Законы сохранения в электричестве 4 Законы сохранения фундаментальные законы природы 4 Примеры решения задач 5
|
Скачать 436.22 Kb.
|
Физика 8-11 классы, выпуск 4. СодержаниеСодержание 3 Гаврилов Андрей Владимирович, доцент ДВГГУ 4 Законы сохранения в электричестве 4 Законы сохранения – фундаментальные законы природы 4 Примеры решения задач 5 Задачи для самостоятельного решения 6 Корогот Ирина Александровна, главный методист ЦОО ХК ИРО 11 Тепловые явления в вопросах и задачах 11 1. Вопросы и задачи 11 2. Экспериментальные задачи 15 3. Расчетные задачи 15 Галина Степановна Лукина, главный методист ХКЗФМШ 21 Задачи-оценки и методы их решения 21 Аналитические методы оценки 23 Задания для самостоятельной работы 28 Гаврилов Андрей Владимирович, доцент ДВГГУЗаконы сохранения в электричествеЗаконы сохранения – фундаментальные законы природыЗаконы сохранения являются наиболее фундаментальными законами природы. В электростатике и электродинамике при решении задач используются законы сохранения электрического заряда и энергии. Закон сохранения электрического заряда заключается в том, что заряд тел, составляющих электрически замкнутую систему, не изменяется при любых взаимодействиях тел этой системы. Математически это означает, что: q1 +q2 +q3+…+qn = const. Следствием закона сохранения электрического заряда является первое правило Кирхгофа: алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле разветвленной электрической цепи равна нулю. Действительно, электрический ток является упорядоченным движением электрических зарядов, и сколько зарядов подводится к узлу, столько должно и вытекать из него. В пространстве, где находятся электрические заряды, существует особая форма материи – электростатическое поле. При движении заряда в электростатическом поле совершается работа либо кулоновских, либо внешних сил. Работа сил электростатического поля не зависит от формы траектории, по которой движется заряд. Два точечных заряда, находящихся в вакууме на расстоянии r взаимодействуют друг с другом с энергией:
Энергия взаимодействия разноименных зарядов считается отрицательной, а одноименных – положительной. Сообщение заряда проводнику связано с преодолением работы против кулоновских сил отталкивания одноименных зарядов, поэтому сообщение заряда проводнику приводит к увеличению его энергии. Для уединенного проводника, то есть проводника находящегося вдали от других проводников, выражение для электрической энергии имеет вид:
Соответственно для энергии заряженного конденсатора  .
Энергия электрического поля системы заряженных тел изменяется, если тела системы перемещаются или изменяются их заряды. При этом совершается работа и может выделяться теплота. Закон сохранения и превращения энергии в этом случае имеет вид: Авнеш = ΔW + Q, где Авнеш – работа, совершенная над системой внешними силами, ΔW – изменение энергии системы, Q –выделившееся количество теплоты. Будем считать, что если Авнеш > 0, то над системой совершают положительную работу, а если Авнеш < 0, положительную работу совершает система, если ΔW>0, то энергия системы увеличивается, а если ΔW< 0, энергия уменьшается, если Q>0, то в системе выделяется тепло, а если Q< 0, тепло поглощается системой. Теплота выделяется при прохождении через проводящую среду электрического тока. Выделяемое в этом случае количество теплоты определяется законом Джоуля-Ленца:
Количество теплоты, выделяемое в единице времени – мощность  .
Мощность тока в нагрузке имеет наибольшее значение при равенстве сопротивлений источника и потребителя. Примеры решения задачЗадача №1. Две металлические пластины А и В находятся на расстоянии d = 10 мм друг от друга. Между ними находится металлическая пластина С толщиной h = 2 мм (рис.1). Потенциал пластины А = 50В, а пластины В = - 60В. Как изменится энергия конденсатора, если вынуть пластину С. Площадь поверхности пластины С , параллельной пластинам А и В равна 10 см2. Решение. Н  апряженность электрического поля внутри проводника равна нулю, поэтому при удалении металлической пластины из поля в области пространства, ранее занятой пластиной, появиться электрическое поле, энергия которого W. Найдем связь между энергией поля, его напряженностью и объемом.
 ;  ;  ;
 , где V – объем пластины.
Так как в условии задачи не оговаривается вид диэлектрика, будем считать, что между пластинами А и В находится воздух или вакуум ε = 1. С учетом принятых обозначений: Исходя из закона сохранения энергии, можно записать: A=W. 
Задача №3. В  схеме, изображенной на рисунке 1, найдите количество теплоты, выделившееся в каждом резисторе при замыкании ключа. Конденсатор, емкостью С1 заряжен до напряжения U1, а конденсатор емкостью С2 – до напряжения U2. Сопротивления резисторов R1 и R2.
Решение. Для рассматриваемой системы закон сохранения энергии имеет вид 0 = ΔW + Q или Q = Wнач - Wкон. Начальная энергия заряженных конденсаторов
Для определения энергии системы в конечном состоянии воспользуемся законом сохранения заряда: суммарный заряд конденсаторов после замыкания ключа не изменяется. При соединении конденсаторов одноименно заряженными обкладками заряд равен  и Q = Wнач - Wкон =  .
Выделившееся количество теплоты, как видно, не зависит от сопротивления резисторов. Так как резисторы соединены последовательно, то в любой момент времени через них текут одинаковые токи. Из закона Джоуля - Ленца
Следовательно  и  .
В итоге получаем  ,  .
|
.
.
= 2,68*10-7 Дж.
. Какую работу надо совершить, чтобы медленно сблизить пластины до расстояния d/2?
аштрихованной на рис.2, появится электрическое поле, энергия которого равна:
.
.
. При соединении конденсаторов разноименно заряженными обкладками 
. Этим зарядом после замыкания ключа К оказывается заряжен конденсатор емкостью 
так как конденсаторы соединены параллельно. Таким образом:
и 
.
Похожие:
 | Тема 1-3 курс Законы сохранения Вывести законы сохранения в классической механике и классической теории поля из принципа инвариантности действия... | | ИМ. Зайнаб биишевой Основные понятия классической механики и законы Ньютона. Законы изменения и сохранения импульса, момента количества движения и энергии... |
| Урок «Законы сохранения импульса и энергии. Решение задач с применением компьютерных моделей» Образовательная – закрепление учащимися знаний законов сохранения импульса и энергии при решения задач с применением компьютерных... | | Новые законы сохранения для уравнений газовой динамики ... |
 | Законы сохранения в мире частиц. Барионное и лептонное квантовое число. Странность. Частицы античастицы Эти законы можно разделить на два класса универсальные (действующие во всех взаимодействиях) и те, которые в некоторых взаимодействиях... | | Законы стехиометрии. Закон сохранения массы веществ. Законы стехиометрии. Закон постоянства состава Основное содержание атомно-молекулярного учения. Простое вещество и химический элемент |
| Программа государственного экзамена Кинематика материальной точки. Линейные и угловые скорости и ускорения. Динамика материальной точки. Законы Ньютона. Уравнения движения.... | | Реакция распада электрона по схеме невозможна вследствие невыполнения закона сохранения … Элементы ядерной физики и физики элементарных частиц 3 Законы сохранения в ядерных реакциях |
| Законы сохранения в ядерных реакциях 32 Фундаментальные взаимодействия 29 Как изменяются следующие характеристики ядра (рассмотреть распад; + распад и распад) |  | Законы Вселенной Мы продолжаем тему «Духовная практика как игра с божественными законами. Фундаментальные законы Вселенной» Эти законы олицетворяют и воплощают. Вселенная создана так, что человек может, используя свободу воли, освобождаться от этих законов.... |