Рекомендации по решению задач.



 

       Расчет цепи начинайте с расчета общего сопротивления цепи. Зная его, находите ток в цепи, а затем ток через каждое сопротивление, а через него и напряжение на каждом сопротивлении.

       Закон Ома для всей цепи можно записать так: э.д.с.=IR+Ir, то есть э.д.с. есть сумма напряжения на внешнем сопротивлении и напряжения на внутреннем сопротивлении. Или по другому: U=IR=э.д.с. –Ir , то есть напряжение в цепи меньше э.д.с. на Ir (напряжение на внутреннем сопротивлении). Если тока нет, то э.д.с. и напряжение в цепи совпадают, чем больше ток – тем меньше напряжение в цепи.

В задачах части С может быть дано, что U=aI2 для какого-то сопротивления. Это означает, что для этого сопротивления закон Ома не выполняется. Не смущайтесь, вместо закона Ома используйте данный закон. 

       Через конденсатор постоянный ток не идет. Конденсатор заряжается до напряжения, которое есть на сопротивлении, к которому он параллельно подключен. Если конденсатор подключен к э.д.с., то он заряжается до напряжения, равного э.д.с.

       Если надо найти выделившуюся в цепи энергию, то прежде всего определите, откуда эта энергия выделилась, обычно это или конденсатор, или катушка потеряли свою энергию. Их и считаете.

       При зарядке конденсатора э.д.с. вкладывает в цепь энергию QU, а на конденсаторе остается QU/2, то есть половина. Еще QU/2 выделяется на проводах.

 

Магнетизм.

Лекции:"Магнетизм:магнитное поле", "Магнеизм: э.д.с. индукции".

Определения

Индукция  магнитного поля Вопределяется через силу Лоренца (см. ниже).

Поток магнитного поля  Ф =  В(магнитное поле)×S(площадь контура)×cosa (угол между В и нормалью к площадке контура). Частая ошибка – берут не угол между полем и нормалью к площадке, а угол между полем и площадкой, так как это привычнее. Можно взять и угол между полем и площадкой, но тогда надо брать синус угла. Не запутайтесь! Проверяйте себя: если площадка стоит поперек поля, то есть поле видит всю площадку, то должно получиться Ф=BS.

Индуктивность катушки L=Ф/I или  Ф(поток поля через катушку) =L·I(ток).

       В магнетизме слово индукция используется в двух значениях: индукция магнитного поля и электромагнитная индукция. Это совершенно разные понятия, для которых используется одно слово. Так сложилось исторически. Не путайтесь! В лекциях я вместо "индукция магнитного поля B" говорю просто "магнитное поле B".

 

Законы

 

       Магнитное поле создается токами, линии поля идут кругами вокруг проводника по часовой стрелке, если проводник идет от вас.

       Сила Лоренца  

= q(заряд) × (скорость)× (поле)sina (угол между полем и скоростью) . Это можно считать и законом, и определением В(индукции магнитного поля или просто магнитное поле). Эта сила перпендикулярна и V, и B. Заворачиваем V на В(то есть кончик вектора V поворачиваем в сторону вектора B), получаем направление вращения. Сила направлена туда, куда шел бы шуруп при этом вращении.

       Сила Ампера = (длина проводника)×I(ток)× (поле)sina(угол между полем и проводником). Поскольку ток – это движение зарядов, то сила Ампера выводится из силы Лоренца. Будем считать, что сила Лоренца и сила Ампера – это один закон.

       Закон электромагнитной индукции  = -  (знак минус означает, что э.д.с. (и ток) будет противодействовать изменению потока). Если поток меняется неравномерно, то надо брать производную

Так как Ф =  В×S×cosa, то для возникновения э.д.с. надо, чтобы что-то менялось: или поле, или площадь, или угол.

Если меняется поле, то   ∆Ф=S·cosα·∆B

Если меняется площадь, то ∆Ф=B·cosα·∆S

Если меняется угол, то   ∆Ф=B·S·∆(cosα)

Сложность закона электромагнитной индукции в том, что э.д.с. зависит не от потока, а от изменения потока. Обращайте на это внимание!

 

Выводится

           Два проводника с токами в одном направлении притягиваются, с токами в противоположных направлениях – отталкиваются.

       Зная, как идет поле вокруг провода, вы должны легко выводить, куда направлено поле внутри контура или катушки. Получается опять по правилу буравчика: если крутить шуруп так, как ток идет по контуру, то поле внутри контура направлено туда, куда пошел бы шуруп.

       На скорость частицы или ток направлены по полю, то силы Лоренца и Ампера равны нулю.

       Если заряженная частица влетает в магнитное поле перпендикулярно полю, то она двигается по кругу.

       Если металлический штырь длиной Lдвигается со скоростью Vперпендикулярно магнитному полю, то на концах его возникает э.д.с. индукции э.д.с.=VBL(вы должны уметь это выводить!).  Если есть контур, то эта э.д.с. вызывает ток в контуре.

       Если к висящему на нити медному кольцу приблизить катушку с током или магнит, то кольцо отклонится в сторону от катушки или магнита, а затем вернется в прежнее положение. Если отдалять катушку с током или магнит, то кольцо отклонится в сторону к катушке или магниту.

       Энергия катушки (иногда в задачах ее называют энергия магнитного поля катушки) считается так: . В ВУЗе вы научитесь это выводить через определение индуктивности катушки и закон электромагнитной индукции, а пока придется запомнить.

       Через трансформатор передается только переменное напряжение. Чтобы на вторичной обмотке возникло напряжение, в первичной ток должен меняться.

        

           

              Рекомендации по решению задач.

 

       Научитесь хорошо определять направление поля в любой точке при любом направлении провода с током.

       Научитесь хорошо определять направление силы Лоренца и Ампера. Учтите, что для электрона с отрицательным зарядом направление меняется на противоположное.

       Если частичка влетает в магнитное поле, то приравнивайте силу Лоренца к mV2/R

       Если в контуре есть батарейка или задано, что по контуру идет ток, то это задача на силу Ампера, а не на э.д.с индукции. В задачах на э.д.с. индукции 1). в контуре нет батарейки или заданного тока 2). Должен меняться поток магнитного поля, то есть меняется или поле, или площадь, или угол.

       Э.д.с. индукции равнозначно батарейке, только здесь нет внутреннего сопротивления.

       Если площадка стояла поперек поля и повернулась на 90 градусов, то изменение потока проще сосчитать так: сначала поток был равен BS, в конце равен нулю, изменение равно ∆Ф=0-BS=-BS. Если площадка повернулась на 180 градусов, то сначала поток был равен BS, в конце равен -BS, изменение равно ∆Ф=-BS-BS=-2BS.

       Если дано, что поле меняется по закону  B=Bocosωt или что площадка поворачивается с постоянной скоростью, то есть S=Socosωt, то тогда поток меняется неравномерно и надо брать производную от потока по времени.  

           

 

МКТ и термодинамика.

        Лекции: "Молекулярная физика" (3 лекции), "Термодинамика", "Тепловые машины".

Определения

давление  P=F(сила)/S(площадь)

плотность  ρ=m(масса)/V(объем)

концентрация молекул n=N/V  или число молекул в кубическом метре.

моль –это NА(число Авогадро) молекул

молярная масса M– масса одного моля

теплоемкость тела –тепло, нужное, чтобы нагреть это тело на один градус

удельная теплоемкость вещества   c–тепло, нужное, чтобы нагреть один килограмм этого вещества на один градус

удельная теплота плавления льда (парообразования) – тепло, нужное, чтобы расплавился один килограмм льда (испарился один килограмм воды).

процессы: изотермический – постоянна температура, изобарный – постоянно давление, изохорный – постоянен объем, адиабатический– нет подвода и отвода тепла (в термосе)

внутренняя энергия – энергия движения всех молекул

парциальное давление – давление каждого газа в отдельности (как будто он один)

к.п.д. =полезная работа или энергия/затраченную

100%-я влажность – когда вода больше не может испаряться

относительная влажность = P(парциальное давление пара)/P0(парциальное давление пара при 100%-й влажности). При одной температуре можно считать как отношение давлений, так и отношение масс m(масса пара)/m0(масса пара при 100%-й влажности), при разных температурах надо считать только отношение давлений.

 

       Законы

       Уравнение Менделеева-Клапейрона

                   РV = nRT            

       Этот закон  можно вывести экспериментально (см. лекцию МКТ 1), а можно теоретически, представляя газ как множество маленьких летящих молекул (см. лекцию: МКТ2). В первом случае мы вводим температуру как то, что меряет термометр, во втором на месте температуры у нас получается средняя кинетическая энергия молекул с коэффициентом. Из этого мы делаем вывод, что температура и кинетическая энергия молекул – это одно и то же.

(одной молекулы) =  где =R/NA -  постоянная Больцмана.

         

       Закон сохранения энергии.  

       Q = A + DU = PDV + D(1,5nRT)  

То есть тепло, переданное газу, идет на работу и на изменение внутренней энергии.

 

       Выводится:

       так как моль – это NA молекул, то общее число молекул N равно NA  умножить на число молей, отсюда число молей равно N/NA. Если М – молярная масса, то есть масса одного моля, то общая масса равна М умножить на число молей, отсюда число молей равно m/M.

       Для нагрева надо тепло Q=c(удельная теплоемкость)m(масса)T(изменение температуры). Это следует из определения удельной теплоемкости: если для нагрева 1 килограмма на 1 градус надо с единиц тепла, то на нагрев m  килограммов на ∆T градусов надо  сm∆T единиц тепла.

       Для плавления m килограммов льда надо тепло Q = λпл. m. Это следует из определения удельной теплоты плавления льда: если на плавление килограмма надо λ тепла, то на расплавление m килограммов надо в m раз больше. При превращении воды в лед такое же тепло выделяется.

       Аналогично: для испарения m килограммов воды надо тепло Q = λисп. m. При конденсации воды такое же тепло выделяется.

       A(работа газа) =P(давление)·∆V(изменение объема) По определению A=F·∆x, но в газах неудобно считать силы и перемещения, а удобно давление и объем, поэтому заменяем силу на давление по определению давления F=P·S (где S площадь). A=F·∆x=P·S·∆x=P·∆V, так как площадь, умноженная на перемещение, есть изменение объема.

           Если в уравнении Менделеева-Клапейрона объем перенести в правую часть и заменить число молей на N/NA , то получим  или Р=nkT, то есть давление зависит только от концентрации молекул и температуры.

       U =  nRT Это очень важная формула, она выводится из определения внутренней энергии как энергии всех молекул и того, что энергия одной молекулы (одной молекулы) =  тогда . Можно сделать наоборот: знать U и вычислять энергию одной молекулы.

       К.п.д. любой тепловой машины = (по определению к.п.д.). Так как работа в идеальной тепловой машине есть разница между теплом, которое дали (тепло нагревателя) и теплом, которое забрали обратно (тепло холодильника), то получаем

       к.п.д. =

 

       Для цикла Карно к.п.д. =  =  В школе это не выводится, но в ВУЗе вы это сделаете. Пока запоминаете, что для цикла Карно вместо Q можно ставить T.

По тепловым машинам см. лекцию: Тепловые машины.

 


Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 188; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:






Мы поможем в написании ваших работ!