Трофимова Т.И. - Курс физики (1092345), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Углекислый газ массой т 1 кг находится ири температуре 200 К в сгюуле вместимости| 20 л, Определить давление ~ аза, если: 1) газ реальный; 2) газ идеальный Объяснить различие в результатах. Поправки о и З принязь равными соответственно 0,365 Н ° и"/мопу и 4,3 !О ' м'/моль. [1) 2,44 МПа; 2) 2,76 МПа ] 10.2. Кислород, содержащий количество вещества э=2 моль, занимает объем У~ =1 л.
Определить изменение ЬТ температуры кислорода, сели он аднабатически рагширяетсн в вакуум до объема )з=!О л. Поправку и приннть равной 0 136 Н м'/моль-'. [--11 8 К ) 10.3. Показать, что эффект Джоуля — Томсона всегда отрицателен, если,цщсселируется газ, для которого силами притяжения молекул можно пренебречь 10,4. Считая процесс образования мыльного пузыря изотермическим, определить работу А, кого. рую надо совершить, чтобы увеличить его диаметр от А=2 см до Лз=б см Поверхностное натяжение о мыльного раствора принять равным 40 мН/м [0,8 ч/(ж ) 105. Воздушный пузырек диаметром г/=002 мм находится на глубине Ь= 20 см под поверхностна> воды.
Определить давление воздуха в этом пузырьке. Атмосфера и давление принять иор мальным. Поверхностное натяжение воды о=73 мН/м, а ес олотпп, ~ ь р=) г/см' [118 кПа ) 106. Вертикальный открытый капилляр внутренним диаметром г/=3 мч азпген н сосуд с ртутью. Определить радиус кривизны ртутного меииска в капилляре, если пи щосзь уровней ртути в сосуде и в капилляре 66=3,7 мм.
Г!лотность ртути и= !3,6 г/см', а ппверхшгстное натяжс. нис п=0,5 Н/ч. [2 мм ) 10.7. Для нагревания металлического шарика массой 25 г от 1О ло,'И) "С затратили качичество теплотьь равное 117 Дж. Определить теплсемкость шарика и ~ гньпни Люлонга и Пти и материал шарика. [З( !07 кг/моль; серебро[ Глава 11 Электростатика й 77. Закон сохранения электрического заряда Еще в глубокой древности было известно, что янтарь, гютертый о шерсть, притягивает легкие предметы. Английский врач Джильберг (конец ХЧ! в.) назвал тела, способные после натирания притягивать легкие предметы, наэлектризованными. Сейчас мы говорим, чго тела при этом приобретают электрические заряды.
Несмотря на огромное разнообразие веществ в природе, существует только дви типа электрических зарядов: заряды, подобные возникающим на стекле, потертом о кожу (их назвали положительными), и заряды, подобные возникающим на эбоните, потертом о мех (их назвали птрицагельнье ми); одноименные заряды друг от друга отталкиваются, разноименные — притягиваются.
Опытным путем (1910 - 1914) американский физик Р. Милликен (1868 в 1953) показал, что электрический заряд дискретен, т. е. заряд любого тела составляет целое крапцю от элементарнога электрического заряда е (е=1,6.10 м Кл). Электрон (п4=9,11 ° 10 "кг) и протон (пг,= =1,67 ° 1О "кг) являются соответственна носителями элементарных отрицательного и положительного зарядов. Все тела в природе способны электризоваться, т. е, приобретать электрический заряд. Электризация тел может осуществляться различными способами: соприкосновением (трением), электростатиче- Электричество и электромагнетизм ской индукцией (см.492) и т, д.
Всякий процесс заряжения сводится к разделении~ зарядов, при котором на одном из тел (или части тела) появляется избыток положительного заряда, а на другом (или другой части тела) — избыток отрицательного заряда. Общее количество зарядов обоих знаков, содержащихся в телах, не изменяется: эти заряды только перераспредсляются между телами. Из обобщения опытных данных был установлен фундаментальный закон природы, экспериментально подтвержденный в 1843 г, английским физиком М.
Фарадеем (1791--1867), — закон сохранения заряда: алгебраическая сумма электриче. ских зарядов любой замкнутой системы (системы, не обменивающейся зарядами с внешними телами) остается неизменной, какие бы процессы ни происходили внутри этой системы. Электрический заряд — величина релятивистски инвариантная, т. е. не за. висит от системы отсчета, а значит, нс зависит от того, движется этот заряд или покоится. В зависимости от концентрации свободных зарядов тела делятся на проводни. кн, диэлектрики и полупроводники. Проводники — тела, в которых электрический заряд может перемешаться по всему егп объему.
Проводники делятся на две группы: 1) проводники первого рода (метал. лы) — перенесение в иих зарядов (свободных электронов) не сопровождается химическими преврапгениями; 2) проводники 1 л а и в 11 Элеит1метвтииа второго рода ( на при мер, расплавленные соли, растворы кислот) — перенесение в них зарядов (положительных и отрицательных ионов) ведет к химическим изменениям. Диэлектрики (например, стекло, пластмассы) — тела, в которых практически отсутствуют свободные заряды. Полупроводники (например, германий, кремний) занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Указанное деление тел является весьма условным, однако большое различие в них концентраций свободных зарядов обусловливает огромные качественные различия в их поведении и оправдывает поэтому деление тел на проводники, диэлектрики и полупроводники.
Единица электрического заряда (производная единица, так как определяется через единицу силы тока) — кулон (Кл) — — электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника прн силе тока 1 А за время 1 с. н а,ьо ягма Ри . ~!7 Закон взаимодействия неподвижных точечных электрических зарядов установлен в 1785 г. ВЕ Кулоном с помощью крутильных весов, подобных тем, которые (см. 4 22) использовались Г.
Кавепдишем для определения гравитационной постоянной (ранее этот закон был открыт Г. Кавендишем, однако его работа оставалась неизвестной более 100 лет), Точечным называется заряд, сосредоточенный на теле, линейные размеры которого пренебрежимо малы по сравнению с расстоянием до других зариженных тел, с которыми он взаимодействует. Понятие точечного заряда, как и материальной точки, является физической абстракцией. Закон Кулона: сила взаимодействия Р между двумя неподвижными точечными зарядами, находящимися в вакууме, пропорциональна зарядам (2, и !,22 и обратно пропорциональна квадрату расстояния г между ними: й =! /(4лео). или !1;)Я2! 2 5 Т И Трофимова 878.
Закон Кулона где й — коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц. Сила Е направлена по прямой, соединяющей взанмодействукащие заряды, т. е. является центральной, и соответствует притяжению (Ем.',<1) в случае разноименных зарядов и отталкиванию (Г)0) в случае одноименных зарядов. Эта сила называется кулоновской силой. В векторной форме закон Кулона имеет вид М2 Г12 Ы 2 (78.1) га где Е,а — — сила, действующая на заряд ()~ со стороны заряда 2,)2, г„— радиус-вектор, соединяющий заряд 122 с зарядом 9ь г= !ты! (рис.
117). На заряд ч)а со стороны зарпда 4)~ действует сила Гм — — Гм, т. е. взаимодействие электрических точечных зарядов удовлетворяет третьему закону Ньютона. В СИ коэффициент пропорциональности равен Тогда закон Кулона запишется и оконча- тельном виде: Г=-- — — —.„--. (78.2) 4л ао Величина ео называется электрической постоянной; она относится к числу фундаментальных физических постоянных и равна „=8,85 !О -" Кл /(Н м ), во=8,86 10 '2 Ф/м, (78.3) гдг фарад (Ф) —.
единица электрической емкости (см. 293). Тогда 1/(4л ев)==9 ° 10 м/Ф. ! л и з а ! 1:.с~гк~!и~сглтиьа !и! р« . !во 6Фв=Е, 05= Е 05 ")(А.". ' 'т:::;.:лииб ' Рис. !2! величине и направлению) линии напряженности параллельны вектору напряженности. Если поле создается точечным зарядам, та линии напряженности — радиальные прямые, выходящие из заряда, если он положителен (рис.
120, а), и входящие в него, если заряд отрицателен (рис 120, б). Вследствие больцщй наглядности графический способ представления электрического поля широко применяется в электротехнике. Чтобы с помощью линий напряженности можно была характеризовать не только направление, но и значение напряжен- насти электростатического поля, условились проводи~ь их с определенной густотой (см. рнс. 119): число линий напряженности, пронизывающих единицу площади поверхности, перпендикулярную линиям напряженности, должно быть равно модули) вектора Е.
Тогда число линий напряженности, пронизывающих элементарную плошадку с(5, нормаль п которой образует угол а с вектором Е, равна Е 05 соз а = =Е„05, где Е. -- проекция вектора Е на нормаль и к площадке 05 (рис. 121). Ве- личина называется потоком вектора напряженности через плошадку й5 Здесь 05= =05 п — вектор, модуль которого равен 05, а направление совпадает с направлением нормали п к площадке. Выбор направления вектора п (а следовательно, и 05) условен, так как его можно направить в любую сторону. Единица потока вектора напряженности электростатического поля -- 1 В ° и. Для произвольной замкнутой поверхности 5 патон вектора Е через эту поверхность Фа=~1 Е„Л5=-ф Е д5, (79.3) где интеграл беретгя па замкнутой поверхности 5. Поток вектора Е ивлиется плвебраической величина~1; зависит ие только ат конфигурации поля Е, но и от выбора направления п.
Для замкнутых поверхностей за положительное направление нормали принимается внешняя нормаль, т.е, нормаль, иаправлекная наружу области, охватываемой поверхностью. В истории развития физики имела место борьба двух теорий: дальнодействия и близкодействия. Н теории дальнодействия принимается, что электрические явления определяются мгионенным взаимодействием зарядов на лк1бых расстояниях. Согласно теории близкадействия, все электрические явления определяются из. менениями палей зарядов, причем зти изменения распространяются в пространстве от точки к точке с конечной скоростью.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
