В цилиндрическом сосуде находился газ под давлением 100кПа. В сосуд закачали еще некоторое количество газа. При этом давлении в сосуде повысилось до 7,6 Н/мм². Определите, на сколько возросло давление газа в сосуде
1. Если в стакан, наполненный до краев чаем, высыпать осторожно полную ложку сахарного песку, то чай не перельется через края стакана. Почему?
Молекулы воды расположены упорядочено и между ними имеются свободные, пустые пространства. Сахар растворяется в воде и его молекулы занимают эти пустые пространства. То есть, плотность сладкого чая возрастает, а объем практически не меняется. А если объем не изменился, то и вода не выльется.
2. Какое свойство ртути лежит в основе устройства медицинского термометра?
Увеличение объема при повышении температуры и уменьшение объема при понижении температуры. Кроме того, ртуть не прилипает к стеклу и имеет диапазон температур от замерзания до кипения от - 39 до 357 градусов. И измерять температуру ртутным термометром можно в этих пределах.
3. Почему железнодорожные рельсы не делают сплошными?
Из-за линейного расширения стали при увеличении температуры. Сплошной длинный рельс при увеличении температуры создал бы такие напряжения, что выгнулся бы, вырвал крепления и железной дороги не стало бы. При охлаждении результат был бы сходим. А так, между рельсами оставляют пустое пространство, которое заполняют расширившиеся рельсы, или при охлаждении он немного увеличивается, не мешая движению.
4. Линия телеграфа Новгород-Москва каждую зиму становится на 100 м провода короче, а летом длина восстанавливается. Почему.
Из-за температурного расширения летом, и возвращения в норму зимой. Провода никогда не развешивают внатяг, а с небольшим, рассчитанным провисом, что бы они зимой не порвались. Посмотрите решение номера 3.
5. Случается, что стеклянная пробка графина застревает в горлышке и, несмотря на все усилия, не вынимается оттуда. Что надо сделать?
Просто нагреть, например, опустив в кипяток. Газ (или жидкость в графине) за счет объемного расширения создаст давление, которое выдавит пробку. Или Вам вытащить ее за счет создаваемого снизу давления.
1. Структура электростатического поля В силу симметрии задачи, электростатическое поле является центрально-симметричны. т.е. r₀ - единичный радиус-вектор от заряда к произвольной исследуемой точке пространства. Задача и её решение инвариантна к повороту (как картинку "ни крути" вокруг заряда, условие задачи и её решение не изменится).
2. Поле при отсутствии шара Когда у нас есть только точечный заряд модуль напряженности электростатического поля .
Потенциал электростатического поля связан с его напряженностью уравнением: Интегрирование ведётся по произвольному пути между точками 1 и 2.
Отступление: если домножить уравнение на пробный заряд, то получим определение потенциальной энергии. Правый ингтеграл в этом случае будет работой, совершенной полем над пробным зарядом.
В нашем случае удобно интегрировать вдоль радиальных линий
Замечание: Потенциал определяется всегда с точностью до аддитивной постоянной, поэтому во всех задачах всегда выбирается, так называемое, условие нормировки. В разных задачах оно выбирается по разному, но в задачах данного типа принято брать потенциал бесконечно удаленной точки равным нулю
Подставим в эту формулу найденное поле: Получили известный результат. Выразим из этого результата заряд Q.
3. Поле при добавлении шара. Для поиска величины напряженности воспользуемся теоремой Гаусса. Поток вектора напряженности электростатического поля через любую замкнутую поверхность пропорционален величине свободного заряда, находящегося внутри этой поверхности.
Выберем в качестве такой поверхности сферу радиусом r. В силу структуры поля E(r) = const.
Теперь рассмотрим отдельные участки: 1) Участок 0 < r < 3R 2) Участок 3R<r<4R E(r) = 0 - электростатического поля внутри идеальных проводников не существует. Если предположить противное, то начнётся движение зарядов и это уже не статика. :) 3) Участок r > 4R 4Q - суммарный заряд внутри сферы радиусом r.
Аналогично рассчитаем потенциал.
Подставляем в это выражение найденное ранее Q и имеем:
Что стоит отметить? 1) Потенциал функция непрерывная. Если знать, что подобные симметричные структуры создают поля аналогичные точечным зарядам, то задача решается в уме. т.е. мы ищем потенциал на внешней границе шара как потенциал точечного заряда 4Q, на внутренней границе он такой же. Ищем разность потенциалов между внутренней границей и точкой A в поле точечного заряда Q. Складываем результаты.
2) Несмотря на то, что заряд 3Q на шаре поле внутри шара не создаёт, он увеличивает потенциал точек внутри полости, т.к. создаёт дополнительное поле вне шара. Потенциал - это работа по перемещению точечного заряда из бесконечности в данную точку. Больше поле вне шара - больше работа.
3) Разность потенциалов зависит только от локального поля (поля по в окрестности пути, соединяющего две точки). Сам потенциал зависит от структуры всего поля.
1. Если в стакан, наполненный до краев чаем, высыпать осторожно полную ложку сахарного песку, то чай не перельется через края стакана. Почему?
Молекулы воды расположены упорядочено и между ними имеются свободные, пустые пространства. Сахар растворяется в воде и его молекулы занимают эти пустые пространства. То есть, плотность сладкого чая возрастает, а объем практически не меняется. А если объем не изменился, то и вода не выльется.
2. Какое свойство ртути лежит в основе устройства медицинского термометра?
Увеличение объема при повышении температуры и уменьшение объема при понижении температуры. Кроме того, ртуть не прилипает к стеклу и имеет диапазон температур от замерзания до кипения от - 39 до 357 градусов. И измерять температуру ртутным термометром можно в этих пределах.
3. Почему железнодорожные рельсы не делают сплошными?
Из-за линейного расширения стали при увеличении температуры. Сплошной длинный рельс при увеличении температуры создал бы такие напряжения, что выгнулся бы, вырвал крепления и железной дороги не стало бы. При охлаждении результат был бы сходим. А так, между рельсами оставляют пустое пространство, которое заполняют расширившиеся рельсы, или при охлаждении он немного увеличивается, не мешая движению.
4. Линия телеграфа Новгород-Москва каждую зиму становится на 100 м провода короче, а летом длина восстанавливается. Почему.
Из-за температурного расширения летом, и возвращения в норму зимой. Провода никогда не развешивают внатяг, а с небольшим, рассчитанным провисом, что бы они зимой не порвались. Посмотрите решение номера 3.
5. Случается, что стеклянная пробка графина застревает в горлышке и, несмотря на все усилия, не вынимается оттуда. Что надо сделать?
Просто нагреть, например, опустив в кипяток. Газ (или жидкость в графине) за счет объемного расширения создаст давление, которое выдавит пробку. Или Вам вытащить ее за счет создаваемого снизу давления.
В силу симметрии задачи, электростатическое поле является центрально-симметричны. т.е.
r₀ - единичный радиус-вектор от заряда к произвольной исследуемой точке пространства.
Задача и её решение инвариантна к повороту (как картинку "ни крути" вокруг заряда, условие задачи и её решение не изменится).
2. Поле при отсутствии шара
Когда у нас есть только точечный заряд модуль напряженности электростатического поля
Потенциал электростатического поля связан с его напряженностью уравнением:
Интегрирование ведётся по произвольному пути между точками 1 и 2.
Отступление: если домножить уравнение на пробный заряд, то получим определение потенциальной энергии. Правый ингтеграл в этом случае будет работой, совершенной полем над пробным зарядом.
В нашем случае удобно интегрировать вдоль радиальных линий
Замечание: Потенциал определяется всегда с точностью до аддитивной постоянной, поэтому во всех задачах всегда выбирается, так называемое, условие нормировки. В разных задачах оно выбирается по разному, но в задачах данного типа принято брать потенциал бесконечно удаленной точки равным нулю
Подставим в эту формулу найденное поле:
Получили известный результат. Выразим из этого результата заряд Q.
3. Поле при добавлении шара.
Для поиска величины напряженности воспользуемся теоремой Гаусса.
Поток вектора напряженности электростатического поля через любую замкнутую поверхность пропорционален величине свободного заряда, находящегося внутри этой поверхности.
Выберем в качестве такой поверхности сферу радиусом r. В силу структуры поля E(r) = const.
Теперь рассмотрим отдельные участки:
1) Участок 0 < r < 3R
2) Участок 3R<r<4R
E(r) = 0 - электростатического поля внутри идеальных проводников не существует. Если предположить противное, то начнётся движение зарядов и это уже не статика. :)
3) Участок r > 4R
4Q - суммарный заряд внутри сферы радиусом r.
Аналогично рассчитаем потенциал.
Подставляем в это выражение найденное ранее Q и имеем:
Что стоит отметить?
1) Потенциал функция непрерывная. Если знать, что подобные симметричные структуры создают поля аналогичные точечным зарядам, то задача решается в уме.
т.е. мы ищем потенциал на внешней границе шара как потенциал точечного заряда 4Q, на внутренней границе он такой же. Ищем разность потенциалов между внутренней границей и точкой A в поле точечного заряда Q. Складываем результаты.
2) Несмотря на то, что заряд 3Q на шаре поле внутри шара не создаёт, он увеличивает потенциал точек внутри полости, т.к. создаёт дополнительное поле вне шара. Потенциал - это работа по перемещению точечного заряда из бесконечности в данную точку. Больше поле вне шара - больше работа.
3) Разность потенциалов зависит только от локального поля (поля по в окрестности пути, соединяющего две точки). Сам потенциал зависит от структуры всего поля.