Zadania trudniejsze

Zadania trudniejsze

82.

Wewnętrzny przewód w kablu koncentrycznym ma promień a a, a zewnętrzny – b b. Prąd o natężeniu I I płynie w wewnętrznym przewodzie w przeciwnym kierunku niż w zewnętrznym. Indukcyjność własna kabla zależeć będzie od tego, jak rozkłada się natężenie prądu w wewnętrznym przewodzie. Rozważ i porównaj ze sobą dwa skrajne przypadki:

  1. Niech prąd płynie tylko po powierzchni przewodu;
  2. Niech prąd płynie równomiernie przez cały przekrój poprzeczny przewodu.

Załóż, że wewnętrzny przewód ma kształt litego cylindra, a zewnętrzny – cylindrycznej cienkiej powłoki.

83.

W obwodzie oscylacyjnym z tłumieniem energia jest rozpraszana na oporniku. Dobrocią ( Q Q) nazywamy bezwymiarową stałą określającą odporność oscylatora na stratę energii wskutek tłumienia.

  1. Wykaż, że w obwodzie ze słabym tłumieniem energia zanika według równania dEcał∕dt=−2⁢β⁢EcałdEcał∕dt=−2⁢β⁢Ecał \d E_{\text{cał}} / \d t = - 2 \beta E_{\text{cał}};
  2. Dobroć zdefiniowana jest jako stosunek początkowej energii do straty energii w kolejnym cyklu. Wykaż, że dobroć oscylatora ze słabym tłumieniem można wyrazić Q=Epocz∕ΔEna cykl=1∕R⋅L∕CQ=Epocz∕ΔEna cykl=1∕R⋅L∕C Q = E_{\text{pocz}} / \prefop{\Delta} E_{\text{na cykl}} = 1/R \cdot \sqrt{L/C}.
84.

Znajdź natężenie prądu płynącego przez R 1 R 1 , R 2 R 2 i baterię w funkcji czasu po zamknięciu poniższego obwodu w chwili t = 0 ⁢ s t= 0 ⁢ s .

12 woltowa bateria połączona jest z 6 omowym opornikiem i przełącznikiem S, który pozostaje otwarty w czasie t=0. Połączenie równoległe z 6 omowym opornikiem i innym 6 omowym opornikiem oraz z cewką indukcyjną o indukcyjności 24 henrów.
85.

Kwadratowa ramka o boku 2 ⁢ cm 2⁢cm umieszczona jest w odległości 1 ⁢ cm 1⁢cm od długiego przewodu, w którym płynie prąd, którego natężenie zmienia się jednostajnie z szybkością 3 ⁢ A ∕ s 3⁢ A ∕ s .

  1. Korzystając z prawa Ampère’a, znajdź wzór na indukcję pola magnetycznego wytworzonego przez przewód;
  2. Wyznacz strumień pola magnetycznego przez ramkę;
  3. Ile wynosi natężenie wyindukowanego w ramce prądu, jeśli jej opór równy jest 3 ⁢ Ω 3⁢Ω?
86.

Prostokątna ramka z miedzi ma masę 100 ⁢ g 100⁢g i opór 0,2 ⁢ Ω 0,2⁢Ω. Umieszczono ją w jednorodnym polu magnetycznym, którego linie przechodzą prostopadle przez ramkę i są równoległe do powierzchni Ziemi, tak że dolna krawędź ramki pokrywa się z dolną krawędzią obszaru, w którym pole magnetyczne jest niezerowe. W pewnym momencie ramka jest puszczona swobodnie i zaczyna spadać w kierunku Ziemi, tak jak przedstawiono to na rysunku poniżej.

  1. Znajdź szybkość poruszania się ramki w momencie, gdy jej cała powierzchnia znajdzie się poza obszarem, w którym działa pole magnetyczne;
  2. Po jakim czasie od chwili czasu t=0⁢st=0⁢s, gdy została puszczona, opuści ona obszar działania pola magnetycznego?

Załóż, że a = 25 ⁢ cm a= 25 ⁢ cm , b = 50 ⁢ cm b= 50 ⁢ cm , B = 3 ⁢ T B= 3 ⁢ T i g = 9,8 ⁢ m ∕ s 2 g= 9,8 ⁢ m ∕ s 2 oraz że indukcja pola magnetycznego pochodzącego od wyindukowanego prądu jest pomijalnie mała w porównaniu z BB B.

Rysunek (a) przedstawia pole z krzyżykami w środku. Oznaczone jest t=0. Jest też wyznaczony obszar z równymi szerokościami a i równymi długościami b. Rysunek (b) pokazuje to samo pole z krzyżykami w środku. Jest oznaczone jako "gdy istnieje siatka". Wyznaczony obszar z rysunku a znajduje się pod polem. Są również dwie opadające strzałki oznaczone jako g i v.