Аскирка В.Ф. Электричество и магнетизм. Волновая оптика

Подождите немного. Документ загружается.

151

8.27. Сколько меди выделится на катоде, если через раствор мед-

ного купороса (

CuSO ) прошел электрический заряд, рав-

ный 4,0 кКл?

8.28. При разряде гальванического элемента разрядным током

0,10 А было израсходовано 3,0 мг цинка. Найти время рабо-

ты элемента.

8.29. При покрытии катодной пластины никелем в течение 4,0 ч

масса ее увеличилась на 17,798 г. Определить величину си-

лы тока.

8.30. Какой электрический заряд прошел через раствор сернокис-

лого серебра (

SOAg ), если на катоде выделилось 8,38 г

чистого серебра?

8.31. При никелировании деталь покрывается слоем никеля тол-

щиной 20 мкм. Определить плотность тока, если время ни-

келирования 4,0 ч.

8.32. При покрытии слоем серебра поверхности 300 см

понадо-

билось пропускать ток силой 3,0 А в течение 5,0 ч через рас-

твор соли серебра. Найти толщину слоя серебра.

9. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ В ВАКУУМЕ

9.1. В однородном магнитном поле с индукцией 0,50 Тл поме-

щена квадратная рамка, плоскость которой составляет с на-

правлением вектора магнитной индукции угол 45°. Сторона

рамки 5,0 см. Найти магнитный поток, пронизывающий

рамку.

9.2. Рамка, площадь которой 25 см

, вращается в однородном

магнитном поле с частотой 5,0 с

-1

. Ось вращения находится в

плоскости рамки и перпендикулярна к направлению магнит-

ного поля. Индукция магнитного поля 1,0 Тл. Найти зависи-

мость магнитного потока, пронизывающего рамку, от вре-

мени и наибольшее значение магнитного потока.

9.3. По двум бесконечно длинным прямолинейным проводни-

кам, расположенным параллельно друг другу на расстоянии

10 см, в одном направлении текут токи силой 0,50 и 10 А.

152

Определить магнитную индукцию поля в точке, удаленной

на 10 см от каждого проводника.

9.4. По двум бесконечно длинным прямолинейным проводни-

кам, расположенным параллельно друг другу на расстоянии

20 см, в противоположных направлениях текут токи силой

1,0 и 15 А. Определить магнитную индукцию поля в точке,

удаленной на 10 см от каждого проводника.

9.5. По двум параллельным бесконечно длинным проводникам,

находящимся на расстоянии 5,0 см друг от друга, текут токи

противоположного направления величиной 20 А. Опреде-

лить индукцию магнитного поля в точке, расположенной по-

середине между проводниками. Чему равна напряженность

магнитного поля в точке, которая находится на расстоянии

10 см от одного и 5,0 см от другого проводника?

9.6. По двум бесконечно длинным параллельным проводникам

текут токи одного направления величиной 10 А. Вычислить

индукцию магнитного поля в точке, которая расположена на

расстоянии 30 см от одного проводника и 10 см от другого,

если расстояние между ними 30 см.

9.7. По двум бесконечно длинным прямолинейным проводни-

кам, расположенным параллельно друг другу на расстоянии

10 см, текут токи в одном направлении. Напряженность маг-

нитного поля в точке, удаленной на 10 см от каждого про-

водника, 0,020 мТл. По одному из проводников течет ток

силой 0,50 А. Определить силу тока, текущего по другому

проводнику.

9.8. По двум бесконечно длинным прямолинейным проводникам

текут токи силой 4,0 и 6,0 А. Расстояние между проводни-

ками 15 см. Определить геометрическое место точек, в кото-

рых индукция магнитного поля равна нулю.

9.9. По кольцевому проводнику радиусом 10 см течет ток силой

4,0 А. Параллельно плоскости кольцевого проводника на

расстоянии 2,0 см над его центром проходит бесконечно

длинный прямолинейный проводник, по которому течет ток

силой 2,0 А. Определить индукцию магнитного поля в цен-

тре кольца. Рассмотреть один любой возможный случай.

153

9.10. По двум круговым виткам, имеющим общий центр, текут

токи силой 5,0 и 4,0 А. Радиусы витков соответственно рав-

ны 3,0 и 4,0 см. Угол между их плоскостями 30°. Определить

магнитную индукцию и напряженность магнитного поля в

центре витков. Рассмотреть один любой возможный случай.

9.11. Два круговых витка с током лежат в одной плоскости и

имеют общий центр. Радиус большего витка 12 см, меньше-

го – 8,0 см. Напряженность магнитного поля в центре витков

равна 50 A/м, если токи текут в одном направлении, и нулю,

если в противоположном. Определить силы токов, текущих

по круговым виткам.

9.12. По круговому проводнику радиусом 0,12 м течет ток силой

0,20 А. Перпендикулярно плоскости кругового проводника

проходит бесконечно длинный проводник, по которому те-

чет ток силой 0,10 А. Индукция магнитного поля в центре

кругового проводника

103,11

× Тл. Определить, на каком

расстоянии от центра кругового проводника находится пря-

молинейный проводник.

9.13. Проводник длиной 1,0 м согнут в виде квадрата. Определить

индукцию магнитного поля и напряженность в точке пере-

сечения диагоналей квадрата, если по проводнику течет ток

силой 4,0 А.

9.14. Из проволоки длиной 2,0 м сделана квадратная рамка. По

рамке течет ток силой 5,0 А. Найти индукцию магнитного

поля в центре рамки.

9.15. Прямой проводник согнут в виде прямоугольника со сторо-

нами длиной 0,20 и 0,30 м. Какой силы ток нужно пропус-

тить по этому проводнику, чтобы индукция магнитного поля

в точке пересечения диагоналей была

104,2

× Тл.

9.16. Прямой проводник длиной 90 см согнут в виде равносто-

роннего треугольника. Какой силы ток нужно пропустить по

этому проводнику, чтобы индукция магнитного поля в точке

пересечения высот треугольника равнялась

1024,1

× Тл?

9.17. Используя теорему о циркуляции вектора магнитной индук-

ции, найти индукцию магнитного поля в точке, отстоящей

154

на расстояние 1,0 м от бесконечно длинного проводника, по

которому течет ток силой 10 А.

9.18. Найти индукцию магнитного поля в центре кругового про-

волочного витка радиусом 10 см, по которому течет ток си-

лой 2,0 А. Задачу решить с использованием закона Био-

Савара-Лапласа.

9.19. Индукция магнитного поля в центре кругового витка равна

1,5 Тл. Радиус витка 5,0 см. Найти напряженность магнитно-

го поля на оси витка на расстоянии 5,0 см от его плоскости.

9.20. Чему равна напряженность магнитного поля на оси кругово-

го витка в точке, расположенной на расстоянии 50 см от

центра, если в центре витка, радиус которого 20 см, напря-

женность равна 10 А/м?

9.21. Два круговых витка радиусом 5,0 см каждый расположены в

параллельных плоскостях на расстоянии 3,0 см друг от дру-

га. По виткам текут одинаковые токи 3,0 A. Найти напря-

женность магнитного поля в центре одного из витков в слу-

чае, когда токи в витках текут в одном направлении.

9.22. Два круговых витка радиусом 4,0 см каждый расположены в

параллельных плоскостях на расстоянии 5,0 см друг от дру-

га. По виткам текут одинаковые токи 5,0 A. Найти напря-

женность магнитного поля в центре одного из витков в слу-

чае, когда токи в витках текут в противоположных направ-

лениях.

9.23. Бесконечно длинный провод образует круговой виток (пет-

лю), касательный к проводу. По проводу идет ток 3,0 А.

Найти радиус витка, если индукция магнитного поля в цен-

тре витка равна 1,0 мкТл.

9.24. Определить величину тока в короткой катушке радиусом

20 см, содержащей 500 витков, если в центре катушки на-

пряженность магнитного поля составляет 5,0 кА/м.

9.25. Найти напряженность магнитного поля на оси внутри соле-

ноида длиной 30 см и диаметром 5,0 см, содержащего 600

витков, если величина тока в обмотке соленоида 3,0 А.

9.26. Катушка длиной 20 см имеет 500 витков. Найти индукцию

магнитного поля внутри катушки, если по катушке проходит

155

ток 3,0 А. Диаметр катушки считать малым по сравнению с

ее длиной.

9.27. Круговой ток радиусом 5,0 см создает магнитное поле на-

пряженностью 80 А/м в точке, расположенной на расстоя-

нии 3,0 см от плоскости тока на его оси. Определить маг-

нитный момент кругового тока.

9.28. Соленоид длиной 20 см и диаметром 5,0 см содержит 15

витков на каждом сантиметре длины. Определить магнит-

ный момент соленоида, если по нему идет ток 3,0 А.

9.29. Определить скорость равномерного прямолинейного движе-

ния электрона, если известно, что максимальное значение

напряженности создаваемого им магнитного поля на рас-

стоянии 80 нм от траектории составляет 0,10 А/м.

9.30. Найти максимальное значение напряженности магнитного

поля, создаваемого прямолинейно движущимся электроном,

который прошел ускоряющую разность потенциалов 20 В в

точке, отстоящей от его траектории на расстояние 20 нм.

9.31. Частица, обладающая энергией 16 МэВ, движется в одно-

родном магнитном поле с индукцией 2,4 Тл по окружности

радиусом 24,5 см. Определить заряд этой частицы, если ее

скорость

1072,2 × м/с.

9.32. Определить площадь поперечного сечения прямолинейного

алюминиевого проводника, движущегося с ускорением

0,40 м/с

в однородном магнитном поле с индукцией

102,2

× Тл. По проводнику течет ток силой 5,0 А, его на-

правление движения перпендикулярно вектору индукции.

9.33. Каким образом нужно расположить прямолинейный алюми-

ниевый проводник в однородном горизонтальном магнит-

ном поле с индукцией 0,040 Тл и какой силы ток пропустить

по нему, чтобы он находился в равновесии? Радиус провод-

ника 1,0 мм.

9.34. Определить напряженность однородного горизонтального

магнитного поля, в котором в равновесии находится неза-

крепленный прямолинейный медный проводник с током си-

лой 10 А. Диаметр проводника 4,0 мм.

9.35. Внутри длинного соленоида перпендикулярно его оси рас-

положен проводник длиной 5,0 см, по которому проходит

156

ток силой 10 А. Какая сила действует на проводник, если со-

леноид имеет 25 витков на сантиметр длины и по его обмот-

ке течет ток силой 5,0 А?

9.36. Электрон, обладающий энергией 0,50 кэВ, пролетает в ва-

кууме сквозь однородное магнитное поле напряженностью

1,0 кА/м перпендикулярно полю. Определить скорость элек-

трона, магнитную составляющую силы Лоренца и радиус

траектории его движения.

9.37. Какова должна быть скорость электрона, чтобы его траекто-

рия была прямолинейной при движении во взаимно перпен-

дикулярных магнитном и электрическом полях? Поля одно-

родны и имеют соответственно напряженности 100 А/м и

500 В/м.

9.38. Между полюсами электромагнита создается однородное

магнитное поле с индукцией 0,20 Тл. По проводу длиной

1,0 м, помещенному перпендикулярно к направлению маг-

нитного поля, течет ток 100 А. Найти силу, действующую на

провод.

9.39. Два прямолинейных длинных параллельных проводника на-

ходятся на расстоянии 30 см друг от друга. По проводникам

в одном направлении текут токи 40 А и 50 А. Какую работу

надо совершить (на единицу длины проводников), чтобы

раздвинуть эти проводники до расстояния 50 см?

9.40. Катушка гальванометра, состоящая из 500 витков тонкой

проволоки, намотанной на прямоугольный каркас длиной

4,0 см и шириной 3,0 см, подвешена на нити в магнитном

поле с индукцией 0,20 Тл. По катушке течет ток 0,20 мкА.

Найти вращающий момент, действующий на катушку галь-

ванометра, если плоскость катушки параллельна направле-

нию магнитного поля; составляет угол 60° с направлением

вектора магнитной индукции.

9.41. В однородном магнитном поле с индукцией 1,0 Тл движется

равномерно проводник длиной 20 см. По проводнику течет

ток 3,0 А. Скорость движения проводника равна 10 см/с и

направлена перпендикулярно к направлению линий магнит-

ной индукции поля. Найти работу перемещения проводника

за 10 с и мощность, затраченную на это перемещение.

157

9.42. Электрон, ускоренный разностью потенциалов 2,0 кВ, вле-

тает в однородное магнитное поле, направление которого

перпендикулярно к направлению его движения. Индукция

магнитного поля 1,5 мТл. Найти радиус окружности, по ко-

торой движется электрон, период обращения и момент им-

пульса электрона при этом.

9.43. Поток

-частиц (ядер атома гелия), ускоренных разностью

потенциалов 1,5 MB, влетает в однородное магнитное поле

напряженностью 2,0 кА/м. Скорость каждой частицы на-

правлена перпендикулярно к направлению линий магнитной

индукции. Найти силу, действующую на каждую частицу.

9.44. Электрон влетает в однородное магнитное поле, направле-

ние линий индукции которого перпендикулярно к направле-

нию его движения. Скорость электрона

100,2 × м/с. Индук-

ция магнитного поля равна 1,5 мТл. Найти тангенциальное и

нормальное ускорения электрона в магнитном поле.

9.45. Протон и электрон, двигаясь с одинаковой скоростью, вле-

тают в однородное магнитное поле. Во сколько раз радиус

кривизны траектории протона больше радиуса кривизны

траектории электрона?

9.46. Протон и

-частица с одинаковой скоростью влетают в од-

нородное магнитное поле, направление линий индукции ко-

торого перпендикулярно к направлению их движения. Во

сколько раз период обращения протона в магнитном поле

больше периода обращения

-частицы?

9.47. Магнитное поле напряженностью 12 кА/м и электрическое

поле напряженностью 3,0 кВ/м направлены одинаково.

Электрон влетает в электромагнитное поле со скоростью

100,2 × м/с. Найти нормальное и полное ускорения элек-

трона. Задачу решить, если скорость электрона направлена:

а) параллельно направлению электрического поля; б) пер-

пендикулярно к направлению электрического поля.

9.48. Электрон, ускоренный разностью потенциалов 12 кВ, влета-

ет в однородное магнитное поле под углом 30° к направле-

нию линий индукции поля и движется по винтовой траекто-

158

рии. Индукция магнитного поля составляет 20 мТл. Найти

радиус и шаг винтовой траектории.

9.49. Чему равна механическая мощность, развиваемая при пере-

мещении прямолинейного проводника длиной 10 см со ско-

ростью 3,0 м/с в однородном магнитном поле с индукцией

0,20 Тл, если угол между направлением движения провод-

ника и направлением магнитных силовых линий 90°, а вели-

чина тока в проводнике 30 А?

9.50. На двух параллельных шинах, расположенных на расстоя-

нии 20 см, лежит толстый проводник массой 200 г. Шины

подключены к источнику напряжения, и по проводнику идет

ток 10 А. При включении магнитного поля, перпендикуляр-

ного к плоскости, в которой находятся шины, проводник

приходит в равномерное движение. Определить величину

напряженности поля, если коэффициент трения проводника

о шины 0,30.

9.51. Электрон, прошедший ускоряющую разность потенциалов

300 В, попал в вакууме в однородное магнитное поле пер-

пендикулярно к силовым линиям и движется по окружности

радиусом 5,0 см. Определить величину напряженности маг-

нитного поля.

9.52. По двум параллельным проводам двухпроводной линии

длиной 10 м текут противоположно направленные токи ве-

личиной 400 А. С какой силой взаимодействуют провода,

если расстояние между ними 50 см?

10. ЯВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

10.1. В однородном магнитном поле с индукцией 125,6 мТл вра-

щается стержень с постоянной частотой 10 с

-1

так, что плос-

кость его вращения перпендикулярна линиям индукции, а

ось вращения проходит через один из его концов. Индуци-

руемая на концах стержня разность потенциалов равна

0,10 мкВ. Определить длину стержня.

10.2. В однородном магнитном поле с индукцией 0,010 Тл под

углом 30° к силовым линиям расположена медная квадрат-

159

ная рамка со стороной длиной 0,50 м. Диаметр провода

0,20 мм. Рамку повернули перпендикулярно полю. Какой за-

ряд протек в рамке?

10.3. Сила тока в соленоиде равномерно возрастает от 0 до 10 А

за 1,0 мин, при этом соленоид накапливает энергию 20 Дж.

Какая ЭДС индуцируется в соленоиде?

10.4. Какой длины нужно взять медную проволоку диаметром

1,0 мм, чтобы изготовить однослойный соленоид с индук-

тивностью 0,010 Гн? Площадь поперечного сечения соле-

ноида 7,5 см

. Сердечник отсутствует.

10.5. По соленоиду, имеющему 1000 витков, проходит ток силой

1,0 А. Какова индуктивность соленоида, если магнитный по-

ток, создаваемый током, равен 0,50 мВб?

10.6. В однородном магнитном поле с индукцией 1,0 Тл движется

прямолинейный проводник длиной 10 см со скоростью

10 м/с. Направление вектора индукции перпендикулярно

проводнику и вектору его скорости. Концы проводника со-

единены гибким проводом вне поля. Общее сопротивление

цепи 10 Ом. Определить мощность, необходимую для дви-

жения проводника.

10.7. С какой скоростью движется перпендикулярно магнитному

полю напряженностью 1,0 кА/м прямой проводник длиной

20 см и сопротивлением 0,10 Ом, если при замыкании про-

водника по нему идет ток силой 0,050 А? Сопротивление за-

мыкающего провода не учитывать. Магнитную проницае-

мость среды считать равной единице.

10.8. В однородном магнитном поле с индукцией 0,20 Тл движет-

ся проводник длиной 20 см. Скорость движения проводника

равна 10 м/с и направлена перпендикулярно к магнитному

полю. Найти индуцированную в проводнике ЭДС.

10.9. Катушка диаметром 15 см, состоящая из 300 витков прово-

локи, находится в магнитном поле. Найти среднюю ЭДС ин-

дукции, возникающую в этой катушке, если индукция маг-

нитного поля увеличивается в течение времени 0,10 с от 0 до

2,0 Тл.

10.10. Скорость самолета с реактивным двигателем 2350 км/ч.

Найти ЭДС индукции, возникающую на концах крыльев та-

160

кого самолета, если вертикальная составляющая напряжен-

ности земного магнитного поля 39,8 А/м и размах крыльев

самолета равен 15 м.

10.11. В однородном магнитном поле, индукция которого 0,30 Тл,

равномерно вращается катушка, состоящая из 200 витков

проволоки. Частота ее вращения составляет 5,0 с

-1

, а пло-

щадь поперечного сечения – 0,020 м

. Ось вращения перпен-

дикулярна к оси катушки и направлению магнитного поля.

Найти максимальную ЭДС индукции во вращающейся ка-

тушке.

10.12. В однородном магнитном поле, индукция которого 0,50 Тл,

равномерно вращается рамка с угловой скоростью 15 рад/с.

Площадь рамки 100 см

. Ось вращения находится в плоско-

сти рамки и составляет угол 30° с направлением силовых

линий магнитного поля. Найти максимальную ЭДС индук-

ции во вращающейся рамке.

10.13. По соленоиду течет ток силой 1,0 А. Магнитный поток, про-

низывающий поперечное сечение сердечника, равен

2,0 мкВб. Определить индуктивность соленоида, если он

имеет 500 витков.

10.14. Найти индуктивность соленоида, если при скорости измене-

ния силы тока 20 А/с среднее значение возникающей ЭДС

самоиндукции 0,040 В.

10.15. Виток радиусом 1,0 см находится в магнитном поле напря-

женностью 20 кА/м. Плоскость витка перпендикулярна ли-

ниям индукции поля. Каково сопротивление витка, если при

уменьшении напряженности поля до нуля по нему протекает

заряд 1,0 мКл?

10.16. Рамка в виде кольца с током силой 1,0 А и радиусом 2,0 см

находится в воздухе в однородном магнитном поле, напря-

женность которого равна 75 А/м. Плоскость рамки составля-

ет угол 10° с вектором напряженности поля. Какую работу

надо совершить, чтобы повернуть рамку перпендикулярно

полю?

10.17. Прямолинейный проводник с током силой 5,0 А и длиной

1,0 м вращается со скоростью 50 с

-1

в плоскости, перпенди-

кулярной магнитному полю, относительно оси, проходящей