Przejdź do treściPrzejdź do informacji o dostępności

Zadania trudniejsze

75.

Miedzianemu przewodowi o długości LL nadano kształt kołowej cewki o NN zwojach. Płaszczyznę tej cewki przenika zmienny w czasie strumień magnetyczny. Przy jakiej wartości liczby NN indukowana w cewce siła elektromotoryczna będzie maksymalna?

76.

Miedziany arkusz o masie 0,5⁢kg0,5⁢kg spada w poziomym, jednorodnym polu magnetycznym o wartości indukcji równej 1,5⁢T1,5⁢T. Wartość końcowej prędkości tego spadku wynosi 2⁢m∕s2⁢m∕s.

  1. Oblicz wypadkową siłę magnetyczną działającą na arkusz poruszający się z końcową prędkością spadku;
  2. Opisz mechanizm powstawania tej siły;
  3. Oblicz moc wydzielaną w postaci ciepła Joule’a podczas ruchu arkusza z prędkością końcową.
77.

Okrągły miedziany dysk o promieniu 7,5⁢cm7,5⁢cm obraca się z prędkością 2400⁢obr∕min2400⁢obr∕min wokół osi przechodzącej przez środek tegoż dysku i prostopadłej do jego płaszczyzny. Dysk umieszczono w jednorodnym polu magnetycznym, którego wektor indukcji B→B→ jest równoległy do osi obrotu. Oblicz różnicę potencjałów pomiędzy obrzeżem dysku a jego osią, jeżeli wartość indukcji magnetycznej wynosi 1,2⁢T1,2⁢T.

78.

Przedstawiony na poniższym rysunku krótki pręt o długości aa porusza się z prędkością v→v→, równolegle do nieskończonego przewodu, w którym płynie prąd o natężeniu II. Odległość bliższego końca pręta od tego przewodu wynosi bb. Oblicz siłę elektromotoryczną indukowaną w pręcie.

79.

Przedstawiony na poniższym rysunku prostokątny obwód elektryczny zawierający rezystor o wartości RR odsuwa się z prędkością v→v→ od długiego, prostoliniowego przewodu, w którym płynie prąd o natężeniu I0I0. Wyprowadź równanie opisujące natężenie prądu indukowanego w obwodzie w funkcji odległości xx pomiędzy przewodem a bliższym bokiem tego obwodu.

80.

Dwa nieskończenie długie solenoidy przecinają płaszczyznę obwodu elektrycznego w sposób pokazany na rysunku. Promienie solenoidów wynoszą odpowiednio 0,1⁢m0,1⁢m i 0,2⁢m0,2⁢m. Natężenie prądu płynącego w każdym z solenoidów zmienia się tak, że szybkość zmiany wartości indukcji magnetycznej dB∕dt=0,5⁢T∕sdB∕dt=0,5⁢T∕s. Oblicz natężenia prądów w każdym z rezystorów tego obwodu.

81.

Poniższy rysunek przedstawia ośmiozwojową cewkę ciasno nawiniętą wokół bocznej powierzchni długiego solenoidu. Solenoid nawinięto z gęstością 10 zwojów na centymetr długości, a jego promień wynosi 2⁢cm2⁢cm. W uzwojeniu solenoidu płynie prąd, którego natężenie rośnie w czasie zgodnie z funkcją I=I0⁢1−e−α⁢tI=I0⁢1−e−α⁢t, gdzie I0=4⁢AI0=4⁢A i α=2⋅10−2⁢s−1α=2⋅10−2⁢s−1. Wyznacz siłę elektromotoryczną indukowaną w cewce, gdy

  1. t=0⁢st=0⁢s;
  2. t=102⁢st=102⁢s;
  3. t⟶∞t⟶∞.


82.

Poniżej przedstawiono długą prostokątną ramkę o szerokości aa, długości bb, masie mm i rezystancji RR. Ramka, początkowo spoczywająca przy granicy obszaru jednorodnego pola magnetycznego o indukcji B→B→, pod działaniem stałej siły F→F→ wnika w ten obszar. Wyznacz prędkość ramki w funkcji czasu.

83.

Belka o masie mm, rezystancji RR i przekroju kwadratowym ześlizguje się bez tarcia po bardzo długich, równoległych przewodzących szynach, jak przedstawiono na poniższym rysunku. Odległość pomiędzy szynami wynosi ll, a ich końce u podnóża utworzonej w ten sposób równi pochyłej połączone są odcinkiem przewodu. Szyny nachylone są do poziomu pod kątem θθ, a układ znajduje się w pionowym, jednorodnym polu magnetycznym o indukcji B→B→.

  1. Wykaż, że zsuwająca się belka osiągnie graniczną prędkość v=m⁢g⁢R⁢sinθ∕B2⁢l2⁢cos2θv=m⁢g⁢R⁢sinθ∕B2⁢l2⁢cos2θ v = mgR\sin \theta /(B^2 l^2 \cos^2 \theta);
  2. Oblicz pracę wykonaną w jednostce czasu przez siłę ciężkości;
  3. Jaki będzie skutek odwrócenia wektora indukcji B→B→? Przyjmij, że rezystancja szyn oraz łączącego je przewodu jest pomijalnie mała.


84.

Poniższy rysunek przedstawia metalowy pierścień, którego wewnętrzny promień wynosi r1r1, a promień zewnętrzny równy jest r2r2. Pierścień obraca się z prędkością kątową ωω wokół osi przechodzącej przez jego środek i umieszczony jest w jednorodnym, równoległym do tej osi polu magnetycznym o indukcji B→B→. Do wewnętrznej i zewnętrznej powierzchni pierścienia przylegają szczotki, które połączono z woltomierzem. Co wskazuje woltomierz?

85.

Długi solenoid nawinięty z gęstością 1010 zwojów na centymetr długości umieszczono współosiowo wewnątrz miedzianego pierścienia. Promień pierścienia wynosi 10⁢cm10⁢cm, a promień solenoidu jest równy 5⁢cm5⁢cm.

  1. Oblicz siłę elektromotoryczną indukowaną w pierścieniu, jeżeli natężenie prądu w solenoidzie I=5⁢AI=5⁢A i zmienia się w czasie z szybkością dI∕dt=100⁢A∕sdI∕dt=100⁢A∕s;
  2. Oblicz SEM indukowaną w pierścieniu, jeżeli I=2⁢AI=2⁢A, przy niezmienionej wartości dI∕dtdI∕dt;
  3. W obu przypadkach określ wartość natężenia pola elektrycznego wewnątrz tego pierścienia;
  4. Przyjmijmy, że pierścień przemieszczono względem solenoidu tak, że ich osie pozostają równoległe, ale nie pokrywają się, przy czym solenoid znajduje się nadal wewnątrz pierścienia. Jaka jest teraz wartość SEM indukowanej w tym pierścieniu?
  5. Czy możliwe jest obecnie obliczenie natężenia pola elektrycznego wewnątrz pierścienia w sposób taki, jak w części (c) zadania?
86.

Natężenie prądu w długim prostoliniowym przewodzie przedstawionym na załączonym rysunku zmienia się w czasie zgodnie z formułą I=I0⁢sinω⁢tI=I0⁢sinω⁢t, w której I0=15⁢AI0=15⁢A, a ω=100⁢π⁢rad∕sω=100⁢π⁢rad∕s. Oblicz natężenie prądu indukowanego w prostokątnej ramce w chwili

  1. t=0⁢st=0⁢s;
  2. t=2,1⋅10−3⁢st=2,1⋅10−3⁢s.


87.

Pięćsetzwojowa cewka o powierzchni 0,25⁢m20,25⁢m2 obraca się w ziemskim polu magnetycznym o wartości indukcji równej 5⋅10−5⁢T5⋅10−5⁢T. Maksymalna wartość indukowanej w cewce siły elektromotorycznej wynosi wówczas 12⁢kV12⁢kV.

  1. Z jaką prędkością kątową obraca się cewka?
  2. Czy obliczona wartość jest możliwa do osiągnięcia?
  3. Który z warunków zadania powoduje taki wynik?
88.

Wykonaną z drutu kołową pętlę o promieniu 10⁢cm10⁢cm zaopatrzono w pionową oś i umieszczono w jednorodnym, prostopadłym do tejże osi polu magnetycznym o wartości indukcji wynoszącej 2⋅10−4⁢T2⋅10−4⁢T. Pętla obraca się wokół tej osi z częstotliwością 5⁢Hz5⁢Hz.

  1. Wyprowadź wyrażenie opisujące zmianę w czasie strumienia magnetycznego przenikającego pętlę;
  2. Wyraź w funkcji czasu natężenie prądu płynącego w pętli, jeżeli jej rezystancja wynosi 10⁢Ω10⁢Ω.
89.

W długim solenoidzie o promieniu aa nawiniętym z gęstością nn zwojów na jednostkę długości płynie prąd zmienny o natężeniu opisanym funkcją I⁡t=I0⁢sinω⁢tI⁡t=I0⁢sinω⁢t, w której I0I0 oraz ωω są stałymi. Solenoid otacza dwuzwojowa pętla wykonana z drutu o rezystancji RR. Promień pętli bb jest większy od promienia solenoidu (b>ab>a). Wyznacz natężenie prądu indukowanego w tej pętli w chwili t=0⁢st=0⁢s.

90.

Prostokątna miedziana ramka o masie równej 100⁢g100⁢g i rezystancji wynoszącej 0,2⁢Ω0,2⁢Ω znajduje się w obszarze jednorodnego pola magnetycznego. Pole magnetyczne jest prostopadłe do powierzchni tej ramki i równoległe do powierzchni Ziemi, jak przedstawiono na poniższym rysunku. W położeniu spoczynkowym dolna krawędź ramki znajduje się na granicy obszaru występowania pola magnetycznego, a w chwili t=0⁢st=0⁢s ramka zaczyna opadać.

  1. Wyprowadź wyrażenie opisujące prędkość ramki w chwili, gdy opuszcza ona obszar pola;
  2. Oblicz czas, w którym ramka opuści obszar tego pola. Przyjmij następujące wartości liczbowe: a=25⁢cma=25⁢cm, b=50⁢cmb=50⁢cm, B=3⁢TB=3⁢T, g=9,8⁢m∕s2g=9,8⁢m∕s2. Załóż, że wartość indukcji pola magnetycznego wzbudzanego prądu jest pomijalnie mała w stosunku do B=3⁢TB=3⁢T.


91.

Metalowy pręt o masie mm może ślizgać się bez tarcia po dwóch równoległych szynach odległych od siebie o DD. Układ znajduje się w jednorodnym polu magnetycznym o wartości indukcji B0B0, prostopadłym do płaszczyzny, na której leżą szyny, jak przedstawiono na poniższym rysunku. Obie szyny połączone są na jednym z końców rezystorem, którego rezystancja jest znacznie większa niż rezystancja szyn i pręta. W pewnej chwili prętowi nadano prędkość początkową v0v0 i stwierdzono następnie, że jego prędkość systematycznie spada. Oblicz odległość, którą przebędzie pręt do chwili zatrzymania się. Załóż, że wartość indukcji pola magnetycznego wzbudzanego prądu jest pomijalnie mała w stosunku do B0B0.

92.

Zależne od czasu pole magnetyczne o indukcji B⁡tB⁡t wypełnia cylindryczny obszar o promieniu RR. Wewnątrz tego obszaru, na płaszczyźnie jego przekroju poprzecznego, w pewnej odległości od średnicy przekroju, umieszczono przewodzący pręt o długości 2⁢D2⁢D, tak że końce pręta znajdują się na granicy obszaru pola. Wykaż, że siła elektromotoryczna pomiędzy końcami tego pręta opisana jest formułą: dB∕dt⋅D⁢R2−D2dB∕dt⋅D⁢R2−D2. Przyjmij, że pole magnetyczne jest prostopadłe do płaszczyzny przekroju i jest do niej zwrócone. (Wskazówka: Aby znaleźć SEM pomiędzy końcami pręta, należy obliczyć całkę z natężenia pola elektrycznego po długości tegoż pręta. Pole elektryczne można określić, korzystając z postaci prawa Faradaya, znanego pod nazwą „prawa Ampère’a dla natężenia pola elektrycznego”).

Cytowanie i udostępnianie
Ponowne wykorzystanie i redystrybucja tej treści w formacie cyfrowym lub drukowanym:
  • Ten podręcznik nie może być wykorzystywany do trenowania dużych modeli językowych ani w żaden inny sposób przetwarzany przez duże modele językowe lub rozwiązania generatywnej sztucznej inteligencji bez uprzedniej pisemnej zgody OpenStax Poland.
  • Ten podręcznik jest wydany na licencji Uznanie autorstwa (CC BY), co oznacza, że możesz ponownie wykorzystywać i modyfikować materiał wyłącznie w celach niekomercyjnych, musisz uznać autorstwo OpenStax Poland oraz musisz rozpowszechniać wszelkie utwory zależne na tej samej licencji.
  • Jakikolwiek komercyjny druk tego podręcznika, w tym z wykorzystaniem lokalnej lub niestandardowej drukarni, wymaga zgody OpenStax Poland oraz podania odpowiedniego cytowania.
  • Obrazy, aktywności, testy i podobne elementy tego podręcznika objęte prawami autorskimi OpenStax Poland podlegają tej samej licencji – CC-BY-NC-SA. Mogą być wykorzystywane w celach niekomercyjnych z uznaniem autorstwa. Użycie komercyjne wymaga zgody.
  • Prośby o zgodę: Każdy, kto zamierza włączyć tę treść (w tym tekst, obrazy i inne elementy) do dużych modeli językowych, wykorzystać ją w rozwiązaniach opartych na sztucznej inteligencji, użyć jej komercyjnie (w tym w druku) i/lub ma pytania dotyczące innego przypadku użycia, może skorzystać z naszego formularza wniosku o ponowne wykorzystanie.
Cytowanie i udostępnienia
  • Jeśli rozpowszechniasz tę książkę w formie drukowanej w celach niekomercyjnych, 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 w celach niekomercyjnych, dla każdej strony zawierającej treści OpenStax musisz udostępnić utwór zależny na tej samej licencji CC-BY-NC-SA co oryginał oraz na każdym widoku strony umieścić 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

Poniższe informacje zawierają dane potrzebne do utworzenia cytowania w większości głównych stylów (APA, MLA itp.); musisz przeformatować i zorganizować te informacje zgodnie z wymaganiami danego stylu. Jeśli chcesz zacytować tę książkę, skorzystaj z dostępnych narzędzi do tworzenia wpisów bibliograficznych, jak np.: ten.

© 21 wrz 2022 OpenStax Poland. Treść książki została wytworzona przez OpenStax na licencji Uznanie autorstwa (CC BY). Nazwa OpenStax Poland i OpenStax, logo OpenStax Poland i OpenStax, okładki OpenStax Poland iOpenStax, nazwa OpenStax CNX oraz OpenStax CNX logo, jak również nazwa i logo Rice University oraz powiązane znaki towarowe i słowne, nie podlegają licencji Creative Commons i wykorzystanie ich jest dozwolone wyłącznie na mocy uprzedniego pisemnego upoważnienia przez Rice University.