Законы постоянного тока. Сила тока. Закон Ома для участка цепи. Сопротивление

Задачи

Закон Кулона

Открытие взаимодействия неподвижных друг относительно друга электрических зарядов было сделано под влиянием идей Ньютона и, в частности, его законов всемирного тяготения. В середине 18 века уже высказывались предположения, что закон взаимодействия зарядов аналогичен закону всемирного тяготения. Первым доказал это экспериментально англичанин Кевендиш. Но этот выдающийся ученый отличался странностями. Своих работ по электричеству Кевендиш не печатал. Более ста лет рукописи пролежали в библиотеке Кембриджского университета, пока их не извлек Максвелл и не опубликовал. К этому времени закон взаимодействия зарядов был установлен во Франции Шарлем Кулоном и с тех пор носит его имя. Его открытие было сделано в 1785 году.

Опыты Кулона привели к открытию закона, поразительно напоминающего закон тяготения. Сила взаимодействия неподвижных заряженных тел прямо пропорциональна произведению их зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

| g₁| · | g₂|

F = k R²

k – коэффициент пропорциональности, численно равный силе взаимодействия единичных зарядов на расстоянии равном единицы длины. Его значение зависит от выбора системы единиц. В системе СИ его значение равно - 9·10⁹ Н·м²/Кл²

| g₁| и | g₂| - модули зарядов двух частиц.

R – расстояние между частицами.

Силы взаимодействия двух неподвижных тел направлены вдоль прямой, соединяющей эти тела.

Единицей заряд является Кулон. Один кулон (1 Кл) – это заряд, проходящий за 1 секунду через поперченное сечение проводника при силе ток 1 Ампер.

Коэффициент k в законе Кулона при записи его в единицах СИ выражается в Н·м²/Кл²

Минимальный заряд, существующий в природе, - это заряд элементарных частиц. В единицах СИ модуль этого заряда равен: е = 1,6·10^-19 Кл.

1. Сколько электронов содержится в капле воды массой 0,6 г? Масса молекулы воды - 3·10^{-23 г.}

Дано:

m = 0,6 г

m₀ = 3·10^{-23 г.}

H₂O

Решение:

Молекула Н₂О содержит 10 электронов, так как молекула состоит из двух атомов водорода, каждый из которых имеет по одному электрону и одного атома кислорода, которых содержит восемь электронов.

В капле воды содержится m/ m₀ молекул, т.е. m/ m₀ = 0,6/3·10^-23 = 2·10²² молекул, и следовательно, 2·10²² электронов.

2. Определите, с какой силой взаимодействуют между собой два шарика, если один из них имеет заряд - 2·10^-10 Кл, а другой - 4·10^-11 Кл, если они находятся на расстоянии

2 м?

Решение:

F = 9·10⁹ · 2·10^-10 · 4·10^-11/ 2² = 18·10^-12 Н

3. Определите расстояние, на котором находятся два взаимодействующие между собой заряженные шарики, если сила взаимодействия составляет 5 ·10^-6 Н, а заряды 5·10^-10 Кл и ·10^-12 Кл соответственно.

Решение:

R² = k·g₁ · g₁/ F = 9·10⁹ · 5·10^-10 · 6·10^-12/5·10^-6 = 54·10^-7 Отсюда находим r = 0,023 м.

4. С какой силой будут взаимодействовать две капли воды на расстоянии 1 м, если бы удалось передать одной из капель 1% всех электронов, содержащихся в другой капле массой 0,6 г?

Решение:

Используя данные предыдущей задачи можно сказать, что в одной капле воды массой 0, 6 г содержится 2·10²² электронов. Следовательно, одна капля будет содержать 2·10²² + 2·10²² ·0,01 = 2,02 ·10²² электронов, другая 2·10²² - 2·10²² ·0,01 = 1,98 ·10²² электронов.

Взаимодействие между каплями воды будет происходить за счет разницы между количеством электронов в одной и другой капле: 2,02 ·10²² - 1,98 ·10²² = 0,04 ·10²²

Сила взаимодействия будет определяться: F = 9·10⁹ · 0,04 ·10²² · 1,6 10^-19 /1 =

0,576·10¹² Н

Неподвижные электрические заряды редко используются на практике. Для того, чтобы использовать электрические заряды на практике, необходимо привести их в движение – создать электрический ток.

Электрический ток - упорядоченное движение заряженных частиц (свободных электронов или ионов).

При этом через поперечное сечение проводника переносится электрический заряд (при тепловом движении заряженных частиц суммарный перенесенный электрический заряд = 0, т.к. положительные и отрицательные заряды компенсируются).

Электрический ток имеет определенное направление. За положительное направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц. Если ток образован движением отрицательно заряженных частиц, то направление тока считают противоположным направлению движения частиц.

Дата добавления: 2014-11-08