Przejdź do treściPrzejdź do informacji o dostępności
Logo OpenStax
Fizyka dla szkół wyższych. Tom 2

Rozdział 11

Fizyka dla szkół wyższych. Tom 2Rozdział 11

Rozdział 11

Sprawdź, czy rozumiesz

11.1

a. 0 ⁢ N 0⁢N; b. 2,4 ⋅ 10 − 14 ⁢ N ⋅ k ̂ 2,4 ⋅ 10 − 14 ⁢ N ⋅ k ̂ ; c. 2,4 ⋅ 10 − 14 ⁢ N ⋅ j ̂ 2,4 ⋅ 10 − 14 ⁢ N ⋅ j ̂ ; d. 7,2 ⋅ 10 − 15 ⁢ N ⋅ j ̂ + 2,2 ⋅ 10 − 15 ⁢ N ⋅ k ̂ 7,2 ⋅ 10 − 15 ⁢ N ⋅ j ̂ + 2,2 ⋅ 10 − 15 ⁢ N ⋅ k ̂ .

11.2

a. 9,6 ⋅ 10 −12 ⁢ N 9,6 ⋅ 10 −12 ⁢N zwrócona na południe; b. Fg∕F=1,7⋅10-15Fg∕F=1,7⋅10-15 F_{\text{g}} / F = \num{1,7e-15}.

11.3

a. Wygina się do góry; b. Wygnie się w dół.

11.4

a. Równolegle lub antyrównolegle; b. Prostopadle.

11.5

a. 1,1 ⁢ T 1,1⁢T; b. 1,6 ⁢ T 1,6⁢T.

11.6

0,32 ⁢ m 0,32⁢m.

Pytania

1.

Oba zależą od pól. Siła elektryczna zależy od ładunku, a siła magnetyczna od prądu lub inaczej – od tempa przepływu ładunku.

3.

Wartości sił magnetycznych działających na proton i elektron są takie same, skoro obie cząstki mają taki sam ładunek elektryczny. Ich zwroty są jednak przeciwne. Przyspieszenia są przeciwnie zwrócone, ale elektron ma większe przyspieszenie niż proton ze względu na mniejszą masę.

5.

Pole magnetyczne musi być skierowane równolegle do prędkości, zwrócone tak samo lub przeciwnie.

7.

Kompas ustawia się w kierunku północnego bieguna elektromagnesu.

9.

Prędkość i pole magnetyczne mogą być wybrane w dowolnych kierunkach. Jeżeli występuje siła, prędkość jest prostopadła do niej. Pole magnetyczne jest także prostopadłe do siły, jeżeli ta występuje.

11.

Siła działająca na drut jest wywierana przez zewnętrzne pole magnetyczne wytworzone przez inny drut lub magnes.

13.

W słabych przewodnikach koncentracja nośników ładunku n n jest niższa, co jest związane z wyższym napięciem Halla, zgodnie ze wzorem wyrażającym efekt Halla. W dobrych przewodnikach koncentracja nośników ładunku jest wyższa, zatem napięcie Halla – niższe.

Zadania

15.

a. W lewo; b. Za płaszczyznę rysunku; c. W górę; d. Brak siły; e. W prawo; f. W dół.

17.

a. W prawo; b. Za płaszczyznę rysunku; c. W dół.

19.

a. Za płaszczyznę rysunku; b. W lewo; c. Od płaszczyzny rysunku.

21.

a. 2,64 ⋅ 10 − 8 ⁢ N 2,64 ⋅ 10 − 8 ⁢N; b. Siła jest bardzo mała, co oznacza, że wpływ statycznych ładunków na samoloty jest pomijalny.

23.

10,1 ° 10,1°, 169,9 ° 169,9°.

25.

4,27 ⁢ m 4,27⁢m.

27.

a. 4,8 ⋅ 10 −19 ⁢ C 4,8 ⋅ 10 −19 ⁢C; b. 3 3; c. Stosunek ten powinien być liczbą całkowitą, ponieważ ładunki są wielokrotnościami ładunku elektronu. Nie istnieją ładunki swobodne, których wartości byłyby mniejsze od tego ładunku elementarnego.

29.

a. 4,09 ⋅ 10 3 ⁢ m ∕ s 4,09 ⋅ 10 3 ⁢ m ∕ s ; b. 7,83 ⋅ 10 3 ⁢ m 7,83 ⋅ 10 3 ⁢m; c. 1,75 ⋅ 10 5 ⁢ m ∕ s 1,75 ⋅ 10 5 ⁢ m ∕ s , stąd 1,83 ⋅ 10 2 ⁢ m 1,83 ⋅ 10 2 ⁢m; d. 4,27 ⁢ m 4,27⁢m.

31.

a. 1,8 ⋅ 10 7 ⁢ m ∕ s 1,8 ⋅ 10 7 ⁢ m ∕ s ; b. 6,8 ⋅ 10 6 ⁢ eV 6,8 ⋅ 10 6 ⁢eV; c. 6,8 ⋅ 10 6 ⁢ V 6,8 ⋅ 10 6 ⁢V.

33.

a. W lewo; b. Do płaszczyzny rysunku; c. W górę; d. Brak siły; e. W prawo; f. W dół.

35.

a. Do płaszczyzny rysunku; b. W lewo; c. Od płaszczyzny rysunku.

37.

a. 2,5 ⁢ N 2,5⁢N; b. Oznacza to, że przewody zasilające linię superszybkiej kolei muszą być zakotwiczone (zamocowane na całej długości), żeby nie przemieszczały się pod wpływem siły wywołanej przez ziemskie pole magnetyczne.

39.

a. M = N ⁢ I ⁢ S ⁢ B M= N ⁢ I ⁢ S ⁢ B , więc M M maleje o 5 ⁢ % 5⁢%, gdy B B maleje o 5 ⁢ % 5⁢%; b. Zwiększyć o 5,26 ⁢ % 5,26⁢%.

41.

10 ⁢ A 10⁢A.

43.

A ⁢ m 2 ⋅ T = A ⁢ m 2 ⋅ N A ⁢ m = N ⁢ m A ⁢ m 2 ⋅ T = A ⁢ m 2 ⋅ N A ⁢ m = N ⁢ m \si{\ampere\metre\squared} \cdot \si{\tesla} = \si{\ampere\metre\squared} \cdot \frac{\si{\newton}}{\si{\ampere\metre}} = \si{\newton\metre} .

45.

3,48 ⋅ 10 − 26 ⁢ N ⁢ m 3,48 ⋅ 10 − 26 ⁢ N ⁢ m .

47.

0,666 ⁢ N ⁢ m 0,666⁢ N ⁢ m .

49.

5,8 ⋅ 10 −7 ⁢ V 5,8 ⋅ 10 −7 ⁢V.

51.

4,8 ⋅ 10 7 ⁢ C ∕ kg 4,8 ⋅ 10 7 ⁢ C ∕ kg .

53.

a. 4,4 ⋅ 10 − 8 ⁢ s 4,4 ⋅ 10 − 8 ⁢s; b. 0,21 ⁢ m 0,21⁢m.

55.

a. 1,92 ⋅ 10 − 12 ⁢ J 1,92 ⋅ 10 − 12 ⁢J; b. 12 ⁢ MeV 12⁢MeV; c. 12 ⁢ MeV 12⁢MeV; d. 52 ⁢ ns 52⁢ns; e. 1,92 ⋅ 10 − 12 ⁢ J 1,92 ⋅ 10 − 12 ⁢J, 12 ⁢ MeV 12⁢MeV, 12 ⁢ MeV 12⁢MeV, 104 ⁢ ns 104⁢ns.

57.

a. 2,5 ⋅ 10 − 2 ⁢ m 2,5 ⋅ 10 − 2 ⁢m; b. Zdecydowanie tak; odległość 2,5 ⁢ cm 2,5⁢cm pomiędzy trajektoriami jest wystarczająco duża do oddzielenia 235U od 238U.

Zadania dodatkowe

59.

− 7,2 ⋅ 10 − 15 ⁢ N ⋅ j ̂ − 7,2 ⋅ 10 − 15 ⁢ N ⋅ j ̂ .

61.

9,8 ⋅ 10 − 5 ⁢ T ⋅ j ̂ 9,8 ⋅ 10 − 5 ⁢ T ⋅ j ̂ ; siły magnetyczna i grawitacyjna muszą się wzajemnie równoważyć, aby była utrzymywana równowaga dynamiczna.

63.

1,13 ⋅ 10 − 3 ⁢ T 1,13 ⋅ 10 − 3 ⁢T.

65.

1,6 ⋅ 10 5 ⁢ V ∕ m ⋅ i ̂ − 1,4 ⋅ 10 5 ⁢ V ∕ m ⋅ j ̂ − 1,1 ⋅ 10 5 ⁢ V ∕ m ⋅ k ̂ 1,6 ⋅ 10 5 ⁢ V ∕ m ⋅ i ̂ − 1,4 ⋅ 10 5 ⁢ V ∕ m ⋅ j ̂ − 1,1 ⋅ 10 5 ⁢ V ∕ m ⋅ k ̂ .

67.

a. Ruch po okręgu, w płaszczyźnie kierunków poziomego i pionowego; b. 1,61 ⋅ 10 − 14 ⁢ N ⋅ j ̂ − 0,58 ⋅ 10 − 14 ⁢ N ⋅ k ̂ 1,61 ⋅ 10 − 14 ⁢ N ⋅ j ̂ − 0,58 ⋅ 10 − 14 ⁢ N ⋅ k ̂ .

69.

Masa protonu jest większa od masy elektronu, dlatego promień i okres orbity protonu są większe.

71.

1,3 ⋅ 10 − 25 ⁢ kg 1,3 ⋅ 10 − 25 ⁢kg.

73.

1:0, 707:1.

75.

1 ∕ 4 1∕4.

77.

a. 2,3 ⋅ 10 − 4 ⁢ m 2,3 ⋅ 10 − 4 ⁢m; b. 1,37 ⋅ 10 − 4 ⁢ T 1,37 ⋅ 10 − 4 ⁢T.

79.

a. 30 ° 30°; b. 4,8 ⁢ N 4,8⁢N.

81.

a. 0,283 ⁢ N 0,283⁢N; b. 0,4 ⁢ N 0,4⁢N; c. 0 ⁢ N 0⁢N; d. 0 ⁢ N 0⁢N.

83.

0 ⁢ N 0⁢N, 0,01 ⁢ N ⁢ m 0,01⁢ N ⁢ m .

85.

a. 0,31 ⁢ A ⁢ m 2 0,31⁢ A ⁢ m 2 ; b. 0,16 ⁢ N ⁢ m 0,16⁢ N ⁢ m .

87.

0,024 ⁢ A ⁢ m 2 0,024⁢ A ⁢ m 2 .

89.

a. 0,16 ⁢ A ⁢ m 2 0,16⁢ A ⁢ m 2 ; b. 0,016 ⁢ N ⁢ m 0,016⁢ N ⁢ m ; c. 0,028 ⁢ J 0,028⁢J.

91.

Z definicji magnetycznego momentu dipolowego otrzymujemy μ = I ⋅ S = Δ Q ∕ Δ t ⋅ S = e ∕ T ⋅ π ⁢ r 2 = e ∕ 2 ⁢ π ⁢ r ∕ v ⋅ π ⁢ r 2 = e ⁢ v ⁢ r ∕ 2 μ = I ⋅ S = Δ Q ∕ Δ t ⋅ S = e ∕ T ⋅ π ⁢ r 2 = e ∕ 2 ⁢ π ⁢ r ∕ v ⋅ π ⁢ r 2 = e ⁢ v ⁢ r ∕ 2 \mu = I\cdot S = \prefop{\Delta} Q / \prefop{\Delta} t \cdot S = e/T \cdot \pi r^2 = e / (2\pi r / v) \cdot \pi r^2 = evr/2 . Z kolei moment pędu równy jest L → = r → × p → ⇒ L = r ⁢ p = r ⁢ m ⁢ v L → = r → × p → ⇒ L = r ⁢ p = r ⁢ m ⁢ v \vec{L} = \vec{r} \times \vec{p} \implies L = rp = rmv . Otrzymujemy zatem μ ∕ L = e ⁢ v ⁢ r ∕ 2 ∕ r ⁢ m ⁢ v = e ∕ 2 ⁢ m μ ∕ L = e ⁢ v ⁢ r ∕ 2 ∕ r ⁢ m ⁢ v = e ∕ 2 ⁢ m \mu / L = (evr/2)/(rmv) = e/(2m) .

93.

4,65 ⋅ 10 − 7 ⁢ V 4,65 ⋅ 10 − 7 ⁢V.

95.

Ponieważ U = B ⁢ l ⁢ v d U= B ⁢ l ⁢ v d , gdzie długość jest dwukrotnością promienia, l = 2 ⁢ r l= 2 ⁢ r , I = n ⁢ q ⁢ S ⁢ v d I= n ⁢ q ⁢ S ⁢ v d , v d = I ∕ n ⁢ q ⁢ S = I ∕ n ⁢ q ⁢ π ⁢ r 2 v d = I ∕ n ⁢ q ⁢ S = I ∕ n ⁢ q ⁢ π ⁢ r 2 , zatem U = B ⋅ 2 ⁢ r ⋅ I ∕ n ⁢ q ⁢ π ⁢ r 2 = 2 ⁢ I ⁢ B ∕ n ⁢ q ⁢ π ⁢ r ∝ 1 ∕ r ∝ 1 ∕ d U = B ⋅ 2 ⁢ r ⋅ I ∕ n ⁢ q ⁢ π ⁢ r 2 = 2 ⁢ I ⁢ B ∕ n ⁢ q ⁢ π ⁢ r ∝ 1 ∕ r ∝ 1 ∕ d . Napięcie Halla jest odwrotnie proporcjonalne do średnicy drutu.

97.

6,92 ⋅ 10 7 ⁢ m ∕ s 6,92 ⋅ 10 7 ⁢ m ∕ s , 0,602 ⁢ m 0,602⁢m.

99.

a. 2,4 ⋅ 10 − 19 ⁢ C 2,4 ⋅ 10 − 19 ⁢C; b. Niecałkowita wielokrotność e e; c. Należy założyć, że wszystkie ładunki są wielokrotnościami e e.

101.

a. B = 5 ⁢ T B= 5 ⁢ T ; b. Bardzo duży magnes; c. Zastosowanie bardzo wysokiego napięcia.

Zadania trudniejsze

103.

R = m ⁢ v ⁢ sin θ ∕ q ⁢ B R= m ⁢ v ⁢ sin θ ∕ q ⁢ B , p = 2 ⁢ π ⁢ m ∕ e ⁢ B ⋅ v ⁢ cos θ p= 2 ⁢ π ⁢ m ∕ e ⁢ B ⋅ v ⁢ cos θ .

105.

I ⁢ a ⁢ L 2 ∕ 2 I ⁢ a ⁢ L 2 ∕2.

107.

m = q ⁢ B 0 2 ⁢ x 2 ∕ 8 ⁢ U przysp m= q ⁢ B 0 2 ⁢ x 2 ∕ 8 ⁢ U przysp .

109.

0,01 ⁢ N 0,01⁢N.

PoprzedniaNastępna
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.