Написать уравнения выражающие зависимость напряжения и силы тока от времени: № 961. Написать уравнения зависимости напряжения и силы тока от времени для электроплитки сопротивлением 50 Ом, включенной в сеть переменного тока с частотой 50 Гц и напряжением 220 В.

Амплитуда силы тока в контуре формула

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ.
СВОБОДНЫЕ И ВЫНУЖДЕННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ.

Электромагнитные колебания – взаимосвязанные колебания электрического и магнитного полей.

Электромагнитные колебания появляются в различных электрических цепях. При этом колеблются величина заряда, напряжение, сила тока, напряженность электрического поля, индукция магнитного поля и другие электродинамические величины.

Свободные электромагнитные колебания возникают в электромагнитной системе после выведения ее из состояния равновесия, например, сообщением конденсатору заряда или изменением тока в участке цепи.

Это затухающие колебания, так как сообщенная системе энергия расходуется на нагревание и другие процессы.

Вынужденные электромагнитные колебания – незатухающие колебания в цепи, вызванные внешней периодически изменяющейся синусоидальной ЭДС.

Электромагнитные колебания описываются теми же законами, что и механические, хотя физическая природа этих колебаний совершенно различна.

Электрические колебания – частный случай электромагнитных, когда рассматривают колебания только электрических величин. В этом случае говорят о переменных токе, напряжении, мощности и т.д.

Колебательный контур – электрическая цепь, состоящая из последовательно соединенных конденсатора емкостью C, катушки индуктивностью L и резистора сопротивлением R.

Состояние устойчивого равновесия колебательного контура характеризуется минимальной энергией электрического поля (конденсатор не заряжен) и магнитного поля (ток через катушку отсутствует).

Величины, выражающие свойства самой системы (параметры системы): L и m, 1/C и k

величины, характеризующие состояние системы:

величины, выражающие скорость изменения состояния системы: u = x'(t) и i = q'(t) .

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ

Можно показать, что уравнение свободных колебаний для зарядаq = q(t) конденсатора в контуре имеет вид

где q» – вторая производная заряда по времени. Величина

является циклической частотой. Такими же уравнениями описываются колебания тока, напряжения и других электрических и магнитных величин.

Одним из решений уравнения (1) является гармоническая функция

Период колебаний в контуре дается формулой (Томсона):

Величина φ = ώt + φ_{, стоящая под знаком синуса или косинуса, является фазой колебания.}

Фаза определяет состояние колеблющейся системы в любой момент времени t.

Ток в цепи равен производной заряда по времени, его можно выразить

Чтобы нагляднее выразить сдвиг фаз, перейдем от косинуса к синусу

ПЕРЕМЕННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК

1. Гармоническая ЭДС возникает, например, в рамке, которая вращается с постоянной угловой скоростью в однородном магнитном поле с индукцией В. Магнитный поток Ф , пронизывающий рамку с площадью S ,

где- угол между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции .

По закону электромагнитной индукции Фарадея ЭДС индукции равна

где – скорость изменения потока магнитной индукции.

Гармонически изменяющийся магнитный поток вызывает синусоидальную ЭДС индукции

где – амплитудное значение ЭДС индукции.

2. Если к контуру подключить источник внешней гармонической ЭДС

то в нем возникнут вынужденные колебания, происходящие с циклической частотой ώ, совпадающей с частотой источника.

При этом вынужденные колебания совершают заряд q, разность потенциалов u , сила тока i и другие физические величины. Это незатухающие колебания, так как к контуру подводится энергия от источника, которая компенсирует потери. Гармонически изменяющиеся в цепи ток, напряжение и другие величины называют переменными. Они, очевидно, изменяются по величине и направлению. Токи и напряжения, изменяющиеся только по величине, называют пульсирующими.

В промышленных цепях переменного тока России принята частота 50 Гц.

Для подсчета количества теплоты Q, выделяющейся при прохождении переменного тока по проводнику с активным сопротивлением R, нельзя использовать максимальное значение мощности, так как оно достигается только в отдельные моменты времени. Необходимо использовать среднюю за период мощность – отношение суммарной энергии W, поступающей в цепь за период, к величине периода:

Поэтому количество теплоты, выделится за время Т:

Действующее значение I силы переменного тока равно силе такого постоянного тока, который за время, равное периоду T, выделяет такое же количество теплоты, что и переменный ток:

Отсюда действующее значение тока

Аналогично действующее значение напряжения

Трансформатор – устройство, увеличивающее или уменьшающее напряжение в несколько раз практически без потерь энергии.

Трансформатор состоит из стального сердечника, собранного из отдельных пластин, на котором крепятся две катушки с проволочными обмотками. Первичная обмотка подключается к источнику переменного напряжения, а к вторичной присоединяют устройства, потребляющие электроэнергию.

называют коэффициентом трансформации. Для понижающего трансформатора К > 1, для повышающего

Пример. Заряд на пластинах конденсатора колебательного контура изменяется с течением времени в соответствии с уравнением . Найдите период и частоту колебаний в контуре,циклическую частоту, амплитуду колебаний заряда и амплитуду колебаний силы тока. Запишите уравнение , выражающее зависимость силы тока от времени.

Из уравнения следует, что . Период определим по формуле циклической частоты

Зависимость силы тока от времени имеет вид:

Амплитуда силы тока.

Ответ: заряд совершает колебания с периодом 0,02 с и частотой 50 Гц, которой соответствует циклическая частота 100 рад/с, амплитуда колебаний силы тока равна 510 3 А, ток изменяется по закону:

i=-5000 sin100t

Основным устройством, определяющим рабочую частоту любого генератора переменного тока, является колебательный контур. Колебательный контур (рис.1) состоит из катушки индуктивности L (рассмотрим идеальный случай, когда катушка не обладает омическим сопротивлением) и конденсатора C и называется замкнутым. Характеристикой катушки является индуктивность, она обозначается L и измеряется в Генри (Гн), конденсатор характеризуют емкостью C, которую измеряют в фарадах (Ф).

Пусть в начальный момент времени конденсатор заряжен так (рис.1), что на одной из его обкладок имеется заряд +Q_{, а на другой – заряд –Q. При этом между пластинами конденсатора образуется электрическое поле, обладающее энергией}

, (1)

где – амплитудное (максимальное) напряжение или разность потенциалов на обкладках конденсатора.

После замыкания контура конденсатор начинает разряжаться и по цепи пойдет электрический ток (рис.2), величина которого увеличивается от нуля до максимального значения . Так как в цепи протекает переменный по величине ток, то в катушке индуцируется ЭДС самоиндукции, которая препятствует разрядке конденсатора. Поэтому процесс разрядки конденсатора происходит не мгновенно, а постепенно. В каждый момент времени разность потенциалов на обкладках конденсатора

(2)

(где – заряд конденсатора в данный момент времени) равна разности потенциалов на катушке, т.е. равна ЭДС самоиндукции

. (3)

Когда конденсатор полностью разрядится и , сила тока в катушке достигнет максимального значения (рис.3). Индукция магнитного поля катушки в этот момент также максимальна, а энергия магнитного поля будет равна

. (4)

Затем сила тока начинает уменьшаться, а заряд будет накапливаться на пластинах конденсатора (рис.4). Когда сила тока уменьшится до нуля, заряд конденсатора достигнет максимального значения Q_{, но обкладка, прежде заряженная положительно, теперь будет заряжена отрицательно (рис. 5). Затем конденсатор вновь начинает разряжаться, причем ток в цепи потечет в противоположном направлении.}

Так процесс перетекания заряда с одной обкладки конденсатора на другую через катушку индуктивности повторяется снова и снова. Говорят, что в контуре происходят электромагнитные колебания. Этот процесс связан не только с колебаниями величины заряда и напряжения на конденсаторе, силы тока в катушке, но и перекачкой энергии из электрического поля в магнитное и обратно.

Перезарядка конденсатора до максимального напряжения произойдет только в том случае, когда в колебательном контуре нет потерь энергии. Такой контур называется идеальным.

В реальных контурах имеют место следующие потери энергии:

1) тепловые потери, т.к. R ¹ 0;

2) потери в диэлектрике конденсатора;

3) гистерезисные потери в сердечнике катушке;

4) потери на излучение и др. Если пренебречь этими потерями энергии, то можно написать, что , т.е.

. (5)

Колебания, происходящие в идеальном колебательном контуре, в котором выполняется это условие, называются свободными, или собственными, колебаниями контура.

В этом случае напряжение U (и заряд Q) на конденсаторе изменяется по гармоническому закону:

, (6)

где n – собственная частота колебательного контура, w _{= 2pn – собственная (круговая) частота колебательного контура. Частота электромагнитных колебаний в контуре определяется как}

или . (7)

Период T – время, в течение которого совершается одно полное колебание напряжения на конденсаторе и тока в контуре, определяется формулой Томсона

. (8)

Сила тока в контуре также изменяется по гармоническому закону, но отстает от напряжения по фазе на . Поэтому зависимость силы тока в цепи от времени будет иметь вид

. (9)

На рис.6 представлены графики изменения напряжения U на конденсаторе и тока I в катушке для идеального колебательного контура.

В реальном контуре энергия с каждым колебанием будет убывать. Амплитуды напряжения на конденсаторе и тока в контуре будут убывать, такие колебания называются затухающими. В задающих генераторах их применять нельзя, т.к. прибор будет работать в лучшем случае в импульсном режиме.

Для получения незатухающих колебаний необходимо компенсировать потери энергии при самых разнообразных рабочих частотах приборов, в том числе и применяемых в медицине.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Увлечёшься девушкой-вырастут хвосты, займёшься учебой-вырастут рога 10034 – | 7811 – или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

07.06.2019

5 июня Что порешать по физике

30 мая Решения вчерашних ЕГЭ по математике

Колебания напряжения на конденсаторе в цепи переменного тока описываются уравнением где все величины выражены в СИ. Емкость конденсатора равна Найдите амплитуду силы тока. (Ответ дать в амперах.)

Общий вид зависимости напряжения на конденсаторе в колебательном контуре: где — амплитудное значение напряжения. Сравнивая с находим, что Значение максимального заряда на обкладках конденсатора равно Амплитуда колебаний силы тока связана с частотой колебаний и максимальным значением заряда конденсатора соотношением Отсюда находим

Позвольте предложить, на мой взгляд, более простой способ решения. Известно, что в цепи переменного тока, в которой есть конденсатор, выполняется зависимость Im=Um/Xc, где под током и напряжением имеются ввиду их амплитудные значения, а Хс – емкостное сопротивление конденсатора, равное Хс=1/w*C. Подставляя 2-ую формулу в первую, окончательно имеем: Im=Um*w*C. Подставляя значения величин из условия, получаем значение амплитуды силы тока, которое совпадает с вашим.

P. S. Мой способ решения кажется мне более разумным по той причине, что обе формулы даны в учебнике по физике, в отличие от последней формулы в предложенном вами способе решения.

Спасибо. Хороший вариант.

Но использованная в конце формула, конечно же, дается в школьном курсе. Ведь насколько я знаю, в этот момент в школьной физике уже начинают использовать производные. Формула следует из закона изменения заряда со временем при гармонических колебаниях и из того, что ток — это производная от заряда

Несамостоятельный разряд. Несамостоятельный разряд При какой напряженности поля начнется самостоятельный разряд

Цель урока
: выявить знания, умения, степень усвоения материала темы.

Ход урока

Организационный момент.

Выполнение контрольной работы

Вариант -1 (1-го уровня)

№ 1.
Сколько электронов должно проходить за 1 секунду через поперечное сечение металлического проводника, чтобы сила тока была равна 1 А?

Решение. Δq = e n V; n = q /e V; n = I Δt/e V; V = 6·10-5м/с; n = 1023 (электронов)

№ 2. Источник постоянного тока с ЭДС 5,6 В включен в цепь, где R1= 1,8 Ом; R2= 2 Ом; R3= 3 Ом.

Амперметр показывает – 0,96 А. Определите внутреннее сопротивление источника тока.

Ε Решение. ξ = I R+ Ir; r= ξ – IR/ I; I1 = 2 I/5; I = 5 I1/2

R1 R1 A r = ξ – 5 I1/2; r = 0,4 Ом

№ 3.
Определите потенциал ионизации атома аргона, если для его ионизации требуется энергия

15, 77 · 10-19Дж.

Решение. Wi= е Ui; Ui = Wi /e; е = 1,6 ·10 -19Кл; Ui = 9,9 Дж

№ 4 При прохождении через раствор тока в течение 50 мин на катоде выделилось 1,8 г вещества. Определите электрохимический эквивалент вещества, если сила тока 2 А. Какое это вещество?

Решение. m = k I Δt; k = m/ I Δt; k = 0,3 · 10-6кг/Кл

Вариант – 2 (1 –го уровня)

№ 1.
Какой скоростью должен обладать электрон для того, чтобы ионизировать атом гелия? Потенциал ионизации атома гелия 24,5 В.

Решение. Wk = Wi; mV2/2 = eUi; V2 = 2 е Ui/m; V = 2,2 ·106 (м/с)

№ 2. В электрической цепи ЭДС источника 10 В, а внутреннее сопротивление 0,4 Ом; R1= 2 Ом;

R2= 4 Ом; R3= 6 Ом. Какую силу тока показывает амперметр?

R3 Решение. I = ξ / R+r; 1/R = 1/R1+ 1/R2 +1/R3; 1/R = 11/12;

A R=
12/11 = 1,1 Ом; I = 10 / 1,1 + 0,4 =10 / 1,5 = 6,7 A

№ 3
При покрытии катодной пластины никелем за 3 часа ее масса увеличилась на 32,4 г.
Определите силу тока.

Решение. k = 0,3 ·10-6кг/Кл; Δt = 10800 c; I = m/k Δt; I = 32,4· 10-6 /0,3·10-6·10800 = 10 A

№ 4. Электрон движется со скоростью равной 22,6·105 м/с. Такая скорость необходима для ударной ионизации атома азота. Чему равен результат ионизации этого атома?

Решение. Wk = Wi; m V2/2 = е Ui; Ui = mV2/2е; Ui = 14,5 B.

Вариант – 1 (2-го уровня)

№ 1. Какова скорость дрейфа электронов в медном проводе диаметром 4 мм, по которому к стартеру грузовика подводится ток 100 А? (Ответ: V = 5 · 10-4 м/с)

№ 2. Чтобы осуществить электролиз раствора серной кислоты, затрачивается мощность 37 Вт. Чему равно сопротивление электролита, если 0,3 г водорода выделилось за 50 мин? (Ответ: 0,4 Ом)

№ 3. При каком расстоянии между пластинами площадью по 100 см2установится ток насыщения

1·10-10А, если ионизатор образует в 1 см3 газа 12,5·106 пар ионов за 1 с. (Ответ: 0,5 см)

№ 4. Электрон, находясь в вакуумном диоде, подлетает к аноду со скоростью 8 Мм/с. Найдите анодное напряжение диода. (Ответ: UА= 180 В)

№ 5. Резистор сопротивлением 5 кОм, включили последовательно с фоторезистором, который в темноте имеет сопротивление 25 кОм. Когда фоторезистор осветили, сила тока в цепи увеличилась в 4 раза. Во сколько раз уменьшилось сопротивление фоторезистора? U = const. (Ответ: в 10 раз)

Вариант – 2 (2 – го уровня)

№ 1.
Сопротивление длинного медного провода при температуре 20˚С равно 0,005 Ом. Каково его сопротивление при температуре 80˚С? (Ответ: 0,02 Ом)

№ 2. При электролизе выделилась медь массу, которой надо найти, если известно, что израсходовано 5 кВт·ч электроэнергии. Напряжение на клеммах ванны 10 В, КПД установки 75%. (Ответ: 0,445 кг)

№ 3. При какой напряженности поля начнется самостоятельный разряд в воздухе, если энергия ионизации молекул равна 2,4 ·10-18 Дж, а длина свободного пробега 5 мкм? Какова скорость электронов при ударе о молекулы? (Ответ: 3 МВ/м; 2300 см/с)

№ 4. Максимальный анодный ток в ламповом диоде равен 50мА. Сколько электронов вылетает из катода каждую секунду? (Ответ: ~3,1 ·1017)

№ 5. Доля ионизованных атомов в кремнии составляет 2·10-8%. Найти концентрацию электронов проводимости? Считайте, что при ионизации удаляется в среднем лишь один из валентных электронов атома. (Ответ: 1013см-3)

Подведем итоги урока

Домашнее задание: повт. на стр. 318 «Краткие итоги главы»

Рассмотренный
выше механизм прохождения электрического
тока через газы при постоянном воздействии
на газ внешнего ионизатора представляет
собой несамостоятельный разряд, так
как при прекращении действия ионизатора
прекращается и ток в газе.

Несамостоятельный
разряд
—
это разряд, который зависит от наличия
ионизатора.

Исследуем
зависимость силы тока от напряжения
при несамостоятельном разряде в газе.
Для этой цели удобно использовать
стеклянную трубку с двумя впаянными в
стекло металлическими электродами.
Соберем цепь по схеме, изображенной на
рисунке 2.

Пусть
с помощью какого-нибудь ионизатора,
например за счет воздействия рентгеновских
лучей, в газе образуется ежесекундно
определенное число пар заряженных
частиц: электронов и положительных
ионов.

При
отсутствии напряжения на электродах
(U
=
0) гальванометр, включенный в цепь (см.
рис. 2), покажет нуль (I
=
0). При небольшой разности потенциалов
между электродами трубки положительно
заряженные ионы начнут перемещаться к
отрицательному электроду (катоду), а
электроны и отрицательно заряженные
ионы — к аноду, т. е. возникнет газовый
разряд.

Однако
вследствие рекомбинации не все
образующиеся под действием ионизатора
ионы доходят до электродов. Часть их,
рекомбинируя, образует нейтральные
молекулы. По мере увеличения разности
потенциалов между электродами трубки
доля заряженных частиц, достигающих
электродов, увеличивается, т. е. сила
тока в цепи возрастает (рис. 3). Объясняется
это тем, что при большем напряжении
между электродами ионы движутся с
большей скоростью, поэтому им остается
все меньше времени для воссоединения
в нейтральные молекулы.

Наконец,
при некотором определенном напряжении
наступает такой момент, при котором все
заряженные частицы, образующиеся в газе
ионизатором за секунду, достигают за
это же время электродов. Дальнейшее
увеличение напряжения уже не может
привести к увеличению числа переносимых
ионов. Ток, как говорят, достигает
насыщения (см. рис. 3, горизонтальный
участок графика).

Таким
образом, вольт-амперная характеристика
при несамостоятельном разряде в газах
является нелинейной, т. е. закон Ома для
газов выполняется только при малых
напряжениях.

Самостоятельный разряд

Если
после достижения насыщения продолжать
увеличивать разность потенциалов между
электродами, то сила тока при достаточно
большом напряжении станет резко
возрастать (рис. 4). Это означает, что в
газе появляются дополнительные ионы
сверх тех, которые образуются за счет
действия ионизатора. Сила тока может
возрасти в сотни и тысячи раз, а число
заряженных частиц, возникающих в процессе
разряда, может стать таким большим, что
внешний ионизатор будет уже не нужен
для поддержания разряда. Поэтому
ионизатор можно теперь убрать. Поскольку
разряд не нуждается для своего поддержания
во внешнем ионизаторе, его
называют самостоятельным
разрядом.

Напряжение U
= U
пр,
при котором несамостоятельный
электрический разряд переходит в
самостоятельный, называют напряжением
пробоя газа
,
а сам процесс такого перехода
— электрическим
пробоем газа
.

Электрон,
ускоряясь электрическим полем, на своем
пути к аноду сталкивается с ионами и
нейтральными молекулами. В промежутках
между двумя последовательными
столкновениями энергия электрона
увеличивается за счет работы сил
электрического поля. Чем больше разность
потенциалов между электродами, тем
больше напряженность электрического
поля.

Если
кинетическая энергия электрона
превосходит работу W
i ,
которую нужно совершить, чтобы ионизовать
нейтральный атом (или молекулу), то при
столкновении электрона с атомом (или
молекулой) происходит его (ее) ионизация,
называемая ионизацией
электронным ударом
.

В
результате столкновения электрона с
атомом образуется еще один электрон и
положительный ион. Таким образом, вместо
одной заряженной частицы появляются
три — ион и два электрона. Эти электроны,
в свою очередь, получают энергию в поле
и ионизуют новые атомы и т. д. Вследствие
этого число заряженных частиц очень
быстро возрастает. Описанный процесс
имеет сходство с образованием снежной
лавины в горах и поэтому получил
название электронной
(или
ионной) лавины
.

Лавинообразное
нарастание числа заряженных частиц в
газе может начаться под действием
сильного электрического поля, если в
газе окажется хотя бы один электрон.
Ионизатор в этом случае не нужен. Так,
например, в окружающем нас воздухе
всегда имеется некоторое число ионов
и электронов, возникающих под действием
радиоактивных излучений земной коры,
ультрафиолетового и рентгеновского
излучений Солнца, а также других
излучений, проникающих в земную атмосферу
из космического пространства.

Обратим
внимание на то, что роль электронов и
ионов в образовании лавинного разряда
в газах неодинакова. Основную роль в
ударной ионизации играют свободные
электроны.

Но
ионизация только электронным ударом
не может обеспечить длительный
самостоятельный разряд. Действительно,
ведь все возникающие таким образом
электроны движутся по направлению к
аноду и по достижении анода «выбывают
из игры». Для поддержания разряда
необходима эмиссия электронов с катода
(«эмиссия» означает «испускание»).
Эмиссия электронов может быть обусловлена
несколькими причинами.

Положительные
ионы, образовавшиеся при столкновении
электронов с нейтральными атомами, при
своем движении к катоду приобретают
под действием поля большую кинетическую
энергию. При ударах таких быстрых ионов
о катод с поверхности катода выбиваются
электроны.

Катод
может испускать электроны при нагревании
до высокой температуры. Этот процесс
называется термоэлектронной эмиссией.
Его можно рассматривать как испарение
электронов из металла. Во многих твердых
веществах термоэлектронная эмиссия
происходит при температурах, при которых
испарение самого вещества еще мало.
Такие вещества и используют для
изготовления катодов.

При
самостоятельном разряде нагрев катода
может происходить за счет бомбардировки
его положительными ионами. Если энергия
ионов не слишком велика, то выбивания
электронов с катода не происходит и
электроны испускаются вследствие
термоэлектронной эмиссии.

В
газах при больших напряженностях
электрических полей электроны достигают
таких больших энергий, что начинается
ионизация электронным ударом. Разряд
становится самостоятельным и продолжается
без внешнего ионизатора.

Среда, 15 Октября 2014 г. 09:35
+ в цитатник

702. Расстояние между катодом и анодом диода равно 1 см. Сколько времени движется электрон от катода к аноду при анодном напряжении 440 В? Движение считать равноускоренным.

703. В электронно-лучевой трубке поток электронов с кинетической энергией W к = 8 кэВ движется между пластинами плоского конденсатора длиной х = 4 см. Расстояние между пластинами d = 2 см. Какое напряжение надо подать на пластины конденсатора, чтобы смещение электронного пучка на выходе из конденсатора оказалось равным у = 0,8 см?

704. В электронно-лучевой трубке поток электронов ускоряется полем с разностью потенциалов U = 5 кВ и попадает в пространство между вертикально отклоняющими пластинами длиной х = 5 см, напряженность поля между которыми Е = 40 кВ/м. Найти вертикальное смещение у луча на выходе из пространства между пластинами.

705. Электрическую лампу включили в сеть последовательно с электролитической ванной, наполненной слабым раствором поваренной соли. Изменится ли накал лампы, если добавить в раствор еще некоторое количество соли? При возможности проверить свой ответ на опыте.

706. Электрический ток пропускают через электролитическую ванну, наполненную раствором медного купороса. Угольные электроды погружены в раствор приблизительно на половину своей длины. Как изменится масса меди, выделяющейся на катоде за один и тот же небольшой промежуток времени, если: а) заменить угольный анод медным такой же формы и объема; б) заменить угольный катод медным; в) увеличить напряжение на электродах; г) долить электролит той же концентрации; д) увеличить концентрацию раствора; е) сблизить электроды; ж) уменьшить погруженную часть анода; з) уменьшить погруженную часть катода; и) нагреть раствор электролита? При возможности проверьте сделанные выводы на опыте (о массе выделяющейся меди можно судить по показаниям амперметра).

707. Две одинаковые электролитические ванны (А и В) наполнены раствором медного купороса. Концентрация раствора в ванне А больше, чем в ванне В. В какой из ванн выделится больше меди, если их соединить последовательно? параллельно?

708. Построить график зависимости i(t) и определить массу цинка, выделенного на катоде при электролизе водного раствора ZnSO 4 за 90 с, если сила тока в цепи за это время равномерно возрастала от 0 до 3 А.

709. При проведении опыта по определению электрохимического эквивалента меди были получены следующие данные: время прохождения тока 20 мин, сила тока 0,5 А, масса катода до опыта 70,4 г, масса после опыта 70,58 г. Какое значение электрохимического эквивалента меди было получено по этим данным?

710. Последовательно с электролитической ванной, заполненной солью никеля, включена ванна, в которой находится соль хрома. После размыкания цепи в первой ванне выделилось 10 г никеля. Сколько хрома выделилось во второй ванне?

711. Электролитическое серебрение изделия протекало при плотности тока 0,5 А/дм 2 . Сколько времени потребуется для того, чтобы на изделии образовался слой серебра толщиной 70 мкм, если выход по току равен 85%?

712. Найти электрохимические эквиваленты двух- и трех- валентного кобальта.

713. Зная электрохимический эквивалент серебра, вычислить электрохимический эквивалент золота.

714. Сравнить массы трехвалентного железа и двухвалентного магния, выделенные на катодах при последовательном соединении электролитических ванн.

715. Какое количество вещества осядет на катоде из соли любого двухвалентного металла за 40 мин при силе тока 4 А? Проверьте решение на примере меди, электрохимический эквивалент которой найдите в таблице.

716. При электролитическом способе получения алюминия используются ванны, работающие под напряжением 5 В при силе тока 40 кА. Сколько требуется времени для получения 1 т алюминия и каков при этом расход энергии?

717. Сравнить затраты электроэнергии на получение элек¬тролитическим путем одинаковых масс алюминия и меди, ес¬ли по нормам напряжение на ванне при получении алюминия в 14 раз больше, чем при рафинировании меди.

718. Каков расход энергии на рафинирование 1 т меди, если напряжение на электролитической ванне по техническим нормам равно 0,4 В?

719. Сколько электроэнергии надо затратить для получения 2,5 л водорода при температуре 25 °С и давлении 100 кПа, если электролиз ведется при напряжении 5 В и КПД установки 75%?

720. Деталь надо покрыть слоем хрома толщиной 50 мкм. Сколько времени потребуется для покрытия, если норма плотности тока при хромировании 2 кА/м 2 ?

721. В технических справочниках по применению гальваностегии приводится величина h/jt, характеризующая скорость роста толщины h покрытия при единичной плотности тока j. Доказать, что эта величина равна отношению электрохимического эквивалента k данного металла к его плотности ρ.

723. Какова сила тока насыщения при несамостоятельном газовом разряде, если ионизатор образует ежесекундно 10 9 пар ионов в одном кубическом сантиметре, площадь каждого из двух плоских параллельных электродов 100 см 2 и расстояние между ними 5 см?

724. При какой напряженности поля начнется самостоятельный разряд в водороде, если энергия ионизации молекул равна 2,5∙10 -18 Дж, а средняя длина свободного пробега 5 мкм? Какую скорость имеют электроны при ударе о молекулу?

725. Расстояние между электродами в трубке, наполненной парами ртути, 10 см. Какова средняя длина свободного пробега электрона, если самостоятельный разряд наступает при напряжении 600 В? Энергия ионизации паров ртути 1,7∙10 -18 Дж. Поле считать однородным.

726. Плоский конденсатор подключен к источнику напря¬жением 6 кВ. При каком расстоянии между пластинами про¬изойдет пробой, если ударная ионизация воздуха начинается при напряженности поля 3 МВ/м 2 ?

727. Если, не изменяя расстояния между разрядниками электрофорной машины и поддерживая примерно постоянную частоту вращения, отключить при помощи соединительного стержня конденсаторы (лейденские банки), то характер разряда существенно изменится: вместо мощной искры, проскакивающей через заметные промежутки времени, будет очень часто проскакивать слабая искра. Объясните причину явления. При возможности проверьте на опыте.

728. Молния представляет собой прерывистый разряд, состоящий из отдельных импульсов длительностью примерно 1 мс. Заряд, проходящий по каналу молнии за один импульс, равен 20 Кл, а среднее напряжение на концах канала равно 2 ГВ. Какова сила тока и мощность одного импульса? Какая энергия выделяется при вспышке молнии, если она состоит из 5 разрядов?

729. При перенапряжении между рогами разрядника возникает плазменная дуга. Почему дуга сначала возникает внизу, а затем перемещается вверх и гаснет?

730. Концентрация ионизованных молекул воздуха при нормальных условиях была равна 2,7∙10 22 м -3 . Сколько процентов молекул ионизовано? Какова степень ионизации плазмы?

731. При какой температуре T в воздухе будет полностью ионизованная плазма? Энергия ионизации молекул азота W = 2,5∙10 -18 Дж. Энергия ионизации кислорода меньше.

732. На рисунке приведены различные случаи электромагнитной индукции. Сформулировать и решить задачу для каждого случая.

733. Будет ли в рамке ABCD (рис.) возникать индукционный ток, если рамку: а) вращать относительно неподвижного проводника с током ОО», как показано на рисунке; б) вращать вокруг стороны АВ; в) вращать вокруг стороны ВС; г) двигать поступательно в вертикальном направлении; д) двигать поступательно в горизонтальном направлении?

734. Три одинаковых полосовых магнита падают в вертикальном положении одновременно с одной высоты. Первый падает свободно, второй во время падения проходит сквозь незамкнутый соленоид, третий – сквозь замкнутый соленоид. Сравнить время падения магнитов. Ответы обосновать на основании правила Ленца и закона сохранения энергии.

735. Найти направление индукционного тока, возникающего в витке В (рис.), если в цепи витка А ключ замыкают и если этот ключ размыкают. Указать также направление индукционного тока, если при замкнутом ключе скользящий контакт реостата передвигают вправо или его передвигают влево.

736. Если вращать магнит (рис.), то замкнутый виток проволоки, укрепленный на оси, начинает вращаться. Объяснить явление и определить направление вращения витка.

737. Если клеммы двух демонстрационных гальванометров соединить проводами и затем покачиванием одного из приборов вызвать колебание его стрелки, то и у другого прибора стрелка тоже начнет колебаться. Объяснить опыт и при возможности проверить.

738. Почему колебания стрелки компаса быстрее затухают, если корпус прибора латунный, и медленнее, если корпус прибора пластмассовый?

739. Объяснить принцип торможения трамвая, когда водитель, отключив двигатель от контактной сети (рис.), переводит его в режим генератора (ключ переводится из положения 1 в положение 2). Как зависит ускорение (быстрота торможения) трамвая: а) от нагрузки (сопротивления резистора) при данной скорости движения трамвая; б) от скорости трамвая при данной нагрузке?

740. По какому закону должен изменяться магнитный поток в зависимости от времени, чтобы ЭДС индукции, возникающая в контуре, оставалась постоянной?

741. За 5 мс магнитный поток, пронизывающий контур, убывает с 9 до 4 мВб. Найти ЭДС индукции в контуре.

742. Найти скорость изменения магнитного потока в соленоиде из 2000 витков при возбуждении в нем ЭДС индукции 120 В.

743. Сколько витков должна содержать катушка с площадью поперечного сечения 50 см 2 , чтобы при изменении магнитной индукции от 0,2 до 0,3 Тл в течение 4 мс в ней возбуждалась ЭДС 10 В?

744. Внутри витка радиусом 5 см магнитный поток изменился на 18,6 мВб за 5,9 мс. Найти напряженность вихревого электрического поля в витке.

745. Какой заряд пройдет через поперечное сечение витка, сопротивление которого R = 0,03 Ом, при уменьшении магнитного потока внутри витка на ΔФ = 12 мВб?

746. В магнитное поле индукцией В = 0,1 Тл помещен контур, выполненный в форме кругового витка радиусом R = 3,4 см. Виток сделан из медной проволоки, площадь поперечного сечения которой S = 1 мм 2 . Нормаль к плоскости витка совпадает с линиями индукции поля. Какой заряд пройдет через поперечное сечение витка при исчезновении поля?

747. В витке, выполненном из алюминиевого провода длиной 10 см и площадью поперечного сечения 1,4 мм 2 , скорость изменения магнитного потока 10 мВб/с. Найти силу индукционного тока.

748. Найти ЭДС индукции в проводнике с длиной активной части 0,25 м, перемещающемся в однородном магнитном поле индукцией 8 мТл со скоростью 5 м/с под углом 30° к вектору магнитной индукции.

749. С какой скоростью надо перемещать проводник, длина активной части которого 1 м, под углом 60° к линиям индукции магнитного поля, чтобы в проводнике возбуждалась ЭДС индукции 1 В? Индукция магнитного поля равна 0,2 Тл.

750. Проводник MN (рис.) с длиной активной части 1 м и сопротивлением 2 Ом находится в однородном магнитном поле индукцией 0,1 Тл. Проводник подключен к источнику с ЭДС 1 В (внутренним сопротивлением источника и сопротивлением подводящих проводов пренебречь). Какова сила тока в проводнике, если: а) проводник покоится; б) проводник движется вправо со скоростью 4 м/с; в) проводник движется влево с такой же по модулю скоростью? В каком направлении и с какой скоростью надо перемещать проводник, чтобы через него не шел ток?

751. Какова индуктивность контура, если при силе тока 5 А в нем возникает магнитный поток 0,5 мВб

752. Какой магнитный поток возникает в контуре индуктивностью 0,2 мГн при силе тока 10 А?

753. Найти индуктивность проводника, в котором равномерное изменение силы тока на 2 А в течение 0,25 с возбуждает ЭДС самоиндукции 20 мВ.

754. Какая ЭДС самоиндукции возбуждается в обмотке электромагнита индуктивностью 0,4 Гн при равномерном изменении силы тока в ней на 5 А за 0,02 с?

755. Почему отключение от питающей сети мощных электродвигателей производят плавно и медленно при помощи реостата?

756. Последовательно с катушкой школьного трансформатора, надетой на разомкнутый сердечник, включена лампочка карманного фонаря. В цепь подано такое напряжение, что лампочка горит в полный накал. Как изменяется яркость лампочки, если: а) сердечник замкнуть ярмом; б) некоторое время держать ярмо неподвижным; в) вынуть ярмо? При возможности проверьте на опыте, положив на сердечник спичку (иначе ярмо трудно оторвать от сердечника).

757. В катушке индуктивностью 0,6 Гн сила тока равна 20 А. Какова энергия магнитного поля этой катушки? Как изменится энергия поля, если сила тока уменьшится вдвое?

758. Какой должна быть сила тока в обмотке дросселя индуктивностью 0,5 Гн, чтобы энергия поля оказалась равной 1 Дж?

759. Найти энергию магнитного поля соленоида, в котором при силе тока 10 А возникает магнитный поток 0,5 Вб.

760. На катушке сопротивлением 8,2 Ом и индуктивностью 25 мГн поддерживается постоянное напряжение 55 В. Сколько энергии выделится при размыкании цепи? Какая средняя ЭДС самоиндукции появится при этом в катушке, если энергия будет выделяться в течение 12 мс?

761. За какое время в катушке с индуктивностью 240 мГн происходит возрастание силы тока от 0 до 11,4 А, если при этом возникает средняя ЭДС самоиндукции, равная 30 В? Сколько энергии выделяется за это время в катушке?

762. Начальный заряд, сообщенный конденсатору колеба¬тельного контура, уменьшили в 2 раза. Во сколько раз измени¬лась: а) амплитуда напряжения; б) амплитуда силы тока; в) сум¬марная энергия электрического поля конденсатора и магнит¬ного поля катушки?

763. При увеличении напряжения на конденсаторе колебательного контура на 20 В амплитуда силы тока увеличилась в 2 раза. Найти начальное напряжение.

764. В колебательном контуре индуктивность катушки равна 0,2 Гн, а амплитуда колебаний силы тока 40 мА. Найти энергию электрического поля конденсатора и магнитного поля катушки в тот момент, когда мгновенное значение силы тока в 2 раза меньше амплитудного значения.

765. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью С = 400 пФ и катушки индуктивностью L = 10 мГн. Найти амплитуду колебаний силы тока I m , если амплитуда колебаний напряжения U m = 500 В.

766. Амплитуда силы тока в контуре 1,4 мА, а амплитуда напряжения 280 В. Найти силу тока и напряжение в тот мо¬мент времени, когда энергия магнитного поля катушки равна энергии электрического поля конденсатора.

767. Катушка индуктивностью 31 мГн присоединена к плоскому конденсатору с площадью каждой пластины 20 см 2 и расстоянием между ними 1 см. Чему равна диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей пространство между пластинами, если амплитуда силы тока в контуре 0,2 мА и амплитуда напряжения 10 В?

768. Емкость конденсатора колебательного контура С = 1 мкФ, индуктивность катушки L = 0,04 Гн, амплитуда колебаний напряжения U m = 100 В. В данный момент времени напряжение на конденсаторе u = 80 В. Найти амплитуду колебаний силы тока I m , полную энергию W, энергию электрического поля энергию магнитного поля W м, мгновенное значение сила тока i.

769. Заряд q на пластинах конденсатора колебательного контура изменяется с течением времени t в соответствии с уравнением q = 10 -6 cos10 4 πt. Записать уравнение і = i(t), выражающее зависимость силы тока от времени. Найти период и частоту колебаний в контуре, амплитуду колебаний заряда и амплитуду колебаний силы тока.

770. Колебательный контур состоит из конденсатора емкостью 1 мкФ и катушки индуктивностью 4 Гн. Амплитуда колебаний заряда на конденсаторе 100 мкКл. Написать уравнения q = q(t), i = i(t), u = u(t). Найти амплитуду колебаний силы тока и напряжения.

771. Емкость конденсатора колебательного контура 0,4 мкФ, частота собственных колебаний 50 кГц, амплитуда заряда 8 мкКл. Написать уравнения q = q(t), u = u(t), i = i(t). Найти амплитуду напряжения, амплитуду силы тока и индуктивность катушки.

772. Через какое время (в долях периода t/T) на конденсаторе колебательного контура будет заряд, равный половине амплитудного значения?

773. Амплитуда напряжения в контуре 100 В, частота колебаний 5 МГц. Через какое время напряжение будет 71 В?

774. При каком значении напряжения на конденсаторе колебательного контура (в долях амплитудного значения u/U m) и через какое время (в долях периода t/T) энергия электрического поля впервые будет в 3 раза больше энергии магнитного поля?

775. Найти период Т и частоту ν колебаний в контуре, состоящем из конденсатора емкостью С = 800 пФ и катушки индуктивностью L = 2 мкГн. Во сколько раз изменится период колебаний, если в конденсатор ввести диэлектрик с диэлектрической проницаемостью ε = 9?

776. Каков диапазон частот собственных колебаний в контуре, если его индуктивность можно изменять в пределах от 0,1 до 10 мкГн, а емкость – в пределах от 50 до 5000 пФ?

777. Катушку какой индуктивности надо включить в колебательный контур, чтобы при емкости конденсатора 50 пФ получить частоту свободных колебаний 10 МГц?

778. Во сколько раз изменится частота собственных колебаний в колебательном контуре, если емкость конденсатора увеличить в 25 раз, а индуктивность катушки уменьшить в 16 раз?

779. При увеличении емкости конденсатора колебательного контура на 0,08 мкФ частота колебаний уменьшилась в 3 раза. Найти первоначальную емкость конденсатора. Индуктивность катушки осталась прежней.

780. В колебательном контуре конденсатору емкостью 10 мкФ сообщили заряд 40 мкКл, после чего в контуре возникли затухающие электромагнитные колебания. Какое количество теплоты выделится к моменту, когда максимальное напряжение на конденсаторе станет меньше начального максимального напряжения в 4 раза?

781. Частоту вращения проволочной рамки в однородном магнитном поле увеличили в 3 раза. Во сколько раз изменится частота переменного тока в рамке и ЭДС индукции?

782. Рамка площадью 200 см 2 вращается с частотой 8 с -1 в магнитном поле индукцией 0,4 Тл. Написать уравнения Ф = Ф(t) и е = e(t), если при t = 0 нормаль к плоскости рамки перпендикулярна линиям индукции поля. Найти амплитуду ЭДС индукции.

783. При вращении проволочной рамки в однородном магнитном поле пронизывающий рамку магнитный поток изменяется в зависимости от времени по закону Ф = 0,01sin10πt. Вычислив производную Ф’ написать формулу зависимости ЭДС от времени е = e(t). В каком положении была рамка в начале отсчета времени? Какова частота вращения рамки? Чему равны максимальные значения магнитного потока и ЭДС?

784. Сколько витков имеет рамка площадью 500 см 2 , если при вращении ее с частотой 20 с -1 в однородном магнитном поле индукцией 0,1 Тл амплитудное значение ЭДС равно 63 В?

785. Какую траекторию опишет электрон, пролетая между пластинами плоского конденсатора, на которые подано: а) постоянное напряжение; б) переменное напряжение достаточно высокой частоты?

786. Будет ли проходить ток через электролитическую ванну с раствором медного купороса, если ее подключить к источнику переменного напряжения? Будет ли выделяться на электродах медь?

787. По графику найти амплитудное значение переменной ЭДС, ее период и частоту. Записать формулу изменения ЭДС со временем.

788. Какое значение принимает напряжение через 10, 15 и 30 мс, если амплитуда напряжения 200 В и период 60 мс?

789. Ток в цепи меняется по гармоническому закону. Мгновенное значение силы тока для фазы π/6 равно 6 А. Определить амплитудное и действующее значения силы тока.

790. На какое напряжение надо рассчитывать изоляторы линии передачи, если действующее напряжение 430 кВ?

791. Написать уравнения, выражающие зависимость напряжения и силы тока от времени для электроплитки сопротивлением 50 Ом, включенной в сеть переменного тока с частотой 50 Гц и напряжением 220 В.

792. При каких фазах в пределах одного периода мгновенное значение напряжения равно по модулю половине амплитудного?

793. Неоновая лампа начинает светить, когда напряжение на ее электродах достигает строго определенного значения. Какую часть периода будет светить лампа, если ее включить в сеть, действующее значение напряжения в которой равно этому напряжению? Считать, что напряжение, при котором лампа гаснет, равно напряжению зажигания.

794. Конденсатор переменной емкости включен в цепь последовательно с лампочкой от карманного фонаря. Схема питается от генератора звуковой частоты ЗГ. Как изменяется накал лампочки, если: а) не меняя емкости конденсатора, увеличивать частоту переменного тока; б) не меняя частоту, увеличивать емкость конденсатора?

795. Каково сопротивление конденсатора емкостью 4 мкФ в цепях с частотой переменного тока 50 и 400 Гц?

796. Конденсатор включен в цепь переменного тока стандартной частоты. Напряжение в сети 220 В. Сила тока в цепи этого конденсатора 2,5 А. Какова емкость конденсатора?

797. Последовательно с лампочкой карманного фонаря к ЗГ подключена катушка. Как изменится накал лампочки, если: а) не меняя частоту, поместить в катушку железный сердечник; б) уменьшить частоту.

798. Каково индуктивное сопротивление катушки индуктивностью 0,2 Гн при частоте тока 50 Гц? 400 Гц?

799. Катушка с ничтожно малым активным сопротивлением включена в цепь переменного тока с частотой 50 Гц. При напряжении 125 В сила тока равна 2,5 А. Какова индуктивность катушки?

800. Лампы питаются от ЗГ. При некоторой частоте накал ламп одинаков. Как изменится накал, если частоту: а) увеличить; б) уменьшить?

Контрольная работа по физике «Переменный ток»

Просмотр содержимого документа

«Контрольная работа по физике «Переменный ток»»

Контрольная работа на тему: Магнетизм-пер. ток

Вариант №1

Фазой колебаний _____ х=______ При колебаниях периодически происходит переход__________ Колебания называют вынужденными________ Полная механическая энергия тела на пружине W=______ Полная энергия колебательного контура W=_______

Формула Томсона T=_______ q=________ i=______ Частота переменного тока_______

Емкостным сопротивлением называют_______ Хс=_____ В проводнике с емкостным сопротивлением колебания силы тока______т.е I==___ ХL ___________ ω0 =_____

Резонансом называют_______ Трансформатор состоит________ К=_______

1. Квадратная рамка со стороной 10см равномерно вращается в однородном магнитном поле

индукцией 0,2Тесла и частотой 50Гц. Написать уравнения колебания магнитного потока и эдс, нормаль плоскости рамки перпендикулярна л.и магнитного поля. Найти амплитуду ЭДС.

2. Чему равно число витков в круглом проводящем контуре радиусом 10см, вращающемся в

однородном магнитном поле с индукцией 0,2Тесла и частотой 20Гц, если амплитудное значение ЭДС 50В?

3. Найти сдвиг фаз между напряжением и током в цепи, состоящей из последовательно включенных сопротивления 1кОм, катушка индуктивности 50Гн и конденсатора 1мкф. Найти среднюю мощность тока в этой цепи, если амплитудное значение напряжения 100В, частотой 50Гц?

Вариант№2

Фаза определяет_______ φ=______ W =_______ Затухающими называют колебания_____ Резонансом называют______Колебательным контуром_____ Электромагнитными называют_________ Свободными называют колебания________

Энергия конденсатора Wп=______ ω0 =______ е=_________Переменным током_________

Активным сопротивлением называют________ i=____ В проводнике с активным сопротивлением колебания силы тока_______ P=______ Колебания напряжения в цепи с

катушкой_______ колебания силы тока_____ Трансформатор_________

1. Конденсатор включен в цепь переменного тока напряжением 220В, частотой 50Гц, максимальная сила тока в цепи 4А. Найти емкость конденсатора.

1. Катушка индуктивности, активным сопротивлением которой можно пренебречь, включен в цепь переменного тока напряжением 220В, частотой 50Гц, сила тока в цепи 2А. Найти индуктивность катушки.

2. Написать уравнения, выражающие зависимость напряжения и силы тока от времени в электроплитке сопротивлением 60 Ом, включенной в цепь переменного тока напряжением 220В, частотой 50Гц?

Контрольные и самостоятельные работы по физике. 10 — 11 классы

«Механика»

Самостоятельная работа №1

Вариант №1
1. Какую наименьшую силу необходимо приложить, чтобы двигать санки массой 500кг по льду? Коэффициент трения равен 0,035
2. На наклонной плоскости длиной 5м и высотой 3м находится груз массой 50кг. Какую силу, направленную вдоль плоскости, надо приложить, чтобы втаскивать груз с ускорением 1м/с2? Коэффициент трения 0,2.

Вариант №2.
1. Автомобиль массой 1,2т движется с места с ускорением 0,8м/с2. . Какую силу тяги развивает двигатель при этом движении, если коэффициент трения 0,02?
2. На наклонной плоскости длиной 5м и высотой 3м находится груз массой 50кг. Какую силу, направленную вдоль плоскости, надо приложить, чтобы стащить груз с ускорением 1м/с2? Коэффициент трения 0,2.

Самостоятельная работа №2
1. Два шара массой 4 и 3кг связаны между собой верёвкой, перекинутой через неподвижный блок. С каким ускорением будет двигаться эта система?
2. После толчка вагон остановился, пройдя по горизонтали 60м за 20с. Найти силу трения.
3. Автомобиль, движется со скоростью 54км/ч. Каков наименьший радиус поворота автомобиля, если коэффициент трения скольжения колёс о полотно дороги равен 0,5?
4. Мальчик тянет санки за верёвку, действуя на неё силой 80Н. Верёвка образует с горизонтом угол 30о. Какую работу совершит мальчик, переместив санки на 100м?
5. Стрела массой 50г выпущена из лука вертикально вверх со скоростью 30м/с. Определите потенциальную и кинетическую энергию стрелы через 2с после начала полёта.
6. Сани скользят с вершины ледяной горки длиной 10м. высота горки 2м. определите ускорение санок. Сколько времени продолжится скольжение санок по горке? (трением пренебречь).

Самостоятельная работа №3
Вариант №1
1. Определите вес автомобиля в середине выпуклого моста радиусом 50м, если скорость автомобиля равна 72км/ч, а масса равна 3600кг.
2. Человек массой 75кг прыгнул с движущейся тележки массой 100кг в сторону, противоположную её движению, так, что его скорость относительно Земли стала равной нулю. Чему равна скорость тележки после прыжка, если до прыжка она была равна 4м/с?

Вариант №2.
1. Две железнодорожные платформы движутся навстречу друг другу со скоростями 0.6 м/с и 0.4м/с. Массы платформ соответственно равны 18т и 28т. С какой скоростью и в каком направлении будут двигаться платформы после столкновения? Удар считать упругим.
2. Лыжник массой 50кг движется со скоростью 20м/с по вогнутому мосту радиусом 20м. определите вес мальчика на нижней части траектории.

Самостоятельная работа №4
Вариант №1.
1. Самолёт уменьшил свою скорость с 720км/ч до 180км/ч в течении 20с. С каким ускорением летел самолет, и какое расстояние он пролетел за это время?
2. Поезд массой 1500т увеличил скорость с 5 до 11м/с в течение 5 минут. Определите силу, сообщающую поезду ускорение7
3. Вычислите первую космическую скорость для Луны, если её радиус 1700км, а уск5орение свободного падения тел на Луне равно 1,6м/с

Вариант №2.
1. Автомобиль при торможении уменьшил свою скорость с 54 до 28,8км/ч за 7 с. Определите ускорение автомобиля и расстояние, пройденное при торможении.
2. Поезд массой 1200т движется со скоростью 28,8км/ч и при торможении останавливается, пройдя путь 200м. найдите силу торможения.
3. Вычислите первую космическую скорость у поверхности Юпитера, если его радиус равен 70000км, а ускорение силы тяжести равно 26м/с.

Самостоятельная работа №5
1. Какую кинетическую энергию приобретает тело массой 4 кг через 10 с от начала падения?
2. Автомобиль спускается с горы с выключенным двигателем. За счет, какой энергии движется при этом автомобиль?
3. Определите потенциальную энергию, которой обладает вода у Днепровской плотины относительно нижнего уровня, если расход воды в 1 с равен 2000 м3, а высота падения 37 м.
4. Мальчик догнал тележку, движущуюся со скоростью 3 м/с, и вскочил на неё. Чему равна скорость тележки после этого, если скорость мальчика в момент прыжка была 4 м/с, а масса мальчика 50 кг, масса тележки 80 кг? Чему будет равна скорость тележки, если мальчик прыгнет на встречу движущейся тележке

Основы молекулярно кинетической теории строения вещества

Контрольная работа №1
Вариант №1.
1. В баллоне содержится газ массой 2 кг при температуре 273К. какое количество газа (по массе) нужно удалить из баллона, чтобы при нагревании до 300К его давление осталось прежним?
2. Почему детский воздушный шар, наполненный воздухом, по мере поднятия вверх постепенно увеличивается в объёме?
3. Дымовые газы, образовавшиеся в топке парового котла, охлаждаются с 1450 до 500К. во сколько раз уменьшится их объём?
4. Сколько молекул содержится в 14кг азота?

Вариант №2.
1. В цилиндре двигателя внутреннего сгорания давление в конце такта сжатия равно 11кПа, а температура 350К. Каким станет давление после сгорания газовой смеси, если температура при сжатии увеличилась до 2000 градусов Цельсия?
2. Какой газ занимает больший объём при нормальных условиях: 3.2кг кислорода или 0.3кг водорода?
3. Найдите массу молекулы кислорода.
4. Изобразите изотерму для идеального газа.

Контрольная работа №2

Вариант №1.
1. Баллон ёмкостью 0.0831м3 содержит 1.6кг кислорода и находится под давлением 2*106Па. При какой температуре он находится?
2. Определите внутреннюю энергию водорода массой 200г при температуре 20 о С.
3. К.П.Д. теплового двигателя 40%. Газ получил от нагревателя 5кДж теплоты. Какое количество теплоты отдано холодильнику?

Вариант №2
1. К.П.Д. теплового двигателя 45%. Какова температура нагревателя, если температура холодильника 2ОС?
2. Найти объём, который занимает 0.14кг азота при давлении 1.2*106Па и при температуре15ОС.
3. Определите внутреннюю энергию гелия массой 400г при температуре 27ОС.

«Механические свойства твёрдых тел»

Самостоятельная работа №1

Вариант №1.
1. Балка длиной 5м с площадью поперечного сечения 100см2 под действием сил 10кН, приложенных к её концам, сжалась на 1см.Найти относительное и механическое напряжение.
2. Во сколько раз относительное удлинение рыболовной лесы диаметром 0,2мм больше, чем лесы диаметром 0,4мм, если к концам лес приложены одинаковые силы?
3. Напряжение на круглом стальном стержне при нагрузке 12кН равно 2*105Па. Каково напряжение при нагрузке 2,4кН?

Вариант №2
1. При растяжении алюминиевой проволоки длиной 2м в ней возникло механическое напряжение 35МПа. Найти относительное и абсолютное удлинение.
2. Во сколько раз абсолютное удлинение латунной проволоки больше, чем стальной? (такой же длины, такого же поперечного сечения), при действии на них одинаковых растягивающих сил?
3. Найти напряжение, возникающее в стальном тросе при его относительном удлинении 0,001?

Контрольная работа «Постоянный электрический ток».

Вариант №1.
1. ЭДС источника тока равна 5В. К источнику присоединили лампу, сопротивление которой 12Ом. Найдите напряжение на лампе, если внутреннее сопротивление источника тока равно 0,5Ом. (4,8В)
2. К аккумулятору с ЭДС 6В и внутренним сопротивлением 0,2Ом включён проводник сопротивлением 1Ом. Чему равна работа тока в этом проводнике за 2 минуты? (3000Дж)
3. Цепь состоит из источника тока, ЭДС которого 705В, а внутреннее сопротивление равно 0,3Ом, и двух параллельно соединённых проводников 3ОМ и 2Ом. Определите силу тока во втором проводнике. (3А)

Вариант №2.
1. ЭДС аккумулятора равна 2В. При силе тока в цепи 2А напряжение на зажимах аккумулятора равно 1,8В. Найдите внутреннее сопротивление аккумулятора и сопротивление внешней цепи. (0,1Ом; 0,9Ом)
2. Две плитки, спирали которых имеют одинаковое сопротивление, включены в сеть: в одном случае последовательно, в другом – параллельно. В каком случае выделится большее количество теплоты и во сколько раз? (при параллельном в 4 раза больше)
3. Каковы показания амперметра и вольтметра в цепи, если ЭДС источника 6В, его внутреннее сопротивление 0,2Ом, первое сопротивление равно 0,2 Ом, второе сопротивление равно 10 Ом? (0,5А; 5В)

Самостоятельная работа по теме «Соединение проводников»
Вариант №1.
1. Проводники 15 Ом и 25 Ом соединены последовательно в цепи с напряжением 120В. Определите силу тока в цепи.
2. Проводники соединены параллельно в цепь с напряжением 2В. Сила тока на первом резисторе 0,4А, на втором 0,1А. Определите сопротивление в цепи.
3. Реостат изготовлен из нихрома и имеет длину проволоки 150м и сечением 0,2мм 2. Определите сопротивление резистора.

Вариант №2.
1. Резисторы 6Ом и 2 Ом соединены последовательно, при силе тока в цепи 5 А. Определите напряжение в цепи.
2. Резисторы 2Ом и Ом соединены параллельно при силе тока в цепи 9В. Определите силу тока в резисторах.
3. Реостат изготовлен из никелиновой проволоки длиной 2 м и сечением 0,18 мм 2. Определите сопротивление реостата.

Контрольная работа «Магнитное поле»

Вариант №1.
1. На прямолинейный проводник длиной 50 см, расположенный перпендикулярно линиям индукции однородного магнитного поля, действует сила 0,12Н. Определите магнитную индукцию, если сила тока в проводнике 3А.
2. В однородное магнитное поле индукцией 0,08 Тл влетает электрон со скоростью 4*107 м/с, направленной перпендикулярно линиям индукции. Чему равны сила, действующая на электрон в магнитном поле, и радиус окружности, по которой он движется?
3. Проводник, сила тока в котором 0,5 А, помещён в однородное магнитное поле таким образом, что на него действует максимальная сила 0,01 Н. Длина проводника равна 0,1 м. Вычислите значение вектора индукции магнитного поля.
4. Определите магнитный поток, пронизывающий плоскую прямолинейную площадку со сторонами 20 и 40 см, если магнитная индукция во всех точках площадки равна 4Тл, а вектор магнитной индукции образует с нормалью к этой площадке угол 0 градусов.

Вариант №2.
1. На проводник длиной 40 см, расположенный под углом 30о к линиям индукции магнитного поля, действует сила 0,4 Н, когда в проводнике сила тока равна 2А. Чему равна индукция магнитного поля?
2. Электрон влетает в однородное магнитное поле перпендикулярно линиям индукции магнитного поля со скоростью 5*106 м/с. Индукция магнитного поля равна 2*10-2 Тл. Вычислите силу Лоренца. По какой траектории будет двигаться электрон?
3. В магнитном поле с индукцией 1,5 Тл находится проводник, сила тока в котором 3А. Чему равна сила, действующая на проводник, длина которого 50 см, если он расположен вдоль линий индукции.
4. Плоская прямоугольная катушка из 200 витков со сторонами 10 и 5см находится в однородном магнитном поле с индукцией 0,5Тл. Какой максимальный вращающий момент может действовать на катушку в этом поле, если по проводникам катушки проходит ток 2А?

Самостоятельная работа по теме «Магнитное поле»
Вариант №1.
1. Проводник, активная длина которого 1,2 м, помещён в однородное магнитное поле с индукцией 0,5 Тл. Найти силу тока в проводнике, если последний образует с вектором индукции угол 60 о, а сила, действующая на проводник, равна 2,1Н.
2. Определите индукцию магнитного поля, если протон влетает в него со скоростью 20000км/с, причём на протон поле действует с силой 1,6*10 -8Н.
3. Как определить направление вектора индукции магнитного поля для прямого и кругового токов, (пояснить на рисунке).

Вариант №2.
1. С какой силой действует магнитное поле с индукцией 10мТл на проводник, длина активной части которого 0,1м? По проводнику течёт ток силой 50А, угол между направлением тока и индукцией магнитного поля равен 30о.
2. С какой скоростью влетает электрон в однородное магнитное поле (индукция 2Тл) перпендикулярно к линиям индукции, если магнитное поле действует на электрон с силой 3,2 *10 -12 Н?
3. Сформулируйте правило левой руки и поясните примером.

«Электрический ток в различных средах»

Самостоятельная работа №1.
Вариант №1.
1. К источнику тока с Э.Д.С. 4 В включен проводник сопротивлением 3 Ом. При этом амперметр показал 1 А. Какую силу тока покажет амперметр, если сопротивление проводника увеличить втрое?
2. Медный анод массой 20 г поставлен в электролитическую ванну. За сколько времени он полностью израсходуется? Сила тока 1 А.
3. Определите напряжённость электрического поля, при которой может произойти ионизация молекул воздуха, если энергия ионизации 15 эВ, а длина свободного пробега электрона 5*10-4 см.
4. Какой получится тип проводимости, если вплавить в германий фосфор?

Вариант №2.
1. Общее сопротивление двух проводников, соединённых последовательно, 50 Ом, а параллельно — 12,5 Ом. Определите сопротивление каждого проводника.
2. Сколько электроэнергии расходуется на 1 кг никеля, если электролиз ведётся при напряжении 10,8 В?
3. Какой ток насыщения установится между пластинами площадью по 0,15 м 2, находящимися на расстоянии 2*10-2 м, если ионизатор образует 5*107 ионов в секунду в объёме 10-6 м3?
4. Как влияет на проводимость полупроводников присутствие в них примесей?

Самостоятельная работа по теме «Электролиз»

Вариант №1.
1. За какое время при электролизе воды выделится 0,5г водорода? Сила тока 1,5А.
2. Определите силу тока в ванне, содержащей раствор азотного серебра. Если за 10 минут выделилось 0,632г серебра.
3. Почему в водном растворе происходит распад молекул растворимых веществ на ионы?

Вариант №2.
1. В медной ванне за 15 минут выделяется 2мг меди. Определите сопротивление раствора электролита, если затраченная мощность 1200Вт.
2. Сколько длилось золочение, если на изделии образовался слой золота массой 3г? Сила тока 2А.
3. Как изменяется сопротивление электролита при нагревании?

Самостоятельная работа№2.

1. Между анодом и катодом двух электродной лампы приложена разность потенциалов 300В. Определите конечную скорость электронов у анода и время их движения, если расстояние между анодом и катодом 10мм. Скорость электронов у катода принять равной нулю.
2. Через электролитическую ванну, содержащую нитрат серебра, протекает ток 1мА. Сколько серебра выделится на катоде за 1с?
3. На концах корабельных мачт возникает свечение, вызывавшее в старые времена суеверный страх у мореплавателей. Объясните это явление.
4. Почему в дымоходных трубах частицы угля в дыме имеют положительный электрический заряд?

Итоговая контрольная работа по теме «Электрический ток в различных средах»

Вариант №1.
1. рассчитайте сопротивление цепи, если 1,2,4 сопротивления равны 3Ом, а третье равно 1Ом.
2. как изменится сопротивление проводника, если его длину и площадь поперечного сечения увеличить в два раза?
3. от чего зависит удельное сопротивление проводника?
4. какими носителями электрического заряда создаётся электрический ток в электролитах?
5. через поперечное сечение проводника за 5с проходит заряд электричества 30Кл. определите величину силы тока.
6. пять элементов по 1.5В соединены последовательно. Определите напряжение полученной батареи.
7. начертите вольт — амперную характеристику тока в вакууме.
8. к какой среде применим закон Ома?
9. как изменяется сопротивление в полупроводниках с повышением температуры?
10. сколько меди выделится на катоде при токе силой в 2А за 25 минут?
11. движение, каких частиц образует электрический ток в газах?
12. в радиолампе электроны ускоряются до энергии 600эВ. Найдите их скорость у анода лампы.
13. определите сопротивление раствора серной кислоты, если известно, что при прохождении тока за 2 часа выделилось 0.72 г водорода. Мощность, затраченная на нагревание электролита, 100Вт.
14. лифт поднимается со средней скоростью 0.44м/с. Напряжение на зажимах мотора равно 220В, а его КПД 90%. Определите мощность, потребляемую мотором, и силу тока. Масса лифта равна 882 кг.

Вариант №2
1. рассчитайте сопротивление цепи, если 1,2,3 сопротивления равны 6Ом.
2. как изменится сопротивление проводника, если его длину увеличить вдвое, а сечение уменьшить втрое?
3. от чего зависит сопротивление проводника при постоянной температуре?
4. какими носителями зарядов создаётся электрический ток в вакууме?
5. определите величину заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника за час. Сила тока равна 10А.
6. определите напряжение в проводнике сопротивлением 4 Ом, если по нему течёт ток 2.5А.
7. начертите график зависимости сопротивления от температуры для жидкостей.
8. к какой среде применим закон Фарадея?
9. как изменяется сопротивление в жидкостях с понижением температуры?
10. какое количество теплоты выделится на проводнике за 15 минут при силе тока 5А и сопротивлении 25Ом?
11. движение, каких частиц образует электрический ток в металлах?
12. сколько электронов ежесекундно вылетает из катода электронной лампы, если сила анодного тока равна 1А?
13. для ионизации нейтральной молекулы воздуха электрон должен обладать энергией 2.4*10-18 Дж. Поле, какой напряжённости может сообщить электрону такую энергию? Длину свободного пробега электрона принять равной 0.0005 см.
14. груз массой 4000 кг подъёмный кран поднимает равномерно со скоростью 0.5м/с. Определите КПД крана, если напряжение на его зажимах 220В, а сила тока равна 140А.

11 класс

Самостоятельная работа №1 по теме «Электромагнитные колебания»

Вариант №1.
1. Устройство колебательного контура. Роль катушки в контуре.
2. Как изменяется энергия электрического поля в колебательном контуре?
3. Амплитуда колебаний заряда на обкладках конденсатора равна 10мКулон. Ёмкость конденсатора равна 1мкФарад. Определите полную энергию контура, содержащего этот конденсатор.
4. Амплитуда колебаний силы тока равна 3А. Период колебаний равен 0,2с. Определите частоту и значение силы тока для фазы П/2 радиан.
5. В колебательном контуре индуктивность катушки увеличена в 10 раз. Что нужно сделать, чтобы период колебаний контура остался прежним?

Вариант №2.
1. Устройство колебательного контура, роль конденсатора в нём.
2. Как изменяется энергия магнитного поля в колебательном контуре?
3. Амплитуда силы тока в катушке равна 20А. Индуктивность катушки равна 70Гн. Определите энергию магнитного поля катушки.
4. Амплитуда силы тока равна 100А. Период колебаний равен 0,04с. Определите частоту и значение силы тока для фазы П/3радиан.
5. В колебательном контуре индуктивность катушки увеличена в 10 раз. Что нужно сделать, чтобы период колебаний контура остался прежним?

Самостоятельная работа №2.
Вариант №1.
1. Катушка с индуктивностью 0,03Гн включена в сеть переменного тока стандартной частоты и напряжением 120В. Определите индуктивное сопротивление и силу тока в цепи.
2. Амплитудное значение силы тока в цепи 2А. Какое количество теплоты выделится в 1 минуту в электроплитке с активным сопротивлением 10Ом, включённой в эту цепь.
3. Ёмкость и индуктивность колебательного контура соответственно равны 50мкФ и 50Гн. Определите период колебаний в контуре.
4. Колебания силы тока опережают на фазу П/2 колебания напряжения. Какое сопротивление включено в цепь? Запишите уравнения колебаний силы тока и напряжения.

Вариант №2.
1. В сеть стандартной частоты напряжением 100В последовательно включены резистор сопротивлением 150Ом и конденсатор ёмкостью 16мкФ. Найдите полное сопротивление цепи, силу тока в ней, напряжение на зажимах резистора и конденсатора.
2. Мгновенное значение ЭДС синусоидального тока 120В для фазы 20 градусов. Каково амплитудное и действующее значение ЭДС?
3. Колебания силы тока отстают на фазу П/2 от колебаний напряжения. Какое сопротивление включено в цепь? Запишите уравнения колебания силы тока и напряжения.
4. Мгновенное значение ЭДС синусоидального тока 120В для фазы 20 градусов. Каково амплитудное и действующее значение ЭДС?

Самостоятельная работа по теме «Переменный ток»

Вариант №1
1. Амплитудное значение силы тока в цепи 2А. Какое количество теплоты выделится в 1 минуту в электрической плитке с активным сопротивлением 10 Ом, включённой в эту цепь?
2. Первичная катушка трансформатора присоединена к генератору переменной ЭДС, вторичная катушка разомкнута. Потребляет ли трансформатор электроэнергию?
3. В первичной обмотке повышающего трансформатора 80 витков, а во вторичной – 1280 витков. Какое напряжение на зажимах вторичной обмотки можно получить, если включить первичную обмотку под напряжение 115 В? Каков коэффициент трансформации?
4. В сеть промышленного переменного тока напряжением 220 В включён конденсатор ёмкостью 40мкФ. Определите значение силы тока.

Вариант №2
1.На какую частоту настроен радиоприёмник, если колебательный контур имеет катушку индуктивностью 1,5мГ и конденсатор ёмкостью 450пФ?
2. Сила тока в первичной обмотке трансформатора 0,5А, напряжение на её концах 220В. Сила тока во вторичной обмотке трансформатора 11А, а напряжение 9,5В. Определите КПД трансформатора.
3. Написать уравнения, выражающие зависимость напряжения и силы тока от времени для электрической плитки сопротивлением 50Ом, включённой в сеть переменного тока с частотой 50Гц и напряжением 220В.
4. Каковы преимущества переменного тока перед постоянным?

Самостоятельная работа №1 по теме «Электромагнитные волны».

Вариант №1.
1. Как распространяются длинные, короткие и ультракороткие волны в околоземном пространстве?
2. В чём состоит процесс детектирования высокочастотных колебаний и как он осуществляется?
3. При каком условии возникает электрический резонанс в колебательном контуре?
4. Материально ли электромагнитное поле? Докажите.
5. С какой скоростью распространяются электромагнитные волны в вакууме?
6. Как увеличить энергию, излучаемую колебательным контуром в пространство в виде электромагнитных волн.
7. Какие характеристики поля меняются в электромагнитной волне?
8. Почему для излучения электромагнитных волн применяется открытый колебательный контур.

Вариант №2.
1. Колебания, какой частоты (низкой или высокой) используются для космической радиосвязи?
2. В чём состоит процесс амплитудной модуляции.
3. Чем объяснить неустойчивость приёма радиопередач в коротковолновом диапазоне.
4. Как изменится мощность излучения, если частоту электрического вибратора увеличить в три раза.
5. Меняется ли частота и длина электромагнитной волны при переходе из одной среды в другую.
6. Какие вещества (металлы или диэлектрик) лучше отражают электромагнитные волны.
7. Какому диапазону частот соответствуют длины волн от 30 до 3000 м.

Самостоятельная работа №2.
1. Ёмкость конденсатора равна 4*10-10Ф, а индуктивность катушки приёмного колебательного контура 9*10-4 Г. Будет ли такой приёмный контур принимать радиостанцию, работающую на волне 110 м? (1130 м)
2. Определить длину волны, излучаемой радиолокатором, работающим на частоте 3*109 Гц. (0,1 м)
3. Сигнал радиолокатора возвратился от цели через 6*10-4с. На каком расстоянии находится цель? (9*104 м)
4. Радиоприёмник на частоте 2,64МГц. Чему равна ёмкость конденсатора, если индуктивность катушки 4*10-5 Гн? (9*10-11 Ф)
5. Сколько раз за секунду радиоволны могут «обежать» экватор, если радиус Земли 6400км? (7 раз)
6. Каково назначение рупоров громкоговорителей?
7. Почему радиолокационные станции работают в импульсном режиме?
8. В чём заключается принцип современной радиосвязи?
9. Что нужно дополнить к закрытому колебательному контуру, чтобы он стал открытым вибратором?
10. Для чего служит антенна?

Контрольная работа №1 по теме «Световые волны»

Вариант №1
1. Вода освещена зелёным светом, для которого длина волны в воздухе 0,5 мкм. Какой будет длина волны в воде? (п=1,3).
2. Для измерения длины световой волны применялась дифракционная решетка, имеющая 100 штрихов на 1мм. Первое дифракционное изображение получено на экране на расстоянии 12 см от центрального. Расстояние от дифракционной решётки до экрана 2 м. определите длину световой волны.
3. Если на влажный асфальт упадёт капля бензина, то получится пятно, окрашенное в различные цвета. Объясните это явление.
4. Как объясняется радужная окраска крыльев стрекозы?

Вариант №2.
1. Спектр получен при помощи дифракционной решётки с периодом 0,01мм. Второе дифракционное изображение получено на расстоянии 1,2см от центра и на расстоянии 10см от решётки. Определите длину волны.
2. Луч света падает из воздуха на поверхность воды под углом 35о. Определите угол преломления, если скорость распространения света в воздухе 300000 км/с, а в воде 226000км/с.
3. Почему интерференционная окраска одного и того же места поверхности мыльного пузыря непрерывно меняется?
4. Как объясняется зелёный цвет листьев?

Контрольная работа №2.

Вариант №1.
1. Для измерения длины световой волны применялась дифракционная решетка, имеющая 100 штрихов на 1мм. Первое дифракционное изображение на экране получено на расстоянии 12см от центрального. Расстояние от решётки до экрана 2м. определите длину световой волны.
2. Вода освещена зелёным светом, для которого длина волны в воздухе 0.5мкм. Какой будет длина волны в воде? (п=1.3)
3. Если на влажный асфальт упадёт капля бензина, то получится пятно, окрашенное в различные цвета, Объясните это явление.
4. Сколько времени идёт свет от Земли до Солнца. Расстояние равно 150 млн. километров.

Вариант №2.
1. Найдите порядок спектра для жёлтой линии натрия с длиной волны 589нм, если период решётки равен 2мкм, а угол падения равен 20 градусов.
2. Разность хода лучей двух когерентных источников света с длиной волны 600нм, сходящихся в некоторой точке, равна 1.5*10-8 м. Усиление или ослабление света будет наблюдаться в этой точке?
3. Как объясняется: белый цвет снега, чёрный цвет сажи, зелёный цвет листьев, красный цвет флага?
4. Сколько времени идёт свет от Луны до Земли, если расстояние между ними равно 380000км?

Вариант №3.
1. Частота колебаний монохроматического света равна 5*1014 Гц. Какова длина волны этого света в вакууме, в стекле? (п=1.5).
2. Сколько времени требуется свету для того, чтобы прийти к вам от лампочки, находящейся на расстоянии 1м?
3. Определите период дифракционной решетки, если при освещении её светом с длиной волны 656нм второй максимум виден под углом 15 градусов к перпендикуляру решётки.
4. Объясните образование венцов у электрических фонарей, когда в воздухе находится морозная пыль или туман.

Вариант №4.
1. Спектр получен при помощи дифракционной решётки с периодом 0.01мм. Второе дифракционное изображение получено на расстоянии 1.2 см от центра и на расстоянии 10см от решётки. Определите длину волны.
2. На поверхность воды падают лучи красного цвета с длиной волны 700 нм. Определите длину волны этих лучей в воде, если п=1.33
3. Почему интерференционная окраска одного и того же места поверхности мыльного пузыря непрерывно меняется?
4. Будет ли наблюдаться интерференционный максимум в точке, куда приходят когерентные лучи с разностью хода 1.6мкм, если длина волны равна 400нм.

Вариант №5.
1. С помощью дифракционной решётки с периодом 0.02мм получено первое изображение на расстоянии 7.2 см от центрального и на расстоянии 3.6м от решётки. Найти длину волны.
2. Два когерентных световых пучка достигают некоторой точки с разностью хода 4мкм. Что произойдёт в этой точке: усиление или ослабление света, если свет фиолетового цвета? (длина волны равна 400мкм).
3. На белой бумаге наклеены красные буквы. Каким светом надо осветить бумагу, чтобы буквы перестали быть видимыми?
4. При изготовлении перламутровых пуговиц на их поверхности наносится мельчайшая штриховка. Почему после такой обработки пуговица имеет радужную оболочку

Самостоятельная работа по теме «Теория относительности»
1 вариант.
1. Какова масса протона, летящего со скоростью 2,4*108 м/с? Массу покоя протона считать равной 1а.е.м. ( 1,67 а. е.м.).
2. Во сколько раз увеличивается масса частицы при движении со скоростью 0,99с? (в 7,09 раза).

2 вариант.
1. Найти импульс протона, движущегося со скоростью 0,8с. (6,69*10 -19 кг*м*с).
3. Какова масса электрона, движущегося со скоростью 0,8с? (1,5*10-30 кг).

«Световые кванты»

Тестирование по теме «Фотоэффект».
1. Как изменилась частота излучения, если энергия увеличилась в 2 раза?
А- увеличилась в 16 раз.
Б- уменьшилась в 4 раза.
В- не изменилась.
Г.- увеличилась в 2 раза.
2. Какие из физических явлений не смогла объяснить классическая физика?
А- законы сохранения энергии и импульса.
Б- законы излучения электромагнитной волны вибратором.
В- законы теплового излучения.

3. Как изменяется интенсивность испускания электронов цинковой пластиной при облучении её ультрафиолетовым светом?
А- уменьшается.
Б- увеличивается
В- не изменяется.

4. Как изменится кинетическая энергия электронов при фотоэффекте, если, не изменяя частоту излучения, увеличить световой поток в 2 раза?
А- уменьшится в 2 раза.
Б- увеличится в 2 раза.
В- не изменится.

5. Как изменится фототок насыщения при увеличении частоты облучающего света и неизменном световом потоке?
А- увеличится.
Б- не изменится.
В- уменьшится.
6. Частота облучающего света увеличилась в 2 раза. Как изменилось запирающее напряжение фотоэлементов?
А- уменьшилось в 2 раза.
Б- увеличилось в 4 раза.
В- увеличилось в 2 раза.
7. По какой из формул можно определить красную границу фотоэффекта.
А- ue = mv2
Б- hc /L

8 Какой заряд окажется на двух цинковых пластинках, первая из которых заряжена положительно, а вторая отрицательно, если их облучать ультрафиолетовым светом?
А- обе пластины будут заряжены отрицательно.
Б- первая приобретёт положительный заряд, вторая – отрицательный.
В- обе пластины будут иметь положительный заряд.

9. Какие факторы определяют красную границу фотоэффекта.
А- длина волны.
Б- вещество катода.
В- вещество анода.

10. Как изменится скорость вылетающих из вещества электронов, если частота облучающего света увеличится?
А- не изменится.
Б- увеличится.
В- уменьшится.

11.От каких параметров зависит фототок насыщения?
А- световой поток.
Б- частота облучающего света.
В- скорость вылетающих электронов.

12. Как зависит запирающее напряжение фототока от длины волны облучающего света?
А- прямо пропорционально длине волны.
Б- обратно пропорционально длине волны.
В- не зависит.

Вопросы для самоконтроля по теме «Световые кванты»

1. Сформулируйте сущность гипотезы Планка.
2. В чём состоит фотоэффект?
3. Сформулируйте законы внешнего фотоэффекта.
4. В чём сущность гипотезы Эйнштейна в теории фотоэффекта.
5. На что расходуется энергия фотонов при фотоэффекте?
6. поясните, что такое фотон.
7. Формула для расчёта энергии фотона.
8. Формула для расчёта массы фотона.
9. Формула для расчёта импульса фотона.
10. Как меняются при переходе света из воздуха в воду масса и импульс его фотонов?
11. Что такое красная граница фотоэффекта?
12. Где применяется фотоэффект?
13. Кто впервые обнаружил и измерил давление света?
14. Как с точки зрения квантовой природы света объясняется его давление?
15. Какой процесс называют фотосинтезом, и при каких условиях он протекает?
16. Приведите примеры использования фотоэлементов с внешним и внутренним фотоэффектом.
17. При каких условиях возможно явление фотоэффекта?

Коды ответов.
1. Г
2. В
3. А
4. В
5. Б
6. В
7. Б
8. В
9. А
10. Б
11. А
12. Б

Контрольная работа

Вариант №1.
1. Какой частоты свет следует направить на поверхность металла с работой выхода А=6эВ, чтобы скорость фотоэлектронов была 3000км/с.
2. Найти массу фотонов лучей с длиной волны 1мкм.
3. Определите красную границу фотоэффекта для калия, если работа выхода А= 3,2*10-19 Дж.
4. Почему фотоснимки проявляют при красном свете?

Вариант №2.
1. Какой кинетической энергией обладают электроны, вырванные из цезия при облучении его светом с длиной волны 0,5мкм. Работа выхода А=1,9эВ.
2. Каков импульс фотона, если соответствующая ему длина волны равна 2*10-8 м.
3. Найти работу выхода электронов из металла, если фотоэффект начинается при частоте 5*1014 Гц.
4. Можно ли фотографировать в совершенно тёмном помещении?

Вариант №3.
1. Какой длины волны следует направить лучи на поверхность металла, чтобы скорость фотоэлектронов была 2000км/с? Работа выхода А= 5*10-19 Дж.
2. Красная граница фотоэффекта для натрия равна 0,66мкм. Найти работы выхода.
3. Найти энергию фотонов для света с частотой 6*1014 Гц.

Программированный контроль по теме «Ядерная физика»

Первый вариант.
1. Что общего и различного у изотопов?
2. Что происходит с веществом при бета распаде?
3. На что указывает атомный номер в периодической таблице Менделеева?
4. Чему равно массовое число, число протонов, нейтронов и электронов у лития с атомной массой 7?
5. Что такое бета частицы и гамма лучи?
6. Изобразите планетарную модель атома дейтерия.
7. Чему равен полный заряд атома в нейтральном состоянии?
8. Для чего служат теплоноситель и блок защиты в ядерном реакторе?
9. Что такое критическая масса?
10. Какое количество урана -235 расходуется в сутки на атомной электростанции мощностью 1000 МВт, если КПД равен 31%?
11. Почему ядра химических элементов очень устойчивы?

Второй вариант.
1. Что такое естественная радиоактивность?
2. Что происходит с веществом при альфа распаде?
3. Как определить заряд ядра химического элемента?
4. Чему равно массовое число, число протонов, нейтронов и электронов у бериллия с атомной массой 9?
5. Что такое альфа лучи, позитрон?
6. Изобразите планетарную модель атома трития.
7. Какая частица образуется, если к нейтральному атому присоединяется лишний электрон?
8. Для чего служат графитовые стержни и замедлитель нейтронов в ядерном реакторе?
9. Что такое коэффициент размножения нейтронов?
10. Определите КПД первой атомной электростанции, если при мощности станции 5000кВт расход урана-235 в сутки составлял 31 грамм.
11. Какова причина деления ядер урана -238 в ядерном реакторе?

«Солнце»

Самостоятельная работа.
Вариант №1.
1. Какие основные химические элементы и каком соотношении входят в состав Солнца?
2. Чем объясняется наблюдаемая на солнце грануляция?
3. Каков период вращения Солнца вокруг оси и в чём состоит особенность этого вращения?
4. При каких процессах на Солнце возникают корпускулярные потоки и космические лучи?
5. За счет, каких источников энергии излучает Солнце? Какие при этом происходят изменения с его веществом?
6. Какой слой Солнца является основным источником видимого излучения?
7. Чем объясняется изменение яркости некоторых двойных звёзд?

Вариант №1.
8. Какие основные химические элементы и каком соотношении входят в состав Солнца?
9. Чем объясняется наблюдаемая на солнце грануляция?
10. Каков период вращения Солнца вокруг оси и в чём состоит особенность этого вращения?
11. При каких процессах на Солнце возникают корпускулярные потоки и космические лучи?
12. За счёт каких источников энергии излучает Солнце? Какие при этом происходят изменения с его веществом?
13. Какой слой Солнца является основным источником видимого излучения?
14. Чем объясняется изменение яркости некоторых двойных звёзд?

Контрольная работа по теме «Электрические колебания»

Цель работы:

• При оценивании знаний необходим в подборе
  знаний учет индивидуальности. Работа по 30
  вариантам дает возможность осуществить
  личностный ориентированный подход.
• Проверка знаний по теме «Электрические
  колебания включает».
  • cвободные электрические колебания в контуре
  • период, частота, напряжение и сила
    электрического тока.
  • индуктивность и емкость сопротивления;
  • мощность переменного тока;
  • производство, передача и использование
    электрической энергии.

В контурной работе предлагается 30 задач с
разноуровневым подходом.

• 1-10 задачу-первый уровень сложности
• 11-19 задачу- второй уровень сложности
• 20-30 задачу- третий уровень сложности

Первый и второй уровень сложности имеет по 3
задачи, третий уровень 5 задач.

В каждом варианте

• На первом и втором уровне решение любой одной
  задачи оценивается в «3» балла.
• На третьем уровне на два балла оценивается
  решение только первой задачи, без анализа
  последующих. При решении одной из последующих
  задач оценивание увеличивается на один балл

Система оценивания работы.

• 1-2 уровень
• 3 задачи- «5»
• 2 задачи — «4»
• 1 задача- «3»
• 3 уровень
• 5 задач- «5»
• 4 задачи- «4»
• 3 задачи- «3»
• 2 задачи- «3»
• 1 задача- «2»

Вариант 1

1. В колебательном контуре емкости конденсатор 3
   мкФ, а максимальное напряжение на нем 4 В. Найдите
   максимальную энергию магнитного поля катушки.
   Активное сопротивление примите равным нулю.
2. Почему в колебательном контуре, изображенном на
   рисунке, существуют только затухающие
   электромагнитные колебания?
3. По графику изображенному на рисунке, определите
   амплитуду ЭДС, период .ока и частоту. Напишите
   уравнение ЭДС.

Вариант 2

1. Индуктивность и емкость колебательного контура
   соответственно равны 70 Гн и 70 мкФ. Определите
   период колебаний в контуре. Можно ли эти
   колебания назвать высококачественными?
2. Что можно сказать о значении энергии магнитного
   поля катушки колебательного контура, когда
   энергия электрического поля конденсатора
   достигнет максимума?
3. По графику, изображенному на рисунке,
   определите амплитуду напряжения, период и
   значение напряжения для фазы рад.

Вариант 3

1. Определите циклическую частоту колебаний в
   контуре, если емкость конденсатора контура 10 мкФ,
   а индуктивность его катушки 100мГн.
2. Где будет в колебательном контуре, изображенном
   на рисунке, сосредоточена энергия через четверть
   периода?
3. По графику, изображенном на рисунке, определите
   амплитуду силы тока, период и частоту. Напишите
   уравнение мгновенного значения силы переменного
   тока.

Вариант 4

1. В колебательном контуре при напряжении на
   обкладках конденсатора 3 В энергия магнитного
   поля равна 0,9?10 Дж. Определите емкость
   конденсатора, считая активное сопротивление
   контура равным нулю.
2. Начертите схему колебательного контура,
   конденсатора которого можно было периодически
   подзаряжать от источника постоянного тока.
3. По графику, изображенному на рисунке,
   определите амплитуду силы тока, частоту и
   значение силы тока для фазы рад.

Вариант 5

1. Индуктивность катушки колебательного контура
   5*10? Гн.
2. Требуется настроить этот контур на частоту 1МГц.
   Какова должна быть емкость конденсатора в этом
   контуре?
3. Что можно сказать о значении энергии
   электрического поля конденсатора в контуре,
   когда энергия магнитного поля достигнет
   минимума?
4. По графику, изображенному на рисунке,
   определите амплитуду ЭДС, период и частоту ЭДС.
   Напишите уравнение ЭДС.

Вариант 6

1)Определите индуктивность катушки
колебательного контура, если емкость
конденсатора равна 5мкФ, а период колебаний 0,001 с.

2) Где в колебательном контуре, изображенном на
рисунке, будет сосредоточена энергия через
четверть периода?

3)По графику, изображенному на рисунке,
определите амплитуду напряжения и период
колебания. Запишите уравнение мгновенного
значения напряжения.

Вариант 7

1. Значение силы тока, измеренное в амперах, задано
   уравнением i= 0,28 sin 50Пt, где t выражено в
   секундах. Определите амплитуду силы тока,
   частоту и период.
2. Каково индуктивное сопротивление проводника с
   индуктивностью 0,05 Гн в цепи переменного тока
   частотой 50 ГЦ.?
3. Ваттметр, включенный в сеть переменного тока,
   отмечает мощность 650 Вт. Правильно ли показание
   ваттметра, если напряжение в сети 120 В, сила тока 6
   А и cos ? 0,85?

Вариант 8

1. Значение ЭДС, измерено в вольтах, задано
   уравнением e = 50 sin 50 Пt., где t выражено в секундах.
   Определите амплитуду силы тока, частоту и период.
2. Определите емкость конденсатора, сопротивление
   которого в цепи переменного тока частотой 50 Гц
   равно 10 Ом.
3. Определите коэффициент мощности, если при
   включении электродвигателя в сеть переменного
   тока вольтмера показал 220 В, амперметра 4 А, а
   ваттметр 600 Вт.

Вариант 9

1. Амплитуда ЭДС, переменного тока с частотой 50 Гц
   равна 100 В. Каковы значения ЭДС через 0,0025 и 0,005с,
   считая от начала периода?
2. В цепь переменного тока с действующим значением
   напряжения 220 В включено активное сопротивление
   50 Ом. Найдите действующее и амплитудное значение
   силы тока.
3. Какова активная мощность, развиваемая
   генератором во внешней цепи, если напряжение на
   зажимах генератора переменного тока равно 220 в,
   сила тока во внешней цепи равна 10 А и cos =0,8?

Вариант 10

1. Значение напряжения, измеренное в вольтах,
   задано уравнением U=120 cos 40Пt, где t выражено в
   секундах. Чему равна амплитуда напряжения,
   периода и частоты?
2. Индуктивное сопротивление катушки 80 Ом.
   Определите индуктивность катушки, если
   циклическая частота переменного тока 1000 Гц.
3. С каким коэффициентом мощности работает
   двигатель , включенный в сеть переменного тока с
   напряжением 120 В и силой тока 8 А, если показание
   ваттметра равно 600 Вт.?

Вариант 11

1. Мгновенное значение силы переменного тока
   частотой 50Гц равно 2А для фазы П./4рад. Какова
   амплитуда силы тока? Найдите мгновенное значение
   силы тока через 0,015 с, считая от начала периода.
2. Индуктивность и емкость в цепи переменного тока
   соответственно равны 0,1 Гн и 1 мкФ. Найдите
   отношение индуктивного сопротивления к
   емкостному при частоте 5кГц.
3. Коэффициент мощности работающего
   электродвигателя 0,8. Найдите значение силы тока,
   если электродвигатель, включенный в данную сеть,
   потребляет мощность 8 кВт, а напряжение в сети 380
   В.

Вариант 12

1. Мгновенное значение силы переменного тока для
   фазы 60^о равно 120 В. Какова амплитуда ЭДС?
   Чему равно мгновенное значение ЭДС через 0,25 с,
   считая от начала периода? Частота тока 50 Гц.
2. Определите период переменного тока, для
   которого конденсатор емкостью 2 мкФ представляет
   сопротивление 8 Ом.
3. Активная мощность в цепи переменного тока равна
   40 Вт, cos = 0,2 сила
   тока 1 А. Определите напряжение в данной цепи.

Вариант 13

1. В сеть переменного тока напряжением 127 В
   включена цепь, состоящая из последовательных
   соединенных резисторов сопротивлением 100 Ом и
   конденсатора емкостью 40 мкФ Определите
   амплитуду силы тока в цепи, если частота тока
   равна 50 Гц.
2. написать уравнение ЭДС, если амплитудное
   значение равно 10 В, а период колебания 10с.
   Начальная фаза равна нулю..
3. Трансформатор повышает напряжение с 220 В до 660 В
   и содержит в первичной обмотке 850 витков.
   Определите коэффициент трансформации и число
   витков во вторичной обмотке. В какой обмотке сила
   тока больше?

Вариант 14

1. Емкость конденсатора колебательного контура 0,05
   мкФ. Какой должна быть индуктивность катушки
   контура, чтоб при циклической частоте 1000 с в цепи
   наступил электрический резонанс?
2. Значение силы тока задано x = 10 cos 1/3 Пt. Найдите
   амплитуду силы тока, частоту и период колебания.
3. Сила тока в первичной обмотке трансформатора 0,5
   А, напряжение на ее концах- 10 В. Определите КПД
   трансформатора

Вариант 15

1. Период колебания в электрическом контуре с
   катушкой, индуктивностью 0,1 Гц 1 Определите
   период колебания в колебательном контуре с
   индуктивностью при одном и том же конденсаторе.
2. Значение ЭДС переменного тока, измеренное в
   вольтах, задано уравнением e=100 sin 120 Пt, где t
   выражено в секундах. Найдите амплитуду ЭДС,
   частоту и период тока.
3. Первичная обмотка понижающего трансформатора с
   коэффициентом трансформации 5 включена в сеть с
   напряжение 220 в. Определите напряжение на зажимах
   вторичной обмотки.

Вариант 16

1. В сеть переменного тока напряжением120 В
   последовательно включены проводник
   сопротивлением 15 Ом и катушка индуктивностью 50
   мГн. Найдите частоту тока в цепи, если I=7 А.
2. Определить период колебания в колебательном
   контуре с катушкой индуктивностью 0,25 Гц и
   конденсатором емкостью 2 МФ
3. Напряжение на зажимах вторичной обмотки
   понижающегося трансформатора 60 В, сила тока во
   вторичной цепи 40 А. Первичная обмотка включена в
   цепь с напряжением 240 В. Найдите силу тока в
   первичной обмотке трансформатора.

Вариант 17

1. Цепь состоит из последовательных соединений
   катушки индуктивностью 16 мГн и конденсатора
   емкостью 2,5 мкФ. Какой должна быть циклическая
   частота тока в цепи, чтоб возникло явление
   резонанса?
2. Значение напряжения в колебательном контуре
   задано уравнением x= 5 cos П/6 t. Каково амплитудное
   значение и период колебаний? Определите смещение
   точки для момента времени I/6.
3. Трансформатор имеет коэффициент трансформации
   20. напряжение на первичной обмотке 120 В.
   Определите напряжение на вторичной обмотке и
   число витков в ней, если первичная обмотка имеет
   200 витков.

Вариант 18

1. В колебательном контуре с конденсатором
   емкостью 2 мкФ за 36 с совершается 1200 колебаний.
   Какова индуктивность контура?
2. Мгновенное значение ЭДС переменного тока для
   фазы 60 равно 120 В. Каково амплитудное значение и
   действующее значение ЭДС?
3. Первичная обмотка силового трансформатора для
   питания цепей радиоприемника имеет 1200 витков.
   Какое количество витков должна иметь вторичная
   обмотка трансформатора для питания кенотрона (
   необходимое напряжение 3,5 В)? Напряжение в сети 129
   В.

Вариант 19

1. Двухпроводная линия длиной 800 м от понижающего
   трансформатора выполнена медным проводом
   сечением 20 мм. Приемники энергии потребляют 2,58
   кВт при напряжении 215В. Определите напряжение на
   зажимах трансформатора и потерю мощности в
   проводах линии.
2. Начальный заряд, сообщенный конденсатору
   колебательного контура, уменьшили в 2 раза . Во
   сколько раз изменилась: амплитуда, напряжение,
   амплитуда силы тока?
3. Конденсатор емкостью с и две катушки
   индуктивностями L и L образуют колебательный
   контур. Определить максимальную силу тока в этом
   контуре, если максимальная разность потенциалов
   на обкладках конденсатора достигает Um.

Вариант 20

1. В чем сходство и различие между свободными
   колебаниями в механических и в электромагнитных
   колебательных системах?
2. Вторичная обмотка трансформатора, имеющая 200
   витков, пронизывается магнитным потоком,
   изменяющимся со временем закону Ф = 0,2 cos 314 t.
   Напишите формулу, выражающую зависимость ЭДС
   вторичной обмотки от времени, найдите
   действующее значение ЭДС.
3. Колебательный контур составлен из дросселя с
   индуктивностью 0,2 Гн и конденсатора с емкостью Ф. В момент,
   когда напряжение на конденсаторе 1 В, ток к
   контуре 0,01 А. Каков заряд конденсатора в момент,
   когда ток равен 0,005 А?
4. Определите мгновенные значения силы тока,
   изменяющегося по закону i = 12 sin t для начальной фазы /6, и моментов времени Т/2.
5. Последовательно с проводником с активным
   сопротивлением 1 кОм включены катушка
   индуктивностью 0,5 Гн и конденсатор емкостью 1 мкФ.
   Определите индуктивное сопротивление, емкостное
   сопротивление и полное сопротивление цепи
   переменного тока при частотах 50 Гц.

Вариант 21

1. Почему необходимо повышать напряжение при
   передаче электроэнергии на большие расстояния?
   Ответ обоснуйте.
2. Повышающий трансформатор создает во вторичной
   цепи ток 2А при напряжении 2200 В, напряжение в
   первичной обмотке равно 110 В. Чему равен ток в
   первичной обработке, а также входная и выходная
   мощности трансформатора, если потерь в энергии в
   нем нет?
3. ЭДС переменного тока выражается уравнением Е =
   125sm628t. Определить действующее значение ЭДС и
   период ее изменения.
4. Колебательный контур имеет собственную частоту
   30 к Гц. Какой будет его собственная частота, если
   расстояние между пластинами плоского
   конденсатора увеличить в 1,44 раза?
5. Катушка с активным сопротивлением 15 Ом и
   индуктивностью 52 мГн включена в сеть стандартной
   частоты последовательно с конденсатором
   емкостью 120 мк Ф. Напряжение в сети 220 В.
   Определите силу тока в цепи, активную мощность и
   коэффициент мощности.

Вариант 22

1. Потери в производстве, передаче и использовании
   электроэнергии и пути их устранения.
2. Если на первичную обмотку ненагруженного
   трансформатора с коэффициентом трансформации 8
   включена в сеть напряжением 200 В. Сопротивление
   вторичной обмотки 2 Ом, ток во вторичной обмотке
   трансформатора 3 А. Определите напряжение на
   зажимах вторичной обмотки. Потерями в первичной
   обмотке пренебречь.
3. Передающий контур имеет параметры:
4. С1=10^-5Ф,L(1)=4 * 10^-3Гн. Какой емкости надо
   подобрать конденсатор, чтобы настроить этот
   контур в резонанс с другим контуром, имеющим
   индуктивность 1,6 * 10^-3Гн?
5. Сила тока изменяется по закону i = 90sin (314 + (П)/4).
   Определить действующее значение силы тока и
   частоту.
6. Катушка с активным сопротивлением 10 Ом и
   индуктивностью включена в цепь переменного тока
   и частотой 50 Гц. Найдите индуктивность катушки,
   если известен сдвиг фаз между напряжением и
   силой тока 60°.

Вариант 23

1. Передача электроэнергии: достоинства и
   недостатки переменного тока.
2. На первичную обмотку понижающего
   трансформатора с коэффициентом трансформации 10
   подается напряжение 220 В. При этом во вторичной
   обмотке, сопротивление которой 2 Ом, течет ток 4 А.
   Пренебрегая потерями в первичной обмотке,
   определите напряжение на выходе трансформатора.
3. Когда в колебательный контур был включен 1-ый
   конденсатор, собственная частота контура равна 30
   кГц, а когда 2-й-40 кГц. Какой будет частота
   контура при параллельном соединении
   конденсаторов?
4. Мгновенное значение переменного тока в
   проводнике определяется по закону I = 0,564sin12,56 t.
   Какое количество теплоты выделится в проводнике
   с активным сопротивлением 15 Ом за время, равное 10
   периодам?
5. В цепь переменного тока напряжением 220 В и
   частотой 50 Гц включены последовательно
   конденсатор емкостью 35,4 мкФ, проводник
   сопротивлением 100 Ом и катушка индуктивностью 0,7
   Гн. Найдите ток в цепи и падение напряжения на
   конденсаторе, проводнике и катушке.

Вариант 24

1. Укажите характерные черты свободных,
   вынужденных колебаний и автоколебаний.
2. Понижающий трансформатор с коэффициентом
   трансформации К= 10 включен в сеть с напряжением U= 127B. Сопротивление
   вторичной обмотки R= 2 Ом, сила тока J= 3A. Определите напряжение на зажимах
   вторичной обмотки. Потерями энергии первичной
   обмотки пренебречь.
3. Найдите индуктивность катушки, в которой
   равномерное изменение силы тока на 0,8А в течение
   10^-5с возбуждает ЭДС самоиндукции 0,2В.
4. Изменение силы тока в зависимости от времени
   задано (в ед. СИ) уравнением i=cos(100/7t). Определите
   амплитуду силы тока, циклическую частоту, период
   и частоту колебаний.
5. Когда в колебательный контур был включен 1-й
   конденсатор, то собственная частота контура
   стала равной 30 кГц, а когда 2-й — 40 кГц. Какой будет
   частота контура при параллельном соединении
   конденсаторов?

Вариант 25

1. Назовите условия возникновения резонанса в
   механических и электромагнитных системах. По
   каким признакам можно обнаружить эти явления?
2. Линия электропередачи длинной 10 метров
   работает при напряжении 200 000 В. Определить КПД
   линии / отношение напряжения на нагрузке к
   напряжению, подводимому к линии/. Линия выполнена
   алюминиевым кабелем площадью поперечного
   сечения 150 кв. мм. Передаваемая мощность 30000 КВТ.
3. Сила тока изменяется по закону I=90 sin /314t + Определить
   действующее значение силы тока.
4. Когда в колебательный контур был включен 1-й
   конденсатор то собственная частота контура
   равна 30 кГц, а когда второй — 40 кГц. Какой будет
   частота контура при параллельном соединении
   конденсаторов?
5. Катушка с индуктивностью 45 мГн и активным
   сопротивлением 10 Ом включена в сеть переменного
   тока с частотой 20 Гц. Напряжение в 220 В. Определите
   силу тока в катушке и сдвиг фаз между силой тока и
   напряжением.

Вариант 26

1.  Нарисуйте схему преобразования энергии от
   внутренней энергии топлива на электростанции до
   механической энергии на каждом этапе ее передачи
   и преобразования.
2. Определить емкость конденсатора, сопротивление
   которого в цепи переменного тока частотой 50 Гц
   равно 800 ОМ.
3. Понижающий трансформатор дает ток 20 А при
   напряжении 120 В. Первичное напряжение равно
   22 000 В. Чему равны ток в первичной обмотке, а
   также входная и выходная мощности
   трансформатора, если его КПД равен 90%.
4. Передающий контур имеет параметры: С 1 = 10 Ф, L 1 = 4 10 Гн. Какой емкости надо подобрать
   конденсатор, чтобы настроить этот контур в
   резонанс с другим контуром, имеющим
   индуктивность 1,6 * 10 Гн?
5. Катушка индуктивностью 0,2 Гн включена в цепь
   напряжением 220 В стандартной частоты. Напишите
   уравнение зависимости силы тока, текущего по
   катушке, от времени. Изобразите график этой
   зависимости.

Вариант 27

1.  Почему наличие очень высокого напряжения во
   вторичной обмотке повышающего трансформатора не
   приводит к большим потерям энергии на выделение
   теплоты в самой обмотке?
2. В колебательный контур включен конденсатор
   емкостью 0,2 мкФ. Какую индуктивность нужно
   включить в контур, чтобы получить в нем
   электромагнитные колебания частотой 400Гц.
3. Зависимость силы тока, текущего по катушке, от
   времени записано уравнением i=3,5sin314t. Изобразите
   график этой зависимости.
4. Когда в колебательный контур был включен 1-й
   конденсатор то собственная частота контура
   стала равной 30 кГц, а когда 2-й — 40 кГц. Какой будет
   частота контура при последовательном соединении
   конденсаторов?
5. Катушка с активным сопротивлением 10 ом и
   индуктивностью включена в цепь переменного тока
   напряжением 127 В и частотой 50 Гц. Найдите
   индуктивность катушки, если известно, что
   катушка поглощает мощность 400 ВТ.

Вариант 28

1. Что произойдет с собственными колебаниями в
   контуре, если его емкость увеличить в 3 раза, а
   индуктивность уменьшить в 3 раза. Активным
   сопротивлением можно пренебречь.
2. Ротор генератора имеет 50 пар полюсов и
   вращается с частотой 2,400. Найти частоту ЭДС в цепи генератора.
3. Колебательный контур состоит из катушки
   индуктивностью 6 Гн и конденсатора емкостью 2 мкФ.
   Амплитуда колебаний заряда на обкладках
   конденсатора равна 100 мк. Напишите уравнение
   зависимости g(t),i(t).
4. К зажимам генератора присоединен конденсатор
   емкостью 0,1 мкФ. Определите амплитуду напряжения
   на зажимах конденсатора, если сила тока 1,6А, а
   период изменения тока равен 0,2 мс.
5. Катушка с активным сопротивлением 15 ом и
   индуктивностью 52 мГн, включена в сеть
   стандартной частоты последовательно с
   конденсатором емкостью 120 мкФ. Напряжение в сети
   220 В. Определите силу тока в цепи, активную
   мощность и коэффициент мощности.

Вариант 29

1. Пластины плоского конденсатора, включенного в
   колебательный контур, сближают. Как будет
   меняться при этом частота колебаний контура?
2. Вторичная обмотка трансформатора, имеющая 100
   витков, пронизывается переменным магнитным
   потоком, изменяющимся со временем по закону
   Ф=0,01cos314t Вб. Написать уравнение,выражающее
   зависимость ЭДС индукции от времени в этой
   обмотке и найти действующее значение.
3. Заряд на обладках конденсатора колебательного
   контура меняется по закону g=4cosКл. Найдите действующее значение силы
   тока, период и частоту колебаний.
4. Два конденсатора емкостью 0,2мкФ и 0,1мкФ включены
   последовательно в цепь переменного тока
   напряжением 220В. Найдите силу тока в цепи и
   падение напряжение на каждом конденсаторе.
5. Катушка с активным сопротивлением 2ом и
   индуктивностью 75мГн включена последовательно с
   конденсатором в сеть переменного тока, с
   напряжением 50В и частотой 50Гц. Чему равна емкость
   конденсатора при резонансе напряжений в цепи?
   Определите напряжение на катушке и конденсаторе
   в режиме резонанса.

Вариант 30

1. Какое влияние на свободные электромагнитные
   колебания в контуре окажет увеличение активного
   сопротивления катушки при прочих равных
   условиях?
2. Ротор электрического генератора 7 м и диаметром
   1,25 м вращается с частотой 3000. Индукция магнитного поля 2 Тл.
   Определите амплитуду колебаний ЭДС индукции в
   одном витке обмотки статора.
3. Определите мгновенное значение силы тока,
   изменяющегося по закону i=12sint для фазы 320° и момента времени .
4. Последовательно с проводником, с активным
   сопротивлением 1 кОн включены катушка,
   индуктивностью 0,5 Гн и конденсатора емкость 1 мкФ.
   Определите индуктивное сопротивление, емкостное
   сопротивление и полное сопротивление цепи
   переменного тока при частоте 10 кГц.
5. В какой момент времени, считая от начала
   колебаний, мгновенное значение силы переменного
   тока i будет ровно его действующему значению?
   Период колебания считать известным, и равным 2 с.

Ответы.

Список используемой литературы.

1. А.Т.Глазунов, О.Ф. Кабардин, А.Н. Малинин, В.А.
Орлов, А.А. Пинский. Физика-11. Издательство
«Просвещение» 1998 г.

2. И.М. Мартынов, Э.Н. Хозяинова, В.А. Буров.
Дидактический материал по физике. Издательство
«Просвещение» 1990 г.

3. Г.Н. Степанова. Сборник задач по физике для 9-11
классов общеобразовательных учреждений.
Издательство «Просвещение» 1996 г.

Конспект «Электромагнитные колебания и волны» | План-конспект занятия:

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ КОЛЕБАНИЯ.
СВОБОДНЫЕ И ВЫНУЖДЕННЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ.

Электромагнитные колебания — взаимосвязанные колебания электрического и магнитного полей.

Электромагнитные колебания появляются в различных электрических цепях. При этом колеблются величина заряда, напряжение, сила тока, напряженность электрического поля, индукция магнитного поля и другие электродинамические величины.

Свободные электромагнитные колебания возникают в электромагнитной системе после выведения ее из состояния равновесия, например, сообщением конденсатору заряда или изменением тока в участке цепи.

Это затухающие колебания, так как сообщенная системе энергия расходуется на нагревание и другие процессы.

Вынужденные электромагнитные колебания — незатухающие колебания в цепи, вызванные внешней периодически изменяющейся синусоидальной ЭДС.

Электромагнитные колебания описываются теми же законами, что и механические, хотя физическая природа этих колебаний совершенно различна.

Электрические колебания — частный случай электромагнитных, когда рассматривают колебания только электрических величин. В этом случае говорят о переменных токе, напряжении, мощности и т.д.

КОЛЕБАТЕЛЬНЫЙ КОНТУР

Колебательный контур — электрическая цепь, состоящая из последовательно соединенных конденсатора емкостью C, катушки индуктивностью L и резистора сопротивлением R.

Состояние устойчивого равновесия колебательного контура характеризуется минимальной энергией электрического поля (конденсатор не заряжен) и магнитного поля (ток через катушку отсутствует).

Величины, выражающие свойства самой системы (параметры системы): L и m, 1/C и k

величины, характеризующие состояние системы:

величины, выражающие скорость изменения состояния системы: u = x'(t) и i = q'(t) .

ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КОЛЕБАНИЙ

Можно показать, что уравнение свободных колебаний для заряда q = q(t) конденсатора в контуре имеет вид

где q» — вторая производная заряда по времени. Величина

является циклической частотой. Такими же уравнениями описываются колебания тока, напряжения и других электрических и магнитных величин.

Одним из решений уравнения (1) является гармоническая функция

Период колебаний в контуре дается формулой (Томсона):

Величина φ = ώt + φ0, стоящая под знаком синуса или косинуса, является фазой колебания.

Фаза определяет состояние колеблющейся системы в любой момент времени t.

Ток в цепи равен производной заряда по времени, его можно выразить

Чтобы нагляднее выразить сдвиг фаз, перейдем от косинуса к синусу

ПЕРЕМЕННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК

1. Гармоническая ЭДС возникает, например, в рамке, которая вращается с постоянной угловой скоростью в однородном магнитном поле с индукцией В. Магнитный поток Ф , пронизывающий рамку с площадью S ,

где- угол между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции .

По закону электромагнитной индукции Фарадея ЭДС индукции равна

где — скорость изменения потока магнитной индукции.

Гармонически изменяющийся магнитный поток вызывает синусоидальную ЭДС индукции

где — амплитудное значение ЭДС индукции.

2. Если к контуру подключить источник внешней гармонической ЭДС        

то в нем возникнут вынужденные колебания, происходящие с циклической частотой ώ, совпадающей с частотой источника.

При этом вынужденные колебания совершают заряд q, разность потенциалов u , сила тока i и другие физические величины. Это незатухающие колебания, так как к контуру подводится энергия от источника, которая компенсирует потери. Гармонически изменяющиеся в цепи ток, напряжение и другие величины называют переменными. Они, очевидно, изменяются по величине и направлению. Токи и напряжения, изменяющиеся только по величине, называют пульсирующими.

В промышленных цепях переменного тока России принята частота 50 Гц.

Для подсчета количества теплоты Q, выделяющейся при прохождении переменного тока по проводнику с активным сопротивлением R, нельзя использовать максимальное значение мощности, так как оно достигается только в отдельные моменты времени. Необходимо использовать среднюю за период мощность — отношение суммарной энергии W, поступающей в цепь за период, к величине периода:

Поэтому количество теплоты, выделится за время Т:

Действующее значение I силы переменного тока равно силе такого постоянного тока, который за время, равное периоду T, выделяет такое же количество теплоты, что и переменный ток:

Отсюда действующее значение тока

Аналогично действующее значение напряжения

ТРАНСФОРМАТОР

Трансформатор — устройство, увеличивающее или уменьшающее напряжение в несколько раз практически без потерь энергии.

Трансформатор состоит из стального сердечника, собранного из отдельных пластин, на котором крепятся две катушки с проволочными обмотками. Первичная обмотка подключается к источнику переменного напряжения, а к вторичной присоединяют устройства, потребляющие электроэнергию.

Величину

называют коэффициентом трансформации. Для понижающего трансформатора К > 1, для повышающего К

Пример. Заряд на пластинах конденсатора колебательного контура изменяется с течением времени в соответствии с уравнением . Найдите период и частоту колебаний в контуре, циклическую частоту, амплитуду колебаний заряда и амплитуду колебаний силы тока. Запишите уравнение i = i(t), выражающее зависимость силы тока от времени.

Из уравнения следует, что . Период определим по формуле циклической частоты 

Частота колебаний

Зависимость силы тока от времени имеет вид:

Амплитуда силы тока.

Ответ: заряд совершает колебания с периодом 0,02 с и частотой 50 Гц, которой соответствует циклическая частота 100 рад/с, амплитуда колебаний силы тока равна 510 3 А, ток изменяется по закону:

i=-5000 sin100t

Контрольная работа по физике Переменный ток 11 класс

Контрольная работа по физике Переменный ток 11 класс с ответами. Контрольная работа включает 4 варианта, в каждом варианте по 7 заданий.

1 вариант

1. Конденсатор емкостью 250 мкФ включается в сеть пе­ременного тока. Определите емкостное сопротивление конденсатора при частоте 50 Гц.

2. Чему равен период собственных колебаний в колеба­тельном контуре, если индуктивность катушки равна 2,5 мГн, а емкость конденсатора 1,5 мкФ?

3. Напряжение меняется с течением времени по закону u = 40sin(10πt + π/6) В. Определите амплитуду, действующее значение, круговую частоту колебаний и началь­ную фазу колебаний напряжения.

4. Сколько оборотов в минуту должна совершать рамка из 20 витков проволоки размером 0,2 х 0,4 м в магнитном поле с индукцией 1 Тл, чтобы амплитуда ЭДС равнялась 500 В?

5. Напряжение в цепи изменяется по закону u = U_msin^2π/_Tt, причем амплитуда напряжения 200 В, а период 60 мс. Какое значение принимает напряжение через 10 мс?

6. Катушка индуктивностью 75 мГн последовательно с конденсатором включена в сеть переменного тока с на­пряжением 50 В и частотой 50 Гц. Чему равна емкость конденсатора при резонансе в полученной сети?

7. В колебательном контуре конденсатору сообщили за­ряд 1 мКл, после чего в контуре возникли затухающие электромагнитные колебания. Какое количество теплоты выделится к моменту, когда максимальное напряжение на конденсаторе станет меньше начального максималь­ного значения в 4 раза? Емкость конденсатора равна 10 мкФ.

2 вариант

1. Катушка с индуктивностью 35 мГн включается в сеть переменного тока. Определите индуктивное сопротивле­ние катушки при частоте 60 Гц.

2. Определите частоту собственных колебаний в колеба­тельном контуре, состоящем из конденсатора емкостью 2,2 мкФ и катушки с индуктивностью 0,65 мГн.

3. ЭДС индукции, возникающая в рамке при вращении в однородном магнитном поле, изменяется по закону е = 12sin100πt В. Определите амплитуду ЭДС, действую­щее значение ЭДС, круговую частоту колебаний и на­чальную фазу колебаний.

4. Конденсатор емкостью 800 мкФ включен в сеть пере­менного тока с частотой 50 Гц с помощью проводов, со­противление которых 3 Ом. Какова сила тока в конденса­торе, если напряжение в сети 120 В?

5. В цепь переменного тока с частотой 50 Гц включено ак­тивное сопротивление 5 Ом. Амперметр показывает силу тока 10 А. Определите мгновенное значение напряжения через 1/300 с, если колебания силы тока происходят по закону косинуса.

6. В колебательном контуре индуктивность катушки рав­на 0,2 Гн, а амплитуда колебаний силы тока 40 мА. Найдите энергию электрического поля конденсатора и магнитного поля катушки в момент, когда мгновенное значение силы тока в 2 раза меньше амплитудного значения.

7. Переменный ток возбуждается в рамке, имеющей 200 витков. Площадь одного витка 300 см² Индукция маг­нитного поля 1,5 ⋅ 10^-2 Тл. Определите ЭДС индукции че­рез 0,01 с после начала движения рамки из нейтрального положения. Амплитуда ЭДС равна 7,2 В.

3 вариант

1. Определите емкость конденсатора, сопротивление ко­торого в цепи переменного тока частотой 50 Гц равно 800 Ом.

2. В рамке, равномерно вращающейся в однородном маг­нитном поле, индуцируется ток, мгновенное значение ко­торого выражается формулой i = 3sin157t А. Определите амплитуду, действующее значение, круговую частоту ко­лебаний и начальную фазу колебаний силы тока.

3. Рассчитайте период собственных колебаний в колебательном контуре при емкости конденсатора 2 мкФ и ин­дуктивности катушки 0,5 мГн.

4. Рамка площадью 150 см², содержащая 50 витков про­волоки, равномерно вращается со скоростью 120 об/мин в однородном магнитном поле с магнитной индукцией 0,8 Тл. Найдите амплитуду ЭДС индукции в рамке.

5. Амплитуда напряжения в колебательном контуре 100 В, частота колебаний 5 МГц. Через какое время на­пряжение будет 71 В?

6. Конденсатор емкостью 10 мкФ зарядили до напряже­ния 400 В и подключили к катушке. После этого возник­ли затухающие электрические колебания. Какое количе­ство теплоты выделится в контуре за время, в течение ко­торого амплитуда колебаний уменьшится вдвое?

7. Электроплитка сопротивлением 50 Ом включена в сеть переменного тока с частотой 50 Гц и напряжением 220 В. Запишите уравнения, выражающие зависимость напряжения и силы тока от времени для электроплитки. Чему равно мгновенное значение силы тока и напряже­ния через 1/100 с, если колебания происходят по закону синуса?

4 вариант

1. Какой индуктивности катушку надо включить в коле­бательный контур, чтобы при емкости конденсатора 2 мкФ получить частоту 1 кГц?

2. Сила тока в электрической цепи изменяется по закону i = 3cos(100πt + π/3) А. Определите амплитуду силы то­ка, действующее значение силы тока, круговую частоту колебаний и начальную фазу колебаний.

3. Рассчитайте сопротивление конденсатора емкостью 250 мкФ, включенного в цепь переменного тока с часто­той 200 Гц.

4. Индуктивность колебательного контура равна 0,01 Гн, а емкость 1 мкФ. Конденсатор зарядили до разности по­тенциалов 200 В. Какой наибольший ток возникает в контуре в процессе электромагнитных колебаний?

5. Конденсатор и катушка соединены последовательно. Емкостное сопротивление конденсатора 5 кОм. Какой должна быть индуктивность катушки, чтобы резонанс наступил в цепи при частоте колебаний силы тока 20 кГц?

6. В колебательном контуре с индуктивностью 0,4 Гн и емкостью 20 мкФ амплитудное значение силы тока равно 0,1 А. Каким будет напряжение в момент, когда энергия электрического и энергия магнитного полей будут рав­ны? Колебания считать незатухающими.

7. В цепь переменного тока с частотой 400 Гц включена катушка индуктивностью 0,1 Гн. Определите, какой ем­кости конденсатор надо включить в эту цепь, чтобы осу­ществился резонанс.

Ответы на контрольную работа по физике Переменный ток 11 класс
1 вариант
1. 12,7 Ом
2. 0,38 мс
3. 40 В; 28,4 В; 10π рад/с; π/6 рад
4. ≈ 3000 об/мин
5. 100 В
6. 135 мкФ
7. 0,047 Дж
2 вариант
1. 13,2 Ом
2. 4233 Гц
3. 12 В; 8,5 В; 100π рад/с; 0
4. 24 А
5. 35,5 В
6. 120 мкДж; 40 мкДж
7. 5,04 В
3 вариант
1. 4 мкФ
2. 3 А; 2,14 А; 157 рад/с; 0
3. 0,2 мс
4. 7,5 В
5. 25 нс
6. 0,6 Дж
7. u = 310 х sin 100pt; 0; 0
4 вариант
1. 12,7 мГн
2. 3 А; 2,13 А; 100π рад/ с; π/3 рад
3. 3,2 Ом
4. 2 А
5. 0,04 Гн
6. 10 В
7. 1,6 мкФ

Учебное пособие по физике: новый взгляд на электрическую энергию

В предыдущем разделе Урока 3 подробно описывалась зависимость тока от разности электрических потенциалов и сопротивления. Ток в электрическом устройстве прямо пропорционален разности электрических потенциалов, приложенной к устройству, и обратно пропорционален сопротивлению устройства. Если это так, то скорость, с которой это устройство преобразует электрическую энергию в другие формы, также зависит от тока, разности электрических потенциалов и сопротивления.В этом разделе Урока 3 мы вернемся к концепции мощности и разработаем новые уравнения, которые выражают мощность через ток, разность электрических потенциалов и сопротивление.

Новые уравнения мощности

В Уроке 2 было введено понятие электроэнергии. Электрическая мощность была определена как скорость, с которой электрическая энергия подается в цепь или потребляется нагрузкой. Уравнение для расчета мощности, подаваемой в цепь или потребляемой нагрузкой, было получено равным

.

P = ΔV • I

(Уравнение 1)

Две величины, от которых зависит мощность, связаны с сопротивлением нагрузки по закону Ома.Разность электрических потенциалов ( ΔV ) и ток ( I ) могут быть выражены в терминах их зависимости от сопротивления, как показано в следующих уравнениях.

Если выражения для разности электрических потенциалов и тока подставить в уравнение мощности, можно вывести два новых уравнения, которые связывают мощность с током и сопротивлением, а также с разностью электрических потенциалов и сопротивлением.Эти выводы показаны ниже.

Теперь у нас есть три уравнения для электрической мощности, два из которых получены из первого с использованием уравнения закона Ома.Эти уравнения часто используются в задачах, связанных с вычислением мощности на основе известных значений разности электрических потенциалов (ΔV), тока (I) и сопротивления (R). Уравнение 2 связывает скорость, с которой электрическое устройство потребляет энергию, с током в устройстве и сопротивлением устройства. Обратите внимание на двойную важность тока в уравнении, обозначенную квадратом тока. Уравнение 2 можно использовать для расчета мощности при условии, что известны сопротивление и ток.Если одно из них неизвестно, то необходимо будет либо использовать одно из двух других уравнений для расчета мощности, либо использовать уравнение закона Ома для расчета количества, необходимого для использования уравнения 2.

Уравнение 3 связывает скорость, с которой электрическое устройство потребляет энергию, с падением напряжения на устройстве и сопротивлением устройства. Обратите внимание на двойную важность падения напряжения, обозначенную квадратом ΔV. Уравнение 3 можно использовать для расчета мощности при условии, что известны сопротивление и падение напряжения.Если одно из них неизвестно, важно либо использовать одно из двух других уравнений для расчета мощности, либо использовать уравнение закона Ома для расчета количества, необходимого для использования уравнения 3.

Концепции на первом месте

Хотя эти три уравнения предоставляют удобные формулы для вычисления неизвестных величин в физических задачах, нужно быть осторожным, чтобы не использовать их неправильно, игнорируя концептуальные принципы, касающиеся схем.Чтобы проиллюстрировать это, предположим, что вам задали такой вопрос: если бы 60-ваттную лампу в бытовой лампе заменить на 120-ваттную лампу, то во сколько раз ток в цепи этой лампы был бы больше? Используя уравнение 2, можно предположить (ошибочно), что удвоение мощности означает, что количество I ² должно быть удвоено. Таким образом, ток должен увеличиться в 1,41 раза (квадратный корень из 2). Это пример неправильного рассуждения, поскольку он удаляет математическую формулу из контекста электрических цепей.Принципиальная разница между лампочкой на 60 Вт и лампой на 120 Вт заключается не в токе в лампе, а в ее сопротивлении. У этих двух лампочек разные сопротивления; разница в токе — это просто следствие этой разницы в сопротивлении. Если лампы находятся в патроне лампы, который подключен к розетке в США, то можно быть уверенным, что разность электрических потенциалов составляет около 120 вольт. ΔV будет одинаковым для каждой лампы.Лампа мощностью 120 Вт имеет меньшее сопротивление; и, используя закон Ома, можно было бы ожидать, что он также имеет более высокий ток. Фактически, 120-ваттная лампа будет иметь ток 1 А и сопротивление 120 Ом; 60-ваттная лампа будет иметь ток 0,5 А и сопротивление 240 Ом.

Теперь, правильно используя уравнение 2, можно понять, почему удвоенная мощность означает, что будет удвоенный ток, поскольку сопротивление также изменяется при замене лампочки. Расчет тока ниже дает тот же результат, что и выше.

Проверьте свое понимание

1. Что будет толще (шире) — нить накала 60-ваттной лампочки или 100-ваттная? Объяснять.

2.Вычислите сопротивление и силу тока ночной лампочки 7,5 Вт, подключенной к розетке в США (120 В).

3. Рассчитайте сопротивление и силу тока электрического фена мощностью 1500 Вт, подключенного к домашней розетке в США (120 В).

4. Коробка на настольной пиле показывает, что сила тока при запуске составляет 15 ампер. Определите сопротивление и мощность двигателя за это время.

5. На наклейке на проигрывателе компакт-дисков написано, что он потребляет ток 288 мА при питании от 9-вольтовой батареи. Какая мощность (в ваттах) у проигрывателя компакт-дисков?

6. Тостер на 541 Вт подключается к бытовой розетке на 120 В. Какое сопротивление (в Ом) тостера?

7.Цветной телевизор имеет ток 1,99 А при подключении к 120-вольтовой электросети. Какое сопротивление (в Ом) у телевизора? А какая мощность (в ваттах) у телевизора?

Закон Ома

: определение и взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением — Видео и стенограмма урока

Закон Ома

Взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением описывается законом Ома .Это уравнение, i = v / r , говорит нам, что ток, i , протекающий через цепь, прямо пропорционален напряжению, v , и обратно пропорционален сопротивлению, r . Другими словами, если мы увеличим напряжение, то увеличится и ток. Но, если увеличить сопротивление, то ток уменьшится. Мы увидели эти концепции в действии с садовым шлангом. Увеличение давления привело к увеличению потока, но изгиб шланга увеличил сопротивление, что привело к уменьшению потока.

Как написано здесь уравнение, было бы легко использовать закон Ома, чтобы вычислить ток, если бы мы знали напряжение и сопротивление. Но что, если бы мы вместо этого захотели вычислить напряжение или сопротивление? Один из способов сделать это — переставить члены уравнения для решения других параметров, но есть более простой способ. Приведенная выше диаграмма даст нам соответствующее уравнение для решения любого неизвестного параметра без использования алгебры.Чтобы использовать эту диаграмму, мы просто закрываем параметр, который пытаемся найти, чтобы получить правильное уравнение. Это станет более понятным, когда мы начнем его использовать, поэтому давайте рассмотрим несколько примеров.

Закон Ома в действии

Ниже представлена ​​простая электрическая схема, которую мы будем использовать для выполнения наших примеров. Наш источник напряжения — это аккумулятор, подключенный к лампочке, которая обеспечивает сопротивление электрическому току. Для начала предположим, что наша батарея имеет напряжение 10 вольт, электрическая лампочка имеет сопротивление 20 Ом, и нам нужно вычислить ток, протекающий по цепи.Используя нашу диаграмму, мы закрываем параметр, который мы пытаемся найти, то есть ток, или i , и это оставляет нам напряжение v над сопротивлением r . Другими словами, чтобы найти ток, нам нужно разделить напряжение на сопротивление. Делая математику, 10 вольт, разделенные на 20 Ом, дают половину ампера тока, протекающего в цепи.

Теперь давайте увеличим напряжение, чтобы посмотреть, что происходит с током.Мы будем использовать ту же лампочку, но перейдем на 20-вольтовую батарею. Используя то же уравнение, что и раньше, мы разделим 20 вольт на 20 Ом, и мы получим 1 ампер тока. Как мы видим, удвоение напряжения привело к удвоению тока. Это имеет смысл, когда мы думаем о садовом шланге. Если бы мы увеличили давление в шланге, можно было бы ожидать, что поток воды также увеличится. Всегда полезно перепроверить свою работу, спросив, соответствуют ли результаты тому, что вы ожидали.

Если бы мы увеличили сопротивление лампочки, что бы вы ожидали, что произойдет с током? Чтобы выяснить это, давайте поменяем существующую лампочку на другую с сопротивлением 40 Ом.Поскольку мы все еще ищем ток, мы используем то же уравнение, что и раньше. Разделив 20 вольт на 40 Ом, мы получим половину ампера тока. Этот результат говорит нам, что удвоение сопротивления уменьшило ток вдвое. Вы этого ожидали? Если вернуться к нашему шлангу, логично предположить, что перегиб в шланге уменьшит поток воды, точно так же, как увеличение сопротивления в цепи уменьшит ток.

До сих пор мы только рассчитали ток в цепи, но что, если бы кто-то поменял нашу лампочку, когда мы не смотрели, и нам нужно было вычислить сопротивление новой? Что ж, мы знаем, что напряжение нашей батареи составляет 20 вольт, и мы можем измерить ток в цепи с помощью инструмента, называемого амперметром, поэтому все, что нам осталось, — это выполнить некоторые вычисления.Используя нашу диаграмму, мы скрываем параметр, который мы пытаемся найти, а именно сопротивление, r . Схема теперь показывает нам, что нам нужно разделить напряжение на ток. Если наш амперметр измерил ток в 5 ампер, протекающий по цепи, то сопротивление будет равно 20 вольт, разделенным на 5 ампер, что составляет 4 Ом

Наконец, представьте, что кто-то заменил нашу батарею, и нам нужно выяснить ее напряжение.Процесс почти такой же. Мы знаем, что наша новая лампочка имеет сопротивление 4 Ом, и мы можем измерить ток в цепи с помощью амперметра. Используя диаграмму, мы покрываем напряжение v , которое говорит нам, что нам нужно умножить ток на сопротивление. Если бы амперметр измерил ток в 3 ампера, тогда напряжение было бы 3 ампера, умноженным на 4 Ом, что составляет 12 вольт. Это все, что нужно сделать. Зная любые два из трех параметров, мы всегда можем вычислить третий, используя закон Ома.

Резюме урока

Закон Ома определяет соотношение между напряжением, током и сопротивлением в электрической цепи: i = v / r . Ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению. Это означает, что увеличение напряжения вызовет увеличение тока, а увеличение сопротивления приведет к уменьшению тока. Зная любые два из трех параметров, мы можем вычислить третий, неизвестный параметр.Мы можем сделать это, переставив члены в уравнении закона Ома или используя диаграмму, приведенную выше в уроке. Скрытие параметра, который мы пытаемся найти, показывает нам соответствующее уравнение с использованием двух известных параметров.

Результаты обучения

По завершении этого урока вы сможете:

• Описывать взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением, используя закон Ома
• Напишите уравнение закона Ома
• Объясните, как можно найти любую из трех переменных в уравнении закона Ома, если вы знаете две другие
• Рассчитайте любую из трех переменных, используя уравнение закона Ома

Обзор | Безграничная физика

Связь между электрическим потенциалом и полем

Электрический потенциал и поле связаны между собой в том смысле, что потенциал — это свойство поля, которое описывает действие поля.

Цели обучения

Объясните взаимосвязь между электрическим потенциалом и электрическим полем

Основные выводы

Ключевые моменты

• Электрическое поле — мера силы на единицу заряда; электрический потенциал — это мера энергии на единицу заряда.
• Для однородного поля соотношение между электрическим полем (E), разностью потенциалов между точками A и B (Δ) и расстоянием между точками A и B (d) составляет: [latex] \ text {E} = — \ frac {\ Delta \ phi} {\ text {d}} [/ latex] Если поле неоднородно, для решения требуется исчисление.
• Потенциал — это свойство поля, которое описывает действие поля на объект.

Ключевые термины

• электрическое поле : область пространства вокруг заряженной частицы или между двумя напряжениями; он воздействует на заряженные объекты поблизости.
• электрический потенциал : потенциальная энергия на единицу заряда в точке в статическом электрическом поле; Напряжение.

Связь между электрическим потенциалом и полем аналогична взаимосвязи между гравитационным потенциалом и полем в том смысле, что потенциал — это свойство поля, описывающее действие поля на объект (см.).

Электрическое поле и потенциал в одном измерении : Наличие электрического поля вокруг статического точечного заряда (большая красная точка) создает разность потенциалов, заставляя испытательный заряд (маленькая красная точка) испытывать силу и двигаться.

Электрическое поле похоже на любое другое векторное поле — оно создает силу, основанную на стимуле, и имеет единицы силы, умноженные на обратный стимул. В случае электрического поля стимулом является заряд, и, следовательно, единицы измерения NC ^-1 .Другими словами, электрическое поле — это мера силы на единицу заряда.

Электрический потенциал в точке — это отношение потенциальной энергии любой заряженной частицы в этой точке к заряду этой частицы. Его единицы — JC ^-1 . Таким образом, электрический потенциал — это мера энергии на единицу заряда.

В единицах измерения электрический потенциал и заряд тесно связаны. У них общий коэффициент обратных кулонов (C ^-1 ), в то время как сила и энергия различаются только на коэффициент расстояния (энергия — это произведение силы на расстояние).

Таким образом, для однородного поля соотношение между электрическим полем (E), разностью потенциалов между точками A и B (Δ) и расстоянием между точками A и B (d) составляет:

[латекс] \ text {E} = — \ frac {\ Delta \ phi} {\ text {d}} [/ latex].

Коэффициент -1 возникает из-за отталкивания положительных зарядов: положительный заряд будет отталкиваться от положительно заряженной пластины к месту с более высоким напряжением.

Приведенное выше уравнение представляет собой алгебраическое соотношение для однородного поля.В более чистом смысле, без предположения об однородности поля, электрическое поле — это градиент электрического потенциала в направлении x:

[латекс] \ text {E} _ \ text {x} = — \ frac {\ text {dV}} {\ text {dx}} [/ latex].

Это можно вывести из основных принципов. Учитывая, что ∆P = W (изменение энергии заряда равно работе, выполненной над этим зарядом), применяя закон сохранения энергии, мы можем заменить ∆P и W другими членами. ∆P может быть заменен на его определение как произведение заряда (q) и дифференциала потенциала (dV).Затем мы можем заменить W на его определение как произведение q, электрического поля (E) и разницы расстояний в направлении x (dx):

[латекс] \ text {qdV} = — \ text {qE} _ \ text {xdx} [/ latex].

Разделив обе части уравнения на q, получим предыдущее уравнение.

Электрическая потенциальная энергия и разность потенциалов

Электрическая потенциальная энергия возникает в результате сил между зарядами; разность потенциалов — это энергия, необходимая для перемещения заряда из точки A в точку B.

Цели обучения

Вычислить потенциальную энергию между зарядами

Основные выводы

Ключевые моменты

• Электрическая потенциальная энергия — это тип потенциальной энергии, возникающей в результате кулоновских сил. Потенциальная энергия (UE) между зарядами q и Q может быть вычислена как функция расстояния между зарядами (r): [latex] \ text {U} _ \ text {E} (\ text {r}) = \ frac {\ text {qQ}} {4 \ pi \ epsilon_0 \ text {r}} [/ latex].
• Формула для потенциальной энергии может быть изменена для потенциала между многими зарядами, если учитываются взаимодействия каждого заряда с каждым другим зарядом в системе.Например, потенциал между тремя зарядами может быть вычислен с помощью следующей формулы: [latex] \ text {U} _ \ text {E} = \ frac {1} {4 \ pi \ epsilon_0 \ text {r}} (\ frac {\ text {Q} _1 \ text {Q} _2} {\ text {r} {12}} + \ frac {\ text {Q} _2 \ text {Q} _3} {\ text {r} {23} } + \ frac {\ text {Q} _1 \ text {Q} _3} {\ text {r} {13}}) [/ latex].
• Разность потенциалов или напряжение — это разница в электрической потенциальной энергии между двумя точками. Он обозначается ∆V и измеряется в вольтах или джоулях на кулон.

Ключевые термины

• кулон : В Международной системе единиц — производная единица электрического заряда; количество электрического заряда, переносимого током в 1 ампер, протекающим в течение 1 секунды.Символ: C
• потенциальная энергия : энергия, которой обладает объект из-за его положения (в гравитационном или электрическом поле) или его состояния (в виде растянутой или сжатой пружины, в качестве химического реагента или благодаря наличию массы покоя)

Электрическая потенциальная энергия — это тип потенциальной энергии, возникающей в результате кулоновских сил. Он измеряется в джоулях и зависит от расположения заряженных частиц относительно друг друга, а также от величины их соответствующих зарядов.

Потенциальная энергия (U _E ) между зарядами q и Q может быть рассчитана как функция расстояния между зарядами (r):

[латекс] \ text {U} _ \ text {E} (\ text {r}) = \ frac {\ text {qQ}} {4 \ pi \ epsilon_0 \ text {r}} [/ latex]

Если имеется три или более зарядов, приведенную выше формулу можно изменить так, чтобы потенциальные энергии между всеми зарядами суммировались. Рассмотрим, например, случай с обвинениями Q ₁ , Q ₂ и Q ₃ :

[латекс] \ text {U} _ \ text {E} = \ frac {1} {4 \ pi \ epsilon_0 \ text {r}} (\ frac {\ text {Q} _1 \ text {Q} _2} {\ text {r} {12}} + \ frac {\ text {Q} _2 \ text {Q} _3} {\ text {r} {23}} + \ frac {\ text {Q} _1 \ text { Q} _3} {\ text {r} {13}}) [/ latex]

В этом примере r ₁₂ представляет расстояние между Q ₁ и Q ₂ , r ₂₃ представляет расстояние между Q ₂ и Q ₃ , а r ₁₃ представляет расстояние между Q ₁ и Q ₃ .Приведенная выше формула может быть изменена для любого количества зарядов.

Потенциальная разница

Разность потенциалов или напряжение — это разница в электрической потенциальной энергии между двумя точками. Он обозначается ∆V и измеряется в вольтах или джоулях на кулон.

Разница электрических потенциалов : Краткий обзор разности электрических потенциалов и электрической потенциальной энергии для начинающих студентов-физиков.

Напряжение — это работа на единицу заряда, которую необходимо совершить против статического электрического поля, чтобы переместить заряд из одной точки в другую.Он может представлять собой источник энергии или потерянную, накопленную или использованную энергию. Напряжение также определяется таким образом, что отрицательные заряды тянутся к более высоким напряжениям, а положительные заряды перемещаются к более низким напряжениям. Таким образом, ток в проводах течет от более высокого напряжения к более низкому.

Разница потенциалов не зависит от пути, пройденного от одной точки до другой, и может быть измерена любым из множества инструментов. К ним относятся вольтметр, потенциометр и осциллограф. Чаще всего его измеряют в схемах, и в таких ситуациях его можно вычислить с помощью закона Ома, который будет рассмотрен в более позднем атоме.

Разность потенциалов в статическом поле : Когда заряд q перемещается из точки A в точку B, разность потенциалов не зависит от пройденного пути.

Электрическое поле и изменение электрического потенциала

Электрическое поле — это градиент потенциала, который обратно пропорционален расстоянию от точки интереса до заряда.

Цели обучения

Вычислить электрический потенциал, создаваемый распределением заряда постоянного значения

Основные выводы

Ключевые моменты

• Для любого заряда постоянной величины (Q) потенциал (VE) на определенном расстоянии от него (r) можно рассчитать по формуле: [latex] \ text {V} _ \ text {E} = \ frac {1} {4 \ pi \ epsilon_0} \ frac {\ text {Q}} {\ text {r}} [/ latex] Где ε0 — электрическая постоянная, также известная как диэлектрическая проницаемость свободного пространства.
• Для одного точечного заряда потенциал будет постоянным для всех точек на определенном радиальном расстоянии. Несколько точек с одинаковым потенциалом известны как эквипотенциальные.
• Когда несколько зарядов создают поле, эквипотенциальные линии приобретают неправильную форму. Это связано с тем, что поля, создаваемые каждым зарядом, перекрываются, таким образом, потенциал увеличивается в любой точке по сравнению с тем, который возник бы от одного или другого заряда.

Ключевые термины

• эквипотенциальный : область, каждая точка которой имеет одинаковый потенциал.
• радиальный : перемещение по радиусу.

Любой заряд создает вокруг себя векторное поле (известное как электрическое поле). Электрическое поле — это градиент потенциала, который обратно пропорционален расстоянию от интересующей точки до заряда. Размещение второго заряда в системе («пробный заряд») приводит к тому, что два заряда испытывают силу (единицы поля — ньютоны, мера силы на кулон), заставляя заряды перемещаться относительно друг друга.Проще всего смоделировать взаимодействия между двумя зарядами так, чтобы один считался неподвижным, пока пробный заряд движется.

По мере движения пробного заряда потенциал между ним и другим зарядом изменяется, как и электрическое поле. Связь между потенциалом и полем (E) является дифференциальной: электрическое поле — это градиент потенциала (V) в направлении x. Это может быть представлено как:

[латекс] \ text {E} _ \ text {x} = — \ frac {\ text {dV}} {\ text {dx}} [/ latex].

Эквипотенциальные линии : Изолированный точечный заряд Q с линиями электрического поля (синий) и эквипотенциальными линиями (зеленый)

Таким образом, когда тестовый заряд перемещается в направлении x, скорость его изменения потенциала является величиной электрического поля.

В момент перед движением пробного заряда его потенциальная энергия максимальна, а его кинетическая энергия равна 0. Для любого заряда постоянной величины (Q) потенциал на определенном расстоянии от него (r) может быть рассчитан из следующее уравнение:

[латекс] \ text {V} _ \ text {E} = \ frac {1} {4 \ pi \ epsilon_0} \ frac {\ text {Q}} {\ text {r}} [/ latex],

, где ε ₀ — электрическая постоянная, также известная как диэлектрическая проницаемость свободного пространства. Движение к заряду и от него приводит к изменению потенциала; соотношение между расстоянием и потенциалом обратное.

Для одного точечного заряда потенциал будет постоянным для всех точек на определенном радиальном расстоянии. Несколько точек с одинаковым потенциалом известны как эквипотенциальные. В случае полей, созданных одиночным точечным зарядом, все точки на любом круге с центром вокруг точечного заряда будут эквипотенциальными, как показано на.

показывает, что когда несколько зарядов создают поле, эквипотенциальные линии приобретают неправильную форму. Это связано с тем, что поля, создаваемые каждым зарядом, перекрываются, таким образом, потенциал увеличивается в любой точке по сравнению с тем, который возник бы от одного или другого заряда.

Потенциалы и заряженные проводники

Электрический потенциал внутри заряженного проводника равен нулю, но может быть вычислен как ненулевое значение вне заряженного проводника.

Цели обучения

Определить электрический потенциал внутри и снаружи заряженного проводника

Основные выводы

Ключевые моменты

• Электрический потенциал (∆V) и поле (E) связаны согласно интегралу: [latex] \ Delta \ text {V} = — \ int _ {\ text {i}} ^ {\ text {f}} \ ! \ vec {\ text {E}} \ cdot \ mathrm {\ text {d}} \ vec {\ text {l}} [/ latex], где l — расстояние между двумя точками, между которыми определяется разность потенциалов.
• Учитывая, что электрическое поле постоянно равно 0 для любого места внутри заряженного проводника, разность потенциалов в том же объеме не может иметь никакого значения, кроме 0.
• Для точек вне проводника потенциал отличен от нуля и может быть вычислен в соответствии с полем и расстоянием от проводника.

Ключевые термины

• электрический потенциал : потенциальная энергия на единицу заряда в точке в статическом электрическом поле; Напряжение.
• электрическое поле : область пространства вокруг заряженной частицы или между двумя напряжениями; он воздействует на заряженные объекты поблизости.
• работа : мера энергии, затрачиваемой на перемещение объекта; чаще всего, сила, умноженная на смещение. Если объект не двигается, работа не выполняется.

Когда проводник становится заряженным, этот заряд распространяется по его поверхности, пока не будет достигнуто электростатическое равновесие. Его поверхность эквипотенциальная.

Все точки внутри заряженного проводника испытывают электрическое поле 0. Это происходит потому, что силовые линии от зарядов на поверхности проводника одинаково противостоят друг другу. Однако, имея электрическое поле, равное нулю во всех точках внутри проводника, электрический потенциал внутри проводника не обязательно равен нулю для всех точек внутри того же проводника. Это можно доказать, связав электрическое поле и потенциал.

Электрический заряд на остром конце проводника : Силы отталкивания, направленные к более изогнутой поверхности справа, направлены больше наружу, чем вдоль поверхности проводника.\ text {f} \! \ vec {\ text {E}} \ cdot \ mathrm {\ text {d}} \ vec {\ text {l}} [/ latex]

Наконец, мы выводим уравнение:

[латекс] \ text {dV} = — \ vec {\ text {E}} \ cdot \ mathrm {\ text {d}} \ vec {\ text {l}} = 0 [/ латекс]

Таким образом, мы можем заключить, что, учитывая, что электрическое поле постоянно равно 0 для любого места внутри заряженного проводника, разность потенциалов в том же объеме должна быть постоянной и равной 0.

С другой стороны, для точек вне проводника потенциал отличен от нуля и может быть определен тем же уравнением в зависимости от поля и расстояния от проводника.

Равномерное электрическое поле

Электрическое поле, которое является однородным, — это такое поле, которое достигает недостижимой стабильности, будучи постоянным повсюду.

Цели обучения

Описание свойств и приближения однородного электрического поля

Основные выводы

Ключевые моменты

• Однородное электрическое поле — это приближение, позволяющее выполнять простые вычисления, не требующие дифференциального исчисления. Каждое поле будет иметь по крайней мере некоторую неровность, хотя некоторые могут быть почти однородными.
• Уравнение для величины однородного электрического поля: [latex] \ text {E} = \ frac {- \ Delta \ phi} {\ text {d}} [/ latex] где E — поле, Δ — разность потенциалов между пластинами, а d — расстояние между пластинами.
• Для случая, когда положительный заряд q перемещается из точки A с определенным потенциалом (V ₁ ) в точку B с другим потенциалом (V ₂ ), это уравнение выглядит следующим образом: [латекс] \ text { W} = — \ text {q} (\ text {V} _2- \ text {V} _1) [/ latex] Разница (V ₂ -V ₁ ) также может быть представлена ​​как ∆V или V _АБ .
• В однородных полях также просто вычислить разность потенциалов: [latex] \ text {V} _ {\ text {AB}} = \ text {Ed} [/ latex] В этом случае напряженность поля E, а расстояние между точками A и B находится d.

Ключевые термины

• разность потенциалов : разница в потенциальной энергии между двумя точками в электрическом поле; разница в заряде между двумя точками в электрической цепи; Напряжение.
• электрическое поле : область пространства вокруг заряженной частицы или между двумя напряжениями; он воздействует на заряженные объекты поблизости.

Равномерное поле — это то, в котором электрическое поле постоянно на всем протяжении. Подобно так называемой «поверхности без трения» в механике, однородное поле является идеальной, но нереальной ситуацией, которая упрощает вычисления. Уравнения с неоднородными электрическими полями требуют использования дифференциального исчисления.

Однородность электрического поля можно приблизить, поместив две проводящие пластины параллельно друг другу и создав между ними разность потенциалов.В таком случае поле возле его краев будет немного изменяться, но оно будет примерно постоянным во всех остальных областях.

Уравнение для величины однородного электрического поля:

[латекс] \ text {E} = \ frac {- \ Delta \ phi} {\ text {d}} [/ latex]

где E — поле, Δ — разность потенциалов между пластинами, а d — расстояние между пластинами. Коэффициент -1 возникает из-за того, что положительные заряды отталкиваются, и, таким образом, положительный заряд будет отталкиваться от положительной пластины в направлении, противоположном направлению увеличения напряжения.

Однородность электрического поля позволяет легко рассчитать работу, выполняемую при перемещении испытательного заряда. Для случая, когда положительный заряд q перемещается из точки A с определенным потенциалом (V ₁ ) в точку B с другим потенциалом (V ₂ ), это уравнение имеет вид:

[латекс] \ text {W} = — \ text {q} (\ text {V} _2- \ text {V} _1) [/ latex]

Разница (V ₂ -V ₁ ) также может быть представлена ​​как ∆V или V _AB .В однородных полях также просто связать ∆V с напряженностью поля и расстоянием (d) между точками A и B:

[латекс] \ text {V} _ {\ text {AB}} = \ text {Ed} [/ latex]

Взаимосвязи в однородном электрическом поле : На этом изображении работа (W), напряженность поля (E) и разность потенциалов (∆V) определены для точек A и B в рамках построения однородного потенциального поля между положительными и отрицательные пластины.

Энергосбережение

Энергия сохраняется при движении заряженной частицы через электрическое поле, как и в любой другой физической ситуации.

Цели обучения

Сформулировать принцип сохранения энергии заряженной частицы в электрическом поле

Основные выводы

Ключевые моменты

• При наличии стационарного испытательного заряда в определенном месте приложенное электрическое поле заставит заряд переместиться в один или другой конец, в зависимости от заряда.
• Положительные испытательные заряды будут двигаться в направлении поля; отрицательные заряды будут двигаться в противоположном направлении.
• В момент приложения поля неподвижный пробный заряд имеет нулевую кинетическую энергию, а его электрическая потенциальная энергия максимальна.Затем заряд ускоряется, и его кинетическая энергия (от движения) увеличивается по мере уменьшения его потенциальной энергии. Сумма энергий всегда постоянна.
• Формулу, иллюстрирующую сохранение энергии, можно записать разными способами, но все выражения основаны на простой предпосылке приравнивания начальной и конечной сумм кинетической и потенциальной энергии.

Ключевые термины

• кинетическая энергия : энергия, которой обладает объект из-за его движения, равная половине массы тела, умноженной на квадрат его скорости.
• разность потенциалов : разница в потенциальной энергии между двумя точками в электрическом поле; разница в заряде между двумя точками в электрической цепи; Напряжение.
• потенциальная энергия : энергия, которой обладает объект из-за его положения (в гравитационном или электрическом поле) или его состояния (в виде растянутой или сжатой пружины, в качестве химического реагента или благодаря наличию массы покоя)

Энергия сохраняется при движении заряженной частицы через электрическое поле, как и в любой другой физической ситуации.Это явление можно выразить как равенство суммарной кинетической ( E _кинет ) и электрической потенциальной ( E _el ) энергий:

[латекс] (\ text {E} _ {\ text {kin}} + \ text {E} _ {\ text {el}}) _ {\ text {initial}} = (\ text {E} _ { \ text {kin}} + \ text {E} _ {\ text {el}}) _ {\ text {final}} [/ latex]

При наличии стационарного испытательного заряда в определенном месте приложенное электрическое поле заставит заряд переместиться в один или другой конец, в зависимости от заряда (положительные испытательные заряды будут двигаться в направлении поля; отрицательные заряды будут двигаться внутрь). 2 + \ text {U}) _ {\ text {final}} [/ latex]

, где m и v — масса и скорость электрона, соответственно, а U — электрическая потенциальная энергия. U можно рассчитать следующим образом:

[латекс] \ text {U} = \ text {q} _0 \ text {V} = \ text {k} \ frac {\ text {q} _0 \ text {q}} {\ text {r}} [ / латекс]

, где В, — разность потенциалов, k — постоянная, q ₀ — пробный заряд, q — другой заряд, а r — расстояние между зарядами.

Члены формулы сохранения энергии можно переписать разными способами, но все выражения основаны на простой предпосылке уравнивания начальной и конечной сумм кинетической и потенциальной энергии.

Сходства между действием гравитационного и электрического полей на объекте : Заряд + q перемещается вниз по электрическому полю так же, как объект m перемещается вниз по холму. В обоих случаях движущаяся частица переходит из состояния с более высокой потенциальной энергией в состояние с более низкой потенциальной энергией.

Электрон-вольт

Электрон-вольт — единица энергии, используемая в физике элементарных зарядов и электричества.

Цели обучения

Преобразование электрон-вольт в единицы энергии СИ

Основные выводы

Ключевые моменты

• Электрон-вольт определяется как количество энергии, полученной или потерянной зарядом электрона, перемещающегося через разность электрических потенциалов в один вольт.Его значение примерно равно 1,602 × 10 ^-19 Дж.

.

• Электрон-вольт стал полезным благодаря экспериментам. Ученые, работающие с электростатическими ускорителями частиц, обычно использовали в своей работе соотношение между энергией (E), зарядом (q) и разностью потенциалов (V). Это соотношение: E = qV.
• В качестве энергии электрон-вольт может использоваться во многих вычислениях, включая импульс, массу, длину волны и температуру.

Ключевые термины

• разность потенциалов : разница в потенциальной энергии между двумя точками в электрическом поле; разница в заряде между двумя точками в электрической цепи; Напряжение.
• ускоритель частиц : Устройство, которое ускоряет электрически заряженные частицы до чрезвычайно высоких скоростей с целью инициирования высокоэнергетических реакций или получения высокоэнергетического излучения.
• электрон-вольт : Устройство для измерения энергии субатомных частиц; энергия равна энергии, полученной электроном, движущимся через разность потенциалов в один вольт. Эквивалентно 1,6022 x 10-19 джоулей.

Обзор

Электрон-вольт, обозначаемый как эВ, а иногда и как электронвольт, — это единица энергии, используемая в физике элементарных зарядов и электричества.

Электрон-вольт определяется как количество энергии, полученной или потерянной зарядом электрона, перемещающегося через разность электрических потенциалов в один вольт. Таким образом, он равен произведению одного вольта (1 Дж / Кл) и одного элементарного заряда, что дает ему значение в джоулях, приблизительно равное 1,602 × 10 ^-19 Дж.

Электрон-вольт сам по себе не является единицей СИ, он стал полезен в результате экспериментов. Ученые, работающие с электростатическими ускорителями частиц, обычно использовали соотношение между энергией (E), зарядом (q) и разностью потенциалов (V) в своей работе:

[латекс] \ text {E} = \ text {qV} [/ latex]

Все вычисления энергии по приведенному выше уравнению были квантованы как кратные элементарному заряду q для данного напряжения, и, таким образом, возникло обычное использование электрон-вольт в качестве единицы измерения.

Импульс

Электрон-вольт и импульс являются мерой энергии, и они связаны между собой в физике высоких энергий. Приложение разности потенциалов к электрону дает ему энергию, которая проявляется в движении электрона через него. Учитывая, что у электрона есть масса и скорость, у него есть импульс. Деление электрон-вольт на константу с единицами измерения скорости дает импульс.

Масса

Учитывая, что масса эквивалентна энергии, электрон-вольт может измерять массу.2} [/ латекс]

Длина волны

Энергия E , частота v и длина волны λ фотона связаны соотношением

[латекс] \ text {E} (\ text {eV}) = \ text {hv} = \ frac {\ text {hc}} {\ lambda} [/ latex]

где h — постоянная Планка, c — скорость света. Таким образом, фотон с длиной волны 532 нм (зеленый свет) будет иметь энергию примерно 2,33 эВ. Точно так же 1 эВ соответствует инфракрасному фотону с длиной волны 1240 нм и так далее.

Энергия фотонов в видимом спектре : Связь между длиной волны и энергией, выраженная в электрон-вольтах.

Температура

В физике плазмы электрон-вольт может использоваться как единица измерения температуры. Чтобы преобразовать в Кельвины, просто разделите значение 1 эВ (в Джоулях) на постоянную Больцмана (1,3806505 (24) × 10 ^-23 Дж / К).

Дипольные моменты

Электрический дипольный момент — это мера полярности в системе.

Цели обучения

Свяжите электрический дипольный момент с полярностью в системе

Основные выводы

Ключевые моменты

• Электрические дипольные моменты используются для измерения разделения положительных и отрицательных зарядов (полярности) в системе. Они измеряются в кулонах-метрах (Км).
• Для точечных зарядов со значениями + q и -q электрический дипольный момент (p) может быть определен как: [latex] \ text {p} = \ text {qd} [/ latex], где q представляет собой заряды, а d представляет собой вектор смещения.Вектор смещения имеет величину расстояния между зарядами и направление от отрицательного заряда к положительному.
• Все диполи испытывают крутящий момент, который вращает диполь, выравнивая его с электрическим полем. Этот крутящий момент можно рассчитать как произведение электрического дипольного момента и электрического поля.

Ключевые термины

• дипольный момент : векторное произведение заряда на любом полюсе диполя на расстояние, разделяющее их.
• вектор : Направленная величина, имеющая как величину, так и направление; между двумя точками.
• крутящий момент : вращательное или скручивающее действие силы; (Единица СИ ньютон-метр или Нм; британская единица измерения фут-фунт или фут-фунт)

Электрический дипольный момент — это мера полярности, которая представляет собой разделение положительных и отрицательных зарядов в системе. Он измеряется в кулонах-метрах (См · м). Существует много различных типов дипольных моментов, включая электрические дипольные моменты, магнитные дипольные моменты и топологические дипольные моменты.

К подмножеству электрических дипольных моментов относятся дипольные моменты переходов, дипольные моменты молекул, дипольные моменты связей и электрические дипольные моменты электронов. Для целей этого атома мы сосредоточимся на широком обзоре электрического дипольного момента в статических ситуациях.

Молекулярный дипольный момент в воде : Эта молекула воды (H ₂ O) имеет высокую плотность электронов (обозначена красной штриховкой) около красного атома O. Ближе к белым атомам H наблюдается малая плотность электронов.Следовательно, молекула является диполем, с отрицательностью около O и положительностью ближе к атомам H.

Определение

По сути, для случая точечных зарядов со значениями + q и -q электрический дипольный момент (p) может быть определен как векторное произведение зарядов и вектора смещения d:

[латекс] \ text {p} = \ text {qd} [/ latex]

Вектор смещения — это вектор с величиной, равной расстоянию между зарядами, и направлением, указывающим от отрицательного заряда к положительному.По существу, он взаимозаменяем с переменной «радиус» во многих других уравнениях (например, определяющих гравитационные и электростатические силы), за исключением того, что он включает фактор направления.

Момент

Все диполи испытывают крутящую силу или крутящий момент, когда они находятся во внешних электрических полях. Этот крутящий момент вращает диполь, чтобы выровнять его с полем. Это вызвано необходимостью минимизировать потенциальную энергию. Крутящий момент (τ) можно рассчитать как произведение электрического дипольного момента и электрического поля (E), предполагая, что E пространственно однородно:

[латекс] \ tau = \ text {p} \ times \ text {E} [/ latex]

15.5: Питание в цепи переменного тока

Цели обучения

К концу раздела вы сможете:

• Опишите, как можно записать среднюю мощность от цепи переменного тока в терминах пикового тока и напряжения, а также среднеквадратичных значений тока и напряжения
• Определите соотношение между фазовым углом тока и напряжения и средней мощностью, известное как коэффициент мощности

Элемент схемы рассеивает или производит мощность в соответствии с \ (P = IV \), где I — ток через элемент, а \ (V \) — напряжение на нем.Поскольку ток и напряжение в цепи переменного тока зависят от времени, мгновенная мощность \ (p (t) = i (t) v (t) \) также зависит от времени. График \ (p (t) \) для различных элементов схемы показан на рисунке \ (\ PageIndex {1} \). Для резистора \ (i (t) \) и \ (v (t) \) синфазны и, следовательно, всегда имеют один и тот же знак. Для конденсатора или катушки индуктивности относительные знаки \ (i (t) \) и \ (v (t) \) меняются в течение цикла из-за разницы фаз. Следовательно, \ (p (t) \) в одни моменты времени положительно, а в другие — отрицательно, что указывает на то, что емкостные и индуктивные элементы вырабатывают энергию в одни моменты и поглощают ее в другие.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): График мгновенной мощности для различных элементов схемы. (a) Для резистора \ (P_ {ave} = I_0V_0 / 2 \), тогда как для (b) конденсатора и (c) катушки индуктивности \ (P_ {ave} = 0 \). (d) Для источника \ (P_ {ave} = I_0V_0 (cos \, \ phi) / 2 \), который может быть положительным, отрицательным или нулевым, в зависимости от \ (\ phi \).

Поскольку мгновенная мощность изменяется как по величине, так и по знаку в течение цикла, она редко имеет какое-либо практическое значение. То, что нас почти всегда интересует, — это усредненная по времени мощность, которую мы называем средней мощностью .T \ sin \ omega t \, \ cos \, \ omega t \, dt = 0. \ nonumber \]

Следовательно, средняя мощность, связанная с элементом схемы, равна

\ [\ boxed {P _ {\ mathrm {ave}} = \ frac {1} {2} I_ {0} V_ {0} \ cos \ phi.} \ Label {eq5} \]

В инженерных приложениях \ (\ cos \ phi \) известен как коэффициент мощности , который представляет собой величину, на которую мощность, передаваемая в цепи, меньше теоретического максимума цепи из-за отсутствия напряжения и тока. фазы.{2} R. \ label {eq10} \]

Это уравнение дополнительно подчеркивает, почему при обсуждении выбирается среднеквадратичное значение, а не пиковые значения. Оба уравнения \ ref {eq5} и \ ref {eq10} верны для средней мощности, но среднеквадратичные значения в формуле дают более четкое представление, поэтому дополнительный коэффициент 1/2 не требуется.

Переменные напряжения и токи обычно описываются их действующими значениями. Например, напряжение 110 В от бытовой розетки является среднеквадратичным значением. Амплитуда этого источника равна \ (110 \ sqrt {2} \, V = 156 \, V \).Поскольку большинство измерителей переменного тока откалиброваны по среднеквадратичным значениям, типичный вольтметр переменного тока, установленный на бытовой розетке, будет показывать 110 В.

Для конденсатора и катушки индуктивности, \ (\ phi = \ pi / 2 \) и \ (- \ pi / 2 \, rad \), соответственно. Поскольку \ (\ cos \, \ pi / 2 = cos (- \ pi / 2) = 0 \), мы находим из уравнения \ ref {eq5}, что средняя мощность, рассеиваемая любым из этих элементов, равна \ (P_ {ave } = 0 \). Конденсаторы и катушки индуктивности поглощают энергию из цепи в течение одного полупериода, а затем разряжают ее обратно в цепь в течение другого полупериода.Это поведение проиллюстрировано на графиках на рисунках \ (\ PageIndex {1b} \) и \ (\ PageIndex {1c} \), которые показывают, что \ (p (t) \) колеблется синусоидально около нуля. 2}} = \ dfrac {R} {Z}.{-6} F \) и \ (R = 5.00 \, \ Omega \).

1. Какое среднеквадратичное напряжение на генераторе?
2. Какое сопротивление цепи?
3. Какая средняя выходная мощность генератора?

Стратегия

Действующее значение напряжения — это амплитуда напряжения, умноженная на \ (1 / \ sqrt {2} \). Импеданс цепи включает сопротивление и реактивные сопротивления конденсатора и катушки индуктивности. Средняя мощность рассчитывается по формуле \ ref {eq30}, потому что у нас есть полное сопротивление цепи \ (Z \), среднеквадратичное напряжение \ (V_ {rms} \) и сопротивление \ (R \).2 / R \), где В заменяет действующим напряжением.

Упражнение \ (\ PageIndex {1A} \)

Вольтметр переменного тока, подключенный к клеммам генератора переменного тока 45 Гц, показывает 7,07 В. Напишите выражение для ЭДС генератора.

Ответ

\ (v (t) = (10.0 \, V) \, \ sin \, 90 \ pi t \)

Упражнение \ (\ PageIndex {1B} \)

Покажите, что среднеквадратичные значения напряжения на резисторе, конденсаторе и катушке индуктивности в цепи переменного тока, где среднеквадратичный ток равен \ (I_ {rms} \), выражаются как \ (I_ {rms} R, \, I_ {rms} X_C \) и \ (I_ {rms} X_L \) соответственно.Определите эти значения для компонентов схемы RLC по формуле \ ref {eq5}.

Ответ

2,00 В; 10,01 В; 8.01 В

Авторы и авторство

• Сэмюэл Дж. Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойола Мэримаунт) и Билл Мобс со многими авторами. Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (by 4.0).

% PDF-1.2
%
73 0 объект
>
эндобдж
xref
73 54
0000000016 00000 н.
0000001428 00000 н.
0000001582 00000 н.
0000001653 00000 н.
0000001708 00000 н.
0000001763 00000 н.
0000001824 00000 н.
0000001883 00000 н.
0000001944 00000 н.
0000001999 00000 н.
0000002565 00000 н.
0000002837 00000 н.
0000002929 00000 н.
0000003021 00000 н.
0000003113 00000 п.
0000003205 00000 н.
0000003296 00000 н.
0000003387 00000 н.
0000003478 00000 н.
0000003570 00000 н.
0000003662 00000 н.
0000003754 00000 н.
0000003846 00000 н.
0000004034 00000 н.
0000004538 00000 н.
0000004717 00000 н.
0000004903 00000 н.
0000005090 00000 н.
0000005541 00000 н.
0000006079 00000 п.
0000006260 00000 н.
0000006282 00000 н.
0000006938 00000 п.
0000006960 00000 н.
0000007545 00000 н.
0000007567 00000 н.
0000008191 00000 п.
0000008213 00000 н.
0000008950 00000 н.
0000008972 00000 н.
0000009328 00000 н.
0000009441 00000 п.
0000009586 00000 н.
0000010032 00000 п.
0000010229 00000 п.
0000010894 00000 п.
0000010916 00000 п.
0000011571 00000 п.
0000011593 00000 п.
0000012152 00000 п.
0000012174 00000 п.
0000012253 00000 п.
0000002055 00000 н.
0000002543 00000 н.
трейлер
]
>>
startxref
0
%% EOF

74 0 объект
>
эндобдж
75 0 объект
[
76 0 R 77 0 R 78 0 R 79 0 R 80 0 R 81 0 R 82 0 R
]
эндобдж
76 0 объект
>
/ Ж 84 0 Р
>>
эндобдж
77 0 объект
>
/ Ж 91 0 Р
>>
эндобдж
78 0 объект
>
/ Ж 92 0 Р
>>
эндобдж
79 0 объект
>
/ Ж 93 0 Р
>>
эндобдж
80 0 объект
>
/ Ж 94 0 Р
>>
эндобдж
81 0 объект
>
/ Ж 17 0 Р
>>
эндобдж
82 0 объект
>
/ Ж 39 0 Р
>>
эндобдж
125 0 объект
>
транслировать
Hb«f«g`2f31

электричество | Определение, факты и типы

Электростатика — это изучение электромагнитных явлений, возникающих при отсутствии движущихся зарядов, т.е.е., после установления статического равновесия. Заряды быстро достигают своего положения равновесия, потому что электрическая сила чрезвычайно велика. Математические методы электростатики позволяют рассчитывать распределения электрического поля и электрического потенциала по известной конфигурации зарядов, проводников и изоляторов. И наоборот, имея набор проводников с известными потенциалами, можно рассчитать электрические поля в областях между проводниками и определить распределение заряда на поверхности проводников.Электрическую энергию набора зарядов в состоянии покоя можно рассматривать с точки зрения работы, необходимой для сборки зарядов; в качестве альтернативы, можно также считать, что энергия находится в электрическом поле, создаваемом этой сборкой зарядов. Наконец, энергия может храниться в конденсаторе; энергия, необходимая для зарядки такого устройства, хранится в нем как электростатическая энергия электрического поля.

Статическое электричество — это знакомое электрическое явление, при котором заряженные частицы передаются от одного тела к другому.Например, если два предмета трутся друг о друга, особенно если они являются изоляторами, а окружающий воздух сухой, предметы приобретают одинаковые и противоположные заряды, и между ними возникает сила притяжения. Объект, теряющий электроны, становится заряженным положительно, а другой — отрицательно. Сила — это просто притяжение между зарядами противоположного знака. Свойства этой силы описаны выше; они включены в математическое соотношение, известное как закон Кулона.Электрическая сила, действующая на заряд Q ₁ в этих условиях, вызванная зарядом Q ₂ на расстоянии r , определяется законом Кулона

Жирным шрифтом в уравнении обозначается вектор характер силы, а единичный вектор r̂ — это вектор, размер которого равен единице, и который указывает от заряда Q ₂ до заряда Q ₁ . Константа пропорциональности k равна 10 ⁻⁷ c ² , где c — скорость света в вакууме; k имеет числовое значение 8.99 × 10 ⁹ ньютон-квадратный метр на квадратный кулон (Нм ² / C ² ). На рисунке 1 показано усилие на Q ₁ от Q ₂ . Числовой пример поможет проиллюстрировать эту силу. И Q ₁ и Q ₂ выбраны произвольно в качестве положительных зарядов, каждый с величиной 10 ⁻⁶ кулонов. Заряд Q ₁ расположен в координатах x , y , z со значениями 0.03, 0, 0 соответственно, а Q ₂ имеет координаты 0, 0,04, 0. Все координаты указаны в метрах. Таким образом, расстояние между Q ₁ и Q ₂ составляет 0,05 метра.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишись сейчас

Величина силы F на заряде Q ₁ , рассчитанная по уравнению (1), составляет 3,6 ньютона; его направление показано на рисунке 1.Сила на Q ₂ из-за Q ₁ составляет — F , что также имеет величину 3,6 ньютона; его направление, однако, противоположно направлению F . Сила F может быть выражена через ее компоненты по осям x и y , поскольку вектор силы лежит в плоскости x y . Это делается с помощью элементарной тригонометрии из геометрии рисунка 1, а результаты показаны на рисунке 2.Таким образом, в ньютонах. Закон Кулона математически описывает свойства электрической силы между зарядами в состоянии покоя. Если заряды имеют противоположные знаки, сила будет притягивающей; притяжение будет указано в уравнении (1) отрицательным коэффициентом единичного вектора r̂. Таким образом, электрическая сила на Q ₁ будет иметь направление, противоположное единичному вектору r̂ , и будет указывать от Q ₁ к Q ₂ .В декартовых координатах это привело бы к изменению знаков компонентов силы x и y в уравнении (2).

компоненты кулоновской силы

Рисунок 2: Составляющие x и y силы F на рисунке 4 (см. Текст).

Предоставлено Департаментом физики и астрономии Мичиганского государственного университета

Как можно понять эту электрическую силу на Q ₁ ? По сути, сила возникает из-за наличия электрического поля в позиции Q ₁ .Поле создается вторым зарядом Q ₂ и имеет величину, пропорциональную размеру Q ₂ . При взаимодействии с этим полем первый заряд на некотором расстоянии либо притягивается, либо отталкивается от второго заряда, в зависимости от знака первого заряда.

Модель Ходжкина-Хаксли

Модель Ходжкина-Хаксли для генерации потенциалов действия

Концептуальное резюме

Натрий
Канал

Калий
Канал

Построение уравнений для создания действия
Потенциал

Напряжение
зависимость положения ворот

Напряжение
зависимость проводимости канала

Текущий
проточные каналы

Уравнения
для мембранного потенциала

Что на самом деле сделали Ходжкин и Хаксли

Первый:
предположения модели

Секунда:
получение параметров для модели

Ионные свойства

Номер
ворот

Напряжение
зависимость альфа и бета

Третий:
реконструкция шипа

Перспектива

Модель Ходжкина-Хаксли (HH; Hodgkin & Huxley, 1952) для поколения
потенциал нервного действия — одна из самых успешных математических моделей
сложного биологического процесса, который когда-либо был сформулирован.Базовый
концепции, выраженные в модели, доказали действенный подход к изучению
биоэлектрическая активность самых примитивных одноклеточных организмов, таких как
в качестве
Paramecium , прямо до
нейроны в нашем собственном мозгу.

Ходжкин А.Л. и Хаксли А.Ф. (1952). А
количественное описание мембранного тока и его применение к проводимости
и возбуждение в нервах. J. Physiol. (Лондон) 117, 500-544.

Neurosim : Если вы хотите увидеть модель Ходжкина-Хаксли в действии (и многое другое), то я сердечно приглашаю вас ознакомиться с новой версией (5) моего пакета обучающих симуляторов Neurosim.

Концептуальный
Резюме

Отправной точкой оригинальной модели является
что нервная мембрана (в частности, мембрана гигантского аксона кальмара)
содержит три типа ионных каналов. Первый, известный как каналы утечки, имеет относительно низкую проводимость, которая
не меняется. Хотя их общая проводимость низкая, она выше по отношению к калию.
(K), чем к ионам натрия (Na). Каналы утечки в основном ответственны
для мембранного потенциала покоя.Остальные два типа ионных каналов,
которые отвечают за генерирование потенциала действия, оба
зависят от напряжения, т.е. их проводимость зависит от напряжения на
мембрана. Есть один набор каналов, зависящих от напряжения, которые специально
проницаемыми для ионов Na, а другой набор — специфически проницаемым для ионов K.

Каждый канал, зависящий от напряжения, может быть
изображается как туннель с небольшим количеством ворот, устроенных
один за другим внутри него. Чтобы отдельный канал был открыт и
позволить ионам проходить через него, все ворота в этом канале должны быть открыты
одновременно.Если хотя бы один затвор закрыт, то закрывается весь канал.

Отдельные ворота открываются и закрываются случайным образом
и довольно быстро, но вероятность
открытия ворот (вероятность открытия)
зависит от напряжения на мембране. С молекулярной точки зрения ворота
считается, что они действуют как частицы, несущие заряд, и, следовательно, положение, в котором они
занимают внутри мембраны, которая определяет, открыты они или закрыты,
зависит от электрического потенциала на мембране (напряжения).

Ворота канала относятся к одному из двух классов;
Активация гейты имеют открытую вероятность того, что увеличивает с деполяризацией, в то время как инактивация гейты имеют открытую вероятность, которая уменьшает с деполяризацией. Вероятность открытия ворот
в любой момент времени известен как активация
переменная для этих ворот. Поскольку переменная активации определяет
вероятность того, что одни ворота этого класса будут открыты, следовательно, это также
определяет пропорцию ворот в
общее население этого класса, которые открыты.А также отличаясь тем, как
их переменные активации изменяются с изменением напряжения, классы затворов также различаются
скорость , при которой их активация
переменные изменяются при изменении напряжения.

Натрий
канал

Модель HH предлагает, чтобы каждый канал Na
содержит набор из 3 идентичных, быстро реагирующих, активирующих ворот ( м, -ворота) и одного, более медленно реагирующего,
вентиль инактивации (вентиль х ). По соглашению переменная активации
для ворот m известен как м , и
переменная активации h-ворот известна как h .Комбинация этих двух классов ворот объясняет переходные процессы.
увеличение Na-проводимости в результате деполяризации мембраны. Способ
это работает следующим образом.

При потенциале покоя h-образная заслонка открыта,
но ворота m закрыты, и поэтому сам канал закрыт (по крайней мере,
это наиболее вероятное положение вещей, — поскольку ворота открываются и закрываются
вероятностно точное состояние любого гейта нельзя предсказать с абсолютной
уверенность). Если затем мембрана деполяризуется, m-ворота быстро открываются и
на время открыт сам канал или активирован .Затем h-вентиль закрывается, и, следовательно, закрывается канал, даже если
мембрана все еще деполяризована. Теперь канал находится в состоянии неактивен, . Если мембрана теперь реполяризована,
м-ворота быстро закрываются. На этом этапе, если мембрана снова деполяризуется,
m-ворота открываются, но h-ворота, которые еще не открылись в ответ на
более ранней реполяризации, остается закрытым, и поэтому сам канал не
снова открыть. Это основа абсолютных
рефрактерный период 90–250 потенциала действия.Наконец, если мембрана
реполяризовал М-ворота закрытыми, и если мембрана удерживается реполяризованной в течение некоторого
время, h-ворота в конечном итоге снова открываются ( деинактивация, ).
Теперь канал вернулся в исходное состояние; закрыта, но готова открыться
ответ на деполяризацию.

Калий
канал

Канал K несколько проще. Это
содержит один класс ворот, состоящий из 4 отдельных ворот активации
(ворота n ), которые реагируют медленнее, чем
активация ворот Na-канала.Таким образом, если мембрана деполяризована,
n-ворота открываются (медленно), и открывается K-канал. Канал остается открытым до тех пор, пока
пока мембрана остается деполяризованной. Когда мембрана реполяризована,
n-ворота, а значит, и канал K, медленно закрываются. Относительно низкая скорость при
закрытые K-каналы означают, что существует повышенная K-проводимость для
некоторое время после потенциального действия, и это может вызвать
постгиперполяризация, которая частично отвечает за относительный рефрактерный период .

Дом
Уравнения для создания потенциала действия

Сначала мы опишем, как очень простой набор
основных предположений о воротах приводит к ряду уравнений, которые
описать активные свойства нервной оболочки. Затем мы опишем, как
экспериментальные данные используются для предоставления числовых параметров для включения в эти
уравнения, так что уравнения могут восстановить потенциал действия.

Напряжение
зависимость положения ворот

В модели HH
отдельные ворота действуют как химическая реакция первого порядка с двумя состояниями.Этот
можно записать так:

(1)

Факторы α и β называются константами скорости перехода . α — количество раз в секунду, которое
который в закрытом состоянии открывается, а β — это количество раз в секунду, которое затвор
который в открытом состоянии закрывается. Все ворота в определенном классе имеют
то же значение α и такое же значение β (которое, вероятно, будет отличаться от
значение α ) в любой момент времени, но ворота
которые относятся к разным классам, могут иметь разные значения α и β .Этот
наделяет разные классы разными свойствами.

[Чтобы опередить КЛЮЧЕВОЙ ФАКТОР в модели HH, которая позволяет
потенциалы действия, которые должны быть сгенерированы, заключаются в том, что α и β зависят от напряжения.]

Итак, как открывается
вероятность гейта зависит от α и β ? Для
все ворота, скажем, P находятся в открытом состоянии, где P изменяется от 0 до 1. Это означает
что пропорция 1-П будет в
закрытое состояние.Доля населения, открывшаяся в данный момент.
зависит от количества закрытых ворот и скорости, с которой
закрытые ворота открыты:

(2)

и аналогично

(3)

Если система находится в
равновесие, при котором доля ворот в открытом состоянии не меняется,
тогда доля открывания ворот должна быть равна доле закрывания ворот
любой заданный период времени

(4)

, который преобразуется в

(5)

Таким образом, если α высокое, а β низкое, вентиль имеет высокую вероятность
быть открытым, и наоборот .(В
индекс бесконечности используется для P, потому что
система достигает равновесия только в том случае, если α и β остаются стабильными в течение относительно длительного периода
время.)

Зависимость напряжения
из P возникает из-за того, что фундаментальный
Константы скорости перехода α и β сами по себе зависят от напряжения. Очевидно, что если
мембранный потенциал изменяется, и, следовательно, значения α и β для определенного класса ворот изменяются, то
открытая вероятность P для этого
класс ворот также должен измениться.Для ворот активации зависимость напряжения α и β такова, что деполяризующий сдвиг в мембране
потенциальные причины P до увеличение , в то время как для инактивации ворот
изменение α и β вызывает P
до уменьшить .

Модель HH предполагает
что α и β мгновенно изменяются при изменении напряжения.
Однако это не приводит к мгновенному изменению значения P .Скорость, с которой P достигает своего нового значения после
изменение α и / или β равно разнице в скорости
закрытие и скорость открытия:

(6)

(Обратите внимание, что если мы
заменить установившееся значение P
через α и β из уравнения (5) в правую часть
это уравнение, dP / dt становится 0, поскольку
конечно, это должно быть в устойчивых условиях.Таким образом, после изменения напряжения скорость изменения для P , а также направление и величина изменения зависят от
значения α и β .
В зависимости от значений α и β некоторые
Классы ворот будут быстрее реагировать на изменения напряжения, чем другие.

дифференциальное уравнение (6) имеет решение

(7)

где

(8)

Эти уравнения могут быть
понимается следующим образом.Начнем с предположения, что система работала в
фиксированное постоянное напряжение в течение длительного периода времени, и поэтому P находится на начальном равновесном значении P _start , определенном в уравнении (5).
Затем напряжение внезапно изменяется, и α и β немедленно переключаются на новые значения, соответствующие
на новое напряжение. P затем начинает
изменяется и приближается к своему новому равновесному значению P _∞
(также определено в уравнении 5, но с новыми значениями для α и β ) с экспоненциальным ходом времени со временем
постоянная τ. Если значение α или β велико, то постоянная времени мала и
P быстро приобретает новую ценность.
Если оба они малы, то постоянная времени велика, и P требуется больше времени для достижения равновесия.

Путем объединения уравнений
(5) и (8) можно выразить α и β через P _∞
и τ:

(9)

и

(10)

Таким образом, существует простой
соотношение между α и β , и
равновесное значение P и время
константа, при которой P достигает этого равновесия
ценить.

Зависимость проводимости канала от напряжения

Приступим к следующему
на этапе анализа, рассматривая ситуацию, когда напряжение стабильно, так как
это когда мембрана находится в состоянии покоя. Для каждого класса
затвор в каждом типе канала, α и β имеют значения, соответствующие напряжению, а P (вероятность того, что затвор будет
open) находится на своем установившемся равновесном значении, заданном в уравнении (5). Если
канал содержит несколько (скажем, x )
ворота этого класса внутри него, вероятность того, что весь канал будет открыт
P возведен в степень
количество ворот в канале (т.е. P ^x ).
Это потому, что все ворота должны
быть открытым, чтобы канал был открыт.

По причинам, которые будут
будет объяснено позже, HH предложил, чтобы каждый K-канал имел 4 идентичных
ворота ( х = 4 ). Мы можем заменить
значение общей вероятности P с
удельная вероятность K-канала n -gate
будучи открытым, n , поэтому вероятность
весь открытый канал K составляет n ⁴ .Таким образом, чтобы сделать это конкретным, если при определенном напряжении вероятность открытия затвора n- равна половине ( n = 0,5), то вероятность
отдельный открытый канал K составляет 0,5 * 0,5 * 0,5 * 0,5 или 1 из 16. При увеличении масштаба
мы можем сказать, что 1 из каждых 16 во всей популяции K каналов будет
открытый, и, следовательно, фактическая проводимость K ( gK )
будет 1/16 от максимально возможной проводимости K, т.е.

(11)

где gK _max — мембрана K
проводимость, когда все K каналов открыты.

Модель HH предлагает
что у канала Na есть 3 m-гейта активации и один h-вентиль инактивации, и
поэтому по тем же соображениям проводимость Na составляет

(12)

Ток по каналам

Как только проводимость
популяции ионных каналов, ионный ток, протекающий через
каналы можно рассчитать. Это потому, что обычно
простая связь между током ( I ),
проводимость ( г ), мембранный потенциал
( E _м ) и разворот
(равновесный) потенциал ( E _экв )
иона, когда ток переносится этой единственной разновидностью иона:

(13)

Это уравнение
вариант закона Ома.Фактор E _m -E _eq , который равен
мера того, насколько далеко мембранный потенциал находится от равновесного потенциала
иона, о котором идет речь, называется приводом
сила на ион, и эквивалентна
к прямому напряжению по закону Ома. Мы можем сделать это уравнение специфичным для ионов K

(14)

, где I _K — ток K, а E _K — K-равновесие
потенциал.Аналогичное уравнение дает ток Na

(15)

Есть третий ток
мы должны учитывать; — утечка
Текущий. Так же хорошо как
потенциалзависимые каналы, рассмотренные выше, мембрана имеет небольшой,
не зависящая от напряжения проводимость как для Na, так и для K. Это известно как
проводимость утечки, и она всегда присутствует и остается постоянной независимо от
Напряжение. Проводимость утечки K намного выше, чем утечка Na.
проводимость (хотя оба они малы по сравнению с проводимостью, зависящей от напряжения
когда они активированы), и поэтому проводимость утечки действует так, как если бы она имела
равновесный потенциал, близкий к потенциалу покоя.

(16)

Уравнения для мембранного потенциала

Это интуитивно
очевидно, что если есть дисбаланс тока через мембрану, такой, что
больше положительного заряда входит в ячейку, чем выходит из нее, это изменит
мембранный потенциал и вызвать его деполяризацию ( и наоборот ). Изменение мембранного потенциала происходит из-за несбалансированного
ток изменяет заряд мембранного конденсатора. Это приводит к
следующие отношения:

(17)

В этом уравнении
выражение C _m (dV / dt) — это
емкостный ток, и он происходит просто из свойства емкости, которая
говорит, что ток в конденсаторе пропорционален размеру
емкость и скорость изменения напряжения ( dV / dt ) на ней.Уравнение утверждает, что ток емкости равен
к арифметической сумме всех токов через мембрану это следует из того факта, что при наличии
дисбаланс между положительным и отрицательным мембранным током, «резервный» ток
деваться некуда, кроме мембранного конденсатора. Ток мембраны состоит из ионных
ток I _ионный , который
сумма токов Na, K и утечки, рассчитанных на основе модифицированных значений сопротивления Ом.
закон, приведенный выше в уравнениях (14) (16), плюс любой вводимый стимулирующий ток I _стим .

[Обратите внимание, что уравнение
(17) строго относится только к с пространственным зажимом
нейрон, или однокамерный
модель. Другими словами, предполагается, что нет бокового потока тока внутри нейрона. Если бы были такие
расход, его необходимо добавить в правую часть уравнения.]

Можем переписать
уравнение (17), таким образом,

(18)

В покоящемся нейроне
по определению мембранный потенциал не меняется, т.е.е. dV / dt (скорость изменения напряжения) равна 0. Нет стимула.
применен, поэтому I _стим равен 0,
и поэтому I _ionic должен
также будет 0. Если I _ionic is
0, это означает, что входящие и исходящие токи, протекающие через ионную
каналы точно сбалансированы, чтобы нейтрализовать друг друга, что, конечно же, то, что вы
можно ожидать от покоящегося нейрона.

А теперь представьте, что
происходит, если к нейрону применяется стимул, поэтому I _стим не равно 0.Изначально I _ionic не меняет (т.к.
части уравнений 14-16 меняются), и, следовательно, стимулирующий ток течет
в мембранный конденсатор и dV / dt
становится ненулевым. Таким образом, в следующий момент времени мембранный потенциал В, имеет новое значение. Это мгновенно изменится
значения α и β для ворот канала, которые начнут
измените значение P для каждого из
классы ворот (уравнение 6).Если P (т.е.
м , n и h ) меняется, то
проводимость канала г будет
изменить (уравнения 11 и 12). Изменение как проводимости, так и напряжения
может привести к изменению ионного тока (уравнения 14-16), и это в
поворот может привести к дальнейшему изменению напряжения (уравнение 18). В этом
способ инициирования итеративного процесса обратной связи. Триумф модели HH — это
что когда вы объединяете все эти уравнения с соответствующими параметрами,
изменения напряжения имеют форму волны потенциала действия!

Что на самом деле сделали Ходжкин и Хаксли

Оригинальная работа
Ходжкин и Хаксли (и некоторые другие) состояли из трех этапов.

Первый:
допущения модели

Они предложили
базовая модель, состоящая из независимых каналов, содержащих вентили, следующие
кинетика первого порядка и с переносимыми токами
полностью за счет ионов, движущихся вниз по электрохимическим градиентам. Это просто заявить, но поскольку есть
очень много альтернативных моделей, которые могли быть предложены (и действительно были
предложенный ранее), это был очень проницательный шаг. Эта теоретическая основа
побудили их разработать уравнения, описанные выше.

Секунда:
получение параметров для модели

Для использования
из уравнений, описанных выше, необходимо было найти соответствующие числовые значения
для заполнения неизвестных параметров. Требовалось 3 уровня детализации.
Во-первых, макрохарактеристики типов каналов (ионная специфичность,
максимальные проводимости, равновесные потенциалы), должны были быть определены. Второй,
количество шлюзов активации и деактивации в каждом типе канала должно быть
определенный. В-третьих, необходимо было найти уравнения, описывающие количественные
зависимость напряжения α и β для каждого типа затвора в каждом типе канала.

Ионные свойства

Тот факт, что Na и K
основные ионы, участвующие в генерации потенциала действия кальмаров, были
установлено в более ранней работе, как и равновесные потенциалы для этих ионов.
HH использовал ионные замещения для раздельной обработки токов Na и K, поскольку TTX и
ЧАЙ в те дни не предлагался. Затем они использовали зажим напряжения
метод измерения установившегося тока при различных напряжениях и скорости
изменения тока после изменения напряжения.Поскольку равновесие
потенциалы были известны, проводимость Na и K могла быть определена из
текущие записи с использованием уравнений (14) и (15). Эти данные о проводимости предоставлены
информация, необходимая для определения остальных параметров, так как будет
описано далее.

Кол-во ворот

HH заметил, что
во время этапа деполяризации эксперимента с фиксатором напряжения проводимость
изменение имело форму сигмовидной , но во время реполяризации
шаг изменение проводимости имело экспоненту
форма (e.грамм. Рис 2 в ключевой статье HH). HH знал этот сингл
реакции первого порядка того типа, который предлагается для отдельных ворот канала, должны
производят экспоненциальные кривые, но сигмовидные кривые будут результатом
кооперативные процессы, в которых должно было произойти несколько реакций первого порядка
одновременно. Это соответствовало представлению о том, что каналы содержат несколько
ворот, , все из которых должны были быть открыты в
один раз, чтобы сам канал был открыт, отсюда сигмовидная форма
восходящая кривая.С другой стороны, только один
ворота должны были закрыться, чтобы канал закрылся, отсюда экспоненциальная форма
падающая кривая. В кооперативных процессах форма сигмовидной части
кривая зависит от количества задействованных событий; чем больше количество
события, тем более выражены перегибы на кривой. Это была точная форма
экспериментально измеренной сигмовидной кривой, которая предположила, что 4 будет
наилучшая оценка независимых вентилей в K-канале. Аналогичный анализ
Формы кривой проводимости для Na предполагают, что 3 затвора активации и один
ворота инактивации лучше всего подходят для данных.

Зависимость напряжения
альфа и бета

Мы видели ранее (уравнения 9 и 10), что для любого
Тип ворот существует простая связь между значениями скорости перехода
константы α и β ,
фракция вентилей в открытом состоянии P ,
и постоянная времени, с которой эта доля приближается к своему равновесному значению
т. Это означает, что если P и τ могут быть измерены при определенном напряжении, то α и β могут быть легко вычислены.Это был
подход, принятый HH. Это будет подробно проиллюстрировано для канала K, но
аналогичный подход был использован для канала Na.

Уравнение (7) показывает, как
n -переменная (открытая вероятность
одиночного затвора n в канале K)
изменяется со временем при изменении констант скорости перехода α, и β. Уравнение
(11) показывает, как изменяется проводимость K при изменении переменной n . Объединение этих уравнений дает следующие

(19)

Обратите внимание, что это
уравнение (приведенное как уравнение 11 в статье HH) очень похоже на уравнение (7),
за исключением того, что проводимость K г _K
заменяет общую вероятность P ,
и что несколько факторов возводятся либо в четвертую, либо в четвертую степень.
root (это учитывает тот факт, что на каждый канал K приходится 4 n шлюзов).Уравнение описывает фиксатор напряжения
эксперимент в котором gK _запуск
— стабильная проводимость K при удерживающем потенциале перед фиксирующим импульсом, gK _∞ — конечная проводимость K
достигается во время длительного фиксирующего импульса определенного напряжения, gK (t) — это проводимость K в момент времени t после переключения из режима удержания
потенциал для фиксации потенциала, и τ _n
— постоянная времени изменения переменной активации K n при фиксирующем потенциале.Все
значения кроме последнего ( τ _n )
можно прочитать непосредственно из результатов эксперимента с фиксатором напряжения. HH
проводили эксперименты с использованием широкого диапазона различных фиксирующих потенциалов, и
затем нашли, какие значения τ _n
дала наилучшее соответствие этого уравнения (19) данным для каждого фиксирующего потенциала. В
таким образом они определили зависимость от напряжения τ .

Следующей задачей было
определить значения n на каждом
фиксирующий потенциал.K-проводимость, когда все каналы полностью открыты ( gK _max ), была измерена как
максимальная проводимость достигается при очень деполяризованном зажимном потенциале. В
стабильная проводимость K ( г · K _∞ )
измеренные при других фиксирующих потенциалах можно было бы тогда выразить как долю от
это максимум. Переменная активации n
затем был взят как корень четвертой степени из этой дроби (уравнение 11).

Подобные эксперименты
дала зависимость переменных активации и деактивации от напряжения для
ворота в каналы Na.

Значения α и β были затем рассчитаны из значений P и τ для каждого типа ворот ( n , m
и h ) и построены в зависимости от напряжения.
Графики следовали сериям плавных кривых, которые можно было подогнать под
следующие уравнения (где V — мембранный потенциал в мВ).

K активация

Na
активация

Na
инактивация

Эти уравнения
по сути эмпирически, но основаны на уравнениях, описывающих движение
заряженной частицы в электрическом поле.Поскольку это физическая модель
ворота, движущиеся внутри канала, чтобы открываться и закрываться, это кажется разумным.

Третий:
реконструкция шипа

Получив
модель и ее уравнения, как описано выше, и определив
соответствующие числовые параметры экспериментально, HH затем работал вперед и
«реконструировал» эффекты применения деполяризующего стимула к
аксон. Это было сделано путем численного интегрирования уравнений, начиная с
уравнение (18). Когда это было сделано с соответствующими параметрами стимула,
они обнаружили, что между
прогнозируемые значения мембранного потенциала и фактическая форма действия
потенциал в ограниченном пространстве аксона.

Перспектива

Модель HH была
удивительно успешен как в описании, так и в предсказании большого количества
нейронные свойства. Расширения этой модели, включающие множество
зависящие от напряжения типы каналов, выходящие за рамки исходной пары HH, были очень
широко используется в исследованиях во всем мире. Однако, поскольку HH были сами
хорошо понимаем, что успех модели сам по себе не является убедительным
свидетельство того, что «наглядная» интерпретация уравнений HH является
истинное отражение реальных молекулярных событий.Поэтому очень отрадно,
хотя, возможно, удивительно, насколько современные исследования
молекулярная структура различных каналов подтвердила физическое
реальность или приблизительная реальность многих аспектов модели.

(д-р W. J. Heitler, Сент-Эндрюсский университет
,
28 февраля, 2020)

.