Как решать задачи с эдс физика

Задачи на применение закона электромагнитной индукции с решением

Закон электромагнитной индукции, или закон Фарадея – основной закон электродинамики. В сегодняшней статье разберем решение нескольких задач на применение закона электромагнитной индукции.

Подписывайтесь на наш телеграм – там есть не только задачи, но и много интересного для учащихся всех специальностей. А еще, не пропустите приятные скидки и акции на нашем втором канале!

Электромагнитная индукция: задачи с решением

Прежде чем решать задачи на электромагнитную индукцию, вспомните теорию и держите под рукой полезные формулы.

Не знаете, как подступиться к задаче? Держите универсальную памятку по решению абсолютно любых физических задач.

Задача №1 на закон электромагнитной индукции

Условие

Проводник, свитый в 5 витков, находится в магнитном поле. Магнитный поток через поверхность витка изменяется по закону Ф t = 50 — 3 t ( В б ) . Определить направление и силу индукционного тока в проводнике, если его сопротивление равно 5 Ом.

Решение

Согласно основному закону электромагнитной индукции в проводнике возникает ЭДС индукции, величина которой определяется скоростью изменения магнитного потока, пронизывающего контур:

Индукционный ток в проводнике можно найти по закону Ома:

Вычислим производную и найдем ток:

d Ф d t = d 50 — 3 t d t = — 3

I = 3 N R = 3 · 5 5 = 3 А

Уменьшение потока вызывает увеличение ЭДС, то есть направления потока и поля индукционного тока совпадают:

Ответ: 3 А.

Задача №2 на закон электромагнитной индукции

Условие

По катушке индуктивностью L=8 мкГн течет ток I=6 А. Определить среднее значение ЭДС самоиндукции, возникающей в контуре, если сила тока изменяется практически до нуля за время ∆t=5 мс.

Решение

По определению, магнитный поток равен:

ЭДС самоиндукции определим по закону Фарадея:

Учитывая, что индуктивность неизменна, и магнитный поток изменяется только за счёт изменения силы тока до нуля (ΔI = I), можно записать:

Подставим числа и вычислим:

< ε >= — 8 · 10 — 6 · 6 5 · 10 — 3 = — 9 , 6 · 10 — 3 В

Ответ: -9,6 мВ.

Задача №3 на закон электромагнитной индукции

Условие

Магнитный поток через контур проводника сопротивлением 0,04 Ом за 3 секунды изменился на 0,013 Вб. Найдите силу тока в проводнике, если изменение потока происходило равномерно.

Решение

В данном случае силу тока можно выразить через закон Ома с учетом закона электромагнитной индукции:

I i = ε i R = — ∆ Ф ∆ t 1 R

Подставляем значения и вычисляем:

I i = 0 , 013 3 · 0 , 04 = 0 , 11 А .

Ответ: 0,11 А.

Задача №4 на закон электромагнитной индукции

Условие

Прямой проводящий стержень длиной 40 см находится в однородном магнитном поле с индукцией 0,1 Тл. Концы стержня замкнуты гибким проводом, находящимся вне поля. Сопротивление всей цепи 0,5 Ом. Какая мощность потребуется для равномерного перемещения стержня перпендикулярно линиям магнитной индукции со скоростью 10 м/с?

Решение

Если стержень будет двигаться равномерно, магнитный поток через площадь, «заметаемую» стержнем за некоторое время, будет равен:

Ф = В S = B l v t

При этом разность потенциалов на стержне будет равна ЭДС и, согласно закону электромагнитной индукции Фарадея:

U = d Ф d t = B l v

Искомая мощность будет равна мощности, выделяемой на сопротивлении:

P = U 2 R = B l v 2 R = 0 , 1 · 0 , 4 · 10 2 0 , 5 = 0 , 32 В т

Ответ: 0,32 Вт.

Нужно больше задач на мощность? Читайте наш блог!

Задача №5 на закон электромагнитной индукции

Условие

В проволочное кольцо, присоединенное к баллистическому гальванометру, вставили прямой магнит. При этом по цепи прошел заряд q=50мкКл. Определить изменение магнитного потока через кольцо, если сопротивление цепи гальванометра R=10 Oм.

Решение

По закону Фарадея, ЭДС находится как отношения изменения магнитного потока ко времени, за которое оно произошло:

ε i = ∆ Ф ∆ t ∆ Ф = ε i · t

C другой стороны, по закону Ома, можно записать:

Ток, в свою очередь, равен отношению проходящего заряда ко времени:

C учетом всего этого выражения для ЭДС и потока можно переписать:

ε i = R · ∆ Q ∆ t ∆ Ф = R ∆ Q ∆ t ∆ t = R ∆ Q ∆ Ф = 10 · 50 · 10 — 6 = 5 · 10 — 4 В б

Ответ: 0,5 мВб.

Вопросы на тему «Электромагнитная индукция»

Вопрос 1. Что такое электромагнитная индукция?

Ответ. Электромагнитная индукция — это явление, когда в замкнутом проводнике (контур, рамка) возникает ток, при помещении этого проводника в изменяющееся магнитное поле.

Вопрос 2. Что такое магнитный поток?

Ответ. Магнитный поток, или поток магнитной индукции через какую-то поверхность – это скалярная физическая величина, равна произведению модуля магнитной индукции на площадь данной поверхности и косинус угла между вектором индукции и нормалью к поверхности.

Магнитный поток характеризует густоту силовых линий магнитного поля, пронизывающих поверхность. Единица измерения – Вебер.

Вопрос 3. Сформулируйте закон Фарадея

Ответ. Закон электромагнитной индукции Фарадея гласит:

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего контур, взятой с противоположным знаком.

Вопрос 4. Что означает знак «-» в формуле для закона электромагнитной индукции.

Ответ. Направление индукционного тока определяется по правилу Ленца: индукционный ток всегда имеет такое направление, что он ослабляет действие причины, возбуждающей этот ток. В соответствии с правилом Ленца ток направлен так, что созданный им магнитный поток противодействует изменению внешнего магнитного потока. Именно поэтому в формуле присутствует знак «-».

Вопрос 5. Как закон Фарадея применяется на практике?

Ответ. Закон электромагнитной индукции Фарадея нашел широчайшее применение. В качестве самого распространенного примера можно привести такое устройство, как электродвигатель, принцип действия которого основан именно на этом законе.

Нужна помощь в решении задач и других заданий по учебе? Профессиональный сервис для студентов всегда поспособствует качественному выполнению всех работ.

Задачи по электродинамике с решением

Электродинамика – раздел физики, изучающий электромагнитное поле и его взаимодействия с зарядами. В сегодняшней статье разберем несколько простейших задач по электродинамике.

Присоединяйтесь к нам в телеграме, там много интересного для учащихся всех специальностей. И не забывайте, что на нашем втором канале всегда можно найти приятные скидки и акции.

Задачи по электродинамике с решением

Алгоритм решения задач электродинамики не отличается от алгоритма решения других задач. Если вы не знаете, с чего начать, почитайте теорию по теме и общую памятку для решения физических задач. А еще держите под рукой полезные формулы.

Задача по электродинамике №1. Электростатика

Условие

Три одинаковых точечных заряда q1=q2=q3=1 нКл находятся в вакууме вершинах равностороннего треугольника со стороной r=20 см. Определить модуль и направление силы F, действующей на один из зарядов со стороны двух других.

Решение

По закону Кулона, сила взаимодействия между двумя зарядами равна:

F = 1 4 π ε ε 0 q 1 · q 2 r 2

Так как заряды равны, то

F 1 = F 2 = 1 4 π ε ε 0 q 2 r 2

Силу F3 можно найти из геометрических соотношений для равностороннего треугольника:

F 3 = 2 F 1 cos 30 ° = 1 2 πεε 0 q 2 r 2 · cos 30 F 3 = 1 2 · 3 , 14 · 8 , 85 · 10 — 12 1 · 10 — 9 · 1 · 10 — 9 4 · 10 — 2 · 0 , 86 = 0 , 4 · 10 — 6 Н

Ответ: 4 мкН.

Задача по электродинамике №2. Постоянный ток

Условие

Определите силу тока в проводнике, если его сопротивление равно 60 Ом, а напряжение на концах проводника 120 В.

Решение

Это классическая задача на закон Ома для участка цепи, по которой течет постоянный ток. По закону Ома:

I = U R I = 120 60 = 2 А

Ответ: 2А.

Задача по электродинамике №3. Электромагнитная индукция

Условие

В однородном магнитном поле с индукцией В=0,4Тл с частотой 480 об/мин равномерно вращается рамка. Площадь рамки S=200см, в рамке содержится N=1000 витков. Какое мгновенное значение ЭДС соответствует углу поворота рамки в 30 градусов?

Решение

Согдасно закону электромагнитной индукции, мгновенное значение ЭДС можно определить по формуле:

Магнитный поток Ф, пронизывающий вращающуюся рамку, изменяется во времени по закону:

Ф = В S cos ω t ω = 2 π n

Дифференцируя по времени выражение для магнитного потока, выразим ЭДС:

d Ф d t = d B S cos ω t d t = — B S ω sin ω t ε = N B S ω sin ω t

Подставим выражение для угловой частоты и вычислим:

ε = 2 π n N B S · sin ω t = 2 · 3 , 14 · 8 · 1000 · 0 , 4 · 2 · 10 — 2 · 0 , 5 = 201 В

Ответ: 201 В.

Не забывайте при вычислениях переводить значения величин в систему СИ.

Задача по электродинамике №4. Магнитное поле

Условие

По длинному прямому тонкому проводу течет ток силой I=10 А. Какова магнитная индукция B поля,создаваемого проводником в точке, удаленной от него на расстояние r=5 см.

Решение

Магнитное поле бесконечно длинного проводника с током обладает осевой симметрией. Значение магнитной индукции во всех точках, лежащих на окружности в перпендикулярной проводнику плоскости, будет одинаково. По закону Био-Савара-Лапласа:

Подставим значения и вычислим:

B = 1 , 25 · 10 — 6 · 10 2 · 3 , 14 · 5 · 10 — 2 = 30 · 10 — 6 Т л

Ответ: 30 мкТл.

Задача по электродинамике №5. Работа и мощность тока

Условие

Какова работа электрического тока в паяльнике, если сила тока в цепи равна 2 А, а сопротивление паяльника – 40 Ом? Время работы паяльника – 15 минут. Какое количество теплоты выделится в паяльнике за это время?

Решение

По закону Джоуля-Ленца, когда по неподвижному проводнику сопротивлением R течет ток, выделяется количество теплоты:

∆ Q = I U ∆ t = I 2 R ∆ t

Это и есть работа тока:

Подставим значения и вычислим:

A = I 2 R ∆ t = 4 · 40 · 900 = 144 к Д ж

Ответ: 144 кДж.

Нужно больше задач? Вам также может быть интересно:

1. Задачи на электрическое поле.
2. Задачи на постоянный электрический ток.
3. Задачи на магнитное поле.

Вопросы по теме «Электродинамика»

Вопрос 1. Что изучает электродинамика?

Ответ. Электродинамика явлется очень широкой областью знаний. Предметом ее изучения являются любые электрические и магнитные взаимодействия.

Разделяют классическую и квантовую электродинамику.

Вопрос 2. Сформулируйте закон Кулона.

Ответ. Закон Кулона гласит:

Сила взаимодействия двух точечных зарядов в вакууме направлена вдоль прямой, соединяющей эти заряды, пропорциональна их величинам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Она является силой притяжения, если знаки зарядов разные, и силой отталкивания, если эти знаки одинаковы.

Вопрос 3. Сформулируйте закон электромагнитной индукции Фарадея.

Ответ. Закон Фарадея гласит:

ЭДС индукции в замкнутом контуре равна скорости изменения магнитного потока, пронизывающего контур, взятой с противоположным знаком.

Вопрос 4. Сформулируйте закон Био-Савара-Лапласа.

Ответ. Закон Био-Савара-Лапласа гласит:

Магнитное поле любого тока может быть вычислено как векторная сумма (суперпозиция) полей, создаваемых отдельными элементарными участками тока.

Вопрос 5. Что определяет закон Джоуля-Ленца?

Ответ. Закон Джоуля-Ленца определяет зависимость количества теплоты, выделившейся в проводнике при прохождении по нему электрического тока, от силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока.

В этой статье рассмотрены далеко не все темы, которые охватывает предмет электродинамики. Если у вас возникают проблемы с решением примеров, задач и других заданий по учебе, обращайтесь в сервис для учащихся за профессиональной помощью в любое время суток.

Задачи на постоянный электрический ток с решением

В сегодняшней статье разберем несколько решений задач на одну из распространенных тем: постоянный электрический ток.

Даже если задачи вас не интересуют, подписывайтесь на наш телеграм – там есть актуальные новости для студентов всех специальностей. А еще у нас есть канал, где можно найти приятные скидки на наши услуги.

Постоянный электрический ток: задачи

Рубрика «Физика для чайников» может пригодится вам в учебе. Там есть не только интересные статьи, но и решения задач по разным темам:

1. Закон Ома.
2. Параллельное и последовательное соединение проводников.
3. Правила Кирхгофа.
4. Работа и мощность тока.
5. Электрический ток в металлах.
6. Электрический ток в полупроводниках.
7. Ток в электиролитах и др.

Кстати, прежде чем приступать к решению задач по теме постоянный электрический ток, рекомендуем прочитать общую памятку: так у вас будет систематизированный план действий для решения любой задачи. На всякий случай под рукой можно держать полезные формулы.

Задача на постоянный ток №1

Условие

К источнику тока с ЭДС 1,5 В присоединили катушку с сопротивлением 0,1 Ом. Амперметр показал силу тока, равную 0,5 А. Когда к источнику тока присоединили последовательно еще один источник тока с такой же ЭДС, то сила тока в той же катушке оказалась равной 0,4 А. Определить внутренние сопротивления первого и второго источников тока.

Решение

Изобразим первоначальную схему:

Общее сопротивление цепи:

По закону Ома для участка цепи запишем:

После последовательного подключения второго источника тока:

Ответ: 2,9 Ом; 4,5 Ом

Задача на постоянный ток №2. Мощность тока

Условие

Два медных проводника одинаковой длины соединены последовательно и подключены к источнику тока, внутренним сопротивлением которого можно пренебречь. При протекании тока в первом проводнике выделяется мощность P1. Какая мощность P2 выделяется в проводниках при их параллельном соединении, если площадь сечения второго проводника вдвое больше площади сечения первого проводника?

Решение

Запишем выражения для силы тока и мощности, выделяемой на проводниках, с учетом того, что проводники соединены последовательно:

Сопротивление проводников равно:

Теперь запишем выражения для мощности и выразим P2 через P1:

Ответ: P2 = 0,5P1

Задача на постоянный ток №3. Взаимодействие токов

Условие

Определите модуль силы, действующей на единицу длины второго проводника с током со стороны двух других проводников. Токи в проводниках равны I1=2А, I2=3А, I3=2А. Расстояние l=10 см.

Решение

Направление силы показано на рисунке.

Силы 1-2 и 3-2 соответственно равны:

Ответ: 205 мкА.

Задача на постоянный ток №4. Короткое замыкание

Условие

Определить силу тока короткого замыкания в цепи, если при силе тока 2 А мощность тока во внешней цепи равна 10 Вт, а при силе тока 5 А мощность тока во внешней цепи равна 15Вт.

Решение

Чтобы вычислить ток короткого замыкания, нужно знать ЭДС и внутреннее сопротивление источника:

Запишем выражения для мощности тока во внешней цепи и напряжения нагрузки:

Условие задачи позволяет составить систему уравнений и найти нужные величины:

Ответ: 9,5 А.

Задача на постоянный ток №5. Закон Ома

Условие

Определить силу тока, проходящего через сопротивление 7 Ом, если напряжение на нем составляет 21 В.

Решение

Для решения этой элементарной задачи необходим закон Ома:

Ответ: 3 А.

Вопросы на тему «Постоянный ток»

Вопрос 1. Что такое электрический ток?

Ответ. Электрический ток – это упрядоченное движение заряженных частиц.

Вопрос 2. Какой ток называется постоянным?

Ответ. Постоянный ток – это ток, который со временем не меняется по величине и не меняет направления.

Ксати, в нашем блоге вы можете почитать о войне токов между Николой Теслой (переменный ток) и Томасом Эдисоном (постоянный ток).

Вопрос 3. Что определяет сила тока?

Ответ. Сила тока – это скаляр, который определяет заряд, переносимый через поперечное сечение проводника за определенное время.

Вопрос 4. Что такое ЭДС?

Ответ. ЭДС (электродвижущая сила) – скалярная физическая величина, равная отношению работы сторонних сил при перемещении заряда от отрицательного полюса источника тока к положительному, к величине этого заряда.

Вопрос 5. Как звучит закон Ома в простейщем виде?

Ответ. Закон Ома для участка цепи без ЭДС гласит:

Сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

Нужна помощь в решении задач и выполнении других заданий? Обращайтесь в профессиональный студенческий сервис в любое время.

Задачи на тему Электродвижущая сила ЭДС. Закон Ома для полной цепи

Задачи по Электродинамике ( ЗАКОНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА ), на тему
Электродвижущая сила (ЭДС). Закон Ома для полной цепи
Из пособия: ГДЗ к задачнику Рымкевич для 10-11 классов по физике, 10-е издание, 2006 г.

При питании лампочки от элемента с ЭДС 1,5 В сила тока в цепи равна 0,2 А. Найти работу сторонних сил в элементе за 1 мин
РЕШЕНИЕ

К источнику с ЭДС 12 В и внутренним сопротивлением 1 Ом подключен реостат, сопротивление которого 5 Ом. Найти силу тока в цепи и напряжение на зажимах источника
РЕШЕНИЕ

Каково напряжение на полюсах источника с ЭДС, равной ε, когда сопротивление внешней части цепи равно внутреннему сопротивлению источника
РЕШЕНИЕ

При подключении лампочки к батарее элементов с ЭДС 4,5 В вольтметр показал напряжение на лампочке 4 В, а амперметр силу тока 0,25 А. Каково внутреннее сопротивление батареи
РЕШЕНИЕ

При подключении электромагнита к источнику с ЭДС 30 В и внутренним сопротивлением 2 Ом напряжение на зажимах источника стало 28 В. Найти силу тока в цепи. Какую работу совершают сторонние силы источника за 5 мин? Какова работа тока во внешней и внутренней частях цепи за то же время
РЕШЕНИЕ

Как изменятся показания амперметра и вольтметра (рис. 87), если замкнуть ключ
РЕШЕНИЕ

В проводнике сопротивлением 2 Ом, подключенном к элементу с ЭДС 1,1В, сила тока равна 0,5 А. Какова сила тока при коротком замыкании элемента
РЕШЕНИЕ

Для определения ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока собрали цепь по схеме, приведенной на рисунке 88. При некотором положении скользящего контакта реостата амперметр показал 0,5 А, а вольтметр 4 В. Когда контакт переместили немного влево, амперметр стал показывать 0,9 А, а вольтметр 3,6 В. Вычислить ЭДС и внутреннее сопротивление источника
РЕШЕНИЕ

При подключении к батарее гальванических элементов резистора сопротивлением 16 Ом сила тока в цепи была 1 А, а при подключении резистора сопротивлением 8 Ом сила тока стала 1,8 А. Найти ЭДС и внутреннее сопротивление батареи. При возможности выполните работу экспериментально, используя два резистора, сопротивления которых известны, и амперметр
РЕШЕНИЕ

Найти внутреннее сопротивление и ЭДС источника тока, если при силе тока 30 А мощность во внешней цепи равна 180 Вт, а при силе тока 10 А эта мощность равна 100 Вт
РЕШЕНИЕ

Вольтметр, подключенный к зажимам источника тока, показал 6 В. Когда к тем же зажимам подключили резистор, вольтметр стал показывать 3 В. Что покажет вольтметр, если вместо одного подключить два таких же резистора, соединенных последовательно? параллельно
РЕШЕНИЕ

От генератора с ЭДС 40 В и внутренним сопротивлением 0,04 Ом ток поступает по медному кабелю площадью поперечного сечения 170 мм2 к месту электросварки, удаленному от генератора на 50 м. Найти напряжение на зажимах генератора и на сварочном аппарате, если сила тока в цепи равна 200 А. Какова мощность сварочной дуги
РЕШЕНИЕ

Генератор питает 50 ламп сопротивлением 300 Ом каждая, соединенных параллельно. Напряжение на зажимах генератора 128 В, его внутреннее сопротивление 0,1 Ом, а сопротивление подводящей линии 0,4 Ом. Найти силу тока в линии, ЭДС генератора, напряжение на лампах, полезную мощность, потерю мощности на внутреннем сопротивлении генератора и на подводящих проводах
РЕШЕНИЕ

От генератора с ЭДС 250 В и внутренним сопротивлением 0,1 Ом необходимо протянуть к потребителю двухпроводную линию длиной 100 м. Какая масса алюминия пойдет на изготовление подводящих проводов, если максимальная мощность потребителя 22 кВт и он рассчитан на напряжение 220 В
РЕШЕНИЕ

Лампочки, сопротивления которых 3 и 12 Ом, поочередно подключенные к некоторому источнику тока, потребляют одинаковую мощность. Найти внутреннее сопротивление источника и КПД цепи в каждом случае
РЕШЕНИЕ

Источник тока с ЭДС 9 В и внутренним сопротивлением 1 Ом питает через реостат три параллельно соединенные лампочки, рассчитанные на напряжение 6,3 В и силу тока 0,3 А. Реостат поставлен в такое положение, что лампочки работают в номинальном режиме. Одна из лампочек перегорела. Во сколько раз изменилась мощность каждой из двух оставшихся лампочек по сравнению с номинальной, если считать, что сопротивление каждой лампочки осталось прежним
РЕШЕНИЕ

Источник тока с внутренним сопротивлением r и ЭДС e замкнут на три резистора с сопротивлением Зr каждый, соединенные последовательно. Во сколько раз изменяется сила тока в цепи, напряжение на зажимах источника и полезная мощность, если резисторы соединить параллельно
РЕШЕНИЕ