PREČO SA KAPACITA KONDENZÁTORA ZMENÍ, AK VYMENÍME DIELEKTRIKUM?

Dielektrikum sa v elektrickom poli polarizuje . . .

• Nakreslite homogénne elektrické pole medzi dvoma elektricky nabitými platňami, vyznačte ich polaritu a smer vektora intenzity tohto elektrického poľa.
• Nakreslite izolant vložený do tohto elektrického poľa. Ako vplýva elektrické pole na tvar atómov alebo molekúl v izolante?
• Ako ovplyvní izolant vonkajšie elektrické pole, v ktorom je vložený? Svoje tvrdenie zdôvodnite.
• Čo udáva látková konštanta relatívna permitivita?
• Homogénne elektrické pole je medzi platňami kondenzátora. Vyjadrite vzťah medzi veličinami kapacita platňového kondenzátora a elektrický náboj na jeho platniach veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi kapacitou platňového kondenzátora, obsahom účinnej plochy jeho platní a ich vzdialenosťou veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Platňový kondenzátor so vzduchom má kapacitu 5 pF. Vypočítajte jeho kapacitu, ak priestor medzi jeho platňami vyplníme sklom, ktorého relatívna permitivita je _r = 6.
• Veľkosť intenzity elektrického poľa tohto kondenzátora so vzduchom je 6 kV.m^-1. Ako sa zmení jej veľkosť po vyplnení priestoru medzi platňami sklom?

17.2

AKÁ SILA URÝCHĽUJE PROTÓN V ELEKTRICKOM POLI?

V urýchľovačoch sú elementárne častice urýchľované elektrickým poľom . . .

• Nakreslite homogénne elektrické pole medzi dvoma elektricky nabitými platňami, vyznačte ich polaritu a smer vektora intenzity tohto elektrického poľa.
• Vyznačte v obrázku protón v blízkosti kladnej platne. Zakreslite k nemu vektory všetkých elektrických síl, ktoré naň v tomto poli pôsobia.
• Aká je veľkosť výslednice elektrických síl pôsobiacich na protón? Aký pohyb koná protón v homogénnom elektrickom poli ? Svoje tvrdenie zdôvodnite na základe Newtonových pohybových zákonov.
• Vyjadrite vzťah medzi veľkosťou výslednice síl a intenzitou elektrického poľa veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Napíšte II. Newtonov pohybový zákon pre pohyb protónu v homogénnom elektrickom poli.
• Vypočítajte, s akým zrýchlením sa pohybuje protón v homogénnom elektrickom poli s intenzitou 36400 V.m^-1. Číselné hodnoty ktorých ďalších veličín potrebujete poznať?
• Vyjadrite vzťah medzi dráhou pohybu protónu a časom jeho pohybu veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Akú dráhu prejde protón za čas 10^-8 s, ak jeho začiatočná rýchlosť bola nulová?

17.3

VODIČ S ELEKTRICKÝM PRÚDOM SA SPRÁVA AKO MAGNET

Magnetické pole je nielen v okolí permanentného magnetu, ale aj v okolí vodiča s elektrickým prúdom . . .

• Nakreslite homogénne magnetické pole medzi dvoma magnetickými pólmi. Vyznačte v tomto poli vodič s prúdom, ktorý zviera s indukčnými čiarami uhol = 60^o.
• Vyznačte smer vektora magnetickej sily, pôsobiacej na vodič s prúdom v magnetickom poli. Aké pravidlo pri určení tohto smeru použijete ?
• Vyjadrite vzťah medzi veľkosťou magnetickej sily pôsobiacej na vodič a aktívnou dĺžkou vodiča veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• V akej polohe vodiča v magnetickom poli dosahuje magnetická sila naň pôsobiaca minimálnu a v akej maximálnu veľkosť? Svoje tvrdenie zdôvodnite.
• Akými spôsobmi je možné zmeniť smer vektora magnetickej sily na práve opačný? Dokážte použitím pravidla pre určenie smeru pôsobiacej sily.
• Vypočítajte veľkosť magnetickej sily, ktorou pôsobí v tomto prípade magnetické pole na vodič s dĺžkou10 cm, prúdom 25 A v magnetickom poli s indukciou 2 T.

17.4

MÔŽE SA VODIČ S PRÚDOM VZNÁŠAŤ?

Na vodič s prúdom v magnetickom poli pôsobí sila tiažová a sila magnetická. Pri vhodnej polarite magnetického poľa a smere prúdu vo vodiči sa tieto sily môžu kompenzovať . . .

• Nakreslite homogénne magnetické pole medzi dvoma magnetickými pólmi. Vyznačte v ňom vložený vodič s prúdom s takým smerom, aby magnetická sila naň pôsobiaca smerovala zvislo nahor. Vyznačte vektory síl, ktoré na vodič pôsobia.
• Vyjadrite vzťah medzi tiažovou silou pôsobiacou na vodič a jeho hmotnosťou veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi magnetickou silou pôsobiacou na vodič s prúdom v magnetickom poli a aktívnou dĺžkou vodiča veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Porovnajte veľkosti tiažovej a magnetickej sily, ak sa vodič má vznášať. Zapíšte toto porovnanie veličinovou rovnicou.
• Vyjadrite vzťah medzi hmotnosťou vodiča, jeho aktívnou dĺžkou l a jeho dĺžkovou mernou hmotnosťou veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu. Dĺžková merná hmotnosť vodiča je 10 kg.m^-1. Uvedomte si, akú jednotku má dĺžková merná hmotnosť.
• Vypočítajte indukciu magnetického poľa, pri ktorej sa vodič bude vznášať, ak ním preteká elektrický prúd 2 A.

17.5

AKÉ JE MAGNETICKÉ POLE PRIAMEHO VODIČA S PRÚDOM?

Magnetické pole v okolí priameho vodiča s prúdom môžeme zakresliť pomocou magnetických indukčných čiar . . .

• Nakreslite magnetické pole v okolí priameho vodiča s prúdom pomocou magnetických indukčných čiar.
• Aký smer má vektor indukcie magnetického poľa v okolí priameho vodiča voči magnetickým indukčným čiaram? Nakreslite vektor indukcie magnetického poľa v ľubovoľne zvolenom mieste poľa.
• Vyjadrite vzťah medzi veľkosťou vektora indukcie magnetického poľa priameho vodiča s prúdom, veľkosťou prúdu vo vodiči a vzdialenosťou od neho veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte veľkosť indukcie magnetického poľa priameho vodiča, ktorým tečie elektrický prúd 25 A v kolmých vzdialenostiach 5 cm, 0 cm, 15 cm a 20 cm od vodiča.
• Vyjadrite vzťah medzi veľkosťou vektora indukcie magnetického poľa uvedeného vodiča a kolmou vzdialenosťou od vodiča grafom.
• Ako sa mení veľkosť vektora indukcie magnetického poľa s rastúcou vzdialenosťou od vodiča?

17.6

DVA VODIČE S PRÚDOM = DVA MAGNETY?

Magnetické pole je v okolí permanentného magnetu aj v okolí vodiča s prúdom. Ak sú pri sebe dva vodiče s prúdom, znamená to, že na seba magneticky silovo pôsobia . . .

• Nakreslite dva rovnobežné vodiče s prúdmi rovnakého smeru. Vyznačte v obrázku magnetické polia týchto vodičov magnetickými indukčnými čiarami.
• Použitím pravidla pre určenie smeru pôsobiacej magnetickej sily vyznačte v obrázku vektory síl, ktorými tieto vodiče s prúdom na seba pôsobia.
• Zopakujte prvé dve úlohy tak, že vodičmi budú tiecť prúdy navzájom opačného smeru.
• Vyjadrite vzťah medzi veľkosťou pôsobiacich magnetických síl medzi dvoma rovnobežnými vodičmi s prúdmi, veľkosťou týchto prúdov a vzdialenosťou vodičov od seba veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• V rozvodni nízkeho napätia sú priame zberné vodiče upevnené vedľa seba rovnobežne vo vzdialenosti 10 cm. Pri krátkom spojení prechádza nimi skratový elektrický prúd 10⁴ A. Akou silou sa pri skrate priťahujú 10 cm úseky vodičov?

17.7

JEDNOTKA ELEKTRICKÉHO PRÚDU A MAGNETICKÁ SILA?

Základné fyzikálne veličiny sústavy SI sú definované na základe určitých fyzikálnych javov. Jeden z týchto javov je magnetické silové pôsobenie medzi vodičmi s prúdmi . . .

• Nakreslite dva rovnobežné vodiče s prúdmi rovnakého smeru. Vyznačte v obrázku magnetické polia týchto vodičov magnetickými indukčnými čiarami.
• Použitím pravidla pre určenie smeru pôsobiacej magnetickej sily vyznačte v obrázku vektory síl, ktorými tieto vodiče s prúdom na seba pôsobia.
• Vyjadrite vzťah medzi veľkosťou pôsobiacich magnetických síl medzi dvoma rovnobežnými vodičmi s prúdmi, veľkosťou týchto prúdov a vzdialenosťou vodičov od seba veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte veľkosť elektrického prúdu v dvoch rovnobežných vodičoch umiestnených vo vákuu vo vzájomnej vzdialenosti 1 m, medzi ktorými pôsobí magnetická sila veľkosti 2.10^-7 N na 1 m dĺžky vodiča.
• Definujte jednotku elektrického prúdu 1 Ampér.

17.8

ČO VYCHYĽUJE ELEKTRÓNY V TELEVÍZNEJ OBRAZOVKE?

Elektrónový zväzok v televíznej obrazovke prechádza magnetickými poliami dvoch cievok, nasunutých na krčku obrazovky . . .

• Nakreslite homogénne magnetické pole umiestnené tak, aby vektor jeho indukcie smeroval za nákresňu. Vyznačte v obrázku elektrón s vektorom rýchlosti kolmým na magnetické indukčné čiary.
• Použite pravidlo pre určenie smeru magnetickej sily, pôsobiacej na elektrón. Vyznačte vektor tejto sily do obrázku. Aký smer má sila voči vektoru rýchlosti elektrónu?
• Vyjadrite vzťah medzi veľkosťou magnetickej sily, magnetickej indukcie a rýchlosťou pohybu elektrónu v magnetickom poli veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi veľkosťou dostredivej sily, rýchlosťou pohybu častice a polomerom jej kružnicovej trajektórie veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Porovnajte magnetickú silu a dostredivú silu pôsobiacu na pohybujúci sa elektrón v magnetickom poli. Zapíšte toto porovnanie veličinovou rovnicou.
• Vypočítajte polomer kruhovej dráhy tohto elektrónu v magnetickom poli s indukciou 6.10^-4 T , ak sa pohybuje kolmo na magnetické indukčné čiary, rýchlosťou veľkosti 2.10^-7 m.s^-1.
• Ako v televíznej obrazovke ovplyvňujú pohyb elektrónov magnetické polia cievok?

17.9

AKÁ JE TRAJEKTÓRIA IÓNU KREMÍKA V MAGNETICKOM POLI?

Ióny sú tiež častice s elektrickým nábojom. Ak sa pohybujú v magnetickom poli . . .

• Nakreslite ión kremíka, ktorý sa pohybuje v homogénnom magnetickom poli po kružnicovej trajektórii.
• Vyjadrite vzťah medzi veľkosťou magnetickej sily, magnetickej indukcie a rýchlosťou pohybu častice s nábojom v magnetickom poli veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi veľkosťou dostredivej sily, rýchlosťou pohybu častice a polomerom jej kružnicovej trajektórie veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Porovnajte magnetickú silu a dostredivú silu pôsobiacu na pohybujúci sa elektrón v magnetickom poli. Zapíšte toto porovnanie veličinovou rovnicou.
• Vyjadrite vzťah medzi relatívnou atómovou hmotnosťou atómu prvku a jeho hmotnosťou veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte veľkosť rýchlosti pohybu iónu kremíka po kružnici s polomerom 2 cm v magnetickom poli s magnetickou indukciou veľkosti 0,18 T. Jeho hmotnostné číslo je 28 a elektrický náboj +e.
• Vyjadrite vzťah medzi kinetickou energiou častice a veľkosťou rýchlosti jej pohybu veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vypočítajte kinetickú energiu iónu kremíka v magnetickom poli.

17.10

JE MOŽNÉ RÝCHLOSŤ FILTROVAŤ?

Lorentzovou silou je možné vybrať častice s nábojom rovnakej rýchlosti . . .

• Nakreslite homogénne elektrické pole medzi dvoma platňami kondenzátora, ktorý je v magnetickom poli uložený tak, že vektory intenzity a indukcie sú na seba kolmé.
• Vyznačte elektrón pohybujúci sa v týchto poliach rýchlosťou v tak, že platí v B a súčasne v  E.
• Vyznačte v obrázku vektory elektrickej a magnetickej sily pôsobiacej na elektrón (sú navzájom opačného smeru).
• Vyjadrite vzťah medzi elektrickou silou pôsobiacou na elektrón a intenzitou elektrického poľa veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Vyjadrite vzťah medzi magnetickou silou pôsobiacou na elektrón, indukciou magnetického poľa a veľkosťou rýchlosti pohybu elektrónu veličinovou rovnicou. Popíšte a vysvetlite uvedenú rovnicu.
• Porovnajte veľkosti týchto síl, ak sa elektrón pohybuje po priamočiarej trajektórii. Zapíšte toto porovnanie veličinovou rovnicou.
• Aký vzťah musia spĺňať veličiny v, E, B, aby sa trajektória pohybu elektrónu nezakrivila?
• Vysvetlite pojem rýchlostná filtrácia iónov. V akom zariadení k rýchlostnej filtrácii iónov dochádza?

späť