Przejdź do treściPrzejdź do informacji o dostępnościMenu skrótów klawiszowych
Logo OpenStax
Fizyka dla szkół wyższych. Tom 2

Rozdział 11

Fizyka dla szkół wyższych. Tom 2Rozdział 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

Ten podręcznik nie może być wykorzystywany do trenowania sztucznej inteligencji ani do przetwarzania przez systemy sztucznej inteligencji bez zgody OpenStax lub OpenStax Poland.

Chcesz zacytować, udostępnić albo zmodyfikować treść tej książki? Została ona wydana na licencji Uznanie autorstwa (CC BY) , 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

© 21 wrz 2022 OpenStax. Treść książki została wytworzona przez OpenStax na licencji Uznanie autorstwa (CC BY) . 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.