На сколько изменится температура идеального газа при изобарическом трехкратном расширении объема в цилиндрическом сосуде диаметром 25 см?

Электродинамика

Базовые понятия, законы и определения физических величин

Ампера закон – закон взаимодействия двух проводников с токами: параллельные проводники с токами одного направления притягиваются, а с токами противоположного направления – отталкиваются.

Взаимной индукции явление– при условии, что контуры неподвижны и ферромагнетиков вблизи них нет, то в результате изменения силы тока в одном из контуров в другом контуре возникает электродвижущая сила индукции.

Джоуля–Ленца закон– описывает тепловое действие электрического тока. Согласно ему: количество теплоты, выделяющееся в проводнике при прохождении по нему постоянного тока, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения.

Диэлектрики – вещества, неспособные проводить электрический ток. Все вещества хотя бы в ничтожной степени проводят электрический ток, однако диэлектрики проводят ток в раз хуже, чем вещества, называемые проводниками. Причина в том, что в отличие от проводников в диэлектриках нет свободных зарядов.

Закон сохранения заряда: заряд электрически замкнутой системы, то есть системы, через поверхность которой не переносятся заряженные частицы, не изменяется, какие бы процессы в ней не происходили.

Источники тока – устройства, служащие для поддержания в проводнике долговременного электрического тока. Они преобразуют химическую, тепловую, световую и другие виды энергии в электрическую.

Кирхгофа правило (первое) – если считать подходящие к узлу токи положительными, а исходящие – отрицательными, то алгебраическая сумма сил токов в узле равна нулю: , где n – число проводов, сходящихся в узле.

Кирхгофа правило (второе) – в любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в разветвленной цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов, текущих через сопротивления соответствующих участков цепи, равна алгебраической сумме электродвижущих сил, действующих в этом контуре.

Конденсатор – устройство, способное накапливать на себе большие заряды. Конденсаторы делают в виде двух проводников, расположенных близко друг к другу. Образующие конденсатор проводники называются обкладками конденсатора.

Кулона закон – основной закон электростатики, выражает зависимость силы взаимодействия двух неподвижных точечных зарядов от расстояния между ними: два неподвижных точечных заряда взаимодействуют с силой, прямо пропорциональной произведению величин этих зарядов и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними и диэлектрической проницаемости среды, в которой находятся заряды: . Величина численно равна силе, действующей между двумя точечными неподвижными зарядами по 1 Кл каждый, находящимися в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга.

Левой руки правило – определяет направление силы, которая действует на находящийся в магнитном поле проводник с током (или движущуюся заряженную частицу): если левую руку расположить так, чтобы вытянутые пальцы показывали направление тока (скорости частицы), а силовые линии магнитного поля (линии магнитной индукции) входили в ладонь, то отставленный большой палец укажет направление силы, действующей на проводник (положительную частицу).

Ленца правило – определяет направление индукционных токов, возникающих при электромагнитной индукции: индукционный ток всегда имеет такое направление, что его собственный магнитный поток компенсирует изменения внешнего магнитного потока, вызвавшие этот ток. Правило Ленца – следствие закона сохранения энергии.

Магнетики – вещества, существенно изменяющие значение магнитного поля, в которое они помещены.

Магнитная индукция – векторная величина, характеризует магнитное поле и определяющая силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля в заданной точке. Модуль и направление вектора магнитной индукции определяются по влиянию магнитного поля на проводник или на рамку с током, помещенную в заданную точку магнитного поля.

Магнитная проницаемость вещества – показывает, во сколько раз вектор магнитной индукции в однородной среде отличается от вектора магнитной индукции в той же точке пространства в вакууме. В зависимости от значения магнитной проницаемости вещества подразделяются на парамагнетики, диамагнетики и ферромагнетики.

Магнитная составляющая силы Лоренца, действующая на заряд в магнитном поле. Величина силы Лоренца равна , где a – угол между направлением скорости заряда и вектором магнитной индукции . Если вектор перпендикулярен , то магнитная составляющая силы Лоренца равна . Направление силы Лоренца определяется для положительных зарядов по правилу левой руки. Сила Лоренца всегда перпендикулярна к скорости, поэтому работы не совершает, а это означает, что в постоянном магнитном поле энергия движущейся частицы остается неизменной.

Магнитное поле – одна из форм электромагнитного поля. Магнитное поле создается движущимися электрическими зарядами, орбитальными магнитными моментами и спиновыми магнитными моментами электронов, протонов и др.

Напряжение (падение напряжения) – величина, численно равная работе, совершаемой электрическими и сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда на данном участке цепи.

Напряженность электрического поля – силовая характеристика электрического поля –векторная величина, равная в каждой точке отношению силы , действующей на пробный заряд , помещенный в эту точку поля, к величине этого заряда: . Направление вектора напряженности совпадает с направлением силы, действующей на положительный заряд.

Ома закон: сила постоянного электрического тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению. В случае замкнутой цепи закон Ома формулируется следующим образом: сила постоянного электрического тока в цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению электрической цепи.

Принцип суперпозиции магнитных полей: когда магнитное поле создано несколькими проводниками с токами, то вектор магнитной индукции в какой-либо точке этого поля равен векторной сумме магнитных индукций, созданных в этой точке каждым током в отдельности: .

Принцип суперпозиции электрических полей: напряженность поля , создаваемого совокупностью заряженных тел, равна сумме напряженностей полей , создаваемых каждым из тел в отдельности: .

Проводники – вещества, хорошо проводящие электрический ток благодаря наличию в них большого количества подвижных заряженных частиц.

Самоиндукции явление – возникновение электродвижущей силы индукции, когда изменяющийся магнитный поток через замкнутый контур создается переменным током в самом контуре.

Сила Ампера – сила, действующая на проводник с током в магнитном поле.  Максимальное значение силы, действующей на элемент проводника длиной , равно . Оно достигается в том случае, когда угол a между вектором , направление которого совпадает с направлением тока, и вектором магнитной индукции равен . Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки.

Сила тока – количественная характеристика электрического тока. Равна величине заряда, переносимого через рассматриваемую поверхность в единицу времени.

Силовые линии электрического поля – линии, касательные к которым в каждой точке поля совпадают с направлением вектора напряженности . Густота линий выбирается таким образом, чтобы количество линий, пронизывающих единицу поверхности, перпендикулярной к линиям площадки, было бы равно модулю вектора напряженности.

Потенциал электрического поля - отношение потенциальной энергии, которой обладает пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к этому заряду: . Потенциал численно равен потенциальной энергии, которой обладал бы в данной точке поля единичный положительный заряд. Потенциал поля, создаваемого системой зарядов, равен алгебраической сумме потенциалов, создаваемых каждым из зарядов в отдельности.

Теория близкодействия. Согласно теории близкодействия действие тел друг на друга на расстоянии всегда должно объясняться присутствием некоторых промежуточных агентов, передающих действие.

Точечный заряд - физическая идеализация – заряженное тело, размеры которого пренебрежимо малы по сравнению с расстояниями до других зарядов рассматриваемой системы.

Электрическая емкость – отношение величины заряда уединенного проводника к его потенциалу , то есть ёмкость численно равна заряду, сообщение которого проводнику повышает его потенциал на единицу. Емкость зависит только от размеров и формы проводника, а также от свойств среды, в которую помещен проводник.

Электрический диполь – совокупность равных по величине, но противоположных по знаку двух точечных зарядов -q и +q, сдвинутых друг относительно друга на некоторое расстояние l.

Электрический заряд – физическая величина - определяет интенсивность электромагнитных взаимодействий. Носителем элементарного, то есть наименьшего, отрицательного заряда является электрон, заряд которого , а масса .

Электрический ток – направленное движение электрических зарядов.

Электродвижущая сила – физическая величина - равна работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда на данном участке цепи: .

Электродинамика – раздел физики, в котором изучаются свойства электрических зарядов и явления, обусловленные их взаимодействием.

Электромагнитной индукции закон (формулировка Максвелла): всякое изменение магнитного поля вызывает появление вихревого электрического поля.

Электромагнитной индукции закон (формулировка Фарадея) – описывает явление возникновения электрического тока в проводящем контуре при изменении магнитного потока через поверхность, натянутую на контур: электродвижущая сила индукции прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока.

Электростатика – раздел электродинамики, изучающий взаимодействие и электрические поля покоящихся электрических зарядов.

Основные формулы

	Закон Кулона, где
	Напряженность электрического поля
	Потенциал электрического поля, – потенциальная энергия электрического поля в рассматриваемой точке
	Работа сил электростатического поля по перемещению электрического заряда
	Формула, связывающая напряженность и потенциал
	Емкость конденсатора
	Емкость плоского конденсатора
	Емкость батареи параллельно соединенных конденсаторов
	Емкость батареи последовательно соединенных конденсаторов
	Сила тока
	Электродвижущая сила источника
	Падение напряжения
	Закон Ома для однородного участка цепи
	Сопротивление проводника постоянного сечения
	Закон Ома для замкнутой цепи
	Первое правило Кирхгофа
	Второе правило Кирхгофа
Rобщ =R1+R2+…+Rn	Сопротивление последовательно соединенных проводников
	Сопротивление параллельно соединенных проводников
	Закон Джоуля–Ленца
	Величина силы Лоренца
	Величина силы Ампера
	Поток вектора индукции магнитного поля
	Электродвижущая сила индукции
	Формула Томсона

Качественные задачи

1.Есть ли начало и конец у линии напряженности Е?

Ответ: В электростатике линии напряжённости начинаются на положительных и заканчиваются на отрицательных зарядах. Для индукционных полей линии замкнуты

2.Зависит ли емкость проводника от присутствия других тел?

Ответ: При приближении посторонних тел к проводнику в них индуцируются заряды, ослабляющие поле и потенциал проводника, что ведёт к увеличению ёмкости проводника

3.Почему для молниеотвода берут заострённый стержень?

Ответ: На острие стержня напряжённость поля больше, что позволяет электрическим зарядам легче стекать в атмосферу.

4.Ток протекает по железной проволоке, которая при этом слегка накаливается. Если часть проволоки охлаждать, погрузив ее в воду, другая часть проволоки раскаляется сильнее. Почему?

Ответ: При охлаждении проволоки сопротивление погружённой части уменьшается, ток увеличивается, и в непогружённой части проволоки, имеющей большее сопротивление, выделяется больше тепла

5.Почему лампочка накаливания обычно сгорает при включении?

Ответ: Так как сопротивление ненагретой нити лампочки мало, то некоторое время после включения лампочки в сеть через неё течёт большой ток. Сопротивление тонких участков нити больше сопротивления таких же по длине других, более толстых участков, поэтому на тонких участках выделяется больше тепла. Теплоотвод же, пропорциональный площади поверхности участка, меньше, чем в случае толстого участка. Это приводит к тому, что тонкие участки нагреваются значительно быстрее всей нити. Причём при нагревании сопротивление тонкого участка возрастает, что приводит к ещё большему выделению тепла и нагреванию. Увеличение сопротивления тонкого участка мало влияет на сопротивление всей нити, и через нить всё ещё идёт большой ток. Всё это приводит к перегреву тонкого участка и его сгоранию. Если диаметр тонкого участка мало отличается от диаметра нити, то вся нить успевает нагреться, а значит, ток через неё уменьшается до безопасной величины.

6.Плоский контур, имеющий форму перекрученной восьмерки, пронизывается изменяющимся во времени магнитным полем. Опишите явления в контуре. Как ведет себя такой контур в однородном и неоднородном магнитном поле?

Ответ: Площади половинок "восьмерки" равны, нормали к ним направлены в противоположные стороны и э.д.с. индукции имеют в каждой половинке противоположные знаки. Тока в контуре не будет. Если меняющееся поле неоднородно в пределах "восьмерки", изменение магнитного потока в каждой половинке будет разное и появится индукционный ток.

7.Объясните, почему нередко при выходе из автомобиля, коснувшись его дверцы, можно испытать электрический удар?

Ответ: причиной его является статическое электричество. В результате трения о воздух корпус автомашины может наэлектризоваться (если в авто нет т.н. заземления – специальной полоски резины, постоянно касающейся дороги). Человек ощущает электрический удар, коснувшись корпуса автомобиля.

8.В автомобиле применяется большое число электроприборов. Какие источники тока применяют для этого и в чем различие между ними?

Ответ: основные источники - генератор и аккумуляторная батарея. В генераторе происходит преобразование механической энергии в электрическую, а в аккумуляторной батарее - химической в электрическую.

9.Для чего в автомобиле параллельно контактам прерывателя обычно подключают конденсатор?

Ответ: При размыкании контактов прерывателя возникает электрическая дуга. Подключение конденсатора приводит к его зарядке, делая изменение величины тока более плавным, что в итоге предохраняет контакты прерывателя от разрушения. Разряд же конденсатора после разрывания цепи способствует быстрому исчезновению магнитного поля, что приводит к увеличению ЭДС вторичной обмотки.

10.Какое явление используется в катушке зажигания автомобиля?

Ответ: Явление взаимоиндукции

11.Почему при расчесывании сухих волос они «встают дыбом»?

Ответ: Взаимодействие расчески и волос приводит к их электризации, при этом волосы заряжаются одинаковым зарядом. Как известно, одноименные заряды отталкиваются, так и отдельные волоски отталкиваются

12.Объясните, почему во влажном помещении возрастает вероятность поражения электрическим током?

Ответ: Вода является хорошим проводником тока, поэтому увеличение количества водяного пара и приводит к росту вероятности поражения электрическим током

13.Зачем к корпусу бензовозов прикрепляют длинную металлическую цепь?

Ответ: При движении бензовоза сильно электризуется его корпус о воздух и за счет трения бензина в цистерне. Поскольку бензин – легковоспламеняющаяся жидкость, её пары могут вызвать взрыв при проскакивании небольшой искры.

14.По описаниям Плутарха известно, что древние греки знали, что нельзя прибивать медными гвоздями оловянные листы на днища триер (для борьбы с различными морскими древоточцами). Объясните с современной точки зрения – почему нежелательно было это делать?

Ответ: медно-оловянная пара образует простейший гальванический элемент, в результате работы которого происходит их активное разрушение в соляной среде

15.На текстильных фабриках нередко нити прилипают к гребням чесальных машин, из-за этого они путаются и рвутся. Для борьбы с этим явлением в цехах искусственно создаётся повышенная влажность. Объясните физическую сущность этой меры

Ответ: Вода является хорошим проводником тока, поэтому повышение влажности приводит к быстрому стеканию зарядов.

Мы поможем в написании ваших работ!