Опыт показывает что заряд q конденсатора обратно

Ответы к тестам по физике 9 класс 45656 (Часть 2)

Вариант 2
1. Магнитные линии — это воображаемые линии, вдоль кото­
рых расположились бы маленькие
а) магнитные стрелки, помещенные в магнитное поле
б) положительно заряженные частицы, помещенные в магнит­
ное поле
в) отрицательно заряженные частицы, помещенные в магнитное
поле
2. Магнитные линии
а) всегда замкнуты
б) всегда разомкнуты
в) могут быть как замкнутыми, так и разомкнутыми
3. На рисунке изображены маг­
нитные линии. В какой точ­
ке поля магнитная сила наи­
большая (магнитное поле
самое сильное)?
а) А б) В
4. Если в разных точках магнитного поля на магнитную стрел­
ку действуют одинаковые силы, то такое поле называют
а) равномерным б) неоднородным в) однородным
в) С
5. На каком рисунке правильно изображены линии магнит­
ного поля прямого проводника с током (ток направлен от
нас)?
42
Вариант 1
ТЕСТ 22. Обнаружение магнитного поля по его действию
на электрический ток. Индукция магнитного поля
1. На проводник с током магнитное поле действует с некото­
рой силой, если проводник
а) совпадает с линиями магнитного поля
б) не совпадает с линиями магнитного поля
в) перпендикулярен линиям магнитного поля
2. На рисунке изображен проводник с током в магнит­
ном поле (ток направлен к нам). Магнитное поле
действует на проводник с силой, направленной
а) влево <— в) к нам (•)
б) вправо —> г) от нас (х)
3. На рисунке изображена положительно заря-
X
женная частица, движущаяся в магнитном
поле. Магнитное поле действует на эту частицу х
с силой, направленной
а) от нас (ж) в) вправо —»
б) к нам Q г) влево <—
ж ж
4. Магнитное поле характеризуется векторной величиной,
которая называется магнитной
а) силой (F ) б) индукцией ( ) в) массой ( т м)
5. Вектор индукции магнитного поля направлен
а) перпендикулярно магнитной линии
б) параллельно магнитной линии
в) по касательной к магнитной линии в данной точке 6
6. На прямой проводник длиной 2 м, помещенный в магнит­
ное поле перпендикулярно магнитным линиям, действует
сила 0,4 Н. Если сила тока в проводнике 4 А, то магнитная
индукция равна
а) 0,05 Тл б) 0,2 Тл в) 0,8 Тл г) 3,2 Тл
43
Вариант 2
ТЕСТ 22. Обнаружение магнитного поля по его действию
на электрический ток. Индукция магнитного поля
1. Магнитное поле создается электрическим током и обна­
руживается по его действию на
а) покоящийся положительный заряд (частицу)
б) покоящийся отрицательный заряд (частицу)
в) электрический ток
2. На рисунке изображен проводник с током в магнит­
ном поле (ток направлен от нас). Магнитное поле
действует на проводник с силой, направленной
а) вправо —> в) вниз -I
б) влево < г) вверх Т
3. На рисунке изображена отрицательно заряжен­
ная частица, движущаяся в магнитном поле.
Магнитное поле действует на эту частицу с си­
лой, направленной
а) вверх Т в) влево <—
б) вниз i г) вправо —»
4. Если прямолинейный участок проводника с током располо­
жить перпендикулярно линиям магнитного поля, то модуль
вектора магнитной индукции рассчитывается по формуле:
а) B = F I l в) В = —
F б)
б) В = — г) В = —
I 1 1
5. Название единицы магнитной индукции в СИ:
а) тесла (Тл) б) ньютон (Н) в) вебер (Вб)
6. Магнитное поле называется однородным, если во всех его
точках магнитная индукция В
а) различна б) одинакова в) равна нулю
44
ТЕСТ 23. Магнитный поток. Электромагнитная
индукция. Правило Ленца
Вариант 1
1. На рисунках изображены проволочные рамки (контуры),
помещенные в однородное магнитное поле. Какую рамку
пронизывает наибольший магнитный поток?
/ Г 2
а) вторую рамку
б) первую рамку
в) магнитные потоки одинаковы
2. Если индукция магнитного поля В увеличится в 2 раза, то
магнитный поток, пронизывающий поверхность, ограни­
ченную контуром
а) увеличится в 2 раза в) не изменится
б) уменьшится в 2 раза
*
3. Индукционный ток появляется в цепи, состоящей из катуш­
ки и гальванометра, если
а) магнит вдвигают в катушку северным полюсом вниз
б) магнит извлекают из катушки северным полюсом вверх
в) во время любого движения магнита относительно катушки
изменяется магнитный поток
4. Если полосовой магнит вносить в сплош­
ное кольцо, то оно будет
а) притягиваться к магниту
б) отталкиваться от магнита
в) оставаться в покое
5. Если полосовой магнит выдвигать из
сплошного кольца, то справа от кольца
возникнет
а) южный полюс кольца б) северный полюс кольца
45
ТЕСТ 23. Магнитный поток. Электромагнитная
индукция. Правило Ленца
Вариант 2
1. На рисунках изображены проволочные
рамки (контуры), помещенные в одно­
родное магнитное поле. Магнитный
поток, пронизывающий поверхность
второй рамки
а) равен нулю
б) наибольший
в) такой же, как и для первой рамки
2. Если при неизменном магнитном поле
щадь, ограниченную контуром, увеличить в 3 раза, то маг­
нитный поток, пронизывающий контур
а) увеличится в 3 раза в) не изменится
б) уменьшится в 3 раза
3. Индукционный ток появляется в цепи, состоящей из катуш- I 1' ^
ки и гальванометра, если
а) магнит вдвигать в катушку
б) катушку надевать на неподвижный магнит
в) изменяется магнитный поток при любом относительном
движении катушки и магнита
в
/ /
1
В
индукции В пло-
4. Если полосовой магнит выдвигать из
сплошного кольца, то оно будет
а) отталкиваться от магнита
б) притягиваться к магниту
в) оставаться в покое
—►
N 1 *
5. Если полосовой магнит вносить в сплош­
ное кольцо, то оно будет
а) оставаться в покое
б) притягиваться к магниту
в) отталкиваться от магнита
46
ТЕСТ 24. Явление самоиндукции
Вариант 1
1. Индуктивность (коэффициент самоиндукции) — это физи­
ческая величина, введенная для оценивания
а) электрического сопротивления катушки
б) способности катушки противодействовать изменению силы
тока в ней
в) размеров и форм катушки
2. Название единицы измерения индуктивности в СИ:
а) генри (Гн) б) тесла (Тл) в) ампер (А)
3. Явление самоиндукции заключается в возникновении
а) магнитного потока через площадь контура
б) электрического напряжения в катушке при изменении силы
тока в ней
в) индукционного тока в катушке при изменении силы тока в ней
4. Если сила тока в’ электрической цепи изменяется, то ток
самоиндукции
а) возникает только в катушках этой цепи
б) не возникает ни в катушках, ни в любых других проводниках
этой цепи
в) возникает не только в катушках, но и в любых других провод­
никах этой цепи
5. Индуктивность катушки 0,5 Гн. Если по проводу катушки
пропустить ток силой 10 А, то энергия магнитного поля
в катушке будет равна
а) 50 Дж б) 25 Дж в) 5 Дж
Д7
1. Индуктивность катушки зависит
а) только от ее формы и размеров
б) только от числа витков и наличия железного сердечника
в) от ее формы, размеров, числа витков и наличия или отсут­
ствия железного сердечника
ТЕСТ 24. Явление самоиндукции
Вариант 2
2. Индуктивность обозначают буквой
a) L б) В в) Ф г) I
3. Индукционный ток, возникающий в катушке при измене­
нии силы тока в ней, называют
а) переменным током
б) током самоиндукции
в) током проводимости
4. Энергия магнитного поля тока определяется по формуле:
а) Емаг
F
I I
б) Емаг
mv2

Y
5. Если силу тока в катушке увеличить в 2 раза, а индуктив­
ность катушки уменьшить в 4 раза, то энергия магнитного
поля в катушке
а) не изменится
б) уменьшится в 2 раза
в) увеличится в 8 раз
48
ТЕСТ 25. Получение и передача
переменного электрического тока. Трансформатор
Вариант I
1. Электрический ток, периодически меняющийся со време­
нем по модулю и направлению, называется
а) пульсирующим током
б) переменным током
в) переменным электромагнитным полем
2. Переменный ток используется
а) в осветительной сети домов
б) в электрической цепи с гальваническим элементом
в) в электрической цепи с аккумулятором
3. Неподвижная часть генератора называется
а) статором б) ротором в) индуктором
4. В витках толстого медного провода, уложенного в пазах
статора,
а) создается магнитное поле
б) индуцируется переменный электрический ток
5. Трансформатор — это устройство, предназначенное
а) только для увеличения переменного напряжения и силы тока
б) только для уменьшения переменного напряжения и силы тока
в) для увеличения и уменьшения переменного напряжения и
силы тока
6. Трансформатор, в котором число витков во вторичной
обмотке N2 больше числа витков в первичной обмотке N <:
а) понижающий б) повышающий в) нейтральный
7. На какую трансформаторную подстанцию сначала подает­
ся ток с электростанции?
а) на повышающую
б) на понижающую
в) можно как на повышающую, так и на понижающую
49
ТЕСТ 25. Получение и передача
переменного электрического тока. Трансформатор
Вариант 2
1. Электромеханический индукционный генератор — это
устройство, в котором
а) механическая энергия преобразуется в электрическую
б) электрическая энергия преобразуется в механическую
2. Генераторы называются индукционными потому, что их
действие основано на
а) электромагнитной индукции
б) электризации, в результате которой индуцируются электри­
ческие заряды
3. Вращающаяся часть генератора называется
а) статором б) индуктором в) ротором
4. Магнитное поле в генераторе создается
а) статором б) ротором
Значения напряжений во вторичной и первичной обмотках
трансформатора С/2 и Е/,, число витков в первичной и вто­
ричной обмотках N. и N2 связаны соотношением:
a ) U 2 -N2 = U r N,
6. Если число витков во вторичной обмотке N2 меньше числа
витков в первичной обмотке N., то трансформатор назы­
вают
а) повышающим б) понижающим в) нейтральным
7. На какие трансформаторные подстанции подают напряже­
ние в конце линии электропередачи?
м
а) на повышающие
б) на понижающие
в) сначала на понижающие, затем на повышающие
50
Вариант 1
ТЕСТ 26. Электромагнитное поле.
Электромагнитные волны
1. Верны ли следующие утверждения?
А. Всякое изменение со временем магнитного поля приводит к
возникновению переменного электрического поля.
Б; Всякое изменение со временем электрического поля приводит
к возникновению переменного магнитного поля.
а) верно только А в) верны оба утверждения
б) верно только Б
2. Источником электромагнитного поля служат
а) ускоренно движущиеся электрические заряды
б) равномерно движущиеся по прямой линии электрические
заряды
в) движущиеся электрические заряды
3. Силовые линии вихревого электрического поля
а) разомкнуты
б) замкнуты
в) могут быть как разомкнуты, так и замкнуты
4. Система порождающих друг друга и распространяющихся
в пространстве переменных электрического и магнитного
полей называется
а) электромагнитной волной б) электромагнитным полем
5. Количественной характеристикой магнитного поля является
а) вектор магнитной индукции В
б) напряженность Е
6. Векторы Е и В в электромагнитной волне
а) перпендикулярны б) параллельны
»
С
51
ТЕСТ 26. Электромагнитное поле.
Электромагнитные волны
Вариант 2
1. Единое электромагнитное поле образуют
а) любые электрические и магнитные поля
б) порождающие друг друга переменные электрические и маг­
нитные поля
2. Электростатическое поле существует вокруг
а) неподвижных заряженных тел
б) проводников с током
в) магнитов
3. Силовые линии электростатического поля начинаются на
а) отрицательных зарядах и заканчиваются на положительных
б) положительных зарядах и заканчиваются на отрицательных
в) северном полюсе магнита и заканчиваются на южном
4. Основной количественной характеристикой электрическо­
го поля служит вектор
а) напряженности электрического поля Е
б) индукции В
5. В электромагнитной волне векторыЕ и В
а) всегда постоянны и никогда не колеблются
б) периодически меняются по модулю и направлению, т.е.
колеблются
в) периодически меняются только по направлению, т.е. колеб­
лются 6
6. Электромагнитная волна является
а) только поперечной
б) только продольной
в) продольно-поперечной
52
ТЕСТ 27. Конденсатор. Колебательный контур.
Принципы радиосвязи и телевидения
Вариант 1
1. Конденсатор — это устройство, предназначенное для на­
копления
а) только электрического заряда
б) только энергии электрического поля
в) заряда и энергии электрического поля
2. Название единицы электроемкости в СИ:
а) фарад (Ф) б) генри (Гн) в) тесла (Тл)
V
3. Электрическое поле сосредоточено между обкладками
конденсатора, если их размеры значительно
а) меньше расстояния между ними
б) больше расстояния между ними
4. Колебательный контур — это колебательная система, в ко­
торой могут существовать
а) только свободные колебания электрического поля
б) только свободные колебания магнитного поля
в) свободные электромагнитные колебания
5. Формула для определения периода свободных электромаг­
нитных колебаний имеет вид:
а ) Г = — б ) Т = 2 п 4 1 с в ) r = 7 i V Z c
2 С 6
6. Радиосвязью называют передачу и прием информации с
помощью
а) магнитных волн
б) электрических волн
в) электромагнитных волн
53
ТЕСТ 27. Конденсатор. Колебательный контур.
Принципы радиосвязи и телевидения
Вариант 2
1. Опыт показывает, что заряд q конденсатора
а) обратно пропорционален напряжению U между его обклад­
ками (а — —)
U
б) прямо пропорционален напряжению U между его обкладками
(q = C-U)
2. Коэффициент пропорциональности С в формуле, связыва­
ющей заряд q и напряжение U на конденсаторе, называется
а) индуктивностью конденсатора
б) емкостью конденсатора
в) электрической емкостью конденсатора
3. Энергию электрического поля конденсатора можно рассчи­
тать по формуле:
в) Е =2 ял/i-C 7 ЭЛ
4. Колебательный контур состоит
а) только из конденсатора (или батареи конденсаторов)
б) из конденсатора (или батареи конденсаторов) и проволочной
катушки
в) только из проволочной катушки
5. Электрическая емкость конденсатора колебательного кон­
тура 1(Н Ф, индуктивность контура I Гн. Период электро­
магнитных колебаний равен
а) 0,0628 с б) 0,00628 с в) 0,0001 с
6. Для передачи радиовещательных и телевизионных про­
грамм используют
а) радиотелефонную связь
б) гравитационную связь
в) радиосвязь
54
1. Согласно теории Максвелла электромагнитные волны,
подобно световым, являются
а) поперечными
б) продольными
в) гравитационными
2. Световые и электромагнитные волны обладают
а) только различными свойствами
б) только общими свойствами
в) могут иметь как общие, так и различные свойства
3. Видимый свет — это электромагнитные волны с длиной
волны
а) от 3,8 • 10

7 м до 7,6 ■ 1(Г7 м
б) от 4 * 1014 Гц до 8 * 1014 Гц
в) более 7,6-10-7 м
г) менее 3,8 • 1СГ7 м
4. Макс Планк выдвинул гипотезу, что атомы испускают
электромагнитную энергию
а) непрерывно
б) отдельными порциями — квантами
5. Квант электромагнитного излучения называют
а) фононом б) кварком в) фотоном
6. Фотон
а) обладает массой, но не обладает зарядом
б) обладает зарядом, но не обладает массой
в) не обладает ни массой, ни зарядом
7. Свет обладает
а) только волновыми свойствами
б) как волновыми, так и корпускулярными свойствами
в) только корпускулярными свойствами
ТЕСТ 28. Электромагнитная природа света
Вариант 1
55
1. Согласно теории Максвелла электромагнитные волны, по­
добно световым, распространяются в
а) вакууме со скоростью 300 000 км/с, т.е. со скоростью света
б) любой среде со скоростью 300 000 км/с
в) вакууме с любой скоростью
2. Максвелл предположил, что свет является частным прояв­
лением
а) электромагнитных волн в) электрических волн
б) гравитационных волн
3. Видимый свет имеет частоту
а) от 3,8 * 10

7 м
б) более 8,0 • 1014 Гц
в) менее 4,0 • 1014 Гц
г) от 4,0 ■ 1014 Гц до 8,0 • 1014 Гц
4. Энергию кванта можно вычислить по формуле:
а) Е hv б) Е = — в) Е = — г) Е = h -X,
v h
5. Альберт Эйнштейн выдвинул идею, согласно которой элек­
тромагнитные волны можно рассматривать как поток
а) электронов в) квантов излучения
б) ионов
6. Фотон распространяется со скоростью
а) примерно 340 м/с
б) примерно 3000 км/с
в) света
7. С увеличением частоты электромагнитного излучения в
большей степени проявляются его
а) корпускулярные свойства
б) волновые свойства
ТЕСТ 28. Электромагнитная природа света
Вариант 2
56
ТЕСТ 29. Преломление света
Вариант 1
1. На рисунке показан переход свето­
вого луча из воздуха в воду. Углом
падения луча является угол
а) ZBO
б) ZBO
в) ZEOD
2. Если а — угол падения, (3 — угол преломления, а и21
относительный показатель
относительно первой, то
Л sinB а) — — = п
sin а 21

sina
б) — — = «2, sinp
в) sina -sinp = «21
преломления второй среды
3, Из двух веществ оптически более плотным называется то,
у которого показатель преломления
а) равен 1 б) меньше в) больше
4. Если Uj — скорость света в первой среде, v2 — скорость све­
та во второй среде, то относительный показатель прелом­
ления второй среды относительно первой равен:
ч V \ -ч v 2 ч
a ^ W2 1 = _ L б ) И21 = “ B) M21 = lV Ul v 2 п U,
5. Скорость света в любом веществе всегда
а) больше скорости света в вакууме
б) меньше скорости света в вакууме
в) равна скорости света в вакууме
57
1. На рисунке показан переход свето­
вого луча из воздуха в воду. Углом
преломления луча является угол
а) ZCOD
б) ZEOD
в) ZAOB
ТЕСТ 29. Преломление света
В ариант 2
Если а — угол падения, р —-
рость света в первой среде, v
среде, то
. sin а V . а) ——= п„, =
sin Р '21 V,
-v sin a v2 б )——= п^л =
sinp
v sin а в) ——- п
sinp
21 12,
21 = ” 2
угол преломления, vx — ско-
2 — скорость света во второй
3. Показатель преломления стекла и = 1,5, показатель пре­
ломления воздуха явоздуха = 1. Это означает, что стекло —
среда оптически
а) более плотная б) менее плотная
4. Если с — скорость света в вакууме, и — скорость света в
данной среде, то абсолютный показатель преломления этой
среды равен:
ч V
а) п = —
с
б) п = v • с
\ с в) п = —
V
5. Скорость света в среде и абсолютный показатель преломле­
ния определяются свойствами
«
а) как этой среды, так и окружающих ее других сред
б) только этой среды
в) только сред, окружающих эту среду
58
Вариант 1
1. Дисперсией света называется зависимость показателя пре­
ломления вещества и скорости света в нем от
а) частоты световой волны
б) свойств вещества
в) амплитуды световой волны
2. Белый свет является '
/
а) сложным, состоящим из световых волн различных частот
(разных цветов)
б) простым, состоящим из световой волны одной частоты (одно­
го цвета — белого)
3- Полоска бумаги кажется красной потому, что краска, по­
крывающая полоску, обладает способностью отражать
а) свет остальных цветов и поглощать только красный свет
б) только красный свет и поглощать свет остальных цветов
4. Сплошной спектр характерен
а) только для твердых тел, имеющих температуру порядка не­
скольких тысяч градусов Цельсия
б) только для жидких тел, имеющих температуру порядка не­
скольких тысяч градусов Цельсия
в) для твердых и жидких тел, имеющих температуру порядка
нескольких тысяч градусов Цельсия
5. Находясь в стационарном состоянии, атом
а) не излучает, но может поглощать свет
б) излучает, но не поглощает свет
в) не излучает, и не поглощает свет
6. Если Ек — энергия атома в стационарном состоянии с боль­
шей энергией, Еп — с меньшей энергией, то энергия излу­
ченного атомом фотона равна
ТЕСТ 30. Дисперсия света. Типы оптических спектров.
Происхождение линейчатых спектров
a) A-v = £ n — Е к
б ) h — v = E K- E
в) h-v = EK
г) h-v = En
59
Вариант 2
1# Абсолютный показатель преломления вещества зависит
а) только от свойств вещества
б) только от частоты проходящего через него света
в) от свойств вещества и частоты проходящего через него света
2. Свет каждого цвета характеризуют
а) одной определенной частотой
б) двумя определенными частотами
в) несколькими определенными частотами
3. Зеленое стекло кажется зеленым потому, что оно обладает
способностью пропускать
а) только зеленый свет и поглощать свет остальных цветов
б) свет остальных цветов и поглощать только зеленый свет
4. Линейчатые спектры излучают изолированные атомы
а) жидкостей при любых температурах
б) газов и паров малой плотности
в) твердых тел при любых температурах
5. Излучение света происходит при переходе атома из стацио­
нарного состояния
а) с меньшей энергией в стационарное состояние с большей
энергией
б) с большей энергией в стационарное состояние с меньшей
энергией
6. Если Е — энергия атома в стационарном состоянии с боль­
шей энергией, Е — с меньшей энергией, то атом может
излучать свет
а) любых частот
£
б) только с частотой v = —1-
h
Е — £
в) только с частотой v = ————
h
ТЕСТ 30. Дисперсия света. Типы оптических спектров.
Происхождение линейчатых спектров
60
L Явление радиоактивности открыто
а) Антуаном Анри Беккерелем
б) Эрнестом Резерфордом
в) Джозефом Джоном Томсоном
2. Радиоактивностью называют способность к самопроиз­
вольному излучению
а) атомов некоторых химических элементов
б) атомов всех химических элементов
в) молекул некоторых веществ
3. Бета-частица (p -частица) представляет собой
а) атом химического элемента гелия
б) электрон
в) электромагнитное излучение
4. Согласно ядерной (планетарной) модели атома в центре
атома находится
а) отрицательно заряженное ядро
б) положительно заряженное ядро
в) электрон
5. Атом
а) заряжен положительно
б) заряжен отрицательно
в) электрически нейтрален
6. Диаметр ядра атома
а) больше диаметра атома
б) значительно меньше диаметра атома
в) немного меньше диаметра атома
ТЕСТ 31. Радиоактивность. Модели атомов
Вариант 1
61
1. Способность атомов некоторых химических элементов к
самопроизвольному излучению называется
а) сцинтилляцией
б) радиоактивностью
в) радиоизлучением
2. Альфа-частица (а-частица) представляет собой
а) атом химического элемента гелия, потерявшего оба электрона
б) электромагнитное излучение
в) электрон
3. Гамма-частица (у-частица) представляет собой
а) электрон
б) атом химического элемента гелия
в) электромагнитное излучение
4. Ядерную (планетарную) модель атома предложил
а) Джозеф Джон Томсон
б) Эрнест Резерфорд
в) Антуан Анри Беккерель
5. Согласно ядерной (планетарной) модели атома вокруг ядра
атома движутся
а) электроны, масса которых значительно меньше массы ядра
б) электроны, масса которых значительно больше массы ядра
в) протоны, масса которых сравнима с массой ядра
6. Заряд ядра атома
а) больше модуля суммарного заряда электронов
б) меньше модуля суммарного заряда электронов
в) равен модулю суммарного заряда электронов
ТЕСТ 31. Радиоактивность. Модели атомов
Вариант 2
62
ТЕСТ 32. Радиоактивные превращения атомных ядер
Вариант 1
1. а-распад — это
а) самопроизвольное расщепление а-частицы на составные части
б) самопроизвольное излучение а-частицы радиоактивным
элементом
в) самопроизвольное излучение электрона радиоактивным эле­
ментом
2. Превращение одного химического элемента в другой про­
исходит
а) только при а-распаде
б) только при р-распаде
в) как при а-распаде, так и при р-распаде
3. Массовое число данного химического элемента с точнос­
тью до целых чисел равно
а) числу атомных единиц массы, содержащихся в массе этого
ядра
б) числу атомных единиц массы, содержащихся в массе этого
атома
в) заряду ядра, выраженному в элементарных электрических за­
рядах
4. Ядро атома радия имеет обозначение: 88 Ra. Зарядовое чис­
ло этого ядра равно
а) 226 б) 88 в) 314 г) 138
5. Химический элемент полоний (Ро), испытав а-распад,
превращается в химический элемент свинец (РЬ).
2'0ро ——> ’РЬ+гНе
Массовые и зарядовые числа ядра свинца соответственно
равны:
а) 206; 82 б) 214; 86 в) 82; 206
63
Вариант 2
ТЕСТ 32. Радиоактивные превращения атомных ядер
1. р-распад — это
а) самопроизвольное излучение ядра атома гелия радиоактив­
ным элементом
б) самопроизвольное расщепление р-частицы на составляющие
части
в) самопроизвольное излучение Р-частицы радиоактивным эле­
ментом
2. При радиоактивных превращениях претерпевает(-ют) из­
менение
а) атом или молекула вещества
б) электроны атома химического элемента
в) ядро атома химического элемента
3. Зарядовое число ядра атома данного химического элемента
равно числу
а) элементарных электрических зарядов, содержащихся в заряде
этого ядра
б) элементарных электрических зарядов, содержащихся в заряде
атома этого ядра
в) атомных единиц массы ядра атома
4. Ядро атома радона имеет обозначение: 86R n Массовое
число этого ядра равно
а) 136 б) 308 в) 86 г) 222
5. Ядро атома химического элемента тория (Th), испытав
а-распад, превращается в ядро радия (Ra).
7?T h ——> 2ggRa + 2 Не
Массовые и зарядовые числа ядра тория соответственно
равны:
а) 90; 230 б) 230; 90 в) 222; 86
64
ТЕСТ 33. Экспериментальные методы исследования
частиц. Открытие протона и нейтрона
Вариант 1
1. Счетчик Гейгера позволяет регистрировать только
а) тот факт, что через него пролетают частицы, и число этих час­
тиц
б) заряд частицы, пролетающей через счетчик
2. Частица протон обозначается символами(-ом):
а) [ Н (т.е. ядро атома водорода) и J Р
б) только jH
в) только |Р
3. Масса протона приблизительно равна
а) 1 а.е.м. б) 2 а.е.м. в) 4 а.е.м.
4. Заряд протона
а) положителен и равен элементарному заряду
б) положителен и равен заряду электрона
в) равен нулю
5. Масса нейтрона
а) намного больше массы протона
б) намного меньше массы протона
в) чуть больше массы протона
6. В камере Вильсона используют
а) перегретую жидкость (нагретую выше температуры кипения)
б) пересыщенный пар
в) ионизацию атомов газа
65
ТЕСТ 33. Экспериментальные методы исследования
частиц. Открытие протона и нейтрона
Вариант 2
1. С помощью камеры Вильсона можно определить
а) только массу и энергию частицы
б) только заряд частицы
в) массу, заряд и энергию частицы
2. Протон — это
а) ядро атома гелия
б) ядро атома водорода
в) Р-частица •
3, Протоны
а) входят в состав ядер атомов всех химических элементов
б) входят в состав ядер атомов только некоторых химических
элементов
в) не входят в состав ядер атомов химических элементов
4, Нейтрон принято обозначать символом:
а) ;р б) In в) ;н г) _?р
5. Заряд нейтрона
а) равен элементарному заряду
б) равен заряду протона с противоположным знаком
в) равен нулю
6, В пузырьковой камере используют
а) ионизацию атомов газа
б) перегретую жидкость (нагретую выше температуры кипения)
в) пересыщенный пар
66
ТЕСТ 34. Состав атомного ядра. Массовое число.
Зарядовое число
Вариант 1
1. Ядро атома состоит из
а) протонов и нейтронов, т.е. нуклонов
б) а-частиц и нейтронов
в) протонов и электронов
2. Число протонов в ядре называется
а) массовым числом и обозначается буквой А
б) зарядовым числом, и обозначается буквой N
в) зарядовым числом и обозначается буквой Z
3. Ядро атома химического элемента урана имеет обозначе­
ние: 2Ц\1. Ядро атома урана содержит
а) 92 протона, его зарядовое число 235
б) 92 протона, его зарядовое число 92
в) 235 протонов, его зарядовое число 235
4. Для каждого химического элемента зарядовое число равно
а) порядковому номеру элемента в таблице Менделеева
б) номеру группы в таблице Менделеева
в) номеру периода в таблице Менделеева
5. Ядра атомов изотопов содержат одинаковое число
а) нейтронов, но различное число протонов
б) протонов и нейтронов
в) протонов, но различное число нейтронов
6. Ядро атома химического элемента натрия имеет обозначе­
ние: ]] Na. Ядро атома натрия содержит
а) 12 протонов и 11 нейтронов
б) 11 протонов и 12 нейтронов
в) 23 нейтрона и 11 протонов
67
ТЕСТ 34. Состав атомного ядра. Массовое число.
Зарядовое число
Вариант 2
1. Изотопы — это разновидности данного химического эле­
мента, различающиеся по
а) массе атомных ядер
б) заряду атомных ядер
в) числу электронов в ядрах атома
2. Общее число нуклонов в ядре называется
а) массовым числом, обозначается буквой А
б) массовым числом, обозначается буквой Z
в) зарядовым числом, обозначается буквой N
3. Ядро атома химического элемента кальция имеет обозначе­
ние: jo Са. Ядро атома кальция содержит
а) 20 протонов и нейтронов, его массовое число равно 40
б) 60 протонов и нейтронов, его массовое число равно 60
в) 40 протонов и нейтронов, его массовое число равно 40
4. Число протонов, нейтронов и их общее число связаны соот­
ношением:
a) A — Z — N 6 ) A = Z + N b)A=N-Z
5. Какие из четырех ядер атомов химических элементов явля­
ются изотопами:
«U ; “ Th; * 8U; 232Np?
а) 2ЦU и 232Np б) 233 U и ™U в) 233 U и 23930Th
6. Ядро атома химического элемента калия имеет обозначе­
ние , 9 К. Ядро атома калия содержит
а) 19 нейтронов и 39 протонов
б) 58 протонов и 39 нейтронов
в) 20 нейтронов и 19 протонов
68
ТЕСТ 35. Ядерные силы. Энергия связи.
Дефект масс
Вариант 1
1. Могут ли нуклоны (протоны и нейтроны) в ядре удержи­
ваться за счет сил гравитационной и магнитной природы?
а) могут, т.к. эти силы намного больше электростатических
б) не могут, т.к. эти силы намного меньше электростатических
2. Ядерные силы являются
а) короткодействующими: на больших расстояниях они не
действуют
б) длиннодействующими: на больших расстояниях действие их
велико
3. Энергия связи ядра — это
а) минимальная энергия, необходимая для расщепления ядра
на отдельные нуклоны
б) максимальная энергия, необходимая для расщепления ядра
на отдельные нуклоны
в) кинетическая энергия нуклонов в ядре
4. Масса ядра атома всегда
а) больше суммы масс нуклонов, из которых оно состоит
б) равна сумме масс нуклонов, из которых оно состоит
в) меньше суммы масс нуклонов, из которых оно состоит
5. Если Ат — дефект масс, с — скорость света в вакууме,
то энергия связи ядра вычисляется по формуле:
а) = с • Ат б) АЕ0 — с' <Ат)1 в) АЕ0 - с 2 - Ат
69
ТЕСТ 35. Ядерные силы. Энергия связи.
Дефект масс
Вариант 2
1. Между всеми нуклонами в ядре действуют особые силы
притяжения, которые называются
а) ядерными силами
б) электрическими силами
в) магнитными силами
2. Ядерные силы действуют на расстояниях
а) намного больших размеров самих ядер
б) сравнимых с размерами самих ядер
3. Согласно закону о взаимосвязи массы и энергии энергия
покоя системы частиц вычисляется по формуле:
а) Е0 =тс2 б) Е0 —тс в) Е0 =т2с
I
4. При слиянии свободных нуклонов в ядро в результате вы­
деления энергии масса нуклонов
а) увеличивается
б) не изменяется
в) уменьшается
5. Если Z — число протонов в ядре, тр — масса свободного
протона, N — число нейтронов в ядре, тп — масса свобод­
ного нейтрона, Мя — масса ядра, то дефект массы можно
записать так:
а) Am

(Zmp — Nmn) + М л
б) Am- в) Am = (Zmp +Nmn) — М я
70
ТЕСТ 36. Деление ядер урана. Цепная реакция
Вариант 1
1. В ядре действуют два вида сил:
а) ядерные силы, стремящиеся разорвать ядро, и электроста­
тические силы, благодаря которым ядро не распадается
б) электростатические силы, стремящиеся разорвать ядро, и
ядерные силы, благодаря которым ядро не распадается
2. Поглотив лишний нейтрон, ядро урана разрывается на две
части и излучает при этом
а) 2-3 протона б) 2-3 электрона в) 2-3 нейтрона
3. При делении часть внутренней энергии ядра урана пере­
ходит
а) в кинетическую энергию осколков и частиц
б) в потенциальную энергию осколков и частиц
в) во внутреннюю энергию осколков и частиц
4. Реакция деления яд£р урана идет
а) с поглощением энергии
б) с выделением энергии
в) без изменения энергии
5. Цепная реакция возможна потому, что при делении ядер
урана образуются
а) протоны, способные делить другие ядра
б) два и больше осколков ядер, которые тоже делятся
в) нейтроны, способные делить другие ядра
6. Критическая масса — это
а) наибольшая масса урана, при которой возможно протекание
цепной реакции
б) наименьшая масса урана, при которой возможно протекание
цепной реакции
в) масса урана, при которой уран делится самопроизвольно
71
Вариант 2
ТЕСТ 36. Деление ядер урана. Цепная реакция
1. Сильно удаленные друг от друга части ядра ядерные силы
а) могут удержать, поэтому ядро не разрывается на осколки
б) не могут удержать, поэтому ядро разрывается на осколки
2. Ядро урана разрывается на две части под действием только
а) электростатических сил отталкивания
б) ядерных сил отталкивания
в) магнитных сил отталкивания
3. Кинетическая энергия осколков делящихся ядер урана пре­
образуется
а) в потенциальную энергию осколков
б) во внутреннюю энергию осколков
в) во внутреннюю энергию окружающей среды
4. Для преобразования внутренней энергии атомных ядер в
«
электрическую на атомных электростанциях используют
а) реакцию горения нефти, газа, каменного угля
б) реакцию деления ядер
в) цепную реакцию деления ядер
5. На каком рисунке изо­
бражена цепная реак­
ция деления ядер?
а) 2
б) 1
в) 2 и 1
6. Если число свободных нейтронов уменьшается с течением
времени, то цепная реакция
а) прекращается
б) может продолжаться* в течение неограниченного количества
времени
в) может как прекратиться, так и продолжаться очень долго
72
Вариант 1
1. Ядерный реактор — это устройство, предназначенное для
а) осуществления управляемой цепной ядерной реакции
б) получения ядер атомов различных химических элементов
2. В активной зоне ядерного реактора находятся
а) ядерное топливо и замедлитель
б) теплообменник и генератор электрического тока
в) ядерное топливо и генератор электрического тока
3. На атомных электростанциях происходит преобразование
энергии:
а) внутренняя энергия воды преобразуется в кинетическую
энергию нейтронов и осколков ядер
б) электрическая энергия преобразуется в кинетическую энер­
гию нейтронов и осколков ядер
в) кинетическая энергия осколков ядер и нейтронов преобразу­
ется во внутреннюю энергию воды
4. Первый европейский ядерный реактор был создан под ру­
ководством
а) Энрико Ферми в Италии
б) Игоря Васильевича Курчатова в СССР
в) Фредерико Кюри во Франции
5. Основное преимущество АЭС заключается в том, что для ее
работы требуется небольшое количество
а) ядерного топлива
б) обслуживающего персонала
в) воды в парогенераторе
6. Основные проблемы ядерной энергетики:
а) только конструктивная сложность создания ядерного реак­
тора
б) только радиоактивные отходы и возможность аварий
в) содействие распространению ядерного оружия, радиоактив­
ные отходы и возможность аварий
ТЕСТ 37. Ядерный реактор. Атомная энергетика
73
ТЕСТ 37. Ядерный реактор* Атомная энергетика
Вариант 2
1. Реактор, работающий на изотопе урана-235 (^11), называ­
ется
а) реактором на быстрых нейтронах
б) реактором на медленных нейтронах
в) термоядерным реактором
2. Активная зона ядерного реактора посредством труб соеди­
няется с
а) турбиной
б) ротором генератора
в) теплообменником
3. На атомных электростанциях происходит преобразование
энергии:
а) часть внутренней энергии атомных ядер урана преобразуется
в кинетическую энергию нейтронов и осколков ядер
б) кинетическая энергия нейтронов и осколков ядер преобразу­
ется во внутреннюю энергию атомных ядер урана
в) кинетическая энергия пара преобразуется во внутреннюю
энергию атомных ядер урана
4. Первая в мире атомная электростанция была введена в
действие в 1954 году
а) в США б) во Франции в) в СССР
5. Одним из преимуществ АЭС (при правильной их эксплуа­
тации) является
а) экологическая чистота по сравнению с ТЭС (тепловая элек­
тростанция)
б) то, что АЭС — один из основных источников долгоживущих
радионуклидов
6* Надежную изоляцию радиоактивных изотопов от биосфе­
ры человека осуществляют за счет *
а) остеклования радиоактивных отходов
б) создания могильников разных типов
74
ТЕСТ 38. Биологическое действие радиации.
Закон радиоактивного распада
Вариант 1
1. Тем серьезнее нарушения в организме человека, чем боль­
ше энергии радиоактивного излучения он получает и чем
а) меньше его масса б) больше его масса
2. Обозначение поглощенной дозы излучения:
a) D б) Е в) F г) Р
3. Если Н — эквивалентная доза, К — коэффициент качества
излучения, то эквивалентная доза определяется по фор­
муле:
а) Я = — б)H=D K в) Я = —
К D
4. Единица эквивалентной дозы в СИ:
а) грэй (Гр) б) рентген (Р) в) зиверт(3в)
5. Промежуток времени, в течение которого исходное число
радиоактивных ядер в среднем уменьшается вдвое, называ­
ется
а) частотой полураспада
б) периодом полураспада
в) периодом распада
6. На рисунке изображен
график зависимости чи­
сла радиоактивных ядер
от времени распада. Пе­
риод полураспада равен
а) 2 ч
б) 0,5 ч
в) 1 ч
N
100000
50000
25 000
12500
0 1 2 3 t, ч
75
ТЕСТ 38. Биологическое действие радиации.
Закон радиоактивного распада
Вариант 2
1. Если Е — поглощенная телом энергия радиоактивного из­
лучения, т — масса тела, то поглощенную дозу излучения
можно вычислить по формуле:
a )D = — б) D-Em)Z)=- в
Е т
2. Единица поглощенной дозы излучения в СИ:
а) грэй(Гр) б) рентген (Р) в) зиверт(Зв)
3. В определенных случаях (например, при облучении у-излу-
чением) поглощенную дозу излучения можно измерять в
а) зивертах (Зв) б) рентгенах (Р) в) грэях (Гр)
4. При одинаковой поглощенной дозе разные виды излучения
вызывают
а) разные по величине биологические эффекты
б) одинаковые по величине биологические эффекты
Если п — отношение времени распада t к периоду полурас­
пада Т, N0 — начальное число радиоактивных ядер, а —
их число через время t, то формула закона радиоактивного
распада имеет вид:
a) N0-N =2" б) N0 = N
На рисунке изображен
график зависимости чи- 400000
ела радиоактивных ядер
от времени распада. Пе-
риод полураспада равен 200000
а) 1 ч
б) 6 ч 100000
в) 2 ч 50000
0
N
в) N = —^

2"
6 /, ч
76
ТЕСТ 39. Термоядерная реакция
Вариант 1
1. Реакция слияния легких ядер, происходящая при темпера­
турах порядка сотен миллионов градусов, называется
а) реакцией ядер атомов
б) ядерной реакцией
в) термоядерной реакцией
2. Энергия может выделяться
а) только при делении тяжелых ядер атомов
б) как при делении тяжелых ядер атомов, так и при синтезе лег­
ких ядер
в) только при синтезе легких ядер
3. Примером термоядерной реакции может служить
а) расщепление нейтроном ядра урана
б) слияние изотопов водорода, в результате чего образуется ядро
гелия
♦
4. Управляемые термоядерные реакции могут использоваться
а) в мирных целях
б) только в термоядерной бомбе
5. Энергия, поддерживающая жизнь на Земле, существует
благодаря
а) химическим реакциям, происходящим в недрах Земли
б) реакциям деления тяжелых ядер атомов, протекающим в нед­
рах Солнца
в) термоядерным реакциям, протекающим в недрах Солнца
77
Вариант 2
ТЕСТ 39. Термоядерная реакция
1. Создание высокой температуры для возникновения термо­
ядерной реакции необходимо для придания ядрам атомов
большей
а) кинетической энергии и их сближения
б) потенциальной энергии и их удаления друг от друга
2. При одинаковых массах вещества реакция синтеза легких
ядер по сравнению с реакцией деления тяжелых ядер энер­
гетически
а) более выгодна
б) менее выгодна
в) не дает выгоды, т.к. массы вещества одинаковы
3. Неуправляемая термоядерная реакция
а) реализуется в термоядерной бомбе
б) может реализоваться в мирных целях
в) может реализоваться как в термоядерной бомбе, так и в мир­
ных целях
4. Для удержания плазмы в ограниченном пространстве при­
меняются очень сильные
а) электростатические поля
б) магнитные поля
в) гравитационные поля 5
5. Водородный цикл состоит из
а) двух термоядерных реакций,
гелия из водорода
б) трех термоядерных реакций,
водорода из гелия
в) трех термоядерных реакций,
гелия из водорода
приводящих
приводящих
приводящих
к образованию
к образованию
к образованию

Конденсаторы

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Конденсаторы»

Не следует думать, что новые идеи

побеждают путем острых дискуссий,

в которых создатели нового переубеждают

своих оппонентов. Старые идеи уступают

новым таким образом, что носители старого

умирают, а новое поколение воспитывается

в новых идеях, воспринимая их как

нечто само собой разумеющееся.

24 марта 1896 г. на заседании Российского физико-химического общества физик и электротехник Александр Степанович Попов с по­мощью изобретенного им радиопередатчика продемонстрировал пе­редачу сигналов на расстояние 250 м. Он передал азбукой Морзе первую в мире радиограмму из двух слов: «Генрих Герц». Переда­ча осуществлялась посредством электромагнитных волн радиодиапазона, т. е. была беспроводной. В то время это было воспринято как чудо.

Теперь люди настолько привыкли, что могут не только слышать, но и видеть то, что происходит за много километров от них, что это не вызывает ни малейшего удивления. Чтобы понять физические процессы, лежащие в основе передачи и приема звука и изображения, сначала следует познако­миться с таким важным устройством, как конденсатор.

Конденсатор (от лат. condensator— тот, кто уплотняет, сгущает) — это устройство, предназначенное для накопления заряда и энергии электрического поля.

Конденсаторы состоят из двух или более близко расположенных друг к другу проводников (обкладок), разделенных слоем диэлектрика, причем толщина слоя диэлектрика между проводниками значительно меньше размеров самих проводников.

При небольших размерах конденсатор отличается значительной емкостью, не зависящей от наличия вблизи него других зарядов или проводников.

На рисунке показано, как обозначается конденсатор на схемах электрических цепей.

Существуют разные способы зарядки конденсатора. Можно, на­пример, соединить его обкладки с источником постоянного напряже­ния.

При этом обкладки конденсатора заряжаются равными по величине, но противоположными по знаку зарядами. Под зарядом конденсатора понимается модуль заряда одной из его обкладок.

Опыт показывает, что заряд конденсатора прямо пропорциона­лен напряжению между его обкладками.

Коэффициент пропорциональности называется электриче­ской емкостью (электроемкостью или просто емкостью) конденсатора.

Электроемкостью конденсатора называют физическую величину, численно равную отношению заряда конденсатора к разности потенциалов между его обкладками.

Единица электроемкости в СИ — Ф (фарад) — получила свое на­звание в честь Майкла Фарадея, внесшего большой вклад в развитие электромагнетизма.

1 Фарад равен емкости такого конденсатора, между обкладками которого возникает напряжение 1 Вольт при сообщении конденсатору заряда 1 Кулон.

Опыты показывают, что чем больше площадь перекрытия пластин и чем меньше расстояние между ними, тем больше емкость плоского конденсатора.

При внесении в пространство между обкладками стеклянной пластины емкость конденсатора увеличивается, следовательно, она зависит и от свойств используемого диэлектрика.

Исходя из опытных данных, можно вывести математическую зависимость емкости плоского конденсатора:

Где — диэлектрическая постоянная; — диэлектрическая проницаемость диэлектрика; S — это площадь обкладки конденсатора; d — расстояние между ними.

В ряде случаев для получения требуемой емкости несколько кон­денсаторов соединяют в батареи, применяя при этом параллельное, последовательное и смешанное соединения.

При параллельном соединении конденсаторов одни обкладки соединяются в один узел, другие — в другой. Общий заряд равен алгебраической сумме зарядов каждой из обкладок отдельных конденсаторов.

Так как соединенные обкладки представляют собой один проводник, то потенциалы всех соединенных в один узел обкладок одинаковы и разность потенциалов между обкладками всех конденсаторов одинакова.

Так как заряд конденсатора прямо пропорционален разности потенциалов, то емкость батареи параллельно соединенных конденсаторов равна сумме емкостей отдельных конденсаторов.

Понятно, что емкость батареи из n одинаковых параллельно соединенных кон­денсаторов определяется как произведение емкости одного конденсатора, на количество конденсаторов в батарее.

При последовательном соединении конденсаторов потенциал соединенных между собой обкладок конденсаторов одинаков. Если сообщить одной из обкладок первого конденсатора заряд плюс q, то у второй обкладки будет заряд минус q, у соседней обкладки второго конденсатора заряд плюс q и т.д. Следовательно, заряд на всех конденсаторах будет одинаков.

Напряжение же будет равно сумме напряжений на всех конденсаторах.

Из того, что напряжение на обкладках конденсатора прямо пропорционально заряду и обратно пропорциональна емкости, следует, что величина, обратная емкости батареи последовательно соединенных конденсаторов, равна сумме величин, обратных емкостям отдельных конденсаторов.

Емкость батареи из n одинаковых последовательно соединенных кон­денсаторов равна отношению емкости одного конденсатора к количеству конденсаторов в батарее.

Известно, что заряженные тела созда­ют в пространстве вокруг себя электриче­ское поле и взаимодействуют друг с дру­гом посредством этих полей. Силовой характеристикой электрического поля служит напря­женность Е.

Напряженность — это физическая векторная величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и численно равная отношению силы действующей на неподвижный пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда.

Для получения наглядного представления о величине и направ­лении напряженности электрического поля в любой точке простран­ства пользуются вообра­жаемыми линиями, которые мы назвали линиями напря­женности или силовыми линиями электрического поля.

Касательные к этим линиям в любой их точке совпадают с вектором напря­женности в этой точке. Там, где напряженность поля больше, ли­нии гуще.

Линии напряженности электрического поля начинаются на поло­жительных зарядах и либо уходят в бесконечность, и заканчиваются на отрицательных зарядах.

Обратите внимание, что линии поля плоского конденсатора параллельны и располо­жены на одинаковом расстоянии друг от друга. Значит поле такого конденсатора однородно.

При зарядке конденсатора внешними силами совершается работа по разделению положительных и отрицательных зарядов. По закону сохранения энергии работа внешних сил равна энергии поля конден­сатора. При разрядке конденсатора за счет этой энергии может быть совершена работа.

Убедимся в этом на опыте. Соберем электрическую цепь из источника пос­тоянного тока, конденсатора, лампы и переключателя. Чтобы зарядить конденсатор, подключим его и источни­ку тока, поставив переключатель в поло­жение 1. Через некоторое время переве­дем переключатель в положение 2, замкнув цепь с конденсатором и лампой.

В результате разрядки конденсатора через лампу пройдет ток, и можно увидеть кратковременную вспышку. При вспышке раскаленная током нить накала лампы выделяет энергию в виде света и тепла. Значит, потенциальная энергия электрического поля конденсатора преобразовалась во внутреннюю энергию нити накала и излучилась в виде света и тепла.

Энергию электрического поля конденсатора можно рассчитать по формуле:

Из этой формулы следует, что энергия конденсатора данной емкости тем больше, чем больше его заряд.

Конденсаторы можно классифицировать по следующим признакам и свойствам:

– по назначению — конденсаторы постоянной и переменной емкости;

– по форме обкладок различают конденсаторы плоские, сферические, цилиндрические и др.;

– по типу диэлектрика — бумажные, керамические, электролитические и т.д.

На рисунке представлены бумажный, электролитический и керамический конденсаторы.

В бумажном конденсаторе обкладками служат две одинаковые бумажные ленты из металлической фольги, между которыми в качестве диэлектрика проложена лента из парафинированной бумаги. Все три ленты плотно скручены в рулон и помещены в металличе­ский корпус. При сравнительно небольших габаритах бумажный конденсатор обладает довольно большой емкостью за счет большой площади пластин.

В оксидно-электролитическом конденсаторе диэлектриком явля­ется очень тонкая оксидная пленка, нанесенная на металлическую пластину, являющуюся одной из обкладок. Роль второй обкладки играет электролит, контактирующий с металлическим корпусом.

В миниатюрных керамических конденсаторах тонкий проводящий слой (обкладки) наносят на керамический цилиндр (изолятор). Необхо­димо знать, что чем тоньше изоляция, тем меньшее напряжение она выдерживает. Поэтому на корпусе конденсатора обычно указывается его номинальное напряжение. Указывается также емкость конденсатора.

Конденсаторы применяют, например, в лампах-вспышках, лазерах и других устройствах. Широкое применение они нашли в радиотехнике.

В радиотехнических устройствах часто используются конден­саторы переменной емкости. Изменение емкости втаком конденсаторе достигается изменением площади перекрытия обкладок. Он состоит из системы неподвижных пластин — статора и системы подвижных пластин — ротора, которые поворотом руч­ки можно вращать вокруг оси. Для увеличения емкости пластины ротора вдвигают в пространство между пластинами статора, увели­чивая площадь перекрытия; для уменьшения емкости пластины вы­двигают.

Основные выводы:

– Конденсатор— это устройство, предназначенное для накопления заряда и энергии электрического поля.

– Под зарядом конденсатора понимается модуль заряда одной из его обкладок.

– Электроемкостью конденсатора называют физическую величину, численно равную отношению заряда конденсатора к разности потенциалов между его обкладками.

– Единица электроемкости в СИ — фарад.

– Конденсаторы классифицируются по следующим признакам и свойствам:

– по назначению — конденсаторы постоянной и переменной емкости;

– по форме обкладок различают конденсаторы плоские, сферические, цилиндрические и др.;

– по типу диэлектрика — бумажные, керамические, электролитические и т.д.

Заряд конденсатора — зарядка и разрядка, емкость и энергия

Конденсаторы часто применяются в электрических схемах, помогая трансформировать электросигнал под определенные характеристики. Используя их основное свойство — накапливать электрический заряд, можно регулировать прохождение тока по цепи, убирать нежелательные пульсации напряжения или повысить энергоэффективность сети. При решении подобных задач в расчет берутся конкретные параметры того или иного электронакопителя, а также общие процессы, связанные с зарядом и разрядом конденсаторов.

Заряд конденсатора

Устройство обычного конденсатора состоит из двух пластин (обкладок), подключаемых к выходам цепи, и диэлектрика между ними. При этом величина заряда, накаливаемого конденсатором, зависит от его емкостной характеристики основных параметров: площади обкладок, толщины и диэлектрических свойств прокладочного материала.

Емкость конденсатора определяется по формуле:

где S – площадь обкладок, ε — диэлектрическая проницаемость прокладки, ε0 — диэлектрическая постоянная (8,85•10-12 Ф/м), d – расстояние между пластинами.

Конденсируемый же заряд равняется произведению емкости конденсатора на напряжение в цепи: q = С × U.

Процессы зарядки и разрядки конденсаторов

При включении конденсатора в цепь через него начинает проходить ток. С движением электронов по проводнику на одной обкладке устройства скапливается отрицательный заряд, а на другой (при недостатке электронов) — положительный. Между пластинами образуется индуктивное поле, создающее разность потенциалов определенного значения. В проводниках постоянного тока накопление заряда идет до тех пор, пока уровень напряжения на обкладках не сравняется с номинальным напряжением элемента питания, после чего течение электротока останавливается.

Когда цепь размыкается и на конденсатор не подается напряжение, он может сохранять заряд на протяжение определенного времени, а затем с исчезновением электрического поля между пластинами заряд начнет перетекать в проводник. Процесс разряда конденсатора характеризуется переходом электронов с одной обкладки на другую. Конденсатор разряжается полностью, когда количество свободных электронов на обеих пластинах сравнивается. При этом все электродинамические процессы в цепи прекращаются.

Емкость и энергия конденсатора

Конденсатор, как и всякий объект, получающий электрический заряд, обладает энергией. Для его зарядки требуется определенная работа, которая идет на разделение заряженных частиц — именно она считается энергией конденсаторного устройства. Ее можно увидеть, если заряженный конденсатор присоединить, например, к светодиоду. Накопитель отдаст заряд лампочке, и она на некоторое время загорится, тем самым энергия перейдет в свет и тепло.

Для определения энергии конденсатора в расчет берут количество заряда, толщину диэлектрика и напряженность электрического поля. Последняя является векторной величиной и представляет собой силу, действующую на точечный заряд.

Поскольку заряды на обкладках равны между собой по модулю, во внимание принимается только значение напряженности одной из них, а значит, эта величина делится пополам — Е/2. Общая же энергия определяется по формуле:

Wp = qEd/2.

Произведение напряженности на расстояние между пластинами само себе представляет разность потенциалов или напряжение — U = E × d. Таким образом, энергию можно выразить через заряд и напряжение на конденсаторе. Формула будет иметь следующий вид:

Wp = qU/2.

Учитывая, что заряд и напряжение находятся в зависимости от емкости конденсатора, можно вывести еще пару формул энергии:

Wp = q2/2C

Wp = CU2/2

Как зарядить конденсатор

Для зарядки конденсатора требуется генератор электротока. Возникающие при этом процессы удобнее разобрать на примере простой цепи, включающей в себя конденсатор (С) и резистор (R).

Зарядка конденсатора от источника постоянной ЭДС

В соответствии с законом Ома разность потенциалов, возникающая на резисторе и конденсаторе, суммарно равна электродвижущей силе генератора тока. Математически это можно представить следующими формулами:

UC = q/C – напряжение конденсатора;

UR = IR – напряжение резистора;

ε = UC + UR – ЭДС источника.

Для пояснения зарядного процесса определим равенство

IR = ε – q / C.

Эта формула представляет динамические изменения заряда силы тока. Более конкретно это может быть выражено уравнением:

I = dq / dt.

Изменение заряда во времени можно подставить к сопротивлению. Соответственно, получаем

R • dq / dt = ε – q / C.

В строгом смысле это уравнение предписывает бесконечное время зарядки конденсаторного устройства. Однако этим можно пренебречь, если учесть, что заряд фактически дискретен и может быть подвержен случайным изменением и флуктуациям. Таким образом, в данном выражении имеются в виду усредненная динамика зарядного процесса. На его основании можно записать изменение ЭДС и составляющих напряжений обоих элементов цепи:

dε = d(IR) + d(q/C).

Фактически ЭДС генератора не меняется во времени, а значит, dε = 0, а емкость конденсатора и сопротивление обладают постоянными значениями, поэтому их можно обозначить без d:

R • dI = — 1/C • dq.

Поделив данное уравнение на временной период, за который заряжается конденсатор, можно вывести выражение, учитывающее корреляцию между динамикой заряда и силой тока:

dI / dt = –I/RC.

Это уравнение означает отношение скорости, с которой уменьшается сила тока к ее фактическому значению.

В начале процесса заряда конденсатора значение q равняется нулю. В этот момент при наибольшей разнице напряжений источника питания и электронакопителя сила тока имеет максимальное значение. По мере увеличения заряда значение I постепенно падает. Когда конденсатор заряжается полностью, его напряжение сравнивается с ЭДС генератора, а сила тока принимает значение 0. Соответственно, электродинамический процесс прекращается.

Дополнительно можно рассмотреть, как в процессе зарядки трансформируется энергия. Вполне очевидно, что генератор тока является причиной возникновения электротока в цепи и, следовательно, заряда электронакопителя.

В этом усматривается некое противоречие: когда конденсатор получает от генератора тока заряд q, это значит, что ЭДС выполнила работу равную заряду (А = qe), однако энергия самого накопителя определяется по формуле W = q2 / 2C = qε / 2, что составляет только половину от работы, произведенной источником питания. Этот парадокс объясняется самим фактом прохождения тока по электроцепи, которое сопровождается выделением тепловой энергии на резисторе, то есть определенное количество энергопотери приходится на тепло.

Дифференциальные расчеты для малых отрезков времени процесса зарядки показывают, что энергия от генератора, действительно, разделяется на электрическую, идущую на заряд конденсаторного устройства, и тепловую. При этом сопротивление цепи само по себе никак не влияет на количество выделяемой теплоты, которое равняется энергии конденсатора.

Заряд конденсатора, ток

При подключении конденсатора к источнику тока в начале зарядки заряд на пластинах практически отсутствует. Максимальное значение I в этой ситуации объясняется минимальным сопротивлением. С увеличением заряженных частиц, возрастает сопротивление индуктивного поля, которое препятствует прохождению тока по проводнику.

Период времени, за начальную точку которого берут момент наибольшей силы тока, а за конечную полное прекращение движения заряженных частиц, носит название переходного периода зарядки конденсатора.

Начальный момент зарядки конденсатора характеризуется нулевым напряжением между его пластинами. Показатель U начинает возрастать с появлением на обкладках разноименно заряженных частиц. Большая сила тока в начале процесса обусловливает большую скорость увеличения напряжения. По мере ее падения рост напряжения замедляется, достигнув максимального значения при полной зарядке электронакопителя.

График увеличения напряжения имеет вид параболы, будучи противоположным графику снижения силы тока.

Математически динамическую взаимозависимость тока, напряжения и емкости конденсатора можно выразить следующим образом:

I = С • dV / dt.

Время, необходимое для зарядки конденсатора

Время зарядки конденсатора определяется его емкостью, электродвижущей силой генератора тока, напряжением и сопротивлением в цепи.

Заряд конденсатора описывается как экспоненциальный процесс. Чтобы оценить его время, принимается, что значение заряда увеличивается равномерно, при этом скорость заряда приравнивается к силе тока в начале процесса. Отсюда следует уравнение постоянной времени:

τ = q / I0 = RC.

Зависимость динамики напряжения от длительности зарядки определяется по следующей формуле:

Значение высчитывается с привлечением основания натурального логарифма (е), которое относится к функции экспоненты и равняется приблизительно 2,718. При этом UC обозначает напряжение ЭДС источника.

Процент заряда по постоянной времени τ определяется в соответствии с формулой:

Таким образом, конденсатор достигает почти полной зарядки за 5 τ.

Учитывая экспоненциальный характер увеличения напряжения конденсатора, можно сказать, что время его зарядки до уровня ЭДС генератора длится бесконечно долго.

Заряд конденсатора: формула

Конденсатор заряжается довольно быстро. Обычно для этого достаточно нескольких миллисекунд. Равенство напряжения электродвижущей силы источника питания и электронакопителя определяет максимальный заряд конденсатора. Формула заряда может быть определена с учетом общих параметров конденсатора:

Также можно принять во внимание конструкционные особенности конденсатора. Так, для цилиндрического накопителя заряд равняется:

где l – высота цилиндров, r2 – радиус наружной пластины, r1 — радиус внутренней пластины.

Время разряда конденсатора

Если конденсатор переключить на нагрузку резистора, он сам станет источником питания и будет отдавать заряд в цепь. Движение тока при этом начинается от пластины с отрицательным зарядом на положительно заряженную пластину и далее по контуру. Напряжение в начальный момент будет такое же как и после полной зарядки накопителя. В соответствии с законом Ома можно определить и первоначальную силу тока:

IC = UC / R.

Отдавая заряд, конденсатор будет терять напряжение. Соответственно будет уменьшаться и сила тока. Снижение обоих показателей идет по экспоненциальной кривой с замедлением скорости падения. Это значит, что динамику разрядки конденсатора можно описать, как и в случае зарядки, при помощи постоянной времени τ.

Изменение основных электрических показателей при заряде и разряде конденсатора играют ключевую роль в электротехнике и радиоэлектронике. Эта функциональность в полной мере проявляется в цепях переменного тока, где оба процесса сменяют друг друга с определенной периодичностью. На частотно-зависимых качествах электронакопителей основан принцип действия таких электроустановок, как колебательные контуры, реле времени, цепи обратной связи, частотные фильтры и другие.

Зависимость напряжения на конденсаторе от времени его разряда

Считаем, что первоначально конденсатор не заряжен. В момент времени t = 0 ключ замкнули, и в цепи пошёл ток, заряжающий конденсатор. Увеличивающиеся заряды на обкладках конденсатора будут всё в большей степени препятствовать прохождению тока, постепенно уменьшая его. Запишем закон Ома для этой замкнутой цепи:

После разделения переменных уравнение примет вид:

Проинтегрировав это уравнение с учётом начального условия

q = 0 при t = 0 и с учётом того, что при изменении времени от 0 до t заряд изменяется от 0 до q, получим

, или после потенцирования

Анализ этого выражения показывает, что заряд приближается к своему максимальному значению, равному С, асимптотически при t ® ?.

Подставляя в формулу (4) функцию I(t) = dq/dt, получим

Из закона сохранения энергии следует, что при зарядке конденсатора для любого момента времени работа источника тока dАист рана сумме количества джоулевой теплоты dQ, выделившейся на резисторе R и изменению энергии конденсатора dW:

где dAист =Idt, dQ =I2Rdt, dW =d. Тогда для произвольного момента времени t имеем:

История накопителей заряда

Самое раннее письменное свидетельство получения зарядов с помощью трения принадлежит учёному Фалесу из Милета (635—543 гг. до н. э.), который описал трибоэлектрический эффект от взаимодействия янтаря и сухой шерсти. Для приблизительно 2300 последующих лет любое получение электричества заключалось в трении двух различных материалов друг о друга.

Качественный рывок в знаниях о зарядах произошёл в эпоху Просвещения — период революционного развития научной мысли в образованных кругах. В это время электричество становится популярной темой, а энтузиастами было произведено немало опытов и экспериментов с генераторами на основе трения.

Первое устройство для хранения полученных зарядов было создано в 1745 г. двумя электриками (так тогда называли людей, изучающих природу статического электричества), работающими независимо друг от друга: Эвальдом фон Клейстом, деканом собора в Пруссии, и Питером ван Мюссенбруком, профессором математики и физики в университете Лейдена.

Открытие явления произошло во время опытов у обоих экспериментаторов, но с той разницей, что Мюссенбрук, во-первых, сделал немало усовершенствований первоначально созданного оборудования, а во-вторых, письменно сообщил коллегам о своих достижениях. Прошло совсем немного времени и учёные мира стали создавать накопители зарядов собственных конструкций. Это были первые шаги в эволюции конденсаторов, продолжающейся и в наши дни. Основные даты хронологии появления устройств для хранения зарядов:

ЭКСПЕРИМЕНТ 1

Определение ёмкости конденсатора методом разрядки

1.Соберите на рабочей части экрана замкнутую электрическую цепь, показанную ниже на рис.2. Для этого сначала щёлкните мышью на кнопке э.д.с.,расположенной в правой части окна эксперимента. Переместите маркер мыши на рабочую часть экрана, где расположены точки, и щёлкните маркером мыши в виде вытянутого указательного пальца в том месте, где должен быть расположен источник тока. Подведите маркер мыши к движку появившегося регулятора э.д.с., нажмите на левую кнопку мыши, удерживая её в нажатом состоянии, меняйте величину э.д.с. и установите 10 В. Аналогичным образом включите в цепь 4 других источника тока. Суммарная величина э.д.с. батареи должна соответствовать значению, указанному в таблице 1 для вашего варианта.

Таким же образом разместите далее на рабочей части экрана 7 ламп Л1-Л7 ( кнопка ), Ключ К (кнопка ), вольтметр (кнопка ), амперметр (кнопка ), конденсатор (кнопка ). Все элементы электрической цепи соедините по схеме рис.1 с помощью монтажных проводов (кнопка ).

2. Щёлкните мышью на кнопке «Старт». Должна засветиться лампа Л7, а надпись на кнопке измениться на «Стоп». Курсором мыши замкните ключ К.

3. После установления в цепи стационарного тока ( должны погаснуть лампы Л5 и Л6 и светиться лампы Л1-Л4) запишите показания электроизмерительных приборов в таблицу 2.

4. Нажмите на кнопку «Стоп» и курсором мыши разомкните ключ К.

5. Двумя короткими щелчками мыши на кнопке «Старт» запустите и остановите процесс разрядки конденсатора. Показания амперметра будут соответствовать начальному току разрядки конденсатора I0. Запишите это значение в таблицу 3.

6. Вновь замкните ключ, зарядите конденсатор и повторите п.п. 5, 6 ещё 4 раза.

7. Для каждого опыта рассчитайте It= I0/2,7- силу тока, которая должна быть в цепи разрядки конденсатора через время релаксации t и запишите эти значения в таблицу 3.

8. При разомкнутом ключе нажатием кнопки «Старт» запустите процесс разрядки конденсатора и одновременно включите секундомер.

9. Внимательно наблюдайте за изменением показаний амперметра в процессе разрядки конденсатора. Остановите секундомер и синхронно нажмите кнопку «Стоп» при показании амперметра, равном или близким к It. Запишите это значение времени t1 в таблицу 3.

10. Проделайте опыты п.п.8, 9 ещё 4 раза.

Таблица 1. Суммарное значение э.д.с. источников тока

Таблица 2. Определение сопротивления лампы.