Приклади розв’язання задач. Приклад 1. Резистор опором 5 Ом, вольтметр і джерело струму з'єднані паралельно

 

Приклад 1. Резистор опором 5 Ом, вольтметр і джерело струму з'єднані паралельно. Вольтметр показує напруга 10 В. Якщо збільшити опір до 12 Ом, то вольтметр покаже напругу 12 В. Визначити е.р.с. і внутрішній опір джерела струму. Струмом через вольтметр знехтувати.

Дано:

R1 = 5 Ом

U1 = 10 В

R2 = 12 Ом

U2 = 12 В

__________

ε – ? R0 – ?

 

Рисунок 10

Розв’язання. Насамперед необхідно зобразити електричну схему (рис.10).

Оскільки струмом через вольтметр можна знехтувати, то струм через резистор такий же, як і через джерело струму.

Позначимо цей струм через I. Він визначається за законом Ома для повного кола

, (1)

 

де r – внутрішній опір джерела;

R – опір зовнішнього навантаження.

Вольтметр вимірює спад напруги на навантаженні. При навантаженні R1 = 5 Ом струм у колі дорівнює I1, при навантаженні R2 струм дорівнює I2, тобто

. ( 2)

 

При цьому спади напруг відповідно рівні U1 й U2:

 

U1 = I1R1 , (3)

 

U2 =I 2R2. (4)

 

Знайдемо відношення лівих і правих частин рівнянь (1) і (2)

. (5)

Звільняючись від знаменників, одержуємо з рівняння (5)

 

I1R1 + I1r = I2R2 + I2r .

 

Поєднавши доданки з r, знаходимо

 

.

 

Або, врахувавши формули (3) і (4), одержуємо

 

.

 

Підставляючи в цю формулу дані з умови задачі, одержуємо

 

 

Значення е.р.с. можна знайти зі співвідношення (1) або (2)

В.

 

Приклад 2. Електричне коло складається із трьох джерел струму з е.р.с. ε1 = 6 В, ε2 = 2 В, ε3 = 4 В і резисторів з опорами R1 = 2 Ом й R2 = R3 = 4 Ом (рис. 11). Знайти силу струму в резисторі R2 і напругу на його затискачах.

Дано:

ε1 = 6 В Рисунок 11

ε2= 2 В

ε3= 4 В

R1 = 2 Ом

R2 = R3 = 4 Ом

I2 – ? U2 – ?

 

Розв’язання. Виберемо напрямки струмів, як зазначено на рис.11, і домовимося обходити контур АВС за годинниковою, а контур CDА проти годинникової стрілки.

 

За першим законом Кірхгофа для вузла С маємо

 

I1 - I2 - I3 = 0.

За другим законом Кірхгофа для контуру АВС маємо

 

I1R1 + I2R2 = ε1 + ε2.

 

Відповідно, для контуру CDА

 

I2R2 - I3R3 = ε1 + ε3 .

 

Після підстановки числових значень одержимо

 

I1 - I2- I3 = 0;

 

2I1 + 4I2 = 8;

 

4I2 - 4I3 = 6.

 

Цю систему 3-х рівнянь із трьома невідомими можна розв’язати, користуючись методом визначників.

Складемо й обчислимо визначник системи

 

 

= -16

 

і визначник DI2

 

Звідси одержуємо силу струму

 

I2 = A.

 

Напруга на кінцях реостата R2 дорівнює

U2 = I2R2 = 2,75.4 = 11 В.

Приклад 3. Сила струму в провіднику опором 20 Ом рівномірно зростає протягом часу 2 с від 0 до 4 А. Визначити кількість теплоти, яка виділилася у провіднику за перші півтори секунди.

 

Дано:

R = 20 Ом

I1 = 0 А

I2 = 4 А

t1 = 0

t2 = 2 c

t3 = 1,5 c

_________

Q - ?

 

Розв’язання. Відповідно до закону Джоуля-Ленца, теплова потужність, яка виділяється на опорі R, дорівнює

 

Р = I2R .

 

Кількість тепла dQ, що виділяється за час dt у цей момент часу t, дорівнює

dQ = Pdt = I2Rdt . (1)

 

За умовою задачі сила струму рівномірно наростає, тобто є лінійною функцією часу

I = at + b . (2)

 

У початковий момент t1 = 0 струм I1 дорівнює нулю, тому в рівнянні (2) маємо b = 0. Таким чином

I = at . (3)

 

Коефіцієнт а знайдемо з умови, що I2 = 4 А при t2 = 2 с

 

I2 = at2 .

Звідки одержуємо

A/c.

Підставляючи у формулу (1) вираз (3) і інтегруючи за часом від 0 до t3, знайдемо кількість тепла, яка виділилася у провіднику

. (4)

 

Підставляючи у формулу (4) значення вхідних параметрів, одержимо

Задачі

137. Точкові заряди q1 = 20 мкКл і q2 = -10 мкКл знаходяться на відстані 5 см один від одного. Визначити силу, яка діє на точковий заряд qо = 1 мкКл, розміщений у точці, на відстані 3 см від першого і 4 см від другого заряду.

Відповідь: F = 207,7 H.

 

138. Два точкових заряди q1 = 2· 10-7 Кл і q2 = 4·10-7 Кл знаходяться на відстані r = 6,5 см один від одного. Знайти положення точки, у якій напруженість електростатичного поля Е дорівнює нулю. Розглянути випадок однойменних зарядів.

Відповідь: r1 = 2,68 см від першого заряду.

 

139. Два точкових заряди q1 = -50 нКл і q2 = 100 нКл знаходяться на відстані 20 см один від одного. З якою силою ці заряди будуть діяти на третій заряд qo = -10 нКл, якщо він перебуває на однаковій відстані 20 см від перших двох зарядів.

Відповідь: F = 194 мкН.

 

140. Дві кульки масою 1 г кожна підвішені на нитках, верхні кінці яких з'єднані разом. Довжина кожної нитки 10 см. Які однакові заряди треба надати кулькам, щоб нитки розійшлися на кут 60o?

Відповідь: q = 800 нКл.

 

141. До нескінченної рівномірно зарядженої вертикальної площини підвішена на нитці однойменно заряджена кулька масою 50 мг і зарядом 0,6 нКл. Натяг нитки, на якій висить кулька 0,7 мН. Знайти поверхневу густину заряду на площині.

Відповідь: σ = 14,4 мкКл/м2.

 

142. Дві довгі рівнобіжні нитки знаходяться на відстані 5 см одна від одної, на нитках рівномірно розподілені заряди з лінійними густинами

τ1 = -5 нКл/см і τ2 = 10 нКл/см. Визначити напруженість електричного поля у точці, віддаленій від першої нитки на відстань 3 см і від другої на відстань 4 см.

Відповідь: Е = 5,4.103 В/м.

 

143. Відстань між двома точковими зарядами q1 = 2 нКл і q2 = -4 нКл дорівнює 60 см. Де треба розмістити третій заряд, щоб система всіх трьох зарядів перебувала у рівновазі. Знайти величину і знак третього заряду. Стійка чи не стійка буде рівновага?

Відповідь: r = 0,25 м в сторону першого заряду; нестійка.

 

144. У вершинах рівностороннього трикутника, сторони якого а = 2 см, знаходяться однакові позитивні заряди q = 0,46 мкКл кожний. Знайти силу F, яка діє на кожний із цих зарядів зі сторони інших зарядів.

Відповідь: F = 8,24 Н.

 

145. Чотири однакові заряди q = 40 нКл закріплені у вершинах квадрата зі стороною 10 см. Знайти силу, яка діє на один із цих зарядів з боку трьох інших.

Відповідь: F = 68,7 мН.

 

146. У вершинах квадрата знаходяться однакові заряди q = 8·10-7 Кл. Який негативний заряд qo потрібно помістити в центрі квадрата, щоб сила взаємного відштовхування позитивних зарядів була зрівноважена силами притягання негативного заряду?

Відповідь: qo = 2.10-7 Кл.

147. Дві кульки, масою т = 0,1 г кожна, підвішені в одній точці на нитках довжиною l = 20 см. Отримавши однаковий заряд, кульки розійшлись так, що нитки утворили між собою кут а = 60°. Знайти заряд кожної кульки.

Відповідь: нКл.

 

148. Три однакових заряди q = 1 нКл кожний розміщені у вершинах рівностороннього трикутника. Який негативний заряд q1потрібно помістити у центрі трикутника, щоб його притягання зрівноважило сили взаємного відштовхування зарядів? Чи буде ця рівновага стійкою?

Відповідь: нКл.

 

149. Тонке півкільце радіусом R = 10 см має рівномірно розподілений заряд з лінійною густиною τ = 1 мкКл/м. У центрі кривизни півкільця розміщений заряд q = 20 нКл. Визначити силу F взаємодії точкового заряду і зарядженого півкільця.

Відповідь: мН.

150. Прямий металевий стрижень діаметром d = 5 см і довжиною l = 4 м має рівномірно розподілений вздовж його поверхні заряд q = 500 нКл. Визначити напруженість Е поля в точці, яка розміщена проти середини стрижня на відстані а = 1 см від його поверхні.

Відповідь: 64,3 кВ/м.

 

151. У центрі пустотілої кулі радіусом R = 20 см розміщений точковий заряд Q = 10 нКл. Визначити потік , вектора напруженості електричного поля через частину поверхні цієї кулі площею S = 20 см2.

Відповідь: В/м.

152. Тонкі стрижні утворюють квадрат із сторонами довжиною а. Стрижні заряджені з лінійною густиною τ = 1,33 нКл/м. Визначити потенціал у центрі квадрата.

Відповідь: 33,6 В.

 

153.Дві однаково заряджені кульки підвішені в одній точці на нитках однакової довжини. При цьому нитки розійшлись на кут . Кульки занурюються у масло, густина якого . Визначити діелектричну проникність масла, якщо кут розходження ниток після занурення кульок у масло залишається незмінним. Густина матеріалу кульок .

Відповідь: .

 

154. У вершинах квадрата розміщені однакові позитивні заряди Q = 0,3 нКл кожний. Який негативний заряд Q1 потрібно помістити у центрі квадрата, щоб сила взаємного відштовхування позитивних зарядів була зрівноважена силою притягання негативного заряду?

Відповідь: нКл.

 

155.Тонке кільце радіусом R = 10 см має рівномірно розподілений по його довжині заряд Q = 0,1 мкКл. На перпендикулярі до площини кільця, проведеного з його середини знаходиться точковий заряд Q1 = 10 нКл. Визначити силу F, яка діє на точковий заряд Q з боку зарядженого кільця, якщо він віддалений від центра кільця на а) l1 = 20см; б) l2 = 2м.

Відповідь: а) мН; б) мкН.

156. Нескінченно довга тонкостінна металева трубка радіусом R = 2 см має рівномірно розподілений по поверхні заряд (σ = 1 нКл/м2). Визначити напруженість Е поля в точках, які віддалені від осі трубки на відстані r1 = 1 см; r2 = 3 см. Побудувати графік залежності E (r).

Відповідь: В/м.

 

157.Нескінченна площина має заряд, який рівномірно розподілений із поверхневою густиною = 1 мкКл/м2. На деякій відстані від площини паралельно до неї розміщене кільце радіусом r = 10 см. Визначити потік ФE вектора напруженості електричного поля площини через це кільце.

Відповідь: кВ/м.

 

158. Нескінченно довга тонка пряма нитка рівномірно заряджена з лінійною густиною = 0,01 мкКл/м. Визначити різницю потенціалів двох точок поля, віддалених від нитки на r1 = 2 см і r2 = 4 см.

Відповідь:

 

159. Сто однакових крапель ртуті, заряджених до потенціалу φ = 20 В кожна, зливаються в одну велику краплю. Який потенціал утвореної великої краплі?

Відповідь: 432 В.

 

Рисунок 12

 

160. Електричне поле створене двома однаковими позитивними зарядами Q. Яку роботу сил поля А1,2 необхідно виконати, щоб

перемістити заряд Q1 =10 нКл із точки 1, з потенціалом = 300 В, у точку 2 (рис.12)?

Відповідь: ; мкДж.

 

161.Електричне поле створене зарядженим кільцем радіусом R з лінійною густиною заряду = 1 мкКл/м. Визначити роботу А1,2 сил поля, яку слід виконати, щоб перемістити заряд Q = 10 нКл із точки 1 (у центрі кільця) в точку 2, яка розміщена на відстані R вздовж перпендикуляра до площини кільця (рис. 13).

Відповідь: мкДж.

 

162. Поле утворене нескінченною рівномірно зарядженою площиною з поверхневою густиною зарядів σ = 40 нКл/м2. Визначити різницю потенціалів двох точок поля, які віддалені від площини на 15 см і 20 см.

Відповідь:

 

Рисунок 13

163. Тонкий стрижень довжиною l = 12 см заряджений з лінійною густиною τ = 200 нКл/м. Знайти напруженість Е електричного поля в точці, яка перебуває на відстані r = 5 см від стрижня проти його середини.

Відповідь: 55,7 кВ/м.

 

164. Тонке кільце радіусом R = 8 см несе заряд, рівномірно розподілений з лінійною густиною τ = 10 нКл/м. Яка напруженість Е електричного поля в точці, рівновіддаленій від всіх точок кільця на відстань r = 10см?

Відповідь: 2,71 кВ/м.

 

165. Дуже довгий тонкий прямий дріт має заряд, який рівномірно розподілений по його довжині. Обчислити лінійну густину τ заряду, якщо напруженість Е поля на відстані а = 0,5 м від дроту проти його середини дорівнює 200 В/м.

Відповідь: 5,55 нКл/м.

 

166. Електричне поле створене двома безмежними паралельними пластинами, які несуть однаковий рівномірно розподілений по площі заряд (σ = 1 нКл/м2). Визначити напруженість Е поля: 1) між пластинами; 2) поза пластинами. Побудувати графік зміни напруженості поля впродовж лінії, перпендикулярної до пластин.

Відповідь: 0; 113 В/м.

167. Безмежна пряма нитка має рівномірно розподілений заряд з лінійною густиною τ1= 1 мкКл/м. На одній осі з ниткою розташоване тонке кільце, заряджене рівномірно з лінійною густиною τ2 = 10 нКл/м. Визначити силу F, якарозтягує кільце. Взаємодією між окремими елементами кільця знехтувати.

Відповідь: 1,13 мН.

 

168. На відрізку тонкого прямого провідника рівномірно розподілений заряд з лінійною густиною τ = 10 нКл/м. Обчислити потенціал φ електричного поля, створеного цим зарядом у точці, розташованій на осі провідника й віддаленій від найближчого кінця відрізка на відстань, яка дорівнює довжині цього відрізка.

Відповідь: 62,4 В.

 

169. Безмежно довга тонка пряма нитка має рівномірно розподілений по її довжині заряд з лінійною густиною τ = 0,01 мкКл/м. Визначити різницю потенціалів двох точок поля, віддалених від нитки на r1= 2 см і r2= 4 см.

Відповідь: 125 В.

 

170. Визначити електроємність СЗемлі, приймаючи її за кулю радіусом R = 6400 км.

Відповідь: 712 мкФ.

 

171. Електроємність С плоского конденсатора дорівнює 1,5 мкФ. Відстань d між пластинами дорівнює 5 мм. Яка буде електроємність С1 цього конденсатора, якщо на нижню пластину покласти аркуш ебоніту товщиною d1 = 3 мм?

Відповідь: 2,5 мкФ.

 

172. Сила F притягання між пластинами плоского повітряного конденсатора дорівнює 50 мН. Площа S кожної пластини дорівнює 200 см2. Знайти густину енергії ωполя конденсатора.

Відповідь: 2,5 Дж/м3.

 

173. Відстань між пластинами плоского конденсатора d = 2 мм, різниця потенціалів на пластинах дорівнює 600 В. Заряд кожної пластини q = 40 нКл. Визначити енергію поля конденсатора і силу взаємного притягання пластин.

Відповідь: W= 1,2 мкДж; F = 12 мН.

 

174. Порошинка масою 20 мкг, маючи заряд q = -40 нКл, влетіла в однорідне електричне поле в напрямку силових ліній. Після проходження різниці потенціалів у 200 В швидкість порошинки зменшилася до 10 м/с. Визначити початкову швидкість порошинки.

Відповідь: = 30 м/с.

 

175. Електрон з кінетичною енергією 10 еВ, влітає в однорідне електричне поле в напрямку силових ліній. Яку швидкість буде мати цей електрон після проходження у полі різниці потенціалів 8 В?

Відповідь: υ = 8,35.105 м/с.

 

176. Електрон, пройшовши в плоскому конденсаторі зі стану спокою шлях від однієї пластини до іншої, набув швидкості 105 м/с. Відстань між пластинами d = 8 мм. Знайти: а) різницю потенціалів між пластинами; б) поверхневу густину заряду на пластинах.

Відповідь: U = 0,028 В; σ = 3,14.10-11 Кл/м2.

 

177. Дві однакові краплі ртуті, які заряджені до потенціалу 20 В, зливаються в одну. Який потенціал буде мати утворена крапля?

Відповідь: φ = 31,7 В.

 

178. Порошинка масою 5 нг, яка має заряд в 10 електронів, пройшла у вакуумі прискорювану різницю потенціалів 1 кВ. Яку кінетичну енергію буде мати порошинка? Чому дорівнює швидкість порошинки?

Відповідь: W = 1кеВ.

 

179. Заряджена частинка, пройшовши прискорюючу різницю потенціалів у 600 кВ, набула швидкості 5,4·106 м/с. Визначити питомий заряд частинки (відношення заряду до маси).

Відповідь: q/m =2,43 Кл/кг.

 

180. Протон, початкова швидкість якого дорівнює 100 км/с, влетів у однорідне електричне поле (Е = 300 В/см) так, що вектор швидкості збігся з напрямком ліній напруженості. Який шлях має пройти протон у напрямку ліній поля, щоб його швидкість подвоїлася?

Відповідь: s = 5,2 мм.

 

181. По тонкому кільцю радіусом R = 8 см рівномірно розподілений заряд з лінійною густиною τ = 6 нКл/м. Знайти потенціал: а) у центрі кільця; б) у точці, яка лежить на осі кільця на відстані 6 см від площини кільця.

Відповідь: а) φо = 338 В; б) φ = 271,8 В.

 

182. Відстань l між зарядами Q = ± 3,2 нКл диполя дорівнює 12 см. Знайти напруженість Е і потенціал поля, створеного диполем у точці, яка віддалена на r = 8 см як від першого, так і від другого заряду.

Відповідь: 6,75 кВ/м.

 

183. Два точкових диполі з електричними моментами р1 = 1 і р2 = 4 розміщені на відстані r = 2 см один від одного. Знайти силу їх взаємодії, якщо осі диполів лежать на одній прямій.

Відповідь: мкН.

184. Диполь з електричним моментом р = 100 пКл вільно установлюється в однорідному електричному полі з напруженістю Е = 150 кВ/м. Визначити роботу А, яка необхідна для того, щоб повернути диполь на кут а= 180°.

Відповідь: мкДж.

185.Тонка кругла пластина має рівномірно розподілений по поверхні заряд Q = 1 нКл. Радіус R пластини дорівнює 5 см. Визначити потенціал електричного поля у двох точках: а) у центрі пластини; б) у точці, яка лежить від осі, перпендикулярній площині пластини, і розміщена від центра пластини на а = 5 см.

Відповідь: а) В, б) В.

 

186.Визначити роботу АІ2, яку необхідно виконати для переміщення заряду Q = 50 нКл із точки 1 у точку 2 (рис. 14) в полі, створеному двома зарядами, модуль |Q| яких дорівнює 1 мкКл, а відстань а = 0,1 м.

Відповідь: А = 660 мкДж.

 

 

Рисунок 14

187.Нескінченна пряма нитка несе рівномірно розподілений заряд ( = 0,1 мкКл/м). Визначити роботу A1,2 сил поля з переміщення заряду Q = 50 нКл із точки 1 у точку 2 (рис. 15).

Відповідь: мкДж.

 

188.Два точкових диполі з електричними моментами p1=20 пКл.м і р2 = 50 пКл.м розміщені на відстані а = 10 см один від одноготак, що їх осі лежать на однійпрямій. Рисунок 15

Знайти взаємну потенціальну енергію диполів, яка відповідає їх стійкій рівновазі.

Відповідь: нДж.

189.Диполь з електричним моментом р = 0,12 нКл.м утворений двома точковими зарядами Q = ±1 нКл. Знайти напруженість Е і потенціал φ електричного поля в точках А і В (рис.16), які розміщені на відстані r = 8 см від центра диполя.

Відповідь: кВ/м; ; В. Рисунок 16

 

190.Диполь з електричним моментом р = 100 пКл.м вільно установився в однорідному електричному полі напруженістю Е = 10 кВ/м. Знайти зміну потенціальної

енергії диполя при повертанні його на кут = 60°.

Відповідь: мкДж.

 

191.Дві металеві кулі радіусами R: = 2 см і R2 = 6 см з'єднані провідником, ємністю якого можна знехтувати. Кулям надано заряд Q=1 нКл. Знайти поверхневу густину зарядів на кулях.

Відповідь: нКл/м2;

192. На пластинах плоского конденсатора рівномірно розподілений заряд з поверхневою густиною 0,2 мкКл/м2. Відстань d між пластинами дорівнює 1 мм. На скільки зміниться різниця потенціалів на його обкладках при збільшенні відстані d між пластинами до 3 мм?

Відповідь: 22,6 В.

 

193.Електроємність С плоского конденсатора дорівнює 1,5 мкФ.Відстань d між пластинами дорівнює 5 мм. Якабуде електроємність С конденсатора, якщо на нижню пластину покласти лист ебоніту товщиною d1 = 3 мм?

Відповідь: 2,5 мкФ.

 

194. Конденсатор електроємністю С1 = 0,2 мкФ був заряджений до різниці потенціалів U1 = 320 В. Після його паралельного з'єднання з іншим конденсатором, зарядженим до різниці потенціалів U2 = 450 В, напруга U на ньому змінилася до 400 В. Визначити ємність С2 другого конденсатора.

Відповідь:

 

195. Три однакових плоских конденсатори з'єднані послідовно. Електроємність С такої батареї конденсаторів дорівнює 89 пФ. Площа S кожної пластини дорівнює 100 см2. Діелектрик – скло. Яка товщина d скла?

Відповідь: 2,32 мм.

196.Конденсатори електроємностями С1 = 10 нФ, С2 = 40 нФ, С3 = 2 нФ, С4 = 30 нФ з'єднані так, як це показано на рис.17. Визначити електроємність С з'єднання.

Відповідь: пФ.

Рисунок 17

197. Куля радіусом R1 = 6 см заряджена до потенціалу = 300 В, а куля радіусом R2 = 4 см – до потенціалу = 500 В. Визначити потенціал куль після того, як їх з'єднали металевим провідником. Ємністю з’єднувального провідника знехтувати.

Відповідь: В.

 

198.Між пластинами плоского конденсатора розміщена скляна пластинка, яка щільно прилягає до стінки конденсатора. Конденсатор заряджений до різниці потенціалів U1 = 100 В. Яка буде різниця потенціалів U2 якщо вийняти скляну пластинку із конденсатора?

Відповідь: 700 В.

 

199. Конденсатор електроємністю С1 = 0,6 мкФ був заряджений до різниці потенціалів U1 = 300 В і з'єднаний з іншим конденсатором електроємністю C2 = 0,4 мкФ, зарядженим до різниці потенціалів U2 = 150 В. Знайти заряд Q, який перетікає з пластин першого конденсатора на другий.

Відповідь: мкКл.

200. Конденсатори ємностями С1 = 2 мкФ, С2 = 2 мкФ, C3 = 3 мкФ, C4 = 1 мкФ з'єднані так, як це показано на рис.18. Різниця потенціалів на обкладках четвертого конденсатора U4 = 100 В. Рисунок 18

 

Знайти заряди і різниці потенціалів на обкладках кожного конденсатора, а також загальний заряд і різницю потенціалів батареї конденсаторів.

Відповідь: 200 мкКл; 120 мкКл; 120 мкКл; 100 мкКл; 110 В; 60В; 40 В; 220мкКл; 210 В.

201.Визначити електроємність схеми, наведеної на рис.19, де С1 = 1 пФ, С2 = 2 пФ, С3 = 2 пФ, С4 = 4 пФ, С5 = 3 пФ.

Відповідь: 2 пФ.

 

202. Чому дорівнює потенціальна енергія П системи чотирьох однакових точкових зарядів Q= = 10 нКл, розміщених у вершинах квадрата зі стороною а = 10 см?

Відповідь: мкДж. Рисунок 19

203. Яка кількість теплоти Q виділиться при розрядці плоского конденсатора, якщо різниця потенціалів U між пластинами дорівнює15 кВ, відстань d = 1 мм, діелектрик - слюда і площа S кожної пластини складає 300 см2?

Відповідь: 0,209 Дж.

 

204. Плоский повітряний конденсатор складається із двох круглих пластин радіусом r = 10 см кожна. Відстань d1 між пластинами дорівнює 1 см. Конденсатор зарядили до різниці потенціалів U = 1,2 кВ і від’єднали від джерела струму. Яку роботу А потрібно здійснити, щоб, віддаляючи пластини одна від одної, збільшити відстань між ними до d2 = 3,5 см?

Відповідь: 50 мкДж.

 

205. Простір між пластинами плоского конденсатора заповнено діелектриком (фарфор), об'єм V якого дорівнює 100 см3. Поверхнева густина заряду на пластинах конденсатора дорівнює 8,85 нКл/м. Визначити роботу А, яку потрібно виконати, щоб видалити діелектрик із конденсатора. Тертям діелектрика об пластини знехтувати.

Відповідь: нДж (ε – діелектрична проникність фарфору).

 

206. Ізольована металева сфера електроємністю С = 10 пФ заряджена до потенціалу = 3 кВ. Визначити енергію W поля, яке розміщене в сферичному шарі, обмеженому сферою і концентричною з нею сферичною поверхнею, радіус якої у три рази більший, ніж радіус сфери.

Відповідь: 30 мкДж.

 

207. Парафінова куля радіусом R = 10см заряджена рівномірно за об'ємом з об'ємною густиною ρ = 10 нКл/м3. Визначити енергію W1 електричного поля, зосередженого у самій кулі, енергію W2 поза кулею.

Відповідь: нДж; нДж.

208. Визначити потенціальну енергію П системи чотирьох точкових зарядів, розміщених у вершинах квадрата зі стороною а = 10 см. Заряди однакові за абсолютним значенням Q = 10 нКл,але два з них негативні. Розглянути два можливих випадки розміщення зарядів.

Відповідь: мкДж, якщо однойменні заряди розміщені в протилежних вершинах квадрата; і мкДж, якщо різнойменні заряди розміщені в протилежних вершинах квадрата.

 

209.Відстань d між пластинами плоского конденсатора дорівнює 2 см, різниця потенціалів U = 6 кВ. Заряд Q кожної пластини дорівнює 10 нКл. Визначити енергію W поля конденсатора і силу F взаємного притягання пластин.

Відповідь: 30 мкДж; 15 мН.

 

210.Плоский повітряний конденсатор електроємністю С = 1,11 нФ заряджений до різниці потенціалів U = 300 В. Після вимикання від джерела струму відстань між пластинами конденсатора була збільшена у п'ять разів. Визначити: а) різницю потенціалів U на обкладинках конденсатора після їх розсування; б) роботу А зовнішніх сил з розсування пластин.

Відповідь: 1500 В; 0,2 мДж.

 

211.Електроємність С плоского конденсатора дорівнює 111 пФ. Діелектрик – фарфор. Конденсатор зарядили до різниці потенціалів U = 600 В і від’єднали від джерела напруги. Яку роботу А потрібно здійснити, щоб вийняти діелектрик із конденсатора? Тертям знехтувати.

Відповідь: 80 мкДж.

 

212. Електричне поле створено зарядженою (Q = 0,1 мкКл) сферою радіусом R = 10 см. Яка енергія W поля, що міститься в об'ємі, обмеженому сферою і концентричною з нею сферичною поверхнею, радіус якої в два рази більший, ніж радіус сфери.

Відповідь: Дж.

 

213.Знайти опір R графітового провідника, виготовленого у вигляді прямого колового зрізаного конуса висотою h = 20 см і радіусами основ r1 = 12 мм і r2 = 8 мм. Температура t провідника дорівнює 20°С.

Відповідь: 2,58 мОм.

 

214. До джерела струму з ЕРС = 1,5 В приєднали котушку з опором R = О,1 Ом. Амперметр показав силу струму, яка дорівнює I1 = 0,5 А. Коли до джерела струму приєднали послідовно ще одне джерело струму з тією ж ЕРС, сила струму I, у тій самій котушці стала дорівнювати 0,4 А. Визначити внутрішні опори r1 і r2 першого й другого джерел струму.

Відповідь: 2,9 Ом; 4,5 Ом.

 

215. Дві батареї акумуляторів ( = 10 В; r1 = 1 Ом; = 8 В; r2 = 2 Ом) і реостат (R = 6 Ом) Рисунок 20

з'єднані, як показано на рис.20. Знайти силу струму в батареях та реостаті.

Відповідь: 6,4 А; 5,8 А; 0,6 А.

 

216.До батареї акумуляторів, ЕРС ξ якої дорівнює 2 В і внутрішній опір r = 0,5 Ом, приєднали провідник. Визначити: а) опір R провідника, при якому потужність, що виділяється на ньому, максимальна; б) потужність Р, яка при цьому виділяється у провіднику.

Відповідь: 0,5 Ом; 2 Вт.

 

217.Вздовж провідника опором R = 3 Ом тече струм, сила якого зростає. Кількість теплоти Q, що виділилась у провіднику за час t = 8 с, дорівнює 200 Дж. Визначити заряд q, що протікає за цей час вздовж провідника. В момент часу, взятий за початковий, сила струму у провіднику дорівнює нулю.

Відповідь: Кл.

218. У мідному провіднику об'ємом V= 6 см3 при протіканні по ньому постійного струму за час t = 1 хв виділилась кількість теплоти Q = 216 Дж. Визначити напруженість Е електричного поля у провіднику.

Відповідь: 0.1 В/м.

 

219. Визначити густину струму j у залізному провіднику довжиною

l = 10 м, якщо провід перебуває під напругою U = 6 В.

Відповідь: 6,1 МА/м2.

 

220.Дві групи із трьох послідовно з'єднаних елементів з'єднані паралельно. ЕРС кожного елемента дорівнює 1,2 В, внутрішній опір r = 0,2 Ом. Отримана батарея замкнена на зовнішній опір R = 1,5 Ом.Знайти силу струму І у зовнішньому колі.

Відповідь: 2 А.

 

221. Два елементи ( = 1,2 В; r1 = 0,1 Ом; =0,9 В; r2=0,3 Ом) з'єднані однойменними полюсами. Опір з'єднувальних провідників дорівнює 0,2 Ом. Визначити силу струму I у колі.

222.ЕРС батареї дорівнює 20 В. Опір R зовнішнього кола дорівнює 2 Ом, сила струму I = 4 А. Знайти ККД батареї. При якому значенні зовнішнього опору R ККД буде дорівнювати 99%?

Відповідь: 0,4; 297 Ом.

 

223. Обмотка електричного кип'ятильника має дві секції, Якщо ввімкнена тільки перша секція, то вода закипає через t1 =15 хв, якщо тільки друга, то через t2 = 30 хв. Через скільки хвилин закипає вода, якщо обидві секції ввімкнути послідовно, паралельно?

Відповідь: 45 хв, 10 хв.

 

224. Сила струму у провіднику рівномірно зростає від І0 = 0 до деякого максимального значення протягом часу t = 10 с. За цей час у провіднику виділилась кількість теплоти Q = 1 кДж. Визначити швидкість наростання струму у провіднику, якщо опір R його дорівнює 3 Ом.

Відповідь: А/с.

 

225. Струм короткого замикання джерела струму з ЕРС 12 В дорівнює 40 А. Який зовнішній опір слід ввімкнути до цього джерела струму, щоб в ньому протікав струм 1 А.

Відповідь: R = 11,7 B.

 

226. Акумулятор із внутрішнім опором 1 Ом під'єднали для зарядки до мережі з напругою 12,5 В. Знайти величину ЕРС акумулятора, якщо при зарядці через нього проходить струм 0,5 А.

Відповідь: = 12 B.

 

227. Якщо до батареї гальванічних елементів ввімкнути зовнішній опір величиною 10 Ом, то струм у колі буде дорівнювати 3 А, а якщо замість першого опору ввімкнути опір 20 Ом, то струм стане рівним 1,6 А. Чому дорівнює ЕРС і внутрішній опір батареї?

Відповідь: = 34,29 B; r = 1,43 Ом.

 

228. Котушка й амперметр з'єднані послідовно і ввімкнені до джерела струму. До клем котушки приєднали вольтметр з опором 4 кОм. В цьому випадку амперметр показав силу струму 0,3 А, а вольтметр – напругу 120 В. Чому дорівнює опір котушки? Яка помилка буде допущена, якщо при визначенні опору котушки не буде врахований опір вольтметра?

Відповідь: R = 444 Oм; 10%.

 

229. Якщо до гальванічного елемента приєднати зовнішній опір в 4 Ом, то струм у колі дорівнює 0,2 А, а якщо приєднати зовнішній опір 7 Ом, то струм у колі – 0,14 А. Чому в цьому випадку буде дорівнювати струм короткого замикання?

Відповідь: Iкз. = 0,466 А.

 

230. ЕРС акумулятора дорівнює 15 В. Яку найбільшу потужність можна одержати на ввімкнутому до акумулятора резисторі із змінним опором, якщо сила струму при цьому дорівнює 5 А? Яка повна потужність цього акумулятора?

Відповідь: Nmax = 37,5 Вт; Nпов. = 75 Вт.

 

231. До затискачів батареї акумуляторів приєднали нагрівач. Е.р.с. батареї дорівнює 24 В, внутрішній опір дорівнює 1 Ом. Нагрівач, ввімкнений у коло, споживає потужність 80 Вт. Визначити силу струму в колі і к.к.д. нагрівача.

Відповідь: I = 20 A; = 16,6 %.

 

232. По провіднику опором 3 Ом тече струм, величина якого рівномірно зростає, починаючи від нуля. Кількість теплоти, що виділилася в провіднику за час 8 с, дорівнює 200 Дж. Визначити величину електричного заряду, який пройшов за цей час по провіднику.

Відповідь: q = 46,2 Кл.

 

233. При силі струму 10 А у зовнішньому колі генератора струму виділяється потужність 200 Вт, а при силі струму 15 А – виділяється потужність 240 Вт. Чому дорівнюють внутрішній опір, е.р.с. і сила струму короткого замикання генератора?

Відповідь: r = 0,82 Ом; = 28,2 В; Ікз = 34,5 А.

 

234. Джерело струму з ЕРС 240 В и внутрішнім опором 1 Ом замикають на зовнішній опір 25 Ом. Визначити корисну потужність і к.к.д. джерела.

Відповідь: Nк = 2,13 кВт; = 96%.