Физика. Примеры решения задач контрольной работы

Физика. Примеры решения задач
контрольной работы
Кинематика
Механические колебания
МОЛЕКУЛЯРНАЯ  ФИЗИКА
Механика
Молекулярная физика и термодинамика
Электромагнетизм
Атомная и ядерная физика
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ТЕПЛОТЕХНИКИ
Термодинамические процессы
Термодинамический анализ
энергетических установок
Принцип термотрансформации
Конвективный теплообмен
Тепловое излучение
ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ ДЛЯ
КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

Электростатика

 

Электромагнетизм

Вопросы для самоподготовки.

Магнитное взаимодействие проводников с током. Действие магнитного поля на проводник с током. Закон Ампера.

Вектор индукции магнитного поля. Поток вектора индукции.

Вещество в ПМП. Магнитная проницаемость вещества. Вещества диамагнитные, парамагнитные и ферромагнитные. Магнитные свойства тканей организма.

Действие ПМП на биологические объекты. Геомагнитное поле, его циклические изменения и влияние его на популяции живых существ, эпизоотии, скорость роста растений. Применение магнитного поля в терапевтических целях.

Электромагнитная индукция. Закон Фарадея.

Явление самоиндукции. Индуктивность контура.

Понятие об электромагнитном поле. Физический механизм действия высокочастотного ЭМП на живой организм. Физические основы ветеринарной высокочастотной электротерапии.

Основные законы и формулы

Наименование величин или физический закон

Формула

Индукция магнитного поля

 Индукция магнитного поля в центре кругового тока

 Индукция магнитного поля вблизи бесконечно длинного проводника с током

 Индукция магнитного поля внутри соленоида с током

 Закон Ампера

 Магнитный поток

 Закон Фарадея для электромагнитной индукции

ЭДС самоиндукции

Энергия магнитного поля

Формула Томсона

 Индуктивность соленоида

 

,

 где Mmax - максимальный вращающий момент, действующий на контур с током в магнитном поле, S – площадь контура.

.

.

,

где V –объем поля.

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Задача № 1

По двум длинным прямолинейным и параллельным проводам, расстояние между которыми d=4 см, в противоположных направлениях текут токи , . Найти магнитную индукцию поля в точке А, которая нахо­дится на расстоянии  см от первого провода на про­должении линии, соединяющей провода (рис. 1).

 Рис.1

Решение.

 На рис. 1 провода расположены перпен­дикулярно к плоскости чертежа. Маленькими кружочками изображены сечения проводов. Условимся, что ток  течет к нам , а ток — от нас. Общая ин­дукция В в точке А равна векторной (геометрической) сумме индукци  и  полей, создаваемых каждым током в отдельности, т. е.

  (1)

Для того чтобы найти направление векторов  и  , проведем через точку А силовые линии магнитных полей, созданных токами  и .

Силовые линии магнитного поля прямого провода с то­ком представляют собой концентрические окружности с центром на оси провода. Направление силовой линии совпа­дает с движением концов рукоятки правого буравчика, ввинчиваемого по направлению тока (правило буравчика). Поэтому силовая линия магнитного поля тока , проходящая через точку А, представляет собой окружность радиусом A, a силовая линия магнитного поля тока  , проходящая через эту же точку, — ок­ружность радиусом А (на рис. 1 показана только часть этой окружности).

По правилу буравчика находим, что силовая линия магнитного поля тока  направлена против часовой стрелки, а тока — по часовой стрелке.

Теперь легко найти направление векторов  и  в точке А: каждый из них направлен по касательной к соответствующей силовой линии в этой точке. Так как векторы  и  направлены вдоль одной прямой в противоположные сторо­ны, то векторное равенство (1) можно заменить алгебраическим равенством.

 (2)

Индукция магнитного поля тока I, текущего по прямому бесконечно длин­ному проводу, вычисляется по формуле

, (3)

 — магнитная постоянная; - магнитная проницаемость среды, в которой провод расположен; r — расстояние от провода до точки, в которой определяет­ся индукция.

Подставив значения  и  в равенство (2 ), получим

 

или

. (4)

Выразим числовые значения в СИ и подставим их в (4): (провода расположены в воздухе);      

Задача № 2

На немагнитный каркас длиной l=50 см и площадью сечения S=3 см2 намотан в один слой провод диаметром d=0,4 мм так, что витки плот­но прилегают друг к другу. Найти индуктивность получившегося соленоида и магнитный поток, пронизывающий поперечное сечение соленоида при токе I =1 А. 

Решение.

 1. Индуктивность соленoида вычисляется по формуле

 (1)

где п — число витков, приходящихся на единицу длины соленоида; V — объем соленоида.

Число витков п получим, разделив единицу длины на диаметр провода d:

 . (2)

 Объем соленоида V=S l, где S — площадь поперечного сечения соленоида; l - длина соленоида.

 Подставим выражения для n и V в равенство (1):

Выпишем числовые значения в СИ и подставим их в расчетную формулу (3): l =50 см=0,5 м;S =3см 2 =3.10 - 4 м 2; d = 0,4 мм = 4 . 10 - 4 м;  = 4 .10-7 Гн/м;  = 1;

2. При наличии тока в соленоиде любое его поперечное сечение пронизывает магнитный поток

ФМ = В S, (4)

где В — магнитная индукция в соленоиде.

Магнитная индукция соленоида определяется по формуле

 (5)

Подставив выражения п и В по (2) и (5) в (4), получим расчётную фор­мулу 

  . 

Выполним вычисления, подставив в расчетную формулу значения величин I, S и d в СИ:

Фм = 4  . 10-7 . 1 Вб = 9,42 . 10-7 Вб = 0,942 мкВб.

Контрольные задачи

61. Из проволоки длиной l=3,14 м и сопротивлением R=20 0м сделали кольцо. Определить индукцию поля в центре кольца, если на концах провода создана разность потенциалов U=1 B.

62. Два длинных прямых параллельных проводника, по которым текут в противоположных направлениях токи I1=0,2 A и I2 = 0,4 A, находятся на расстоянии l=14 см. Найти индукцию магнитного поля в точке, расположенной между проводниками на расстоянии r=4 см от первого из них.

63. По двум длинным прямым параллельным проводникам в одном направлении текут токи I1=1A и I2=3A. Расстояние между проводниками r=40 см. Найти индукцию магнитного поля в точке, находящейся посередине между проводниками.

64. Магнитный поток Ф=10-2Вб пронизывает замкнутый контур. Определить среднее значение ЭДС индукции, которая возникает в контуре, если магнитный поток изменится до нуля за время t=0,001 c.

65. Определить магнитный поток в соленоиде длиной l=20 см, сечением  S=1 см2, содержащем N=500 витков, при силе тока I=2А.. Сердечник немагнитный.

66. Круговой проволочный виток площадью S=50 cм2 находится в однородном магнитном поле. Магнитный поток, пронизывающий виток, Ф=1 мВб. Определить индукцию магнитного поля, если плоскость витка составляет угол  с направлением линии индукции.

67. Магнитный поток Ф, пронизывающий замкнутый контур, возрастает  с 10-2 до  за промежуток времени t=0,001 c. Определить среднее значение ЭДС индукции, возникающей в контуре.

68. В катушке при изменении силы тока от I1 =0 до I2=2A за время t=0,1 c возникает ЭДС самоиндукции eСИ=6В. Определить индуктивность катушки.

69. Соленоид с радиусом поперечного сечения r= изготавливают, плотно наматывая провод диаметром d=0,6 мм. Какой длины должен быть соленоид, если его индуктивность  L=0,006 Гн?

70. Вычислите среднюю э.д.с. самоиндукции, получающуюся при размыкании тока в электромагните. Число витков N=1000, поперечное сечение соленоида  S=10 cм2, индукция В=1,5 Тл, время размыкания 

Архитектура Зимнего дворца Санкт-Петербурга