Контрольная работа по Физике на тему: "Электромагнитные явления и электрические цепи"

1. 

В замкнутой электрической цепи, состоящей из двух разнородных металлов, возникает термо-ЭДС, если спаи имеют разную температуру (явление Зеебека). Если же по этой цепи пропустить электрический ток, то один из спаев будет нагреваться, а другой охлаждаться (явление Пельтье). Термоэлектрические свойства такой цепи зависят от природы контактирующих металлов. Для примера сравним две системы, состоящие из двух пар разнородных металлов:

I. Медь-серебро (r_Cu=8,93х10³ кг/м³, М_cu=64х10^-3 кг/моль,

r_Ag=10,5х10³ кг/м³, М_ag=108х10^-3 кг/моль);

II. Висмут-железо (r_Bi=9,80х10³ кг/м³, М_bi=209х10^-3 кг/моль,

r_Fe=7,88х10³ кг/м³, M_fe=56х10^-3 кг/моль).

Определить, полагая, что на каждый атом металла приходится один свободный электрон: концентрацию свободных электронов в висмуте;

2. Широко применяются  в электронной технике полупроводники на основе элементов четвертой группы таблицы Менделеева германия и кремния. Пользуясь зонной теорией электропроводности, определить: во сколько раз возрастает удельная электрическая проводимость чистого германия, ширина запрещенной зоны в котором равна 0,72 эВ, при нагревании его от t₁=0⁰C до t₂=15,0⁰С;

3. В магнитном поле бесконечного прямого проводника с током I₁=2,0 А находится жесткая квадратная рамка со стороной а=0,20 м, обтекаемая током I₂=4,0 А, две стороны которой параллельны первому проводнику. Ближайшая к проводнику сторона рамки находится от него на расстоянии а. Приняв m₀=4pх10^-7 Гн/м, определить: силу, действующую на сторону СД рамки;

4. В центре “бесконечного” соленоида с плотной навивкой радиусом R=5 см, имеющего n=4000 витков на метр, помещена квадратная рамка с N=100 витков, сторона которой равна а=2,0 см. Рамка с током I₂=0,50 А может поворачиваться вокруг оси ОО, перпендикулярной оси соленоида, по которому течет ток I₁=5,0 А. Определить: плотность энергии магнитного поля соленоида;

5. Тороид без сердечника квадратного сечения имеет обмотку, состоящую из N=1000 витков, по которой течет ток I=10,0 А. Учитывая, что наружный диаметр тороида D=40,0 см, а внутренний  d=20,0 см, определить, сделав вывод соответствующих формул с помощью закона полного тока: максимальное значение напряженности магнитного поля тороида;

6. В однородном магнитном поле индукцией В=1,0х10^-3 Тл с частотой w=314 рад/с вращаются две замкнутые изолированные рамки, жестко связанные между собой. Рамки размерами: 1-я - (2,0х3,0) см², 2-я - (1,5х3,0) см², содержат по N=100 витков тонкой проволоки сопротивлениями R₁=6,0 Ом и R₂=4,5 Ом соответственно. Они могут вращаться вокруг общей оси ОО¢, перпендикулярной линиям индукции. Плоскости рамок взаимно перпендикулярны. Полагая, что в начальный момент плоскость первой рамки параллельна линиям индукции внешнего поля, определить как функцию времени: потокосцепление, связанное с 1-й рамкой;

7. Соленоид, выполненный в виде картонного каркаса длиной в=0,50 м и диаметром D=2,50 см с однослойной обмоткой из медной проволоки (r=1,7х10^-8 Ом×м) диаметром d=0,20 мм с плотно прилегающими друг к другу витками включен в электрическую цепь. ЭДС источника e=4,24 В с пренебрежимо малым внутренним сопротивлением. Считая незначительным сопротивление подводящих проводов, определить: мгновенное значение потокосцепления соленоида в момент времени  t=7,7 мкс после замыкания ключа К в положение 1;

8. В однородное магнитное поле индукцией В=1,0х10^-3 Тл влетают под углом a=30⁰ протон (р) и электрон (е) с одинаковыми скоростями, равными v=4,0 км/с. Учитывая, что элементарный заряд е=1,60х10^-19 Кл, и массы протона и электрона соответственно равны: m_p=1,67х10^-27 кг, m_e=9,11х10^-31 кг, определить: шаг винтовой линии протона