разі складнішого ланцюга, в якому є додаткові накопичувачі енергії електромагнітного поля W , закон збереження енергії записується у вигляді
.
Враховуючи що 
і 
, останнє рівняння можна записати у вигляді
.
У простому ланцюгу 
і тоді
.
Суворіший підхід вимагає врахування процесів тертя, які додатково зменшують корисну механічну потужність електромеханічного елемента ланцюга.
Андрій Володимирович Гаврилов, доцент НДАВТ
Закон збереження енергії в електриці............................................. ....... 4
Основні закони та формули................................................................................................................................................ 4
Приклади розв'язання задач............................................................................................................................................................ 8
Завдання для самостійного рішення ..................................................................................................................... 10
Галина Степанівна Лукіна, головний методист ХКЗФМШ
Фізика та жива природа.............................................. .................................................. 16
1. Завдання для самостійного виконання...................................................................................................... 16
2. Завдання-питання....................................................................................................................................................................... 17
3. Спостереження................................................................................................................................................................................ 21
4. Завдання для самостійного вирішення................................................................................................................ 22
5. Додаток................................................................................................................................................................................ 26
Аркадій Федорович Нємцев, зав. відділом ХКЦРТДЮ
ТЕПЛОВІ ПРОЦЕСИ НАКЛАД НАС.............................................. ................................. 38
ТЕПЛОЄМНІСТЬ............................................................................................................................................................................ 38
Плавлення. Випаровування............................................................................................................................................................... 38
Питома теплота згоряння палива........................................................................................................................... 39
ЗАВДАННЯ............................................................................................................................................................................................... 41
Фізичні завдання з літературних творів............................................................................................ 43
, доцентНДАВТ
Закон збереження енергії в електриці
Основні закони та формули
Якщо у провідному середовищі (провіднику) створити електричне поле, то в ньому виникає впорядкований рух електричних зарядів- електричний струм
При проходженні електричного струму через однорідний провідник виділяється теплота, яка називається джоулевою теплотою. Кількість теплоти, що виділилася, визначається законом Джоуля - Ленца:
Ця форма закону застосовна лише постійного струму, тобто такого струму, величина якого змінюється з часом.
Кількість теплоти, що виділяється в провіднику в одиницю часу, називається тепловою потужністю струму
.
Слід зазначити, що при проходженні електричного струму теплота може не тільки виділятися, але і поглинатися, що спостерігається при проходженні струму через спай різнорідних металів. Це явище отримало назву ефекту Пельтьє. Теплота, що поглинається або виділяється при ефекті Пельтьє, є надмірною над джоулевою теплотою і визначається виразом
.
Де П12 - коефіцієнт Пельтьє. На відміну від джоулевої теплоти, пропорційною квадратусили струму і теплоти Пельтьє, що завжди виділяється в провіднику, пропорційна першому ступені сили струму, а знак її залежить від напрямку струму через спай металів.
Робота струму повністю перетворюється на теплоту лише у разі нерухомих металевих провідників. Якщо струм здійснює механічну роботу (наприклад, у разі електричного двигуна), то робота струму перетворюється на теплоту лише частково.
Для того щоб через провідник досить довго протікав електричний струм, необхідно вживати заходів щодо підтримки у провіднику електричного поля. Електростатичне поле, тобто поле нерухомих електричних зарядів, не здатне тривалий час підтримувати струм. Внаслідок дії кулонівських сил у провіднику відбувається такий перерозподіл вільних носіїв зарядів, при якому поле всередині нього стає рівним нулю. Так, якщо в електростатичне поле внести провідник, то рух зарядів, що виник у ньому, дуже швидко припиняється і потенціал поля в будь-якій точці провідника стає однаковим.
Робота кулонівських сил з переміщення заряду визначається виразом:
Акул = q (φ1 - φ2).
Якщо заряд переміщається в електростатичному полі замкнутою траєкторією, то робота кулонівських сил у цьому випадку дорівнює нулю.
Для того, щоб в електричному ланцюзі тривалий час протікав електричний струм, необхідно, щоб ланцюг містив ділянку, на якій на вільні заряди крім кулонівських сил діяли б сили, природа яких відмінна від кулонівських - сторонні сили. Сторонні сили на заряди діють у спеціальних пристроях - джерелах струму. Так, наприклад, у хімічних джерелах струму, сторонні сили виникають у результаті хімічних реакцій.
Величина, чисельна рівна роботі сторонніх сил по переміщенню одиничного позитивного заряду, називається електрорушійною силою (ЕРС)
Хімічні джерела струму здатні підтримувати струм в ланцюзі досить тривалий проміжок часу, доки не відбуваються незворотні реакції з хімічними сполуками, що входять до їх складу. Так, якщо замкнути провідником хімічне джерело струму, то величина струму з часом зменшуватиметься до нуля в міру витрати енергії хімічних реакцій у джерелі.
Існують оборотні хімічні джерела струму – акумулятори. Такі пристрої при розрядці можна відновлювати - заряджати - тобто за допомогою струму від зовнішнього джерела відновлювати їхню працездатність за рахунок звернення хімічних реакцій. Під час заряджання акумулятори накопичують електричну енергію. Кількість енергії, яку здатний запасти акумулятор, визначається його ємністю. Місткість акумуляторів вимірюється в ампер-годинниках.
Електричні ланцюги, тобто ланцюги, в яких може протікати електричний струм, містять джерела струму, провідники, також до складу ланцюга можуть входити конденсатори.
Енергетичний баланс в електричних ланцюгах визначається законом збереження та перетворення енергії. Запишемо його у такому вигляді:
Овнеш = ΔW + Q.
де Авнеш – робота, виконана над системою зовнішніми силами, ΔW – зміна енергії системи, Q – кількість теплоти, що виділилася. Вважатимемо, що, якщо Авнеш > 0, то зовнішні сили здійснюють над системою позитивну роботу, а якщо Авнеш< 0, положительную работу совершает сама система, если ΔW>0, то енергія системи збільшується, а якщо ΔW< 0, энергия уменьшается, если Q>0, то в системі виділяється тепло, а якщо Q< 0, тепло поглощается системой.
Енергія системи у загальному випадку складається з різних видів енергії – це й енергія електростатичного поля, і кінетична енергія заряджених тіл, і потенційна енергія у полі сили тяжіння.
Енергія електростатичного поля може бути визначена через заряд, так і через характеристики електростатичного поля.
Для відокремленого провідника, тобто провідника, що знаходиться далеко від інших провідників, вираз для енергії поля має вигляд:
.
Відповідно для енергії зарядженого конденсатора
.
На відміну від відокремленого провідника, поле конденсатора зосереджено у просторі між його обкладками. Енергію, запасену в конденсаторі, можна визначити за такою формулою:
Де Е – напруженість поля, а V – обсяг простору, де локалізоване поле. Для плоского конденсатора V = Sd.
Відношення енергії поля до обсягу, де це поле зосереджено, називається об'ємною густиною енергії електричного поля
Аналізуючи наведені формули, можна помітити, що зміна заряду конденсатора, його ємності або напруги на обкладках призводить до зміни та енергії електричного поля конденсатора.
Для зміни ємності зарядженого конденсатора, наприклад, шляхом розсування обкладок, необхідно здійснити зовнішню механічну роботу. Це з тим, що обкладки заряджені різноіменно, і робота відбувається проти кулонівських сил тяжіння різноїменних зарядів.
Якщо конденсатор підключений до джерела ЕРС, то крім механічної роботи, роботу здійснюють і сторонні сили в джерелі. Тому в цьому випадку робота зовнішніх сил може бути подана у вигляді суми:
Авнеш = Амех + Лелека.
Коли через джерело ЕРС протікає заряд Δq сторонні сили, що діють на заряди в джерелі, виконують роботу
Лелека = Δq ε.
Робота сторонніх сил може бути як позитивною, і негативною. Якщо джерело розряджається - то Δq> 0 і Лелека> 0, якщо джерело заряджається - то Δq<0 и Аист < 0.
Так, наприклад, якщо замкнути через опір обкладки конденсатора, то через опір деякий час протікатиме електричний струм, і на опорі виділятиметься джоулева теплота. Слід зазначити, що струм розряду конденсатора зменшується з часом і формулу теплоенергію .
Однак, якщо процес розрядки конденсатора здійснюватиметься повільно, то теплота не виділятиметься:
.
Якщо t досить велике (прагне нескінченності), то кількість теплоти Q, що виділилася, може бути дуже мало.
Приклади розв'язання задач
Завдання №1. Дві металеві пластини А та В знаходяться на відстані d = 10 мм одна від одної. Між ними знаходиться металева пластина товщиною h = 2 мм (рис.1). Потенціал пластини А = 50В, а пластини = - 60В. Як зміниться енергія конденсатора, якщо вийняти пластину С. Площа поверхні пластини, паралельної пластинам А і В дорівнює 10 см2.
Рішення.Напруженість електричного поля всередині провідника дорівнює нулю, тому при видаленні металевої пластини з поля в області простору, раніше зайнятої пластиною, з'явиться електричне поле, енергія якого W. Знайдемо зв'язок між енергією поля, його напруженістю та об'ємом.
; ; https://pandia.ru/text/78/048/images/image017_47.gif" width="169" , де V - об'єм пластини. Так як в умові завдання не обумовлюється вид діелектрика, будемо вважати, що між пластинами А та В знаходиться повітря чи вакуум ε = 1.
З урахуванням прийнятих позначень: 
= 2,68 * 10-7 Дж.
Завдання №2. Дві з'єднані провідником пластини плоского конденсатора площею S кожна знаходяться на відстані d один від одного (рис.1) у зовнішньому однорідному електричному полі, напруженість якого . Яку роботу треба здійснити, щоб повільно зблизити пластини до відстані d/2?
Рішення.Оскільки пластини замкнуті між собою провідником, їх потенціали рівні, отже, дорівнює нулю напруженість поля у просторі між пластинами. Після зближення пластин області простору, заштрихованої на рис.2, з'явиться електричне полі, енергія якого дорівнює: . Виходячи із закону збереження енергії, можна записати: A = W.
Відповідь: https://pandia.ru/text/78/048/images/image022_22.jpg" align="left" width="176 height=117" height="117"> Завдання №3. У схемі, зображеній малюнку 1, знайдіть кількість теплоти, що виділилося у кожному резисторі при замиканні ключа. Конденсатор, ємністю С1 заряджений до напругиU1 U2 . Опір резисторівR1 іR2 .
Рішення.Для аналізованої системи закон збереження енергії має вигляд
0 = ΔW + Q або Q = Wпоч - Wкон
Початкова енергія заряджених конденсаторів https://pandia.ru/text/78/048/images/image024_27.gif" width="87 23 так як конденсатори з'єднані паралельно. Таким чином
і Q = Wпоч - Wкон = http://pandia.ru/text/78/048/images/image029_25.gif" width="109" height="24 src=">.gif" width="63 height=47 "height="47">.gif" width="105 height=47" height="47">.jpg" align="left" width="170 height=136" height="136"> Завдання №4. Трьом однаковим конденсаторам ємністю кожен повідомили зарядиq1
,
q2
іq3
. Потім конденсатори з'єднали так, як показано на малюнку. Знайдіть заряд кожного конденсатора після замикання ключів.
Рішення.Обкладки конденсаторів, що з'єднуються, є замкнутою системою і для них виконується закон збереження електричного заряду.
.
Уявно проведемо вздовж ланцюжка конденсаторів одиничний позитивний заряд, повернувши його в початкову точку. Робота сил електростатичного поля щодо переміщення заряду по замкнутій траєкторії дорівнює нулю. Значить
Вирішуючи рівняння, отримуємо вирази для зарядів
https://pandia.ru/text/78/048/images/image042_10.jpg" width="396" height="128">
Завдання №2. Точковий зарядqзнаходиться на відстаніLвід безмежної провідної площини. Знайдіть енергію взаємодії цього заряду із зарядами, індукованими на площині.
Завдання №3. Дві провідні напівплощини утворюють прямий двогранний кут. Точковий зарядqзнаходиться на відстанях і відпускають без. початкової швидкості. У ході коливань стрижень досягає горизонтального положення, після чого рухається назад, і процес повторюється. Знайдіть заряд кульки. Прискорення вільного падінняодноg.
Завдання №8. Знайдіть об'ємну густину енергії електричного поля поблизу нескінченної зарядженої площини з поверхневою густиною зарядів 10 нКл/м2. Об'ємна густина енергії – енергія, що припадає на одиницю об'єму.
Завдання №9. Велика тонка провідна пластина площеюSта завтовшкиdпоміщена в однорідне електричне поле напруженістю Е. Яку кількість теплоти виділитися, якщо поле миттєво вимкнути? Яку мінімальну роботу треба зробити, щоби вийняти пластину з поля?
Завдання №10. На обкладках плоского конденсатора знаходяться заряди.qі –q. Площа обкладинкиS, відстань між нимиd0 . Яку роботу треба здійснити, щоб зблизити обкладки до відстаніd?
Завдання №11. Усередині плоского конденсатора, площа обкладки якого 200 см2 і відстань між ними 1 см знаходиться пластинка зі скла (ε = 5), що повністю заповнює проміжок між обкладками. Як зміниться енергія конденсатора, якщо видалити пластинку? Вирішити завдання для випадку 1) конденсатор весь час підключений до джерела струму з напругою 200 В. 2) конденсатор спочатку був приєднаний до того ж джерела, потім його відключили, і тільки після цього видалили пластину.
Завдання №12. Плоский конденсатор заповнили діелектриком і пластини подали деяку різницю потенціалів. Енергія конденсатора при цьому дорівнюєW= 2*10-5 Дж. Після того, як конденсатор відключили від джерела, діелектрик вийняли з конденсатора. Робота, яку треба було здійснити для цього, дорівнює А = 7 * 10-5 Дж. Знайдіть діелектричну проникність діелектрика.
Завдання №13. Скляна пластинка повністю заповнює простір між обкладками плоского конденсатора, ємність якого без пластинки 20 нФ. Конденсатор підключили до джерела струму з напругою 100 В. Пластинку повільно вийняли без тертя з конденсатора. Знайдіть збільшення енергії конденсатора та механічну роботу проти електричних сил при вийманні пластинки.
Завдання №14. Конденсатор ємністю З несе на обкладках зарядq. Яка кількість теплоти виділиться в конденсаторі, якщо його заповнити речовиною з діелектричною проникністю?
Завдання №15. Плоский конденсатор знаходиться у зовнішньому електричному полі напруженістю Е, перпендикулярною пластинам. На пластинах площеюSзнаходяться заряди +qі –q. Відстань між пластинамиd. Яку мінімальну роботу треба здійснити, щоб поміняти пластини місцями? Розташувати паралельно полю? Вийняти з поля?
Завдання №16. Конденсатор ємністю З заряджений до напругиU. До нього підключають такий самий конденсатор. Опір проводів, що підводять, дорівнюєR. Яка кількість теплоти виділитися у дротах?
Завдання №17. Два однакових плоских конденсатора ємністю кожен з'єднують паралельно і заряджають до напругиU. Пластини одного з них повільно розводять на велику відстань. Яка при цьому відбувається робота?
Завдання №18. Два конденсатори ємністю З кожен, заряджені до напругиUта з'єднані через резистор. Пластини одного конденсатора швидко розсувають, отже відстань з-поміж них збільшується вдвічі, а заряд на пластинах під час їх переміщення не змінюється. Яка кількість теплоти виділиться у резисторі?
Завдання №19. Конденсатор ємністю С1=1 мкФ зарядили до напруги 300 і підключили до незарядженого конденсатора С2 ємністю 2 мкФ. Як змінилася у своїй енергія системи?
Завдання №20. Два однакових плоских конденсатора ємністю кожен приєднують до двох однакових батарей з ЕРС Е. У якийсь момент часу один конденсатор відключають від батареї, а другий залишають приєднаним. Потім повільно розводять обкладки обох конденсаторів, зменшуючи ємність кожногоnразів. Яка механічна робота відбувається у кожному випадку? Поясніть отриманий результат.
Завдання №21. У схемі, зображеній на рис., знайдіть кількість теплоти, що виділилося в кожному резистори при замиканні ключа. Конденсатор, ємністю С1 заряджений до напругиU1
, А конденсатор ємністю С2 - до напругиU2
. Опір резисторівR1
іR2
.
Завдання №22. Два конденсатори ємностями С1 і С2 послідовно з'єднали і підключили до джерела струму з напругоюU. Потім конденсатори відключили і включили паралельно так, що одного конденсатора виявився підключеним до іншого. Яка при цьому виділилася енергія?
Завдання №23. У схемі наведеної на рис. , конденсатор ємністю, зарядили до напругиU. Яка кількість енергії буде запасена в акумуляторі з ЕРС ε після замикання ключа? Яка кількість теплоти виділиться у резисторі?
Завдання №24.
Завдання №25. Яка кількість тепла виділиться в ланцюгу при перемиканні ключа До положення 1 в положення 2?
Завдання №26. В електричному ланцюзі, схема якої показана на рис., ключ замкнуто. Заряд конденсатораq= 2 мкКл, внутрішній опір батареїr= 5 Ом, опір резистора 25 Ом. Знайдіть ЕРС батареї, якщо при розмиканні ключа К на резисторі виділяється кількість теплотиQ= 20 мкДж.
Завдання №27. В електричному ланцюзі, схема якої показана на рис., ключ замкнуто. ЕРС батареї Е=24 В, її внутрішній опірr= 5 Ом, заряд конденсатора 2 мкКл. При розмиканні ключа на резисторі виділяється кількість теплоти 20 мкДж. Знайдіть опір резистора.
Завдання №28. Свинцева тяганина діаметром 0,3 мм плавиться при пропусканні через неї струму 1,8 А, а тяганина діаметром 0,6 мм – при струмі 5 А. При якому струмі розірве ланцюг запобіжник, складений з двох цих зволікань, з'єднаних паралельно?
Завдання №29. У гірлянді для новорічної ялинки послідовно з'єднані дванадцять однакових лампочок. Як зміниться потужність, яка споживається гірляндою, якщо в ній залишити лише шість лампочок?
Завдання №30. Який струм піде по підвідних дротах при короткому замиканні в ланцюгу, якщо при почерговому включенні двох електроплиток з опоромR1 = 200 Ом таR2 = 500 Ом ними виділяється однакова потужність 200 Вт.
Завдання №31. При проходженні постійного електричного струму ділянкою АВ на резисторі опоромR2
виділяється теплова потужністьP2
. Яка теплова потужність виділяється на кожному з резисторів опорамиR1
іR3
?
Завдання №32.Виконання робіт, як далеко розташований потрібний об'єкт, і т. п. Виконання робіт.
Для виконання найпростіших вимірів чи розрахунків за відсутності необхідних інструментів іноді доводиться вдаватися до «підручних засобів». Такими «підручними засобами» можуть бути кисті наших рук, самі руки. А визначення «на око» довжини предмета чи відстані до потрібного об'єкта можливе методом порівняння з нашим зростанням, довжиною кроку, розміром взуття тощо.
Завдання 1 Виміряйте за допомогою звичайної шкільної лінійки (або зошитового аркуша у клітинку) всі можливі параметри своєї руки, які можуть допомогти у визначенні розмірів інших предметів:
Довжину найкоротшого і найдовшого пальця руки,
Максимальний розчин долоні (відстань від кінчика мізинця до кінчика великого пальцяпри повністю розкритій долоні),
Максимальна відстань від кінчика вказівного пальця до кінчика великого пальця при повністю розкритій долоні,
- «лікоть» (відстань від ліктьового суглоба до кінчика середнього пальця руки, що лежить на столі).
Запишіть (для пам'яті) отримані значення на шпаргалку або записник. Вони неодноразово вам можуть знадобитися.
Завдання 2 (3 бали за завдання загалом).Користуючись щойно отриманими «ручними» мірками, оцініть:
Довжину та ширину стільниці вашого навчального столу,
Довжину та ширину будь-якого приміщення,
Розміри кадру для фотографії.
Перевірте лінійкою чи сантиметром, чи правильність оціночних значень.
Завдання 3 (1 бал).Знаючи своє зростання або зростання будь-якого з присутніх у приміщенні людей, оцініть методом порівняння висоту стелі даного приміщення в метрах.
Зауваження.Якщо вам сподобалося користуватися підручними мірками, слід пам'ятати, що їх треба постійно оновлювати.
Завдання 4 (1 бал).Оцініть середню довжину свого кроку (см).
Завдання 5 (5 балів за завдання загалом).
3. Порівняйте отримані значення швидкості зі швидкістю пересування відомих вам живих істот.
4. Розрахуйте кінетичну енергію, яку ви розвиваєте під час бігу та під час ходьби.
Таблиця 1. Довідкові матеріали
Орієнтовні значення максимальної швидкостіу тваринному світі (у км/год)
Швидкість | Швидкість | Комахи | Швидкість | Ссавці | Швидкість |
||
Собака, вовк | |||||||
Ластівка | Бабка | ||||||
Завдання 6 (2 бали).На уроках фізкультури у шкільництві одним із залікових видів занять є біг на певну відстань (найчастіше, це 60 м) за певний проміжок часу. Знаючи довжину дистанції та час, за який ви пробігаєте цю відстань, оціните середню швидкість бігу в спринтерському темпі. Виразіть отримане значення середньої швидкості км/год.
У всіх явищах, що відбуваються у природі, енергія не виникає і не зникає. Вона тільки перетворюється з одного виду на інший, при цьому її значення зберігається.
Закон збереження енергії- фундаментальний закон природи, який полягає в тому, що для ізольованої фізичної системиможе бути введена скалярна фізична величина, що є функцією параметрів системи та називається енергією, яка зберігається з часом. Оскільки закон збереження енергії належить немає конкретних величин і явищ, а відбиває загальну, застосовну скрізь і завжди, закономірність, його можна назвати не законом, а принципом збереження енергії.
Закон збереження енергії
У електродинаміці закон збереження енергії історично формулюється як теореми Пойтинга.
Зміна електромагнітної енергії, укладеної у певному обсязі, за певний інтервал часу дорівнює потоку електромагнітної енергії через поверхню, що обмежує даний обсяг, і кількості теплової енергії, що виділилася в даному обсязі, взятої зі зворотним знаком.
$ \frac(d)(dt)\int_(V)\omega_(em)dV=-\oint_(\partial V)\vec(S)d\vec(\sigma)-\int_V \vec(j)\ cdot \vec(E)dV $
Електромагнітне поле має енергію, яка розподіляється у просторі, зайнятому полем. При зміні параметрів поля змінюється і розподіл енергії. Вона перетікає з однієї області простору до іншої, переходячи, можливо, до інших форм. Закон збереження енергіїдля електромагнітного поля є наслідком польових рівнянь.
Всередині деякої замкнутої поверхні S,обмежує обсяг простору V, зайнятого полем, міститься енергія W- Енергія електромагнітного поля:
W =Σ(εε 0 E i 2/2+μμ 0 H i 2/2)ΔV i .
Якщо в цьому обсязі є струми, то електричне поле проводить над зарядами, що рухаються, роботу, за одиницю часу рівну
N =Σ ij̅ i ×E̅ i . ΔV i .
Це величина енергії поля, яка перетворюється на інші форми. З рівнянь Максвелла випливає, що
ΔW + NΔt = -Δt∮ SS̅×n̅. dA,
де ΔW- Зміна енергії електромагнітного поля в аналізованому обсязі за час Δt,а вектор S̅ = E̅ × H̅називається вектором Пойнтінга.
Це закон збереження енергії в електродинаміці.
Через малий майданчик завбільшки ΔAз одиничним вектором нормалі n̅за одиницю часу у напрямку вектора n̅протікає енергія S̅ × n̅.ΔA,де S̅- Значення вектор Пойнтінгу межах майданчика. Сума цих величин за всіма елементами замкнутої поверхні (позначена знаком інтеграла), що стоїть у правій частині рівності , є енергією, що з обсягу, обмеженого поверхнею, за одиницю часу (якщо ця величина негативна, то енергія втікає в обсяг). Вектор Пойнтінгвизначає потік енергії електромагнітного поля через майданчик, він відмінний від нуля усюди, де векторний витвірвекторів напруженості електричного та магнітного полів відмінно від нуля.
Можна виділити три основні напрямки практичного застосуванняелектрики: передача та перетворення інформації (радіо, телебачення, комп'ютери), передача імпульсу та моменту імпульсу (електродвигуни), перетворення та передача енергії (електрогенератори та лінії електропередачі). І імпульс, і енергія переносяться полем через порожній простір, наявність середовища призводить лише до втрат. Енергія не передається по дротах! Проводи зі струмом потрібні для формування електричного та магнітного полів такої конфігурації, щоб потік енергії, що визначається векторами Пойнтінга у всіх точках простору, був спрямований від джерела енергії до споживача. Енергія може передаватися без проводів, тоді її переносять електромагнітні хвилі. (Внутрішня енергія Сонця зменшується, виноситься електромагнітними хвилями, переважно світлом. Завдяки частині цієї енергії підтримується життя Землі.)
Закон збереження енергії
У механіці закон збереження енергії стверджує, що в замкнутій системі частинок повна енергія, яка є сумою кінетичної та потенційної енергії і не залежить від часу, тобто є інтегралом руху. Закон збереження енергії справедливий лише замкнутих систем, тобто за відсутності зовнішніх полів чи взаємодій.
Сили взаємодії між тілами, котрим виконується закон збереження механічної енергії, називаються консервативними силами. Закон збереження механічної енергії не виконується для сил тертя, оскільки за наявності сил тертя відбувається перетворення механічної енергії на теплову.
Математичне формулювання
Еволюція механічної системи матеріальних точокз масами \(m_i\) за другим законом Ньютона задовольняє системі рівнянь
\[ m_i\dot(\mathbf(v)_i) = \mathbf(F)_i \]
де
\(\mathbf(v)_i \) - швидкості матеріальних точок, а \(\mathbf(F)_i \) - сили, що діють на ці точки.
Якщо подати сили як суму потенційних сил \(\mathbf(F)_i^p \) і непотенційних сил \(\mathbf(F)_i^d \) , а потенційні сили записати у вигляді
\[ \mathbf(F)_i^p = - \nabla_i U(\mathbf(r)_1, \mathbf(r)_2, \ldots \mathbf(r)_N) \]
то, домноживши всі рівняння на \(\mathbf(v)_i\) можна отримати
\[ \frac(d)(dt) \sum_i \frac(mv_i^2)(2) = - \sum_i \frac(d\mathbf(r)_i)(dt)\cdot \nabla_i U(\mathbf(r) )_1, \mathbf(r)_2, \ldots \mathbf(r)_N) + \sum_i \frac(d\mathbf(r)_i)(dt) \cdot \mathbf(F)_i^d \]
Перша сума у правій частині рівняння є нічим іншим, як похідною за часом від складної функції, а отже, якщо ввести позначення
\[ E = \sum_i \frac(mv_i^2)(2) + U(\mathbf(r)_1, \mathbf(r)_2, \ldots \mathbf(r)_N) \]
і назвати цю величину механічною енергією, то, інтегруючи рівняння з часу t=0 до моменту часу t, можна отримати
\[ E(t) - E(0) = \int_L \mathbf(F)_i^d \cdot d\mathbf(r)_i \]
де інтегрування проводиться вздовж траєкторій руху матеріальних точок.
Таким чином, зміна механічної енергії системи матеріальних точок з часом дорівнює роботі непотенційних сил.
Закон збереження енергії в механіці виконується лише для систем, у яких усі сили потенційні.
У вашому браузері вимкнено Javascript.Щоб розрахувати, необхідно дозволити елементи ActiveX!
Електричні процеси, які у електричних ланцюгах, підпорядковуються наступним законам.
Закон Ома для ділянки ланцюга . Співвідношення між струмом I, напругою URі опором R ділянки аb електричного ланцюга виражається законом Ома
У цьому випадку U = RI називають напругою або падінням напруги на резисторі R, а - струмом в резисторі R.
При розрахунку електричних кіл іноді зручніше користуватися не опором R, а величиною зворотної опору, тобто. електричною провідністю: . В цьому випадку закон Ома для ділянки ланцюга запишеться у вигляді:
Закон Ома для всього ланцюга. Цей закон визначає залежність між ЕРС Є джерела живлення із внутрішнім опором r0, Струмом Iелектричного ланцюга та загальним еквівалентним опором РЕ = r0+ R всього ланцюга:
Складний електричний ланцюг містить, як правило, кілька гілок, до яких можуть бути включені свої джерела живлення та режим її роботи не може бути описаний лише законом Ома. Але це можна виконати на підставі першого та другого законів Кірхгофа, які є наслідком закону збереження енергії.
Всі електричні ланцюги підпорядковуються першому та другому законам Кірхгофа.
Перший закон Кірхгофа встановлює зв'язок між струмами гілок у вузлі електричного кола. У будь-якому вузлі електричного ланцюга алгебраїчна сума струмів дорівнює нулю
де m – число гілок підключених до вузла.
При записі рівнянь за першим законом Кірхгофа струми, спрямовані до вузла, беруть зі знаком «плюс», а струми, спрямовані від вузла – зі знаком «мінус».
Другий закон Кірхгофавстановлює зв'язок між напругами на елементах контуру . Контурскладається з гілок, що утворюють замкнутий шлях для перебігу електричного струму. Для замкнутого контуру також виконується закон збереження енергії. У будь-якому замкнутому контурі електричного ланцюга алгебраїчна сума ЕРС дорівнює сумі алгебри падінь напруг на всіх його ділянках
де n - Число джерел ЕРС в контурі;
m - число елементів з опором R до контуру;
U до = R до I до - напруга або падіння напруги на до-м елементіконтуру.
Для схеми на рис. 4 другий закон Кірхгофа за другою формою запису має вигляд:
Для запису 2-го закону Кірхгофа необхідно:
1. Вибрати умовно - позитивний напрямок обходів елементів контуру (зазвичай, за годинниковою стрілкою).
- 2. Записати алгебраїчну сумупадінь напруги, у якій зі знаком «+» беруться ті падіння напруги, які збігаються з напрямом обходу контуру, і зі знаком «-», ті падіння напруги які не збігаються.
- 3. Записати алгебраїчну суму джерел ЕДС, в якій зі знаком «+» беруться ті ЕДС, які збігаються з напрямом обходу контуру, і зі знаком «-», ті ЕДС, які не збігаються.
При складанні рівнянь за другим законом Кірхгофа необхідно стежити за тим, щоб були охоплені всі гілки схеми: до кожного нового контуру, для якого складається рівняння, повинна входити хоча б одна нова гілка, яка не увійшла до попередніх контурів, для яких вже складено рівняння за другим закону Кірхгофа. Такі контури умовимося називати незалежними.
Запишемо рівняння за II законом Кірхгофа для контурів електричної схеми:
контур I: E = RI + R 1 I 1 + r 0 I,
контур II: R 1 I 1 + R 2 I 2 = 0,
контур III: E = RI + R 2 I 2 + r 0 I.
У діючому ланцюзі електрична енергія джерела живлення перетворюється на інші види енергії. На ділянці ланцюга з опором R протягом часу t за струму I витрачається електрична енергія. Для постійного струму
Одиниця виміру енергії джоуль - [Дж].
Швидкість перетворення електричної енергіїв інші види представляє електричну потужність
З закону збереження енергії випливає, що потужність джерел живлення у будь-який момент часу дорівнює сумі потужностей, що витрачається на всіх ділянках ланцюга.
Це співвідношення називають рівнянням балансу потужностей.
Розмір: px
Починати показ зі сторінки:
Транскрипт
1 Тренувальний мінімум з фізики ФІЗИКА Тема Закон збереження енергії в електричних ланцюгах ПИТАННЯ Розглядаємо електричні схеми, які можуть містити батареї, резистори, конденсатори та котушки індуктивності Формули для енергії конденсатора та котушки індуктивності Як сформулювати закон збереження енергії для електричного ланцюга? Коли вона позитивна? Коли вона негативна? 4 На яких електричних елементах виділяється теплота? 5 Сформулювати Закон Джоуля-Ленца 6 Як визначається теплота Q, що виділяється на резисторі опором за час, якщо через нього протікає струм I t? 7 Якою формулою визначається швидкість зміни енергії конденсатора? 8 Якою формулою визначається швидкість зміни енергії котушки індуктивності? ЗАДАЧІ Різні завдання для схеми класу 5 рис Завдання У схемі, показаній на рис, всі елементи можна вважати ідеальними Параметри елементів вказані на малюнку До замикання ключа струм у ланцюзі був відсутній Ключ K замикають на деякий час t, а потім розмикають) Чому дорівнює струм через катуш відразу після розмикання ключа?) Яку роботу здійснить джерело за весь час досліду?) Яка кількість теплоти виділиться у схемі за весь час досліду? 4) Яка кількість теплоти виділиться у схемі за час t? Завдання В електричній схемі, зображеній на рис, всі елементи можна вважати ідеальними До замикання ключа струм у ланцюзі був відсутній Ключ K замикають на деякий час, а потім розмикають Виявилося, що за весь час досвіду (ти за час, поки ключ був замкнутий і за час , поки ключ був розімкнений) у схемі виділилася кількість теплоти Q Знайдіть час Завдання В електричній схемі, зображеній на рис, всі елементи можна вважати ідеальними До замикання ключа струм у ланцюзі був відсутній Ключ K замикають на деякий час, а потім розмикають , Поки ключ був замкнутий, і за час, поки ключ був розімкнений, у схемі виділилися рівні кількості теплоти Який заряд протік через джерело за час, поки ключ був замкнутий? Яка кількість теплоти виділилося у схемі за весь час досвіду?
2 Завдання 4 В електричній схемі, наведеній на рис, всі елементи ідеальні, ключ K розімкнуть Індуктивність котушки, опір резистора, ЕРС батареї Ключ K замикають За перші секунди після замикання ключа K батарея здійснила роботу на 5% меншу, ніж робота, яку вона здійснила за наступні секунди) Визначити час) Яка кількість теплоти виділиться в схемі за час 4 після замикання ключа K? Завдання 5 В електричній схемі, зображеній на рис, всі елементи можна вважати ідеальними Параметри елементів вказані на малюнку До замикання ключа струм у ланцюзі був відсутній Ключ K замикають на деякий час, а потім розмикають Виявилося, що після розмикання ключа в ланцюзі виділилося вдвічі більше теплоти, ніж при замкнутому ключі Знайти відношення заряду, що протік через джерело при замкнутому ключі, до заряду, що протік через резистор після розмикання ключа Задача 6 В електричній схемі, зображеній на рис, всі елементи можна вважати ідеальними Параметри елементів вказані на малюнку До замикання в ланцюгу відсутній Ключ K замикають на деякий час, а потім розмикають Виявилося, що заряд, що протік через котушку при замкнутому ключі, в 4 рази більше заряду, що протік через котушку після розмикання ключа Визначити час до теплоти, що виділилася в ланцюгу при замкнутому ключі Завдання 7 Електричний ланцюг складається з ідеальної батарейки з ЕРС, котушки індуктивністю, конденсатора ємністю C і резистора з невідомим опором (рис праворуч) Ключ K замикають на час, а потім розмикають За час, поки ключ був q) Яка кількість теплоти виділилася в ланцюзі за час, поки ключ був замкнутий?) Яка кількість теплоти виділилася в ланцюзі після розмикання ключа? Схеми - класів Завдання 8 В електричному ланцюзі, зображеному на рис зліва всі елементи ідеальні Конденсатор спочатку не заряджений, ключ K розімкнуть Ключ K замикають, а потім розмикають у момент, коли напруга на конденсаторі стає рівним Відомо, що поки ключ K був замкнутий, через резистор опором протікав заряд 6 C Скільки теплоти виділилося у схемі, поки ключ K був замкнутий? Завдання 9 Яка кількість теплоти виділиться на резисторі у схемі, зображеній на рис праворуч, після переміщення ключа K із положення до положення? Внутрішній опір батареї знехтувати Завдання В електричному ланцюзі, зображеному на рис зліва всі елементи ідеальні Конденсатор спочатку заряджений до напруги, ключ K розімкнуть Ключ K замикають) Визначити зміну енергії конденсатора) Визначити роботу, яку здійснить батарея? В якому стані буде батарея?) Яка кількість теплоти виділиться у схемі? 4) Чому дорівнює найбільша швидкість зміни енергії конденсатора (найбільша за модулем)?
3 Завдання В електричній схемі, зображеній на рис праворуч, у початковий момент ключ K замкнутий Після розмикання ключа на резисторі виділяється кількість теплоти Q) Яка кількість теплоти виділиться на резистори?) Чому дорівнює ЕРС батареї? Опір, та й індуктивність котушки відомі Внутрішнім опором батареї знехтувати Задача У схемі, зображеній на рис зліва, при розімкнутому ключі K конденсатор ємністю C заряджений до напруги U, а конденсатор ємністю C до напруги U Ключ K замикають) після замикання ключа K (вказати напрям)?) Визначити швидкість зміни енергії конденсатора ємністю C відразу після замикання ключа K?) Визначити величину і знак заряду лівої обкладки конденсатора ємністю C в режимі? 4) Який заряд протікає через резистор опором (вказати напрямок)? 5) Знайти зміну енергії конденсатора ємністю C? 6) Яка кількість теплоти виділиться у схемі? 7) Яка кількість теплоти виділиться на резисторі опором? Завдання У ланцюзі, показаному на рис справа, конденсатор ємністю C заряджений до напруги U, а конденсатор ємністю C до напруги U (рис справа) Одноіменно заряджені обкладки з'єднані резистором опором Ключ K замикають на деякий час, а потім розмикають) після замикання ключа K (вказати напрямок)) Яка кількість теплоти виділилася в ланцюзі, якщо в момент розмикання ключа K струм у ланцюзі був у рази менший від початкового? Задача 4 У ланцюгу, показаному на рис зліва, всі елементи ідеальні У початковий момент часу ключі K і K розімкнені, конденсатори не заряджені Ключі одночасно замикають) Знайти початковий струм через кожну батарею) Визначити заряди конденсаторів в стані) Знайти сумарну роботу батарей 4 ) Яка кількість теплоти виділиться у всій схемі після замикання ключів? Вважати, що і Задача 5 Електричний ланцюг складається з батарейки з ЕРС і внутрішнім опором r, конденсатора ємністю C і резистора опором 5r Ключ K замикають, а потім розмикають в момент, коли струми через конденсатор і резистор порівнюються за величиною) Яку миттєву потужність розвиває безпосередньо перед розмиканням ключа?) Яка кількість теплоти виділиться у схемі після розмикання ключа?
4 Завдання 6 В електричній схемі, представленій на рис зліва, всі елементи ідеальні Ключ K спочатку розімкнуть, струмів у ланцюгу немає Ключ K замикають Відомо, що за час поки в ланцюгу встановлювалися струми, в ланцюгу виділилася кількість теплоти Q Визначити величини зарядів, що протікали через кожну з котушок за цей час Завдання 7 Електричний ланцюг складається з котушки індуктивністю, резистора опором, батарейки з ЕРС та невідомим внутрішнім опором (рис*) Ключ K на деякий час замикають, а потім розмикають За час, поки ключ був замкнутий, в ланцюгу виділилося кількість теплоти Q, а після розмикання ключа в ланцюгу виділилася кількість Q) Знайдіть струм через котушку в момент розмикання ключа) Знайдіть заряд, що протік через котушку за час, поки ключ був замкнутий Задача 8 Електричний ланцюг складається з котушки індуктивністю, опором резистора, батарейки ЕРС і невідомим внутрішнім опором (рис зліва) Ключ K на деякий час замикають, а потім розмикають За час, поки ключ був замкнутий, через джерело протікає заряд q, а в котушці запаслася енергія W) Знайти кількість теплоти, що виділилася в ланцюзі, поки ключ був замкнутий) Який заряд протік через котушку при замкнутому ключі? Завдання 9 В електричній схемі, представленій на рис праворуч, ключ K замкнутий Ключ K розмикають Після цього батарея з ЕРС зробила роботу A, а кількість теплоти, що виділилася в ланцюзі, дорівнює Q) Знайти ємність конденсатора C) Знайти індуктивність котушки ЕРС батарей та опору резисторів вважати заданими Вважати, що Завдання Електричний ланцюг складається з ідеальної батарейки з ЕРС, плоского конденсатора і резистора опором В конденсатор паралельно обкладкам вставлена діелектрична пластина, що займає половину об'єму конденсатора (рис зліва) механічну роботу A хутро слід зробити, щоб швидко вийняти пластину з конденсатора?) Яка кількість теплоти Q виділиться у схемі після того, як вийняли пластину? Завдання Електричний ланцюг складається з ідеальної батарейки з ЕРС, плоского конденсатора і резистора опором В конденсатор паралельно обкладкам вставлена провідна пластина, що займає половину об'єму конденсатора (рис справа) Ємність повітряного конденсатора дорівнює C Пластину швидко виймають) Яку механічну вийняти пластину з конденсатора?) Яка кількість теплоти Q виділиться у схемі після того, як вийняли пластину?
5 Енергія конденсатора: W C CU qu q C ВІДПОВІДІ ПИТАННЯ I ФI Ф Енергія котушки: W, де Ф магнітний потік, що пронизує котушку Робота A Б усіх батарей, включених у ланцюг, йде на виділення теплоти Q в електричній схемі та на зміну W енергії цієї схеми: AБ Q W Енергія схеми дорівнює сумі енергій всіх конденсаторів і всіх котушок індуктивності AБ q*, де q * модуль заряду через батарею Робота батареї позитивна (ставиться знак «+»), якщо батарейка знаходиться в робочому режимі, і негативна (ставиться знак ), якщо батарейка перебуває в стані перезарядки 4 Тільки на резисторах 5 Якщо через резистор опором протікає постійний струм I, то кількість теплоти, що виділяється U за час, дорівнює Q I U I, де U I U t 6 Q I t t t U t I tt, де підсумовування ведеться по всіх малим відрізкам часу t за проміжок часу W t U t I t P t де знак «+» ставиться, якщо конденсатор заряджається, а знак ставиться, якщо 7 C C C C конденсатор розряджається 8 W t U t I t, де U t t I t I t ЗАВДАННЯ) t) t Завдання t) t t 4) t Завдання Завдання Q 4)) 4) 4C) 6 4) Завдання 4 Завдання 5 8)) Q4 5 5 Завдання 6 Завдання 7) 8 Q) 4 q Q) Q q ) Q C Завдання 8 Завдання 9 4 C 9 C Завдання C, батарея буде перезаряджатися) C q C, найбільша швидкість зміни енергії конденсатора буде в момент відразу після замикання ключа
6 Q) Q Q) Завдання Завдання U) (проти годинникової стрілки) U) (знак «мінус» показує, що енергія конденсатора зменшується в даний момент часу)) 4 CU 4) 9 CU (проти годинникової стрілки) 4 5) 45 CU 6 ) 7 8 CU 7) 9 4 CU) U) CU Завдання Завдання 4) I та I 7 5) qc C, qc C та q C C 6 74) AБ C) Q C 6 Завдання 5 5)) 7r 98 C Завдання 6 Q 9 q 4 8 і Q q 4 Q))) q W) Q Q Q q W A 8) C) Q A 9 4)) Aмех Aмех 8 C) C) Q 8 Q C C Завдання 7 Завдання 8 Завдання 9 Завдання Завдання Укладач: МА Пєнкін викладач ФЗФТШ при МФТІ
І. В. Яковлєв Матеріали з фізики MathUs.ru Кількість теплоти. Конденсатор У цьому листку розглядаються завдання на розрахунок кількості теплоти, що виділяється в ланцюгах, що складаються з резисторів та конденсаторів.
І. В. Яковлєв Матеріали з фізики MathUs.ru Кількість теплоти. Котушка У цьому листку розглядаються завдання на розрахунок кількості теплоти, що виділяється в ланцюгах, що складаються з резисторів та котушок
І. В. Яковлєв Матеріали з фізики MathUs.ru Зміст З'єднання конденсаторів 1 Всеросійська олімпіадашколярів з фізики................... 3 2 Московська фізична олімпіада....................... ....
005-006 навч. рік, кл. фізика. Електростатика. Закони незмінного струму. Контрольні питання. Чому силові лінії електричного поля не можуть перетинатися? У двох протилежних вершинах квадрата
І. В. Яковлєв Матеріали з фізики MathUs.ru Зміст Діод та конденсатори 1 Ідеальний діод................................ ...... 1 2 Неідеальний діод ..................................... 2 1 Ідеальний
І. В. Яковлєв Матеріали з фізики MathUs.ru Електромагнітні коливання Задача 1. (МФО, 2014, 11) Заряджений конденсатор починає розряджатися через котушку індуктивності. За дві мілісекунди його електричний
5. Електричні коливання. Диференціальне рівняння, що описує вільні коливання заряду конденсатора в коливальному контурі, має вигляд Aq + Bq = 0 де A і B відомі позитивні постійні.
Методика навчання розв'язання різнорівневих завдань на прикладі теми Конденсатори. Від простого до складного. Сокаліна Олександра Миколаївна МБОУ ЗОШ 6 Лінія 1 Актуалізація знань Конденсатор; Ємність конденсатора
І. В. Яковлєв Матеріали з фізики MathUs.ru Самоіндукція Нехай через котушку протікає електричний струм I, що змінюється з часом. Змінне магнітне поле струму I породжує вихрове електричне поле,
Завдання А24 з фізики 1. На графіку показано залежність від часу сили змінного електричного струму I, що протікає через котушку індуктивністю 5 мг. Чому дорівнює модульЕРС самоіндукції, що діє
Заняття 8. Коливальний контур. Збереження енергії. 1. В ідеальному коливальному контурі максимальний струм у ланцюзі дорівнює I 0. Знайдіть максимальний заряд на конденсаторі з ємністю C, якщо індуктивність
І. В. Яковлєв Матеріали з фізики MathUs.ru Рухлива пластина Задача 1. (МФТІ, 2004) У схемі, представленій на малюнку, батарея з постійною ЕРС E підключена через резистор до двох провідних однакових
Потенціал 1.60. В однорідному електричному полі з напруженістю Е = 1 кв/м переміщують заряд q = 50 нкл на відстань l = 12 см під кутом = 600 силовим лініям. Визначте роботу поля при переміщенні
С1.1. На фотографії зображено електричний ланцюг, що складається з резистора, реостата, ключа, цифрових вольтметра, підключеного до батареї, та амперметра. Використовуючи закони постійного струму, поясніть, як
εдемонстраційний варіант ЄДІ 2019 р. завдання 18. Електричний ланцюг на малюнку складається з джерела струму з ЕРС ε та внутрішнім опором r та зовнішнього ланцюга з двох однакових резисторів опором
У схемі малюнку опір резистора і повний опір реостата рівні R, ЭРС батарейки дорівнює E, її внутрішній опір нікчемно (r = 0). Як поводяться (збільшуються, зменшуються, залишаються
14. ЕЛЕКТРОЄМНІСТЬ. КОНДЕНСАТОРИ 14.1 Що називається електроємністю відокремленого провідника? 14.2 У яких одиницях вимірюється електроємність? 14.3 Як обчислюється електроємність відокремленої сфери, що проводить
Рішення та критерії оцінювання Задача 1 Колесо огляду радіусом R = 60 м обертається з постійною кутовий швидкістюу вертикальній площині, здійснюючи повний оборот за час T = 2 хв. У момент, коли стать
Коливальний контур складається з котушки індуктивності та конденсатора. У ньому спостерігаються гармонійні електромагнітні коливання із періодом Т = 5 мс. У початковий момент часу заряд конденсатора максимальний
Можаєв Віктор Васильович Кандидат фізико-математичних наук, доцент кафедри загальної фізики Московського фізико-технічного інституту (МФТІ). Нелінійні елементи в електричних ланцюгах У статті на конкретних
Олімпіада «Фізтех» з фізики 217 Клас 11 Квиток 11-3 Шифр 1. На нахиленій під кутом (cos 3/4) до горизонту поверхні лежить брусок, прикріплений до пружної невагомої та досить довгої пружини (див.
Заняття 5. Конденсатори. Як зміниться ємність плоского повітряного конденсатора, якщо площу обкладок зменшити в рази, а відстань між ними збільшити в рази? Провідна куля із зарядом q має потенціал
Фізика 15 Можаєв Віктор Васильович Кандидат фізико-математичних наук, доцент кафедри загальної фізики Московського фізико-технічного інституту (МФТІ), член редколегії журналу "Квант" Перехідні процеси
І. В. Яковлєв Матеріали з фізики MathUs.ru Самоіндукція Теми кодифікатора ЄДІ: самоіндукція, індуктивність, енергія магнітного поля. Самоіндукція є окремим випадком електромагнітної індукції. Виявляється,
На малюнку показано ланцюг постійного струму. Внутрішній опір джерела струму можна знехтувати. Встановіть відповідність між фізичними величинами та формулами, за якими їх можна розрахувати (
Домашнє завдання на тему: «Електричні коливання» Варіант. У коливальному контурі індуктивність котушки L = 0, Гн. Розмір струму змінюється згідно із законом I(t) = 0,8sin(000t + 0,3), де t час у секундах,
«ЗАКОНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ». Електричним струмом називають упорядкований спрямований рух заряджених частинок. Для існування струму необхідні дві умови: наявність вільних зарядів; Наявність зовнішнього
Заняття 19 Постійний струм. З'єднання провідників Задача 1 Перенесення речовини відбувається у разі проходження електричного струму через: 1) Метали та напівпровідники 2) Напівпровідники та електроліти 3) Гази
РОБОТА 4 ДОСЛІДЖЕННЯ ПЕРЕХІДНИХ ПРОЦЕСІВ У ланцюзі, що містить РЕЗИСТОР І КОНДЕНСАТОР Мета роботи: вивчення закону зміни напруги при розрядці конденсатора, визначення постійного часу R-ланцюга та
Робота електричного струму, потужність, закон Джоуля Ленца 1. Чому дорівнює час проходження струму силою 5 А по провіднику, якщо при напрузі на його кінцях 120 В у провіднику виділяється кількість теплоти,
Електричні коливання Приклади розв'язання задач Приклад У схемі зображеної на малюнку ключ, що спочатку знаходився в положенні в момент часу t, переводять у положення Нехтуючи опором котушки
фізика. 0 клас. Демонстраційний варіант(90 хвилин) Діагностична тематична робота з підготовки до ЄДІ з фізики Фізика. 0 клас. Демонстраційний варіант (90 хвилин) Частина До завдань 4 дано чотири
Олімпіада фіз.
Електродинаміка 1. При підключенні резистора з невідомим опором до джерела струму з ЕРС 10 В та внутрішнім опором 1 Ом напруга на виході джерела струму дорівнює 8 В. Чому дорівнює сила струму
фізика. 0 клас. Демонстраційний варіант 3 (90 хвилин) Діагностична тематична робота 3 з підготовки до ЄДІ з ФІЗИКИ на тему «Електродинаміка» (електростатика, постійний струм та магнітне поле струму)
Державна вища навчальний заклад«ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ» Кафедра фізики ЗВІТ з лабораторної роботи ВИЗНАЧЕННЯ ЕЛЕКТРОЄМНОСТІ КОНДЕНСАТОРА ТА БАТАРЕЇ КОНДЕНСАТОРІВ Виконав
Варіант 1 1. Коливальний контур складається з котушки індуктивністю 0,2 мг і конденсатора площею пластин 155 см 2, відстань між якими 1,5 мм. Знаючи, що контур резонує на довжину хвилі 630 м,
Ємність. Конденсатори Варіант 1 1. Визначте радіус кулі, що має ємність 1 пф. 3. При введенні у простір між пластинами зарядженого повітряного конденсатора діелектрика напруга на конденсаторі
І. В. Яковлєв Матеріали з фізики MthUs.ru Правила Кірхгофа У статті «ЕРС. Закон Ома для повного ланцюга» ми вивели закон Ома для неоднорідної ділянки ланцюга (тобто ділянки, що містить джерело струму): ϕ
С1.1. Біля невеликої металевої пластини, укріпленої на ізолюючій підставці, на шовковій нитці підвісили легку металеву незаряджену гільзу. Коли пластину приєднали до клеми високовольтного
1 Державна бюджетна загальноосвітня установа Середня загальноосвітня школа 447 Санкт-Петербург, Курортний район, п. Молодіжне Розв'язання задач рівня «С» ЄДІ з фізики «Розрахунок складних електричних
Відкладені завдання (25) В області простору, де знаходиться частка з масою 1 мг та зарядом 2 10 11 Кл, створено однорідне горизонтальне електричне поле. Яка напруженість цього поля, якщо з
Електрика та магнетизм, частина 2 1. Конденсатор коливального контуру підключено до джерела постійної напруги. Графіки і становлять залежність від часу t фізичних величин, що характеризують
18. Електродинаміка (встановлення відповідності між графіками та фізичними величинами між фізичними величинами) 1. Конденсатор, на який подано напругу U, зарядився до максимального заряду q,
Майстер-клас «Електродинаміка. Постійний струм. Робота та потужність струму». 1. По провіднику тече постійний електричний струм. Величина заряду, що проходить через провідник, зростає з часом
Завдання 1. Встановіть відповідність між фізичними величинами, що описують протікання постійного струму через резистор, і формулами їхнього розрахунку. У формулах використані позначення: R опір
Лекція 26 Закон Ома для ланцюга змінного струму Питання. Індуктивність та ємність у ланцюгу змінного струму. Метод векторні діаграми. Закон Ома для ланцюга змінного струму. Резонанс у послідовній та паралельній
1. Два позитивні заряди q 1 і q 2 знаходяться в точках з радіус-векторами r 1 і r 2. Знайти негативний заряд q 3 і радіус-вектор r 3 точки, в яку його треба помістити, щоб сила, що діє на
С1.1. На малюнку наведено електричний ланцюг, що складається з гальванічного елемента, реостата, трансформатора, амперметра та вольтметра. У початковий час повзунок реостату встановлено посередині
Електростатика Закон Кулону F 4 r; F r r 4 r де F - сила взаємодії точкових зарядів q і q; - E діелектрична проникність середовища; Е напруженість електростатичного поля у вакуумі; Е напруженість
Вирішення завдань заключного етапу олімпіади «Вища проба» з електроніки, 04/05 навчальний рікклас Для вимірювання сили струму та падіння напруги в особистих ланцюгах електронних схемзастосовують амперметри та
С1 «ПОСТОЯННИЙ СТРУМ» На малюнку показано електричний ланцюг, що містить джерело струму (з відмінним від нуля внутрішнім опором), два резистори, конденсатор, ключ К, а також амперметр і ідеальний вольтметр.
Регіональна контрольна роботапо фізиці ( профільний рівень). СПЕЦИФІКАЦІЯ Кожен варіант роботи складається з двох частин і включає 5 завдань, що відрізняються формою і рівнем складності. Частина 1
1 Постійний електричний струм Довідкова інформація. ВИЗНАЧЕННЯ СИЛИ СТРУМУ Нехай через деяку поверхню, площа якої S, перпендикулярна їй, за час проходить заряд q. Тоді силою струму називається
Варіант 1 Під час виконання завдань частини 1 запишіть номер завдання, а потім номер вибраної відповіді або відповідь. Одиниці фізичних величин не треба писати. 1. По провіднику тече постійний електричний
ТАК Івашкіна, «Розрахунок параметрів процесів, що відбуваються в ланцюгах постійного струму, що містять котушки індуктивності» «Фізика Додаток до газети «Перше вересня»», 9/00 г, стор.
ЗАВДАННЯ, РІШЕННЯ ТА КРИТЕРІЇ ОЦІНКИ ДРУГОГО ЕТАПУ ОЛІМПІАДИ ПО ЕЛЕКТРОНІЦІ ДЛЯ ШКОЛЬНИКІВ КЛАС.
МІНІСТЕРСТВО УТВОРЕННЯ СТАВРОПОЛЬСЬКОГО КРАЮ ГОУ СПО "Мінераловодський коледж залізничного транспорту" С.А. Іванська ЕЛЕКТРОТЕХНІКА Методичні рекомендаціїз освоєння теоретичного матеріалу та
ЗАДАЧІ С4 Тема: «Електродинаміка» Повне розв'язання задачі повинно включати закони та формули, застосування яких необхідне і достатньо для вирішення, а також математичні перетворення, розрахунки з чисельним
) На малюнку показано розташування трьох нерухомих точкових електричних зарядів q, q та 3q. Результуюча кулонівська сила, що діє на заряд 3q, q q 3q r r) спрямована вправо) спрямована вліво
Електрика та магнетизм Електростатика Електростатика - це розділ електродинаміки в якому вивчаються властивості та взаємодії нерухомих електрично заряджених тіл. При вирішенні завдань на електростатику
Нурушева Марина Борисівна старший викладач кафедри фізики 023 НІЯУ МІФІ Електричний струм Електричний струм це спрямований (упорядкований) рух заряджених частинок. Умови існування електричного
Постійний електричний струм. Сила струму Постійний електричний струм. Напруга Закон Ома для ділянки ланцюга Електричний опір. Питомий опірречовини Електрорушійна сила. Внутрішнє
Мінімум з фізики для учнів 10-х класів за 2 півріччя. Вчитель фізики - Турова Марія Василівна e-mail: [email protected]Список литературы: 1. Підручник фізики 10 клас. Автори: Г.Я.Мякішев, Б.Б.
ЗАДАЧІ С1 Теми: всі розділи загальної фізики від «Механіки» до «Квантової фізики» У задачах С1 слід записати розгорнуту відповідь, яка пояснює фізичні процеси, описані в задачі, і перебіг ваших міркувань.
Олімпіада «Курчатів» 016 17 навчальний рік Заключний етап 11 клас Завдання 1 (5 балів) Невелика шайба масою m скочується з вершини гладкої гірки масою M та висотою H. Гірка знаходиться на гладкій поверхні.
Коливання. Лекція 3 Генератор змінного струму Для пояснення принципу дії генератора змінного струму розглянемо спочатку, що відбувається при обертанні плоского витка дроту в однорідному магнітному
