Задания
Версия для печати и копирования в MS Word
Тип Д23 C23 № 9069
i

Два пря­мых про­вод­ни­ка П1 и П2 рас­по­ло­же­ны в одной го­ри­зон­таль­ной плос­ко­сти. Между их ле­вы­ми кон­ца­ми вклю­чен кон­ден­са­тор ем­ко­стью C  =  0,1 нФ. По про­вод­ни­кам с по­сто­ян­ной ско­ро­стью  v =2м/с дви­жет­ся про­во­дя­щий стер­жень, ко­то­рый на­хо­дит­ся в кон­так­те с про­вод­ни­ка­ми. Вся си­сте­ма на­хо­дит­ся в од­но­род­ном вер­ти­каль­ном маг­нит­ном поле с ин­дук­ци­ей В  =  0,15 Тл. В не­ко­то­рый мо­мент вре­ме­ни рас­сто­я­ние между точ­ка­ми D и E, в ко­то­рых стер­жень ка­са­ет­ся про­вод­ни­ков, равно L  =  40 см, общее со­про­тив­ле­ние цепи в этот мо­мент равно R  =  2 Ом, и в цепи про­те­ка­ет ток силой I  =  0,05 А. Чему равен в этот мо­мент заряд кон­ден­са­то­ра? Ин­дук­тив­ность цепи пре­не­бре­жи­мо мала.

Спрятать решение

Ре­ше­ние.

При дви­же­нии стерж­ня в маг­нит­ном поле воз­ни­ка­ет ЭДС ин­дук­ции. В ре­зуль­та­те по­яв­ля­ет­ся ин­дук­ци­он­ный ток. На про­вод­ник с током маг­нит­ное поле дей­ству­ет силой Ам­пе­ра F_A=BIL синус альфа , где  синус альфа =1, на­прав­лен­ная по пра­ви­лу левой руки про­тив дви­же­ния стерж­ня.

Дви­же­ние стерж­ня будет рав­но­мер­ным, если к нему будет при­ло­же­на внеш­няя сила F=F_A.

Ра­бо­та внеш­ней силы пой­дет на на­грев про­вод­ни­ка и уве­ли­че­ние энер­гии кон­ден­са­то­ра A=Q плюс W_p. Ра­бо­та внеш­ней силы за малый про­ме­жу­ток вре­ме­ни равна A=Fx, где х – малое пе­ре­ме­ще­ние стерж­ня за малый про­ме­жу­ток вре­ме­ни \Delta t, рав­ное x= v \Delta t. Будем счи­тать, что за малый про­ме­жу­ток вре­ме­ни длина стерж­ня L не из­ме­нит­ся.

Ко­ли­че­ство теп­ло­ты, вы­де­ля­ю­ще­е­ся в про­вод­ни­ке за про­ме­жу­ток вре­ме­ни \Delta t, равно по за­ко­ну Джо­у­ля-Ленца Q=I в квад­ра­те R\Delta t.

Энер­гия за­ря­жен­но­го кон­ден­са­то­ра W_p= дробь: чис­ли­тель: q в квад­ра­те , зна­ме­на­тель: 2C конец дроби .

Вос­поль­зу­ем­ся утвер­жде­ни­ем \Delta левая круг­лая скоб­ка q в квад­ра­те пра­вая круг­лая скоб­ка =2q умно­жить на \Delta q.

Таким об­ра­зом, по­лу­ча­ем:

IBL v \Delta t=I в квад­ра­те R\Delta t плюс дробь: чис­ли­тель: 2q\Delta q, зна­ме­на­тель: 2C конец дроби .

По опре­де­ле­нию силы тока I= дробь: чис­ли­тель: \Delta q, зна­ме­на­тель: \Delta t конец дроби .

Таким об­ра­зом:

IBL v =I в квад­ра­те R плюс дробь: чис­ли­тель: qI, зна­ме­на­тель: C конец дроби ;

BL v =IR плюс дробь: чис­ли­тель: q, зна­ме­на­тель: C конец дроби .

От­ку­да на­хо­дим заряд кон­ден­са­то­ра в дан­ный мо­мент:

 q=C левая круг­лая скоб­ка Bl v минус IR пра­вая круг­лая скоб­ка =0,1 умно­жить на 10 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 9 пра­вая круг­лая скоб­ка умно­жить на левая круг­лая скоб­ка 0,15 умно­жить на 0,4 умно­жить на 2 минус 0,05 умно­жить на 2 пра­вая круг­лая скоб­ка =2 умно­жить на 10 в сте­пе­ни левая круг­лая скоб­ка минус 12 пра­вая круг­лая скоб­ка =2пКл.

Ответ: 2 пКл.


Аналоги к заданию № 9069: 9224 Все

Раздел кодификатора ФИПИ/Решу ЕГЭ: