Электричество (стр. 3 )

Тогда работа будет равна:

Подстановка зарядов ведется с учетом их знаков:

Вопросы по теории.

1.  Сформулировать условие потенциальности для электрического поля.

2.  Дать 2 определения потенциала.

3.  Записать выражение для энергии взаимодействия зарядов.

4.  Как связаны и в случаях однородного и неоднородного поля?

5.  Записать формулу для расчета работы перемещения зарядов.

Практическое занятие № 4

Тема: Электроемкость. Конденсаторы.

Цель занятия: Выработать навыки решения задач по теме емкости конденсаторов.

Время, отведенное на проведение занятия: 2 часа.

Порядок проведения занятия:

1.  Повторить теоретический материал;

2.  Показать решение типовых задач;

3.  Самостоятельное решение задач;

4.  Опрос по теории.

Основные теоретические положения:

1.  Определение емкости:

2.  Формулы для расчета емкости плоского, цилиндрического и сферического конденсаторов:

а)

b)

c)

3.  Энергия конденсатора:

4.  Формулы для расчета емкости при последовательном и параллельном соединении:

а)

b)

Решение типовых задач.

Пример № 1. Площадь пластины плоского конденсатора 100 см2, расстояние между ними 5 мм. К пластинам приложили разность потенциалов 300 В. После отключения конденсатора от источника напряжения пространство между пластинами заполняется эбонитом .

1.  Какова будет разность потенциалов между пластинами после заполнения?

2.  Какова емкость конденсатора до и после заполнения?

3.  Какова поверхностная плотность заряда до и после заполнения?

Дано:

Решение:

1)

2) ;

3)

Пример № 2. Радиус центральной жилы коаксиального кабеля 1,5 см, радиус оболочки 3,5 см. Между жилой и оболочкой приложена разность потенциалов 2300 В. Вычислить напряженность электрического поля на расстоянии 2 см от кабеля.

1)

;

2)

Пример № 3. Найти емкость сферического конденсатора, у которого , а , .

Пример № 4. Два конденсатора ёмкостями C1 = 2 мкФ, C2 = 5 мкФ заряжены до напряжений U1 = 100 В и U2 = 150 В соответственно. Определить напряжение на обкладках конденсаторов после их соединения обкладками, имеющими разноимённые заряды.

Дано:

Решение:

До соединения заряды конденсаторов:

;

Если конденсаторы соединить параллельно разноименно заряженными обкладками, то общий заряд будет равен:

Т. к. при параллельном соединении

, то:

Пример № 5. Конденсаторы емкостями , , соединены последовательно и находятся под напряжением . Определить напряжение и заряд на каждом из конденсаторов.

Дано:

Решение:

Емкость батареи конденсаторов при их последовательном соединении:

Тогда:

Заряды конденсаторов при последовательном соединении равны:

Напряжение на каждом из конденсаторов:

; ; .

Пример № 6. В однородное электрическое поле напряженностью E0 = 700 B/м перпендикулярно полю помещается бесконечная плоскопараллельная стеклянная пластина ( = 7).

Определить: 1) напряженность электростатического поля внутри пластины; 2) электрическое смещение внутри пластины; 3) поляризованность стекла; 4) поверхностную плотность связанных зарядов на стекле.

Дано:

Решение:

Напряженность поля в диэлектрике:

Электрическое смещение в диэлектрике:

Смещение в диэлектрике такое же как в вакууме.

Поляризованность диэлектрика:

Полный дипольный момент пластины:

С другой стороны:

Поэтому

Пример № 7. Плоский воздушный конденсатор ёмкостью C = 10 пФ заряжен до разности потенциалов U1 = 500 В. После отключения конденсатора от источника напряжения расстояние между пластинами конденсатора было увеличено в 3 раза. Определить: 1) разность потенциалов на обкладках конденсатора после их раздвижения; 2) работу внешних сил по раздвижению пластин.

Дано:

Решение:

Т. к. конденсатор был отключен от источника, то:

,

где

Тогда

Совершенная работа:

Пример № 8. Уединённая металлическая сфера электроёмкостью C = 4 пФ заряжена до потенциала φ = 1 кВ. Определить энергию поля, заключённую в сферическом слое между сферой и концентрической с ней сферической поверхностью, радиус которой в 4 раза больше радиуса уединённой сферы.

Дано:

Решение:

Рассчитать объемную плотность энергии в зависимости от .

, где ,

- заряд шара; .

Тогда

Энергия в слое от до :

;

Т. к. емкость шара , то

Т. к. , то

Задачи для самостоятельного решения.

1) ; 2) ; 3) 4)

5) 6)

7) 8)

Для приведенных систем найти емкости.

Вопросы по теории.

1.  Определение емкости

2.  Расчет емкости различных видов конденсаторов

3.  Энергия конденсатора

4.  Энергия электромагнитного поля

5.  Соединение конденсаторов

Задание на следующее занятие: постоянный ток.

Практическое занятие № 5

Тема: Постоянный ток.

Цель занятия: Выработать навыки решения стандартных задач.

Время, отведенное на проведение занятия: 2 часа.

Порядок проведения занятия:

1.  Повторить теорию;

2.  Решить типовые задачи;

3.  Самостоятельное решение задач;

4.  Консультация по материалу контрольной работы.

Основные теоретические положения:

Характеристики цепи постоянного тока:

1) ,

2) ,

3) ,

4)

Законы цепи постоянного тока:

1) , , , ; ;

2)

3) Правило Кирхгофа:

Решение типовых задач.

Пример № 1. При R1 = 5 Ом сила тока I1 = 2 A, при R2 = 3 Ом сила тока в цепи I2 = 3 A. Найти ток короткого замыкания.

Дано:

Решение:

Пример № 2. При каком внешнем сопротивлении тепловая мощность максимальна?

Дано:

Решение:

;

Пример №3. Найти силу тока, считая внутреннее сопротивление источников ЭДС равным нулю.

Дано:

Решение:

Пример № 4. От батареи, ЭДС которой 600 В, требуется передать энергию на расстояние . Потребляемая мощность Р = 5 кВт. Найти максимальные потери мощности в сети, если диаметр медных разводящих проводов d = 0,5 см.

Дано:

Решение:

Мощность, потребляемая (если считать, что это мощность, потребляемая сетью с учетом подводящих проводов):

,

где - ток, протекающий в цепи.

Тогда .

Потери мощности в сети – это мощность, выделяющаяся на

проводах, длина которых , а сопротивление:

.

Тогда потери мощности:

,

где - площадь сечения проводов и :

Пример № 5. Сила тока в проводнике сопротивлением R = 10 Ом за время t = 50 с равномерно нарастает от J1 = 5 A до J2 = 10 A. Определить количество теплоты, выделившееся за это время в проводнике.

Дано:

Решение:

Т. к. сила тока в проводнике изменяется со временем, то количество теплоты, выделившееся за малый период времени:

.

Т. к. сила тока нарастает равномерно, то

.

- скорость нарастания силы тока.

Тогда:

За время t = 50 c выделится в проводнике количество теплоты:

Задачи для самостоятельного решения.

,,,,,

Консультация перед контрольной работой – информация о числе задач, типах задач и требованиях к решению.

Вопросы по теории.

1.  Определение силы тока и ЭДС.

2.  Законы Ома и Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной формах.

3.  Правила Кирхгофа.

4.  Соединение проводников.

5.  Температурная зависимость сопротивления.

Литература

1.  Трофимова физики. – М.: «Высшая школа», 2002. – 541 с.

2.  Трофимова задач по курсу физики. – М.: «Высшая школа», 1996. – 302 с.

3.  , А., Фёдоров по физике. – М.: «Высшая школа», 1973. – 509 с.

4.  Волькенштейн задач по общему курсу физики. – М.: «Наука», 1969. – 464 с.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение..............................................................................................	3
Практическое занятие № 1...................................................................	4
Практическое занятие № 2...................................................................	14
Практическое занятие № 3...................................................................	23
Практическое занятие № 4...................................................................	30
Практическое занятие № 5..................................................................	36
Литература.........................................................................................	40

Составители:

Юрий Александрович Гнедов

Светлана Александровна Ковалёва

Электричество. Часть II

методические указания к практическим занятиям

по дисциплине «Физика»

Под редакцией авторов

Темплан 2008 г., поз. № 31К.

Подписано в печать г. Формат 60×84 1/16.

Бумага листовая. Печать офсетная.

Усл. печ. л. 2,63. Усл. авт. л. 2,44.

Тираж 100 экз. Заказ №

Волгоградский государственный технический университет

400131 Волгоград, просп. им. , 28.

РПК «Политехник»

Волгоградского государственного технического университета

400131 Волгоград, ул. Советская, 35.