Задачі рівня в:

3ел18. На якій відстані один від одного розташовані точкові заряди 2 мкКл і 5 нКл, якщо вони взаємодіють із силою 9 мН? Заряди розташовані у повітрі.

3ел19. З яким прискоренням рухається електрон у полі з напруженістю 10 кВ/м?

3ел20. Напруженість електричного поля точкового заряду на відстані 3 см від заряду дорівнює 500 кВ/м. Якою є напруженість поля в точці, що розташована на відстані 5 см від заряду?

3ел21. Знайдіть модуль напруженості поля в точці, що міститься посередині між двома різнойменними точковими зарядами, рівними за модулем 5·10^-8 Кл, розташованими на відстані 1 м один від одного.

3ел22. Електрон перемістився в електричному полі з точки з потенціалом 200В у точку з потенціалом 300 В. Якою буде швидкість електрона, якщо його початкова швидкість дорівнює нулю?

3ел23. Відстань між пластинами плоского конденсатора площею 200 см² кожна дорівнює 2 мм. Між пластинами міститься слюда з діелектричною проникністю 6. Чому дорівнює напруга між пластинами, якщо заряд конденсатора 1,6 мкКл?

3ел24. Обчислити заряд плоского повітряного конденсатора ємністю 40 пФ, якщо напруженість поля в конденсаторі 360 В/см, а відстань між пластинами 9 мм.

3ел25. Імпульсна лампа заряджається від конденсатора ємністю 800 мкФ, зарядженого до напруги 300 В. Чому дорівнює середня потужність спалаху, якщо розрядження конденсатора відбувається протягом 2,4 мс?

Тема 3.2. Закони постійного струму.

Основні питання, що вивчаються в даній темі:

1. Електронна провідність металів. Постійний електричний струм. Умови його виникнення та існування. Характеристики струму. Одиниці їх вимірювання.

2. Джерела і споживачі електричного струму. Закон Ома для ділянки кола. Опір провідника. Спад напруги. Залежність опору провідника від його розмірів та матеріалу. Залежність опору металевого провідника від температури.

3. Послідовне і паралельне з’єднання провідників. Заходи техніки безпеки під час роботи з електричними пристроями.

4. Електрорушійна сила (ЕРС). Закон Ома для повного кола.

5. Робота і потужність струму.

Теоретичні відомості з теми:

Електричним струмом називається напрямлений (упорядкований) рух заряджених частинок. У металевих провідниках це напрямлений рух вільних електронів. За напрям струму беруть напрям, у якому рухаються (або могли б рухатися) позитивно заряджені частинки. Першою умовою існування електричного струму є наявність вільних зарядів – так називають заряджені частинки, здатні переміщуватись у речовині. Другою умовою існування електричного струму є наявність електричного поля в провідниках, з яких складається електричне коло. Пристрій, що постійно створює електричне поле між двома провідниками (електродами, полюсами), називають джерелом струму. Джерела струму, у яких розділення зарядів спричинене хімічними реакціями, називають гальванічними елементами; до них відносяться і акумулятори.

Сила струму І – фізична величина, яка дорівнює відношенню заряду q, перенесеного через поперечний переріз провідника за проміжок часу t, до цього проміжку часу: I = . Або І= , де N – кількість електронів, що пройшли через поперечний переріз провідника за час t, |e|=1,6·10^-19 Кл – модуль заряду електрона.

У системі СІ силу струму вимірюють в амперах (А). За сили струму 1 А через поперечний переріз провідника щосекунди проходить заряд 1 Кл.

Існують хімічна, теплова та магнітна дії електричного струму. Ці дії використовують у різноманітних споживачах електроенергії… .

І = - закон Ома для ділянки кола, де U – напруга (різниця потенціалів) на кінцях ділянки, вимірюється у В, а R – опір ділянки кола, вимірюється в Ом. IR – спад напруги – та частина енергії електричного поля, що йде на подолання опору провідників, в результаті чого вони нагріваються, вимірюється у В, (бо U=IR). Опір металевого провідника залежить від розмірів та матеріалу провідника: R = ρ , де ρ – питомий опір провідника, вимірюється в Ом·м, та залежить від матеріалу провідника і температури провідника; l – довжина провідника (м); S – площа поперечного перерізу провідника (м²).

Опір металів при підвищенні температури збільшується. Зростання опору металів з температурою зумовлено тим, що нагрівання посилює теплові коливання йонів, унаслідок цього збільшується розсіювання електронних хвиль на нерегулярностях кристалічних граток. Або дуже спрощено: – зростає "тертя" електронів об кристалічну гратку металу. Під час охолодження провідника до температур близьких до абсолютного нуля (Т=0К) може наступити надпровідність – опір провідника дорівнює нулю.

Закони послідовного та паралельного з’єднання провідників (споживачів):

1. І_посл=І₁=І₂=І₃= … =const 1. U_пар=U₁=U₂=U₃=…=const

2. U_посл=U₁+U₂+U₃+… 2. I_пар =I₁+I₂+I₃+…

3. R_посл= R₁+R₂+R₃+… 3.

4. 4.

Роботу, яку електричне поле виконує над вільними зарядами в провіднику, називають роботою струму: А=qU, де q – заряд, що перемістився уздовж провідника (Кл), U – різниця потенціалів на кінцях провідника (напруга, В). Оскільки q = It, то А = UIt. Якщо єдиною дією струму є теплова, то кількість теплоти, що виділилась в провіднику, згідно із законом збереження енергії, та враховуючи закон Ома для ділянки кола: Q=A. Отже, Q = UIt = I²Rt = . Одиниці вимірювання роботи струму, кількості тепла: Дж =В·А·с = А²·Ом·с = ·с

При послідовному з’єднанні провідників більша кількість теплоти виділиться в провіднику, що має більший опір: .

При паралельному з’єднанні провідників більша кількість теплоти виділяється в провіднику, що має менший опір: . Потужністю струму Р називають відношення роботи струму А до проміжку часу t, протягом якого цю роботу було виконано: Р = . Потужність дорівнює 1 Вт, якщо за 1 с виконується робота 1 Дж. Тобто Вт = . Враховуючи формули роботи струму, маємо формули потужності: Р = UI = I²R = . Звідки одиці вимірювання потужності: Вт=В·А = А²·Ом = . Знаючи потужність струму в провіднику, знаходимо роботу струму: А = Рt.

Всередині джерела вільні заряди рухаються проти сил електричного поля. Це означає, що всередині джерела струму на вільні заряди діють сили неелектростатичного походження, які називають сторонніми силами. Відношення роботи сторонніх сил з переміщення заряду всередині джерела до значення зараду називають електрорушійною силою джерела (ЕРС): ξ= . ЕРС вимірюється у В = .

З акон Ома для повного кола: сила струму в замкнутому колі, що містить одне джерело, дорівнює відношенню ЕРС джерела до повного опору кола: І = , де R – опір зовнішнього кола, r – внутрішній опір джерела. Коли зовнішній опір кола дорівнює нулю R=0 (полюси джерела доторкнулись один одного) цей випадок називають коротким замиканням: І_кз= - струм короткого замикання. Коли коло розімкнуте то R ∞, і І=0 – струм в колі відсутній. При цьому напруга між розімкнутими полюсами джерела дорівнює ЕРС цього джерела. Дійсно, закон Ома для повного кола записується у вигляді: ξ = IR+Ir = U+Ir, (бо IR=U) . Тому, коли І=0, то Іr=0, і ξ = U.