Przejdź do treściPrzejdź do informacji o dostępnościMenu skrótów klawiszowych
Logo OpenStax

Menu
Spis treści
  1. Przedmowa
  2. Termodynamika
    1. 1 Temperatura i ciepło
      1. Wstęp
      2. 1.1 Temperatura i równowaga termiczna
      3. 1.2 Termometry i skale temperatur
      4. 1.3 Rozszerzalność cieplna
      5. 1.4 Przekazywanie ciepła, ciepło właściwe i kalorymetria
      6. 1.5 Przemiany fazowe
      7. 1.6 Mechanizmy przekazywania ciepła
      8. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    2. 2 Kinetyczna teoria gazów
      1. Wstęp
      2. 2.1 Model cząsteczkowy gazu doskonałego
      3. 2.2 Ciśnienie, temperatura i średnia prędkość kwadratowa cząsteczek
      4. 2.3 Ciepło właściwe i zasada ekwipartycji energii
      5. 2.4 Rozkład prędkości cząsteczek gazu doskonałego
      6. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    3. 3 Pierwsza zasada termodynamiki
      1. Wstęp
      2. 3.1 Układy termodynamiczne
      3. 3.2 Praca, ciepło i energia wewnętrzna
      4. 3.3 Pierwsza zasada termodynamiki
      5. 3.4 Procesy termodynamiczne
      6. 3.5 Pojemność cieplna gazu doskonałego
      7. 3.6 Proces adiabatyczny gazu doskonałego
      8. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    4. 4 Druga zasada termodynamiki
      1. Wstęp
      2. 4.1 Procesy odwracalne i nieodwracalne
      3. 4.2 Silniki cieplne
      4. 4.3 Chłodziarki i pompy ciepła
      5. 4.4 Sformułowania drugiej zasady termodynamiki
      6. 4.5 Cykl Carnota
      7. 4.6 Entropia
      8. 4.7 Entropia w skali mikroskopowej
      9. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
  3. Elektryczność i magnetyzm
    1. 5 Ładunki i pola elektryczne
      1. Wstęp
      2. 5.1 Ładunek elektryczny
      3. 5.2 Przewodniki, izolatory i elektryzowanie przez indukcję
      4. 5.3 Prawo Coulomba
      5. 5.4 Pole elektryczne
      6. 5.5 Wyznaczanie natężenia pola elektrycznego rozkładu ładunków
      7. 5.6 Linie pola elektrycznego
      8. 5.7 Dipole elektryczne
      9. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
    2. 6 Prawo Gaussa
      1. Wstęp
      2. 6.1 Strumień pola elektrycznego
      3. 6.2 Wyjaśnienie prawa Gaussa
      4. 6.3 Stosowanie prawa Gaussa
      5. 6.4 Przewodniki w stanie równowagi elektrostatycznej
      6. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    3. 7 Potencjał elektryczny
      1. Wstęp
      2. 7.1 Elektryczna energia potencjalna
      3. 7.2 Potencjał elektryczny i różnica potencjałów
      4. 7.3 Obliczanie potencjału elektrycznego
      5. 7.4 Obliczanie natężenia na podstawie potencjału
      6. 7.5 Powierzchnie ekwipotencjalne i przewodniki
      7. 7.6 Zastosowanie elektrostatyki
      8. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    4. 8 Pojemność elektryczna
      1. Wstęp
      2. 8.1 Kondensatory i pojemność elektryczna
      3. 8.2 Łączenie szeregowe i równoległe kondensatorów
      4. 8.3 Energia zgromadzona w kondensatorze
      5. 8.4 Kondensator z dielektrykiem
      6. 8.5 Mikroskopowy model dielektryka
      7. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    5. 9 Prąd i rezystancja
      1. Wstęp
      2. 9.1 Prąd elektryczny
      3. 9.2 Model przewodnictwa w metalach
      4. 9.3 Rezystywność i rezystancja
      5. 9.4 Prawo Ohma
      6. 9.5 Energia i moc elektryczna
      7. 9.6 Nadprzewodniki
      8. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    6. 10 Obwody prądu stałego
      1. Wstęp
      2. 10.1 Siła elektromotoryczna
      3. 10.2 Oporniki połączone szeregowo i równolegle
      4. 10.3 Prawa Kirchhoffa
      5. 10.4 Elektryczne przyrządy pomiarowe
      6. 10.5 Obwody RC
      7. 10.6 Instalacja elektryczna w domu i bezpieczeństwo elektryczne
      8. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    7. 11 Siła i pole magnetyczne
      1. Wstęp
      2. 11.1 Odkrywanie magnetyzmu
      3. 11.2 Pola magnetyczne i ich linie
      4. 11.3 Ruch cząstki naładowanej w polu magnetycznym
      5. 11.4 Siła magnetyczna działająca na przewodnik z prądem
      6. 11.5 Wypadkowa sił i moment sił działających na pętlę z prądem
      7. 11.6 Efekt Halla
      8. 11.7 Zastosowania sił i pól magnetycznych
      9. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    8. 12 Źródła pola magnetycznego
      1. Wstęp
      2. 12.1 Prawo Biota-Savarta
      3. 12.2 Pole magnetyczne cienkiego, prostoliniowego przewodu z prądem
      4. 12.3 Oddziaływanie magnetyczne dwóch równoległych przewodów z prądem
      5. 12.4 Pole magnetyczne pętli z prądem
      6. 12.5 Prawo Ampère’a
      7. 12.6 Solenoidy i toroidy
      8. 12.7 Magnetyzm materii
      9. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    9. 13 Indukcja elektromagnetyczna
      1. Wstęp
      2. 13.1 Prawo Faradaya
      3. 13.2 Reguła Lenza
      4. 13.3 Siła elektromotoryczna wywołana ruchem
      5. 13.4 Indukowane pola elektryczne
      6. 13.5 Prądy wirowe
      7. 13.6 Generatory elektryczne i siła przeciwelektromotoryczna
      8. 13.7 Zastosowania indukcji elektromagnetycznej
      9. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    10. 14 Indukcyjność
      1. Wstęp
      2. 14.1 Indukcyjność wzajemna
      3. 14.2 Samoindukcja i cewki indukcyjne
      4. 14.3 Energia magazynowana w polu magnetycznym
      5. 14.4 Obwody RL
      6. 14.5 Oscylacje obwodów LC
      7. 14.6 Obwody RLC
      8. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    11. 15 Obwody prądu zmiennego
      1. Wstęp
      2. 15.1 Źródła prądu zmiennego
      3. 15.2 Proste obwody prądu zmiennego
      4. 15.3 Obwody szeregowe RLC prądu zmiennego
      5. 15.4 Moc w obwodzie prądu zmiennego
      6. 15.5 Rezonans w obwodzie prądu zmiennego
      7. 15.6 Transformatory
      8. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
    12. 16 Fale elektromagnetyczne
      1. Wstęp
      2. 16.1 Równania Maxwella i fale elektromagnetyczne
      3. 16.2 Płaskie fale elektromagnetyczne
      4. 16.3 Energia niesiona przez fale elektromagnetyczne
      5. 16.4 Pęd i ciśnienie promieniowania elektromagnetycznego
      6. 16.5 Widmo promieniowania elektromagnetycznego
      7. Podsumowanie rozdziału
        1. Kluczowe pojęcia
        2. Najważniejsze wzory
        3. Podsumowanie
        4. Pytania
        5. Zadania
        6. Zadania dodatkowe
        7. Zadania trudniejsze
  4. A Jednostki
  5. B Przeliczanie jednostek
  6. C Najważniejsze stałe fizyczne
  7. D Dane astronomiczne
  8. E Wzory matematyczne
  9. F Układ okresowy pierwiastków
  10. G Alfabet grecki
  11. Rozwiązania zadań
    1. Rozdział 1
    2. Rozdział 2
    3. Rozdział 3
    4. Rozdział 4
    5. Rozdział 5
    6. Rozdział 6
    7. Rozdział 7
    8. Rozdział 8
    9. Rozdział 9
    10. Rozdział 10
    11. Rozdział 11
    12. Rozdział 12
    13. Rozdział 13
    14. Rozdział 14
    15. Rozdział 15
    16. Rozdział 16
  12. Skorowidz nazwisk
  13. Skorowidz rzeczowy
  14. Skorowidz terminów obcojęzycznych

Zadania

11.2 Pola magnetyczne i ich linie

15.

Jakie są kierunek i zwrot siły magnetycznej działającej na ładunek dodatni poruszający się tak, jak pokazano w każdym z sześciu przypadków?

Przypadek a: B jest poza stroną, v do dołu. Przypadek b: B do prawej, v do góry. Przypadek c: B jest w środku, v do prawej. Przypadek d: B do prawej, v do lewej. Przypadek e: B do góry, v do wnętrza strony. Przypadek f: B do lewej, v poza stroną.
16.

Rozwiąż przykłady z poprzedniego zadania dla ładunku ujemnego.

17.

Jaki kierunek i zwrot ma prędkość ładunku ujemnego, który doświadcza działania przedstawionej siły magnetycznej w każdym z trzech przypadków, przy założeniu, że kierunek ruchu jest prostopadły do B B?

Przypadek a: B jest poza stroną, F jest u góry. Przypadek b: B jest do prawej, F jest u góry. Przypadek c: B jest do wnętrza strony, F jest to prawej.
18.

Rozwiąż przykłady z poprzedniego zadania dla ładunku dodatniego.

19.

Jaki kierunek i zwrot ma pole magnetyczne, które wytwarza siłę magnetyczną działającą na ładunek dodatni, jak to zostało pokazane w każdym z trzech przypadków, przy założeniu, że B B jest prostopadłe do v v ?

Przypadek a: a jest w górze, F jest u dołu. Przypadek b: v jest w dół, F jest do wnętrza strony.Przypadek c: v jest do lewej, F jest do góry.
20.

Rozwiąż przykłady z poprzedniego zadania dla ładunku ujemnego.

21.

Czasami samolot zbiera małe ładunki statyczne. Załóż, że odrzutowiec naddźwiękowy unosi ładunek 0,5 µC 0,5µC, lecąc na zachód z prędkością 660 m s 660 m s nad ziemskim południowym biegunem pola magnetycznego, gdzie pole magnetyczne o indukcji 8 10 5 T 8 10 5 T jest zwrócone w górę.

  1. Jakie są kierunek, zwrot i wartość siły magnetycznej działającej na samolot?
  2. Określ, czy otrzymana wielkość wskazuje na znaczący, czy też na pomijalny efekt.
22.
  1. Proton pochodzący z promieniowania kosmicznego poruszający się w kierunku Ziemi z prędkością 5 10 7 m s 5 10 7 m s doświadcza działania siły magnetycznej 1,7 10 16 N 1,7 10 16 N. Jaka jest wartość indukcji pola magnetycznego, jeżeli kąt pomiędzy wektorem indukcji a wektorem prędkości protonu wynosi 45 ° 45°?
  2. Czy wartość otrzymana w części (a) pokrywa się z wielkością indukcji ziemskiego pola magnetycznego na powierzchni Ziemi? Omów wynik.
23.

Elektron poruszający się z prędkością 4 10 3 m s 4 10 3 m s w polu magnetycznym o indukcji 1,25 T 1,25T doświadcza działania siły magnetycznej 1,4 10 16 N 1,4 10 16 N. Jaki kąt tworzy wektor prędkości elektronu z kierunkiem pola magnetycznego? Poprawne są dwie odpowiedzi.

24.
  1. Fizyk przeprowadzający czuły eksperyment chciałby ograniczyć siłę magnetyczną działającą na poruszający się w jego aparaturze ładunek do wielkości nie większej niż 10 12 N 10 12 N. Jaki największy ładunek może zostać użyty, jeżeli ma on poruszać się z maksymalną prędkością 30 m s 30 m s w polu Ziemi?
  2. Zastanów się, czy byłoby trudne ograniczenie ładunku do mniejszej wartości niż wyznaczona w (a), porównując ją do typowych w elektrostatyce. Weź pod uwagę, że statyka często nie występuje.

11.3 Ruch cząstki naładowanej w polu magnetycznym

25.

Elektron promieniowania kosmicznego porusza się z prędkością 7,5 10 6 m s 7,5 10 6 m s prostopadle do ziemskiego pola magnetycznego na wysokości, na której indukcja pola wynosi 10 5 T 10 5 T. Jaki promień ma kołowa trajektoria zakreślana przez elektron?

26.

Widzowie serialu Star Trek słyszeli o napędzie promu kosmicznego Enterprise opartym na antymaterii. Jedną z możliwości tak futurystycznego źródła energii jest gromadzenie naładowanych cząstek antymaterii w komorze próżniowej, w której krążą one w polu magnetycznym, a następnie ich uwalnianie następuje zgodnie z zapotrzebowaniem. Antymateria anihiluje zwykłą materię, wytwarzając czystą energię.

  1. Jaką indukcję powinno mieć pole magnetyczne, aby utrzymywać antyprotony poruszające się z prędkością 5 10 7 m s 5 10 7 m s po trajektorii kołowej o promieniu 2 m 2m? Antyprotony mają tę samą masę co protony, ale ładunek przeciwnego znaku (ujemny);
  2. Czy taka wartość indukcji pola jest osiągalna przy użyciu dzisiejszych technologii, czy jest tylko futurystyczną wizją?
27.

Jon tlenu-16 o masie 2,66 10 26 kg 2,66 10 26 kg porusza się z prędkością 5 10 6 m s 5 10 6 m s prostopadle do indukcji magnetycznej 1,2 T 1,2T, przez co przemieszcza się po łuku okręgu o promieniu 0,231 m 0,231m.

  1. Jaki dodatni ładunek ma jon?
  2. Ile wynosi stosunek tego ładunku do ładunku elektronu?
  3. Dlaczego stosunek wyznaczony w (b) powinien być liczbą całkowitą?
28.

Elektron w kineskopie telewizora (lampie promieniowania katodowego) porusza się z prędkością 6 10 6 m s 6 10 6 m s w kierunku prostopadłym do pola magnetycznego Ziemi, którego indukcja wynosi 5 10 5 T 5 10 5 T.

  1. Jakie powinno być natężenie pola elektrycznego prostopadłego do ziemskiego pola magnetycznego, aby elektron poruszał się wzdłuż prostej?
  2. Jeżeli ma to miejsce pomiędzy płytami odległymi od siebie o 1 cm 1cm, to jakie napięcie pomiędzy nimi zostało przyłożone? (Zauważ, że telewizory są zwykle obudowane materiałem ferromagnetycznym, który ekranuje zewnętrzne pola magnetyczne i zabezpiecza przed koniecznością takiego korygowania trajektorii elektronu).
29.

Odpowiedz na poniższe pytania.

  1. Z jaką prędkością będzie poruszał się proton po trajektorii kołowej o takim samym promieniu jak promień trajektorii elektronu z poprzedniego zadania?
  2. Ile wynosiłby promień toru, gdyby prędkość protonu była taka sama jak prędkość elektronu?
  3. Ile wynosiłby promień, gdyby energia kinetyczna protonu była taka sama jak energia elektronu?
  4. Co by się stało, gdyby pęd był taki sam?
30.
  1. Za pomocą jakiego napięcia elektrony mogą zostać przyspieszone do prędkości 6 10 7 m s 6 10 7 m s ?
  2. Oblicz promień krzywizny trajektorii protonu przyspieszanego w tym potencjale w polu o indukcji 0,5 T 0,5T i porównaj go z promieniem krzywizny toru elektronu przyspieszanego w takim samym potencjale.
31.

Cząstka α ( m = 6,64 10 27 kg m= 6,64 10 27 kg , q = 3,2 10 19 C q= 3,2 10 19 C ) porusza się wzdłuż okręgu o promieniu 25 cm 25cm w jednorodnym polu magnetycznym o indukcji 1,5 T 1,5T.

  1. Jaką prędkość ma cząstka?
  2. Jaka jest jej energia kinetyczna wyrażona w elektronowoltach?
  3. Przez jaką różnicę potencjałów musi zostać przyspieszona, aby została jej nadana energia kinetyczna o takiej wartości?
32.

Cząstka o ładunku q q i masie m m przyspieszana jest od stanu spoczynku przez różnicę potencjałów U U, po czym napotyka na jednorodne pole magnetyczne o indukcji B B. Jeżeli cząstka porusza się w płaszczyźnie prostopadłej do B B, to jaki jest promień jej kołowej orbity?

11.4 Siła magnetyczna działająca na przewodnik z prądem

33.

Jaki kierunek i zwrot ma siła magnetyczna oddziałująca na prąd w każdym z sześciu przypadków?

Przypadek a: l jet w dół, B jest poza stroną. Przypadek b: l jest do góry, B jest do prawej. Przypadek c: l jest do prawej, B jest wewnątrz strony. Przypadek d: l jest do lewej, B jest to prawej. Przypadek e: l jest do wewnątrz, B jest do góry. Przypadek f: l jest poza stroną, B jest do lewej.
34.

Jaki jest kierunek przepływu prądu, który doznaje działania zaznaczonej siły magnetycznej w każdym z trzech przypadków, przy założeniu, że prąd płynie prostopadle do B B ?

Przypadek a: B jest poza stroną, F jest w górę. Przypadek b: B jest do lewej, F jest do góry. Przypaded c: B jest wewnątrz strony, F jest do lewej.
35.

Jaki kierunek i zwrot ma pole magnetyczne, które wytwarza zaznaczoną siłę magnetyczną oddziałującą na prądy w każdym z trzech przypadków, przy założeniu, że B B jest prostopadłe do prądu I I?

Przypadek a: l jest do góry, F jest do lewej. Przypadek b: l jest w dół, F jest wewnątrz strony. Przypadek c: l jest do lewej, F jest ku górze.
36.
  1. Jaka siła na metr jest wywierana na równiku na błyskawicę, która przewodzi 20 000 A 20 000A prostopadle do ziemskiego pola o indukcji 3 10 5 T 3 10 5 T?
  2. Jaki kierunek i zwrot ma siła, jeżeli prąd jest skierowany pionowo i zwrócony do góry, a pole Ziemi jest równoległe do jej powierzchni i zwrócone na północ?
37.
  1. Przewód prądu stałego zasilający linię superszybkiej kolei przewodzi 1000 A 1000A pod kątem 30 ° 30° do ziemskiego pola o indukcji 5 10 5 T 5 10 5 T. Ile wynosi siła magnetyczna działająca na 100 m 100m przewodu?
  2. Omów praktyczne znaczenie wyniku lub jego brak.
38.

Przewodnik z prądem 30 A 30A przebiega pomiędzy biegunami silnego magnesu w taki sposób, że jest prostopadły do pola magnesu i doświadcza w nim działania siły 2,16 N 2,16N na długości 4 cm 4cm. Ile wynosi średnia wartość indukcji pola magnetycznego?

11.5 Wypadkowa sił i moment sił działających na pętlę z prądem

39.

Odpowiedz na poniższe pytania.

  1. O ile procent maleje moment sił działających na silnik, gdy jego magnes trwały traci 5 % 5% swojej siły (namagnesowania)?
  2. O ile procent należy zwiększyć natężenie prądu, aby przywrócić pierwotne wartości momentu sił?
40.

Odpowiedz na poniższe pytania.

  1. Jaką wartość ma maksymalny moment sił działających na kwadratową pętlę drutu o 150 zwojach i długości boku 18 cm 18cm, przez którą płynie prąd o natężeniu 50 A 50A, w polu magnetycznym o indukcji 1,6 T 1,6T?
  2. Jaką wartość ma moment sił, jeżeli θ θ równa się 10,9 ° 10,9°?
41.

Wyznacz natężenie prądu, który musi płynąć przez pętlę, aby wytworzyć maksymalny moment sił 9 N m 9 N m . Pętla zawiera 50 kwadratowych zwojów o długości boku 15 cm 15cm i znajduje się w jednorodnym polu magnetycznym o indukcji 0,8 T 0,8T.

42.

Oblicz indukcję pola magnetycznego, działającego na kwadratową pętlę o 200 zwojach i długości boku 20 cm 20cm, koniecznego do wywołania maksymalnego momentu sił 300 N m 300 N m w czasie, gdy przez pętlę płynie prąd o natężeniu 25 A 25A.

43.

Skoro wyrażenie na moment sił działających na przewodzącą prąd pętlę ma postać M = N I S B sin θ M= N I S B sin θ , to jednostka N m Nm musi być równa jednostce A m 2 T A m 2 T. Zweryfikuj to.

44.

Przy jakiej wartości kąta θ θ moment sił działających na pętlę z prądem wyniesie

  1. 90 % 90% wartości maksymalnej;
  2. 50 % 50% wartości maksymalnej;
  3. 10 % 10% wartości maksymalnej?
45.

Proton ma własny moment magnetyczny, związany z jego spinem. Indukcja pola jest podobna do wytworzonej przez kołową pętlę o promieniu 0,65 10 15 m 0,65 10 15 m z prądem o natężeniu 1,05 10 4 A 1,05 10 4 A. Wyznacz maksymalny moment siły działającej na proton w polu o indukcji 2,5 T 2,5T. (Dla małej cząstki jest to znaczny moment siły).

46.

Kołowa pętla o 200 zwojach i promieniu 50 cm 50cm jest ustawiona pionowo, a jej oś symetrii leży na linii wschód–zachód. Prąd 100 A 100A krąży w pętli w kierunku zgodnym z kierunkiem ruchu wskazówek zegara – patrząc od wschodu. Ziemskie pole magnetyczne jest w tym miejscu równoległe do podłoża, a jego indukcja ma wartość 3 10 5 T 3 10 5 T.

  1. Jakie są kierunek, zwrot i wartość momentu sił działających na pętlę?
  2. Czy można zastosować takie urządzenie w charakterze silnika?


Pokazana jest pionowa pętla wraz z kierunkami kompasu. Osie (prostopadłe do płaszczyzny pętli) znajdują się na linii wschód-zachód. Pole magnetyczne wskazuje północ. Prąd w pętli krąży zgodnie z ruchem wskazówek zegara patrząc od wschodu. Moment obrotowy na pętli jest zgodny z ruchem wskazówek zegara patrząc w dół pętli od góry.
47.

Powtórz zadanie poprzednie dla przypadku pętli leżącej poziomo na podłożu, z prądem krążącym w kierunku przeciwnym do kierunku ruchu wskazówek zegara, patrząc z góry, w miejscu, gdzie ziemskie pole magnetyczne jest zwrócone na północ, ale pod kątem 45 ° 45° w dół do płaszczyzny horyzontu, a jego indukcja ma wartość 6 10 5 T 6 10 5 T.

Pokazana jest pionowa pętla wraz z kierunkami kompasu. Pole magnetyczne położone jest 45 stopni poniżej horyzontu. Pętla obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara od strony wschodniej.

11.6 Efekt Halla

48.

Miedziana taśma znajduje się w jednorodnym polu magnetycznym o indukcji 2,5 T 2,5T. Zmierzone natężenie pola elektrycznego Halla wynosi 1,5 10 3 V m 1,5 10 3 V m .

  1. Jaka jest prędkość unoszenia elektronów przewodnictwa?
  2. Założywszy, że n = 8 10 28 elektronów m 3 n= 8 10 28 elektronów m 3 i że pole powierzchni przekroju poprzecznego taśmy wynosi 5 10 6 m 2 5 10 6 m 2 , oblicz natężenie prądu w taśmie;
  3. Ile wynosi współczynnik Halla nq-1nq-1 (nq)^{-1}?
49.

Wymiary przekroju poprzecznego miedzianej taśmy to 2 cm 2cm na 2 mm 2mm. Przewodzi ona prąd 100 A 100A i umieszczona jest w polu magnetycznym o indukcji B = 1,5 T B= 1,5 T . Jaką wartość i polaryzację przyjmuje napięcie Halla w miedzianej taśmie?

Pozioma taśma miedziana jest kwadratem o boku 2 cm. Przepływa przez nią prąd l w kierunku prawym. Pole magntyczne B zwraca się prostopadle do powierzchni taśmy.
50.

Wartości natężenia pola elektrycznego i indukcji magnetycznej w rozdzielaczu prędkości wynoszą odpowiednio 1,8 10 5 V m 1,8 10 5 V m i 0,08 T 0,08T.

  1. Jaką prędkość musi mieć proton, aby przejść przez rozdzielacz?
  2. Oblicz także prędkości konieczne do przejścia przez cząstki α oraz przez pojedynczo zjonizowany atom sO16.
51.

Naładowana cząstka porusza się w rozdzielaczu prędkości ze stałą prędkością, E = 10 4 N C E= 10 4 N C oraz B = 0,25 T B= 0,25 T . Gdy pole elektryczne zostaje wyłączone, cząstka porusza się wzdłuż okręgu o promieniu 3,33 mm 3,33mm. Wyznacz stosunek ładunku do masy cząstki.

52.

Odczyt z sondy Halla wynosi 1,5 µV 1,5µV dla prądu 2 A 2A, gdy jest ona umieszczona w polu magnetycznym o indukcji 1 T 1T. Ile wynosi indukcja pola magnetycznego w obszarze odczytu, gdy wynosi on 2 µV 2µV dla prądu 1,7 A 1,7A?

11.7 Zastosowania sił i pól magnetycznych

53.

Fizyk projektuje cyklotron do przyspieszania protonów do prędkości równej jednej dziesiątej wartości prędkości światła. Indukcja pola magnetycznego ma wartość 1,5 T 1,5T. Wyznacz

  1. okres ruchu obrotowego protonu po okręgu;
  2. maksymalny promień orbity protonu.
54.

Indukcja pola magnetycznego i natężenie pola elektrycznego w rozdzielaczu prędkości spektrometru masowego Bainbridge’a mają wartości odpowiednio B = 0,5 T B= 0,5 T oraz E = 1,2 10 5 V m E= 1,2 10 5 V m , a indukcja pola magnetycznego rozdzielającego jony wynosi B 0 = 0,75 T B 0 = 0,75 T . Strumień jonów Li naładowanych pojedynczym ładunkiem elementarnym porusza się wzdłuż łuku okręgu o promieniu 2,32 cm 2,32cm. Jaką masę mają jony Li?

55.

Indukcja pola magnetycznego w cyklotronie ma wartość 1,25 T 1,25T, a maksymalny promień orbity protonu jest równy 0,4 m 0,4m.

  1. Jaką energię kinetyczną mają protony opuszczające cyklotron?
  2. Ile wynosi wartość tej energii wyrażona w megaelektronowoltach?
  3. Jaką różnicę potencjałów musiałby pokonać proton, aby osiągnąć energię kinetyczną o tej wartości?
  4. Ile wynosi okres źródła zmiennego napięcia użytego do przyspieszania protonów?
  5. Powtórz obliczenia dla cząstek α.
56.

Spektrometr masowy zastosowano do odseparowania zwykłego tlenu-16 od cząsteczek tlenu-18 (występującego znacznie rzadziej) uwolnionych z próbki starego lodu arktycznego (względna obfitość tych izotopów tlenu jest związana z warunkami temperaturowymi tworzenia się lodu). Stosunek mas jonów obu tych izotopów wynosi 16 do 18, masa tlenu-16 to 2,66 10 26 kg 2,66 10 26 kg, a jony obu typów są naładowane pojedynczym ładunkiem elementarnym i przelatują z prędkością 5 10 6 m s 5 10 6 m s w polu magnetycznym o indukcji 1,2 T 1,2T. Jak odległe od siebie są punkty końcowe ich trajektorii po przebyciu półokręgu?

57.

Potrójnie naładowane jony uranu-235 i uranu-238 są oddzielane od siebie w spektrometrze masowym. (Rzadziej występujący w przyrodzie uran-235 stosuje się jako paliwo w reaktorach jądrowych). Masy jonów są równe odpowiednio 3,9 10 25 kg 3,9 10 25 kg i 3,95 10 25 kg 3,95 10 25 kg, poruszają się one z prędkością 3 10 5 m s 3 10 5 m s w polu o indukcji 0,25 T 0,25T.

  1. Jak oddalone są od siebie punkty końcowe ich trajektorii po przebyciu półokręgu?
  2. Czy uważasz tę odległość pomiędzy trajektoriami za wystarczająco dużą do praktycznego oddzielania uranu-235 od uranu-238?
Cytowanie i udostępnianie

Chcesz zacytować, udostępnić albo zmodyfikować treść tej książki? Została ona wydana na licencji Creative Commons Attribution License , która wymaga od Ciebie uznania autorstwa OpenStax.

Cytowanie i udostępnienia
  • Jeśli rozpowszechniasz tę książkę w formie drukowanej, umieść na każdej jej kartce informację:
    Treści dostępne za darmo na https://openstax.org/books/fizyka-dla-szk%C3%B3%C5%82-wy%C5%BCszych-tom-2/pages/1-wstep
  • Jeśli rozpowszechniasz całą książkę lub jej fragment w formacie cyfrowym, na każdym widoku strony umieść informację:
    Treści dostępne za darmo na https://openstax.org/books/fizyka-dla-szk%C3%B3%C5%82-wy%C5%BCszych-tom-2/pages/1-wstep
Cytowanie

© 2 mar 2022 OpenStax. Treść książki została wytworzona przez OpenStax na licencji Creative Commons Attribution License . Nazwa OpenStax, logo OpenStax, okładki OpenStax, nazwa OpenStax CNX oraz OpenStax CNX logo nie podlegają licencji Creative Commons i wykorzystanie ich jest dozwolone wyłącznie na mocy uprzedniego pisemnego upoważnienia przez Rice University.