![](https://www.evkova.org/stc/img/evkova.png)
По двум гладким медным шинам скользит невесомая перемычка, к которой приложена переменная сила F(t). Сопротивление перемычки равно Ro, поперечное сечение S, концентрация носителей заряда (электронов)
Физика | ||
Решение задачи | ||
Выполнен, номер заказа №16684 | ||
Прошла проверку преподавателем МГУ | ||
Напишите мне в чат, пришлите ссылку на эту страницу в чат, оплатите и получите файл! |
Закажите у меня новую работу, просто написав мне в чат! |
По двум гладким медным шинам скользит невесомая перемычка, к которой приложена переменная сила F(t). Сопротивление перемычки равно Ro, поперечное сечение S, концентрация носителей заряда (электронов) в проводнике перемычки равна n0. Перемычка замыкает электрическую цепь, состоящую либо из конденсатора ёмкости С, либо из индуктивности L или из сопротивления R, в соответствии с рисунком. Расстояние между шинами l. Система находится в однородном переменном магнитном поле с индукцией В(t), перпендикулярном плоскости, в которой перемещается перемычка. Сопротивление шин, скользящих контактов, а также самоиндукция контура пренебрежимо малы. Ускорение перемычки в начальный момент времени конечно, а положение ее определено и равно Y(0) =Y0. Закон изменения магнитного поля для нечетных вариантов В𝑧 = 𝑐 ∙ 𝑒 −𝑚𝑡 , Закон изменения силы для всех вариантов FY = -f exp-nt; Константы f и c считать известными. Найти: 1) закон изменения тока I(t); 2) закон движения перемычки Y = Y(t); 3) максимальное значение Ymax; 4) законы изменения проекции силы Лоренца на ось X (Fлx) и на ось Y (Fлy), действующей на электрон; 5) закон изменения напряженности электрического поля в перемычке E(t); 6) установить связь между силой Ампера, действующей на перемычку, и силой Лоренца, действующей на все электроны в перемычке. 7) построить зависимости тока через перемычку (I(t) / I max), Y(t)/Y(0). № варианта n m 19 n 2n В𝑧 = 𝑐 ∙ 𝑒 −𝑚𝑡 = 𝑐 ∙ 𝑒 −2𝑛𝑡 𝐹 = −𝑓𝑒 −𝑛𝑡 Дано: nt F fe , R0, S, L, n0, l, В𝑧 = 𝑐 ∙ 𝑒 −2𝑛𝑡 , M=0; Y(0)=Yo; 1) I(t) - ?; 2) Y=Y(t) - ?; 3)Ymax - ?; 4) Fly - ?; 5) Flx -? 6) E(t) - ?;
1) Рассчитаем магнитный поток через поверхность , натянутую на проводящий контур:; (1) Так как ; С учетом этого: Площадь контура и индукция магнитного поля есть функции времени , поэтому магнитный поток будет функцией Применим для определения ЭДС индукции закон Фарадея: Подставим сюда выражение из (1.2) и продифференцируем: Определим по правилу Ленца направление индукционного тока и учтем его в дальнейших рассуждениях, обозначив на чертеже. Для определения силы I используем основное уравнение динамики в проекции на ось Учитывая, что стержень невесомый получаем: Найдем силу Ампера, действующую на перемычку: . Поэтому, учитывая, что и интегрируя по длине перемычки, получим: Из уравнений (1.6) и (1.7) получаем: IBl =F(t); тогда: При ; 2) Составим эквивалентную схему и рассчитаем зависимость координаты от времени. Закон Ома для неоднородного участка цепи: ; Учитывая, что перепишем (2.1) в виде: − перепишем данное выражение с условием, что Решим данное дифференциальное уравнение Данное уравнение — линейное с постоянными коэффициентами, и правой частью специальной вида. Общее решение связанного однородного уравнения: Частное решение неоднородного уравнения запишем в виде: Общее решение данного уравнения записываем в виде: Произвольную постоянную k определим из начального условия Окончательно: Определим максимальное значение Тогда: (3) 4) Найдем проекцию силы Лоренца, действующей на заряды в перемычке в проекции на ось Y. Движение электрона складывается из собственного движения в проводнике и движения вместе с перемычкой. Силу Лоренца в проекции на ось Y вызывает собственное движение электронов: Найдем скорость движения электронов в проводнике: , отсюда . Подставляя сюда , получим: Подставляя в это выражение формулу из (1.8) получим: (4.2) Подставим найденное соотношение (4.2) в исходную формулу (4) и учитывая, что 5) Найдем проекцию силы Лоренца, действующей на заряды в перемычке в проекции на ось X. Силу Лоренца в проекции на ось Y вызывает переносное движение электронов вместе с перемычкой. Данная сила компенсируется силами реакций медных шин. Скорость переносного движения электронов равна скорости движения перемычки: Подставляя полученное в формулу (5) и учитывая, записываем: 6) Найдем напряженность электрического поля в перемычке: Имеем:. (6) Из уравнения (2.1) получаем, отсчитывая потенциал от точки Считаем, что сопротивление в перемычке однородно по длине и получаем: ; (7.2) Подставляя в (7) и используя (2.2), получим: 8) Выполним проверку полученных результатов: Сила Ампера является результатом действия силы Лоренца на каждый носитель электрического заряда и является суммой этих сил. . (8) Вычислим силу Ампера как сумму сил Лоренца, действующих на электроны в перемычке: ; где – кол-во электронов в перемычке. (8.1) (8.2) Подставляя выражения (8.2) и (5.3) в (8.1) получим: Сравнивая полученный результат, со значением силы, полученным в (1.6), убеждаемся, что они совпадают. Выполним проверку единиц измерения: 9) Построим графики зависимостей
Похожие готовые решения по физике:
- По двум гладким медным шинам скользит невесомая перемычка, к которой приложена переменная сила F(t)
- Плоский диэлектрический конденсатор заряжен до разности потенциалов U и расстояние между обкладками равно d. Величина диэлектрической проницаемости между обкладками меняется по закону ε=f(у)
- Плоская гармоническая электромагнитная волна распространяется в вакууме в положительном направлении оси Oz. Вектор плотности потока электромагнитной энергии S имеет вид
- Чему равно абсолютное и избыточное давление на глубине h в морской и пресной воде при атмосферном давлении ра
- РАСЧЕТ ЛИНЕЙНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА 1. Комплексные сопротивления на схеме изобразить в виде соответствующих элементов R, L и С, значения которых следует рассчитать и записать в таблицу
- На поверхность стеклянного объектива (𝑛1 = 1,5) нанесена тонкая пленка, показатель преломления которой 𝑛2 = 1,2 ("просветляющая" пленка)
- В упругой среде распространяется продольная плоская волна вида 𝜉 = 𝑎 𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑡 − 𝑘𝑥)
- Что будет слышать человек, если на его ухо будут воздействовать одновременно две звуковые волны с примерно одинаковой амплитудой и частотами, равными
- Осуществите синтез 1- и 2-бутанола из этана. Напишите для полученных спиртов реакции с: а) бромоводородом; б) пропионовой кислотой;
- В растворе имеется смесь белков, изоэлектрические точки которых равны
- Современные моющие средства как полуколлоидные системы
- В некотором городе по схеме собственно случайной бесповторной выборки было обследовано 80 магазинов розничной торговли