Vaje, Fizika 2

Vaje

    Električni potencial

  1. ZFP-30 Kroglo polmera 2 cm in naboja 2m As ter kroglo polmera 5 cm in naboja 1m As povežemo s tanko prevodno nitko. Koliko naboja steče skozi nitko z ene krogle na drugo kroglo? Kolikšni sta končni gostoti nabojev na kroglah?

    Električni potencial na krogli in v okolici točkastega naboja: V= e/4 p e0 r. Potencial na prvi krogli (R1 = 0,02 m) je V1 = 8,9. 105 V, na drugi V2 = 1,8. 105 V. Ker nista enaka naboj steče med kroglama. Tok se ustavi, ko bosta potenciala enaka. e1'/4 p e0 R1 = e2'/ 4 p e0 R2 Ohranja se tudi vsota nabojev: e1 + e2 = e1' + e2' Dobimo, da sta naboja na koncu: e1' = 0,86 mAs in e2' = 2,14 mAs. Končni gostoti nabojev sta s1' = 1,7. 10-8 As/cm2 in s2' = 6,7. 10-9 As/cm2.

  2. Elektron s hitrostjo 5.106 m/s prileti vzporedno s ploščama v kondenzator. Plošči sta razmaknjeni za 2 cm, napetost med njima je 50 V. Za koliko se elektron odkloni na 4 cm dolgi poti skozi kondenzator?

    El. polje med ploščama je E = U/d = 2500 V/m. Sila na elektron v prečni smeri glede na začetno hitrost je F= e E = 4.10-16 N. Zaradi te sile se elektron giblje pospešeno proti poz. nabiti plošči: a = F/m = 4,4.1014 m/s2.
    V smeri vzporedni s ploščama se elektron giblje enakomerno. Pot 4 cm opravi v t = s/v = 8.10-9 s.
    V prečni smeri se v tem času odkloni za x = a t2 /2 = 1,4 cm.

  3. ZFP-66 Nasprotni steni steklene posode v obliki pokončnega kvadra z robovi a, b in c obložimo na notranji strani s kovinsko folijo; dobimo ploščni kondenzator, površina plošč je bc, razmik med ploščama je a. V posodo priteka demineralizirana voda; volumski tok FV je stalen. Kako se kapaciteta tega kondenzatorja spreminja s časom?

    Kot, da imamo vzporedno priključena kondenzatorja. V enem je voda, drug je prazen. C(x) = C0 (1 + (e - 1) x/c), kjer je c višina posode in x višina, do katere je pritekla voda. FV = a b x/ t.

  4. ZFP-317 Majhne spremembe dolžin lahko merimo z diferencialnim ploščnim kondenzatorjem, ki ima tri plošče. Zgornja in spodnja plošča sta pritrjeni, srednja je gibljiva. Če se srednja plošča premakne, se kapaciteta kondenzatorja spremeni. Spremembo kapacitete merimo tako, da kondenzator povežemo s tuljavo znane induktivnosti in merimo spremembo lastne frekvence nastalega nihajnega kroga. Za koliko se spremeni kapaciteta kondenzatorja, če srednjo ploščo premaknemo za x?

    Kondenzatorja sta vezana vzporedno. Celotna kapaciteta je vsota obeh Cskupna = e0 S/b+x + e0 S/b-x = C0/(1-x2/b2).

  5. Defibrilator je naprava, ki jo uporabljajo v medicini za vzpostavljanje normalnega srčnega ritma v primeru srčnega napada, pri nesrečah z električnim tokom in pri aritmiji srca. Deluje podobno kakor bliskovna svetilka pri fotografskem aparatu. Elektrodi defibrilatorja v obliki loparjev pritisnemo pacientu na prsi in skozenj izpraznimo kondenzator, ki smo ga prej nabili na visoko napetost. Vzemimo, da je kapaciteta kondenzatorja 100.10-6F in napetost 5000 V. Kolikšna je električna energija kondenzatorja? Kolikšna je moč električnega sunka, ki ga dobi pacient, če se kondenzator izprazni v 2 milisekundah in, če gre skozi pacienta le 20 % energije kondenzatorja?

    Električna energija kondenzatorja je W_e = {1\over 2}\,C\,U^2 = 1250\,{\rm J}.

    Skozi pacienta se sprazni le 20 % električne energije kondenzatorja, to je 250 J. Moč električnega sunka je enaka kvocientu električne energije, ki gre skozi pacienta, in dolžine sunka: P = W_e/t= 125 kW.