Тема. Електростатичне поле в речовині. Конденсатори.
Структура практичного заняття
Аудиторна робота
Задача 1 (3.29 Трофімова Т.І.) Відстань між обкладками плоского конденсатора d = 1 мм. Після зарядки конденсатора до різниці потенціалів U = 700 В між обкладками вставили скляну пластинку (e = 7). Знайти: 1) діелектричну сприйнятливість æ скла; 2) поверхневу густину σ' зв’язаних зарядів на скляній пластинці.
Задача 2 (3.74 Трофімова Т.І.) Між пластинами плоского конденсатора паралельно обкладкам поміщено два шари діелектрика — парафін (e1 = 2) товщиною d1 = 0,5 мм і слюда (e2 = 7) товщиною d2 = 1 мм. Напруженість E1 електростатичного поля в парафіні складає 700 кВ/м. Знайти: 1) напруженість E2 поля в слюді;2) різницю потенціалів між пластинами конденсатора.
Задача 3 (3.115 Несмашний Є.О.) Плоский конденсатор складається з двох круглих пластин радіусом R = 10 см кожна. Відстань між пластинами 2 мм. Конденсатор приєднаний до джерела напруги U = 80 В. Визначити заряд Q та напруженість Е поля всередині конденсатора, коли він заповнений склом.
Задача 4 (3.92 Несмашний Є.О.) Коаксіальний електричний кабель складається з центральної жили і концентричної циліндричної оболонки, між якими знаходиться діелектрик ε = 3,2. Знайти ємність С одиниці довжини такого кабелю, якщо радіус жили r = 1 см, а радіус оболонки R = 3,0 см.
Задача 5 (3.93 Несмашний Є.О.) Знайти ємність сферичного конденсатора, що складається з двох концентричних сфер радіусами r = 10 см і R = 10,5 см. Простір між сферами заповнений маслом. Який радіус R0, повинна мати куля, занурена в масло, щоб мати таку ж ємність?
Задача 6 (3.98 Несмашний Є.О.) Пластини плоского конденсатора площею S = 0,01 м2 кожна, притягуються одна до одної з силою F = 30 мН. Простір між пластинами заповнений слюдою. Знайти заряди, що знаходяться на пластинах, напруженість Е поля між пластинами і об'ємну густину енергії всередині конденсатора.
Задача 7 (3.43 Трофімова Т.І.) Плоский конденсатор з площею обкладок S= і відстанню між ними d= підключено до джерела постійної напруги U=. Знайти з якою силою F притягуються обкладки конденсатора, якщо діелектрична проникність середовища між ними дорівнює ε=.
Задача 8 (3.38 Трофімова Т.І.) Плоский повітряний конденсатор ємністю C1 = 4 пФ заряджений до різниці потенціалів U1 = 100 В. Після відключення конденсатора від джерела напруги відстань між обкладками конденсатора збільшили вдвічі. Знайти: 1) різницю потенціалів U2 на обкладках конденсатора після їх розсунення; 2) роботу зовнішніх сил по розсуненню пластин.
Задача 9 (3.114Несмашний Є.О.) Два конденсатори ємностями С1 = 5 мкФ і С2 = 8 мкФ з'єднані послідовно і приєднані до батареї з е.р.с. у 80 В. Визначити заряд та різницю потенціалів на першому з конденсаторів.
Задача 10 (3.108 Несмашний Є.О.) Конденсатор ємністю С1 = 600 пф зарядили до різниці потенціалів U1 = 1,5 кВ і відключили від джерела напруги, Потім до нього паралельно приєднали незаряджений конденсатор ємністю С2 = 400 пф. Визначити енергію, витрачену на утворення іскри, що проскочила при з'єднанні конденсаторів.
Самостійна робота
І варіант
ІІ варіант
Задача 1До батареї з е.р.с у 300 В включені два плоских конденсатори ємностями С1 = 2 пф і С2 = 3 пф. Визначити заряд Q і напругу U на конденсаторах при їх послідовному з'єднанні.
Задача 2 Плоский конденсатор з площею пластин S = 200 см2 кожна, заряджений до різниці потенціалів U = 2 кВ. Відстань між Пластинами d = 2 см. Діелектрик - скло. Визначити енергію W конденсатора та її густину ω.
Задача 1 До батареї з е.р.с у 300 В включені два плоских конденсатори ємностями С1 = 2 пф і
С2 = 3 пф. Визначити заряд Q і напругу U на конденсаторах при їх паралельному з'єднанні.
Задача 2 Площа пластин плоского повітряного
конденсатора S = 0,01 м2, відстань між ними
d =5 мм. Яка різниця потенціалів була прикладена
до пластин конденсатора, якщо відомо, що при
розряді конденсатора виділилося 4,19 мДж
теплоти?
Домашнє завдання
І варіант
ІІ варіант
3.90,3.111, 3.116 (Несмашний Є.О.)
3.91, 3.110, 3.117 (Несмашний Є.О.)
Тема наступного заняття «Постійний електричний струм»
2. Савельев И.В. Курс физики. Т.2. Электричество. Колебания и волны. Волновая оптика.-М.:Наука,1989.
3. ТрофимоваТ.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов.— 7-е изд., стер.— М.: Высш. шк., 2001.
4. Гаркуша І.П., Певзнер М.Ш., Курінний В.П. Збірник задач з фізики. – Київ: „Вища школа”, 2003
5. Трофимова Т.И., Павлова З.Г. Сборник задач по курсу физики с решениями: Учеб. пособие для вузов.— М.: Высш. шк., 1999.
6. Чертов А. Г., Воробьев А. А. Задачник по физике: Учеб. пособие для студентов втузов.— 5-е изд., перераб. и доп.— М.: Высш. шк., 1988.
ОСНОВНІ ФІЗИЧНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ І ФОРМУЛИ, ЩО ВИКОРИСТОВУЮТЬСЯ ПРИ РОЗВЯЗУВАННІ ЗАДАЧ З ТЕМИ
«ПОСТІЙНИЙ ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ»
Сила електричного струму чисельно дорівнює зміні заряду, перенесеного через поперечний переріз провідника, залежно від часу
. (1)
Силу постійного струму визначають із співвідношення
. (2)
Густину струму вимірюють відношенням сили струму до площі поперечного перерізу провідника
. (3)
Закон Ома для ділянки електричного кола
, (4)
де — різниця потенціалів на кінцях ділянки; — опір цієї ділянки.
Опір циліндричного провідника довжиною та площею поперечного перерізу
, (5)
де — питомий опір.
Питомий опір провідника залежить від його температури
, (6)
де — питомий опір при 0 °С; — температурний коефіцієнт опору.
Закон Ома для неоднорідної ділянки кола
. (7)
де — напруга на даній ділянці кола; — сума всіх опорів ділянки; — ЕРС джерела струму.
Закон Ома в диференціальній формі
, (8)
де — питома електропровідність матеріалу.
Закон Ома для повного кола
, (9)
де — зовнішній опір; — внутрішній опір.
Робота струму на ділянці кола
. (10)
Потужність чисельно дорівнює роботі постійного струму за одиницю часу
. (11)
Потужність повного електричного кола
. (12)
Відношення корисної потужності до загальної потужності визначає ККД джерела струму
. (13)
Кількість теплоти , що виділяється в провіднику при проходженні в ньому постійного струму (закон Джоуля — Ленца),