Zadania dodatkowe
Podgrzewacz do butelek na jedzenie dla niemowląt zasilany baterią 12-woltową podgrzewa szkła, zupki i aluminium od do .
- Jaki ładunek przepływa w tym celu z baterii przez obwód elektryczny podgrzewacza?
- Ile elektronów przepływa przez grzałkę podgrzewacza w ciągu sekundy, jeśli podgrzewanie trwa ?
Wskazówka: Załóż, że zupka dla niemowlaka ma ciepło właściwe wody. Ciepła właściwe szkła i aluminium znajdziesz w poprzednich rozdziałach lub w Internecie.
Samochód elektryczny używa systemu akumulatorów o napięciu . Jaki ładunek musi być przeniesiony przez akumulatory, aby samochód o masie mógł zostać przyspieszony ze spoczynku do prędkości , następnie ze stałą prędkością pokonał wzniesienie o wysokości i wreszcie z tą samą prędkością przez godzinę wjeżdżał pod górę z siłą ciągu silnika równą ?
Jakie napięcie panuje tuż przy powierzchni metalowej kuli o średnicy , w której zgromadzono dodatni ładunek nadmiarowy w wysokości ?
Jednorodnie naładowany cienki pierścień o promieniu leży na nieprzewodzącym stole. Zmierzono, że w odległości powyżej środka pierścienia potencjał ma wartość względem poziomu odniesienia w nieskończoności. Jaki ładunek jest zgromadzony w pierścieniu?
Szklany pierścień o promieniu pomalowano elektrostatycznie farbą w ten sposób, że gęstość ładunku wzdłuż pierścienia zmienia się ze współrzędną kątową , zgodnie z zależnością . Znajdź potencjał w odległości od środka pierścienia.
Płyta CD o promieniu jest pomalowana elektrostatycznie farbą w ten sposób, że gęstość ładunku naniesionego wraz z farbą na płytę zmienia się ze współrzędną radialną w następujący sposób: . Znajdź potencjał w punkcie na osi płyty odległym o od jej środka.
Odpowiedz na poniższe pytania.
- Jaką prędkość uzyskuje elektron przyspieszony napięciem , wytworzonym w generatorze Van de Graaffa?
- Co jest „niefizycznego” w tym wyniku?
- Jakie są tego powody?
Nieskończenie duża płaszczyzna jest naładowana ładunkiem powierzchniowym . Jak daleko od siebie znajdują się sąsiednie powierzchnie ekwipotencjalne, między którymi różnica potencjałów wynosi ?
- Znajdź potencjał naładowanego jednorodnie pręta w granicy i porównaj wynik ze wzorem na potencjał ładunku punktowego;
- Dlaczego wynik nie jest zaskakujący?
Mała drewniana kulka o promieniu została pomalowana elektrostatycznie, w wyniku czego na jej powierzchni zgromadził się ładunek . Kulkę następnie umieszczono w środku obojętnej elektrycznie powłoki sferycznej o promieniu wewnętrznym i zewnętrznym , wykonanej ze złota.
- Znajdź potencjał elektryczny mierzony względem nieskończoności, jaki uzyskała złota powłoka;
- Jaki ładunek należałoby zgromadzić na powłoce, aby potencjał wynosił ?
Dwie równoległe, przewodzące, ale nienaładowane płyty, każdą o powierzchni , ustawiono w odległości od siebie. W pewnym momencie elektronów przeniesiono z jednej płyty na drugą.
- Jakie napięcie między płytami w ten sposób uzyskano?
- Jaka różnica potencjałów panuje między dodatnio naładowaną płytą a punktem w obszarze pomiędzy płytami odległym o od tej płyty?
Ładunek punktowy umieszczono w środku nienaładowanej, przewodzącej powłoki sferycznej o promieniach i . Znajdź potencjał elektryczny w punkcie
- ;
- ;
- .
Ziemia gromadzi wypadkowy ładunek, który wytwarza pole o natężeniu , skierowane do środka planety.
- Jaki jest znak i wielkość ładunku zgromadzonego w Ziemi? Pamiętaj, że potencjał kuli lub sfery jest taki jak potencjał ładunku punktowego umieszczonego w środku;
- Jakie przyspieszenie nadaje pole elektryczne Ziemi umieszczonemu tuż przy powierzchni swobodnemu elektronowi?
- Jaką masę musi mieć cząsteczka obdarzona ładunkiem elektronu, żeby ziemskie pole elektryczne równoważyło pole grawitacyjne działające na tę cząsteczkę?
Dwa ładunki punktowe i umieszczono w odległości od siebie.
- W jakim punkcie na linii między ładunkami znajduje się punkt, w którym wypadkowe natężenie pola wynosi zero?
- Jakie natężenie pola występuje dokładnie w połowie odległości między ładunkami?
Co możesz powiedzieć o wielkości ładunków i , jeśli pole elektryczne w odległości między nimi ma zerowe natężenie?
Oblicz częstość kątową elektronu krążącego wokół protonu w atomie wodoru po orbicie kołowej o promieniu . Załóż, że proton pozostaje w spoczynku, a siła dośrodkowa działająca na elektron pochodzi od siły Coulomba.
Elektron o prędkości początkowej wpada w obszar jednorodnego pola elektrycznego o natężeniu tak, że doznaje przyspieszenia w kierunku przeciwnym do wektora swojej prędkości początkowej (elektron jest opóźniany).
- Jaki jest kierunek linii pola?
- Jaki dystans pokona elektron, zanim się zatrzyma?
- Ile czasu to zajmie?
- Z jaką prędkością końcową elektron wróci do punktu początkowego?