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?

Cr4zyvlad Cr4zyvlad    3   02.09.2021 19:38    152

Ответы
ruslankz02 ruslankz02  15.01.2024 18:05
1) Для перемещения точечного заряда q внутрь металлической сферы нужно выполнить работу, равную изменению потенциальной энергии системы зарядов. Изначально точечный заряд находится на расстоянии r1 = 0.3 м от поверхности сферы и окружен зарядом Q. Конечное положение точечного заряда будет на расстоянии r2 = 0.05 м от центра сферы.

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.
ПОКАЗАТЬ ОТВЕТЫ
Другие вопросы по теме Физика