1)Какую работу надо совершить, чтобы переместить точечный заряд q=-2 мкКл внутрь металлической равномерно заряженной сферы радиусом R=0.15, имеющий заряд Q=+0.5 мкКл? Заряд перемещают из точки, находящейся на расстоянии 0,3 м от поверхности сферы, в точку на расстоянии 5 см от центра сферы
2) Два резистора, 10 Ом и 14 Ом, соединяют параллельно. За некоторое время на обоих резисторах выделилось суммарно 120 Дж теплоты. Какое количество теплоты выделилось за это время на втором резисторе?
Работа, совершаемая для перемещения точечного заряда q, может быть выражена как разность потенциальных энергий между начальным и конечным положениями:
W = U2 - U1,
где U1 - потенциальная энергия в начальном положении, U2 - потенциальная энергия в конечном положении.
Потенциальная энергия для точечного заряда вокруг заряженной сферы может быть вычислена по формуле:
U = k * q * Q / r,
где k - постоянная Кулона (k = 9 * 10^9 Н * м^2 / Кл^2), q - заряд точечного заряда, Q - заряд сферы, r - расстояние между зарядами.
Тогда работа W может быть выражена следующим образом:
W = k * q * Q / r2 - k * q * Q / r1.
Подставляем известные значения и решаем уравнение:
W = (9 * 10^9 Н * м^2 / Кл^2) * (-2 * 10^(-6) Кл) * (0.5 * 10^(-6) Кл) / (0.05 м) - (9 * 10^9 Н * м^2 / Кл^2) * (-2 * 10^(-6) Кл) * (0.5 * 10^(-6) Кл) / (0.3 м).
Вычисляем:
W = -1.8 Дж - (-0.6 Дж) = -1.2 Дж.
Ответ: Для перемещения точечного заряда q = -2 мкКл внутрь металлической равномерно заряженной сферы с зарядом Q = +0.5 мкКл нужно совершить работу W = -1.2 Дж.
2) Количество выделившейся теплоты на каждом из резисторов в параллельном соединении можно вычислить по формуле:
Q = I^2 * R * t,
где Q - количество теплоты, выделившееся на резисторе, I - сила тока, проходящего через резистор, R - сопротивление резистора, t - время, в течение которого протекает ток.
Разность потенциалов на каждом из резисторов будет одинаковой, так как резисторы соединены параллельно.
Сопротивление резистора в параллельном соединении можно вычислить по формуле:
1 / R_пар = 1 / R_1 + 1 / R_2 + ... + 1 / R_n,
где R_пар - сопротивление резисторов в параллельном соединении, R_1, R_2, ..., R_n - сопротивления отдельных резисторов.
В данном случае есть два резистора с сопротивлениями 10 Ом и 14 Ом, поэтому общее сопротивление будет:
1 / R_пар = 1 / 10 Ом + 1 / 14 Ом.
Вычисляем:
1 / R_пар = 0.1 + 0.0714 = 0.1714.
Обратное значение:
R_пар = 1 / 0.1714 = 5.83 Ом.
Можем использовать эту формулу для определения силы тока на резисторе:
I = U / R,
где I - сила тока, U - разность потенциалов на резисторе, R - сопротивление резистора.
В данном случае разность потенциалов на резисторе будет одинакова и равна:
U = U_1 - U_2,
где U_1, U_2 - напряжения на каждом из резисторов.
Сумма разностей потенциалов в параллельном соединении равна нулю:
U_1 - U_2 = 0.
Таким образом, сила тока на каждом из резисторов будет одинаковой и равна:
I = I_1 = I_2 = U / R_пар.
Теплоту, выделившуюся на каждом из резисторов, можно вычислить по формуле:
Q = I^2 * R * t.
Суммарное количество теплоты, выделившейся на обоих резисторах, равно 120 Дж, поэтому:
Q_2 + Q_1 = 120 Дж.
Так как сила тока на каждом резисторе одинакова, то:
Q_2 = I^2 * R_2 * t,
Q_1 = I^2 * R_1 * t.
Тогда можно записать:
I^2 * R_2 * t + I^2 * R_1 * t = 120 Дж,
I^2 * (R_2 * t + R_1 * t) = 120 Дж.
Выражаем I^2:
I^2 = 120 Дж / (R_2 * t + R_1 * t).
Подставляем известные значения и решаем уравнение:
I^2 = 120 Дж / ((14 Ом * t) + (10 Ом * t)).
I^2 = 120 Дж / (24 Ом * t).
Выражаем I:
I = sqrt(120 Дж / (24 Ом * t)).
Теплота, выделившаяся на втором резисторе, будет:
Q_2 = I^2 * R_2 * t.
Подставляем выражение для I и известные значения:
Q_2 = (sqrt(120 Дж / (24 Ом * t)))^2 * 14 Ом * t.
Сокращаем и вычисляем:
Q_2 = 120 Дж / 24 = 5 Дж.
Ответ: За некоторое время на втором резисторе выделилось 5 Дж теплоты.