|
|
Работа и мощность постоянного тока1. Комнату размером 5х6х3м обогревает электрический камин мощностью2кВт. За сколько времени температура в комнате повысится от 100 до 18°С? Удельная теплоёмкость воздуха 1,0∙103Дж/(кг∙°С), его плотность 1,3кг/м3. 2. В электрической печи, сопротивление спирали которой 10Ом, нагревают 10кг стальных деталей. До какой температуры нагреются за 20 мин детали, взятые при 0°С, если печь подключить в сеть напряжением 220В, а её КПД - 30%? 3. Имеется 120-вольтная лампочка мощностью 40Вт. Какое добавочное сопротивление надо включить последовательно с лампочкой, чтобы она давала нормальный накал при напряжении в сети 220В? Сколько метров нихромовой проволоки диаметром 0,3мм надо взять, чтобы получить такое сопротивление? 4. Имеются три электрические лампочки, рассчитанные на напряжение 110В каждая, мощности которых соответственно равны 40, 40 и 80 Вт. Как надо включить эти три лампочки, чтобы они давали нормальный накал при напряжении в сети 220В? Найти силу тока, текущего через лампочки при нормальном накале. Начертить схему. 5. В лаборатории, удалённой от генератора на 100м, включили электрический нагревательный прибор, потребляющий 10А. На сколько понизилось напряжение на зажимах электрической лампочки, горящей в этой лаборатории? Сечение медных проводящих проводов равно 5мм. 6. От генератора, э.д.с. которого равна 110В, требуется передать энергию на расстояние 2,5км. Потребляемая мощность равна 1кВт. Найти минимальное сечение медных проводящих проводов, если потери мощности в сети не должны превышать 1%. 7. Найти внутреннее сопротивление генератора, если известно, что мощность, выделяемая во внешней цепи, одинакова при двух значениях внешнего сопротивления R1=5Ом и R2=0,2Ом. Найти к.п.д. генератора в каждом из этих случаев. 8. Сколько воды можно вскипятить, затратив 3 гВт-ч электрической энергии? Начальная температура воды 1000С. Потерями тепла пренебречь. 9. Для нагревания 4,5л воды от 230С до кипения нагреватель потребляет 0,5кВт-ч электрической энергии. Чему равен к.п.д. нагревателя? 10. Для отопления комнаты используется электрическая печь, включенная в сеть, напряжением в 120В. Комната теряет в сутки 800ккал тепла. Требуется поддерживать температуру комнаты неизменной. Найти: 1) сопротивление печи; 2) сколько метров нихромовой проволоки надо взять для обмотки такой печи, если диаметр проволоки 1мм; 3) мощность печи. 11. Температура водяного термостата ёмкостью 1л поддерживается постоянной при помощи нагревателя мощностью 26Вт; на нагревание воды тратится 80% этой мощности. На сколько градусов понизится температура воды в термостате за 10мин, если нагреватель выключить? 12. Сколько надо заплатить за пользование электрической энергией в месяц (30 дней), если ежедневно по 6ч горят две электрические лампочки, потребляющие при 120В ток 0,5А? Кроме того, ежедневно кипятится 3л воды (начальная температура воды 100С). Стоимость 1кВт-ч энергии принять равной 1руб., к. п. д. нагревателя принять равным 80%.
Рекомендуемая литература учебные пособия
[1] § 1.2. § 1 – 23. [2] Электростатика. Стр. 4 – 19. Постоянный электрический ток. Электрический ток в жидкостях и газах. Стр. 22 – 46. [3] Электростатика § 77 – 86. § 89. § 92. § 95. Постоянный электромагнитный ток. § 96 – 101. Электрические токи в металлах, вакууме и газах. § 102 – 108. [4] Электростатика. стр. 94 – 116. Глава 11. Постоянный ток. стр. 116-124. Глава 12. Электрические токи в металлах, вакууме и газах. Стр. 124 – 130. Глава 13. [5] § 1.1; 1.2; 1.3; 1.5. § 1.7 – 1.9. § 2.5. § 3.2 – 3.5. § 1.1 – 1.3. § 1.11. [6] Электричество § 28 – 29 стр. 310 – 331. [7] §1 – 7; § 8; 9 – 12. § 13 – 26; § 27 – 30; § 70; § 79 – 91. [8] § 1 – 6; § 5.6. § 18 – 20. § 28 – 30. § 36. § 92 – 96. § 109 – 121.
сборники задач [9] § 9.32; 9.35; 9.42; 9.44; 9.45; 9.47; 9.60; 9.63; 9.76; 9.87; 9.86. [10] Стр. 199; 3.3; 3.5; 3.7; 3.17; 3.23; 3.31; 3.39; 3.49; 3.54; 3.63; 3.75; 3.79; 3.82; 3.84; 3.95; 3.97; 3.102; 3.103. [11] Электростатика. Стр. 372; 374; 377; 381; 395; 401; 415; 417; 419; 420; 423. Постоянный ток. Стр. 432; 433; 436; 442; 448; 466; 472; 474. Ток в электролитах и газах. Стр. 4877; 488; 497. [12] Электростатика. § 13.11; 13.18; 14.6; 14.18; 14.25; 14.45; 15.4; 15.9; 15.14; 15.27; 15.41; 15.49. Постоянный электрический ток. § 17.1; 17.11; 17.19; 17.20; 18.11; 19.12; 19.19; 19.24; 19.28; 19.36; 20.6; 20.15; 20.16; 20.24. Раздел II. Электромагнетизм Вопросы для самоконтроля 1. Что представляет собой магнитное поле? Действие магнитного поля на контур с током? 2. Какие свойства магнитного поля Вам известны? 3. Что такое вектор магнитной индукции? Как он направлен? 4. Имеет ли место принцип суперпозиции для магнитных полей? 5. Чему равен и как направлен магнитный момент рамки с током? 6. Что такое линии магнитной индукции? Как определяется их направление? Чем они отличаются от линий напряжённости магнитного поля? 7. Почему магнитное поле является вихревым? 8. Запишите закон Био-Савара-Лапласа и объясните его физический смысл. 9. Рассчитайте, применив закон Био-Савара-Лапласа, магнитное поле: 1) прямого тока; 2) в центре кругового проводника с током? 10. Как рассчитать силу, действующую на проводник с током в магнитном поле? 11. Как осуществляется взаимодействие параллельных токов? 12. Назовите единицы магнитной индукции и напряжённости магнитного поля. Дайте их определения. 13. Как ведёт себя электрический заряд, влетающий в магнитное поле? 14. Чему равна и как направлена сила, действующая на отрицательный электрический заряд, движущийся в магнитном поле? 15. От чего зависит величина силы Лоренца? Чем определяется направление силы Лоренца? 16. Когда заряженная частица движется в магнитном поле по спирали? От чего зависит шаг спирали? 17. Какие данные о проводниках и полупроводниках можно получить на основе экспериментального исследования эффекта Холла? 18. В чём заключается эффект Холла? Выведите формулу для холловской разности потенциалов. 19. Что называют потоком вектора магнитной индукции? 20. Что является причиной возникновения э.д.с. индукции в замкнутом проводящем контуре? От чего и как зависит э.д.с. индукции, возникающая в контуре? 21. В чём заключается явление электромагнитной индукции? 22. Как направлен индукционный ток? 23. Какова природа э.д.с. электромагнитной индукции? Возникает ли э.д.с. индукции на концах крыла авиалайнера при его полете? 24. Всегда ли при изменении потока магнитной индукции в проводящем контуре в нем возникает э.д.с. индукции? Индукционный ток? 25. Возникает ли индукционный ток в проводящей рамке, поступательно движущейся в однородном магнитном поле? 26. Покажите, что закон Фарадея есть следствие закона сохранения энергии. 27. Выведите выражение для э.д.с. индукции в плоской рамке, равномерно вращающейся в однородном магнитном поле. За счёт чего её можно увеличить? 28. Запишите и проанализируйте выражения для объёмной плотности энергии электростатического и магнитного полей. 29. Чему равна объёмная плотность энергии электромагнитного поля? 30. Напряжённость магнитного поля возросла в два раза. Как изменилась объёмная плотность энергии магнитного поля? 31. Что происходит с энергией магнитного поля тока в проводнике при выключении тока? 32. Нарисуйте и покажите, как ориентированы линии магнитной индукции поля прямого тока. 33. Покажите связь между напряжённостью и магнитной индукцией поля. 34. Что такое токи Фуко? 35. Генератор переменного тока. 36. Что называется индуктивностью контура? Единицы измерения индуктивности. 37. От чего зависит индуктивность? Индуктивность бесконечного соленоида. Качественные задачи.
2. Кабель состоит из двух проводников: центрального и наружного (на рис.27 изображено поперечное сечение). Существует ли магнитное поле вокруг кабеля, когда по центральному и наружному проводникам течёт ток одинаковой силы, но противоположного направления? А если токи имеют одинаковое направление? 3. Почему магнитное поле катушки с током намного сильнее, чем поле одного ее витка? Приблизительно во сколько раз поле катушки, число витков которой равно 500, сильнее поля, создаваемого одним ее витком? 4. Гальваноскопом пользуются в тех случаях, когда нужно обнаружить слабые токи. Самодельный гальваноскоп состоит из коробки с двумя последовательно соединёнными обмотками, имеющими большое число витков. В коробку помещают компас (рис.28). Отчего зависит чувствительность такого прибора? Какое положение относительно витков обмоток стремится занять стрелка компаса при прохождении по ним тока? Первоначальное положение стрелки изображено на рисунке. 5. В результате трения о ремень поверхность шкива зарядилась положительно (рис.29). Существует ли магнитное поле вокруг вращающегося шкива? Если существует, то, как направлены линии поля?
 6. Электромагнитная муфта состоит из ведущего 1 и ведомого 3 дисков, сделанных из мягкой стали (рис.30). В пазах ведущего диска расположена обмотка 2. Муфта служит для плавного соединения ведущего вала 5 с ведомым 4, а также для их разъединения в случае необходимости. Как действует муфта? Каким образом движение от одного вала передается другому? Как можно подводить ток к обмотке, которая вращается вместе с диском? Каким образом можно изменять силу сцепления между дисками?
 7. На рисунке 31 изображено электромагнитное реле, состоящее из катушки К, сердечника С, якоря Я. толкателя Т, пружины П и шести контактов. Изучите устройство прибора и взаимодействие его звеньев. 1) В каком состоянии изображено реле? Протекает ток по обмотке катушки или она обесточена? 2) Если ток в обмотке отсутствует, то какие явления должны произойти при замыкании цепи с обмоткой? 3) К каким клеммам реле должна подключаться управляющая цепь? К каким - управляемая?
8.В чём преимущество электромагнитного реле, используемого для управления цепью большой мощности, по сравнению с рубильником, с помощью которого включают и выключают эту цепь? 9. На рисунке 32 приведена схема устройства автоматического выключения внутришлифовального станка. После закрепления шлифуемой детали в патроне следящую лапку Л устанавливают так, чтобы она касалась обрабатываемой поверхности под действием пружины 2, затем начинают шлифование (К — контакты, 1 - рычаг следящей лапки). Изучите схему. Как происходит автоматическое выключение станка при достижении заданного диаметра Д детали?
10. Когда напряжение на клеммах генератора отсутствует или невелико, в электрической цепи автомобиля действует аккумулятор. После того, как в генераторе напряжение становится достаточным, реле обратного тока подключает его в цепь. Генератор начинает заряжать аккумулятор и обеспечивать энергией потребителя (рис.33). Изучив схему, покажите направление тока в цепи: 1) до того, как сработает реле, т.е. когда генератор не создаёт напряжения; 2) когда существует напряжение на клеммах генератора, но оно недостаточно, чтобы замкнуть контакты К. 3) Как происходит ввод генератора в цепь? 4) Что произойдёт, если упадёт напряжение, создаваемое генератором? 11. Устройство, схема которого приведена на рисунке 34, подаёт сигнал, когда температура достигает предельного значения. Оно имеет ртутный термометр Т, называемый контактным. В верхней части канала термометра имеется проводник, являющийся частью цепи.
 схемой, объясните действие устройства.
12. При помощи контактного термометра Т, включенного в цепь с нагревательной спиралью С, можно поддерживать постоянную температуру в аквариуме, инкубаторе и др. (рис.35). Изучите схему и объясните её действие.
14.В поддоне тракторного двигателя для слива масла имеется отверстие, в которое завинчивается намагниченная пробка. Каково её назначение? 15. На рисунке 37 изображено магнитное поле, образуемое четырьмя полюсами. Определите эти полюса. 16. На рисунке 38 изображена магнитная рессора. Как нужно располагать кольцеобразные магниты, чтобы рессора амортизировала, т.е. «смягчала» удар?
17. Магниты можно использовать как опоры для подвешивания маховика, совершающего большое количество оборотов. Такая опора состоит из двух кольцеобразных магнитов, разделённых друг от друга некоторым промежутком (рис.39). Изучите устройство опоры. Ответьте на вопросы: какова роль магнитной опоры? Какое преимущество по сравнению с другими она имеет? Как должны быть намагничены кольца, чтобы действовала опора?
18. Придумайте приспособление, позволяющее космонавту шагать в условиях невесомости, например, по полу или стенке орбитальной станции. 19. Магнитный сепаратор, используемый для обогащения руды, состоит из двух транспортёрных лент, внутри одной из которых находятся магниты. На другую - подаётся раздробленная руда. Сепаратор отделяет куски пустой породы в одну сторону, а куски руды - в другую (рис. 40). Изучите устройство и принцип действия сепаратора. Куда собирается пустая порода? Куда — руда? Как это происходит?
20. На рисунке 41 изображено поперечное сечение двух параллельных токов. С помощью правила левой руки определите направление силы, действующей на второй проводник, находящийся в поле первого проводника. Притягиваются или отталкиваются эти токи? 21.
22.
23. На рисунке 44 изображено устройство электродвигателя. Указаны направления токов, питающих якорь (он показан в сечении) и обмотку электромагнита. Почему ток в противолежащих сторонах витков обмотки якоря должен иметь противоположные направления? Каково направление вращения якоря?
Задачи 1. По длинным прямолинейным проводникам, находящимся на расстоянии 0,3м друг от друга, текут в одном направлении токи 5А и 3А. На каком расстоянии от первого провода на линии, соединяющей провода, индукция магнитного поля равна нулю? 2. По двум длинным параллельным проводам, расположенным на расстоянии 6см друг от друга, текут токи по 12А. Определить индукцию магнитного поля и напряжённость в точке, удалённой от каждого провода на расстоянии 6см, если токи текут в одинаковом направлении. 3. По двум длинным параллельным проводам, расположенным на расстоянии 6см друг от друга, текут токи по 12А. Определить индукцию магнитного поля и напряжённость в точке, удалённой от каждого провода на расстоянии 6см, если токи текут в противоположных направлениях. 4. Определить индукцию магнитного поля, созданного отрезком бесконечно длинного прямого провода, в точке равноудалённой от концов отрезка и находящейся на расстоянии 20см от середины его. Сила тока, текущего по проводу равна 30А, длина отрезка 60см. 5. Определить магнитную индукцию Вполя, создаваемого отрезком бесконечно длинного прямого провода, в точке равноудалённой от концов отрезка и находящейся на расстоянии 4 см от середины его. Сила тока, текущего по проводу равна 10А, длина отрезка 20см. 6. По контуру в виде квадрата идет ток силой 50А. Сторона квадрата равна 20см. Чему равна магнитная индукция в точке пересечения диагоналей? 7. Определите индукцию магнитного поля в центре проволочной квадратной рамки со стороной а=25см, если по рамке течёт ток 8А. 8. Напряжённость магнитного поля в центре кругового витка с магнитным моментом 1,5А м2 равна 150А/м. Определите радиус витка и силу тока в витке. 9. Напряжённость магнитного поля в центре кругового витка с магнитным моментом 1,5А м2 равна 150А/м. Определите магнитную индукцию в центре кругового проволочного витка радиусом 10см, по которому течёт ток 1А. 10. Найти магнитный момент тонкого кругового витка с током, если радиус витка 100мм и индукция магнитного поля в его центре 6мкТл. 11. По тонкому проволочному кольцу течёт ток. Не изменяя силы тока в проводнике, ему придали форму квадрата. Как и во сколько раз изменилась магнитная индукция в центре контура? 12. Горизонтальное магнитное поле с индукцией 0,48Тл уравновешивает проводник, по которому течёт ток 23А. Угол между направлениями тока и поля равен 600. Определить длину проводника, если его масса 0,0237кг. 13. По двум параллельным проводам длиной 5м каждый текут одинаковые токи 103 А. Расстояние между проводами 10см. Вычислить силу взаимодействия проводов. 14. По двум параллельным проводам длиной 5м каждый текут противоположного направления токи по 103 А каждый. Расстояние между проводами 10см. Вычислить силу взаимодействия проводов. 15. По длинному соленоиду, имеющему 35 витков на 1см длины, течёт ток 2А. Определить напряжённость поля внутри соленоида вблизи его середины. 16. Обмотка соленоида выполнена тонким проводом с плотно прилегающими друг к другу витками. Длина провода, из которого выполнена обмотка соленоида, равна 50м. Длина соленоида 1м. Диаметр её 2см. Определить напряжённость магнитного поля внутри соленоида. 17. Электрон находится в однородном электрическом поле, напряжённостью 200кВ/м. Какой путь пройдёт электрон за время 10-9с, если его начальная скорость была равна нулю? 18. Электрон находится в однородном электрическом поле, напряжённостью 200кВ/м. Какой скоростью будет обладать электрон в конце этого промежутка времени? 19. Заряженная частица, пройдя ускоряющую разность потенциалов 6 105В, приобрела скорость 5,4 106м/с. Определить удельный заряд частицы (отношение заряда к массе). 20. Электрон движется в магнитном поле с индукцией 0,02Тл по окружности радиусом 1см. Какова кинетическая энергия электрона в джоулях и электрон-вольтах? 21. В однородном магнитном поле с индукцией 0,01Тл находится прямой проводник длиной 8см, расположенный перпендикулярно к линиям индукции. По проводнику течёт ток 2А, численное значение которого поддерживается неизменным. Под действием сил поля проводник переместился на расстояние 5см. Найти работу сил поля. 22. По кольцу, сделанному из тонкого гибкого проводника радиусом 10см, течёт ток 100А. Перпендикулярно плоскости кольца возбуждено магнитное поле, индукция которого 0,1Тл. Собственное магнитное поле кольца и внешнее поле совпадают. Определить работу внешних сил, которые, действуя на проводник, деформировали его и придали ему форму квадрата. Сила тока поддерживается неизменной. 23. В однородном магнитном поле, индукция которого равна 0,1Тл, движется проводник длиной 10см. Скорость движения проводника 15м/с, и направлена она перпендикулярно магнитному полю. Чему равна индуцированная в проводнике э.д.с.? 24. Протон, ускоренный разностью потенциалов 0,5кВ. влетая в однородное магнитное поле с магнитной индукцией 2мТл, движется по окружности. Определите радиус этой окружности. 25. Определите магнитный поток сквозь площадь поперечного сечения катушки, имеющей на каждом сантиметре длины 8 витков. Радиус соленоида 2см, сила тока в нём 2А. 26. Внутри соленоида с числом витков 200 с никелевым сердечником ( 27. В однородное магнитное поле напряжённостью 100кА/м помещена квадратная рамка со стороной 10см. Плоскость рамки составляет с направлением магнитного поля угол α=600. Определите магнитный поток, пронизывающий рамку. 28. Соленоид диаметром 4см, имеющий 500 витков, помещён в магнитное поле, индукция которого изменяется со скоростью 1мТл/с. Ось соленоида составляет с вектором магнитной индукции угол α=450. Определите ЭДС индукции, возникающую в соленоиде. 29. В магнитное поле, изменяющееся по закону В=В0sinωt (В0=0,1Тл, ω=4с-1) помещена квадратная рамка со стороной 50см, нормаль к рамке образует с направлением поля угол α=450. Определите ЭДС индукции, возникающую в рамке в момент времени t =5с. 30. В однородном магнитном поле с индукцией 0,2Тл равномерно с частотой 600мин-1 вращается рамка, содержащая 1200 витков, плотно прилегающих друг к другу. Площадь рамки 50см2. Ось вращения лежит в плоскости рамки и перпендикулярна линиям магнитной индукции. Определите максимальную ЭДС, индуцируемую в рамке. 31. Магнитная индукция поля между полюсами двухполюсного генератора равна 1Тл. Ротор имеет 1400 витков, площадь каждого витка 500см2. Определите частоту вращения якоря, если максимальное значение ЭДС индукции равно 220В. 32. В однородном магнитном поле, индукция которого равна 0,2Тл, равномерно вращается рамка, содержащая 200 витков, плотно прилегающих друг к другу. Площадь рамки 100см2. Определите частоту вращения рамки, если максимальная ЭДС, индуцируемая в ней, равна 12,6В. 33. В однородном магнитном поле равномерно вращается прямоугольная рамка с частотой 600мин-1. Амплитуда индуцируемой ЭДС: E0=3В. Определите максимальный магнитный поток через рамку. 34. Катушка длиной 50см и диаметром 5см содержит 200 витков. По катушке течёт ток в 1А. Определить магнитный поток, пронизывающий площадь её поперечного сечения. 35. Трансформатор с коэффициентом трансформации 0,15 понижает напряжение с 220В до 6В. При этом сила тока во вторичной обмотке равна 6А. Пренебрегая потерями энергии в первичной обмотке, определите сопротивление вторичной обмотки трансформатора. 36. Автотрансформатор, понижающий напряжение с 6кВ до 220В, содержит в первичной обмотке 2000 витков. Сопротивление вторичной обмотки 1Ом. Сопротивление внешней цепи (в цепи пониженного напряжения) 12Ом. Пренебрегая сопротивлением первичной обмотки, определите число витков во вторичной обмотке трансформатора. 37. Трансформатор, понижающий напряжение с 220В до 12В, содержит в первичной обмотке 1000 витков. Сопротивление вторичной обмотки 0,2Ом. Пренебрегая сопротивлением первичной обмотки, определите число витков во вторичной обмотке, если во внешнюю цепь (в сети пониженного напряжения) передают мощность Р=20Вт. 38. Сила тока в обмотке соленоида, содержащего 1500 витков, равна 5А. Магнитный поток через поперечное сечение соленоида составляет 200мкВб. Определите энергию магнитного поля в соленоиде. Задания на применение законов Ампера и электромагнитной индукции, определения направления индукции магнитного поля и силы Лоренца.
Рекомендуемая литература: учебные пособия [1] §25 – 32; §33; §34. [2] стр. 51 - 58. [3] §109 – 118; §121; §122 – 130. [4] Глава 14 стр. 130 – 142. Глава 15 стр. 142 – 150. Глава 16 стр. 150 – 156. [5] §4; §5; §6; §7; §8. [6] §30; §31 стр. 334 – 359. [7] §48 – 42; §54 – 61. [8] §49 – 51; §66 – 69.
сборники задач [9] §11.94; §11.95; §11.96; §11.103; §11.107. [10] стр. 251. Задачи 3.117; 3.119; 3.120; 3.123; 3.131; 3.139; 3.145; 3.148; 3.153; 3.162; 3.167; 3.175; 3.179; 3.181. [11] стр. 509; 511; 513; 519; 520; 534; 537; 543; 544. [12] Задачи 3.189; 3.191; 3.193; 3.202; 3.211; 3.221. |
|
1. На рисунке 26 показан продольный разрез проводника с током. Как направлены линии магнитного поля тока в плоскости сечения выше проводника? Ниже проводника?
13. Устройство, схема которого дана на рисунке 36, автоматически включает и выключает рабочую цепь, например уличные фонари или бакены, в зависимости от освещённости. Основной частью устройства является фоторезистор ФР, сопротивление которого уменьшается под действием света. Изучите схему. Из каких частей состоит управляющая цепь? управляемая? Какова роль электромагнитного реле в этой схеме? Как оно срабатывает? Как включается и выключается рабочая цепь?
На рисунке 43 изображена рамка с током, которая находится в магнитном поле и может свободно поворачиваться вокруг оси ОО. Определите направление движения рамки. Какое положение относительно магнитного поля принимает собственное поле (его направление указано стрелкойВ)рамки после её поворота?
=200) напряжённость однородного магнитного поля 10кА/м. Площадь поперечного сечения сердечника 10см2. Определите магнитную индукцию поля внутри соленоида.
в точке А и С.
, действующей на проводник с током.
