Молекулярная физика — Учеба и наука

Сколько молекул содержится в 22,4 дм3 воздуха при нормальных условиях?

На плиту поставленная пустая кастрюля, закрытая легкой крышкой. При температуре 270С в не находилось 2 г воздуха. При какой температуре в кастрюле останется 1 г воздуха?

Какая физическая величина  вычисляется по формуле =  ? – Здесь ,  —  средняя кинетическая  энергия молекул или атомов идеального газа.

Геометрически закрытая банка заполнена воздухом. При температуре270С давление в банке равно атмосферному. При какой температуре давление в банке станет в два раза выше атмосферного?

Какой параметр  идеального газа можно определить по формуле =, где  Р – давление газа, — постоянная Больцмана,   — средняя кинетическая энергия молекул или атомов  идеального газа.

 . Термодинамика

В каком из перечисленных ниже случаев происходит изменение внутренней энергии тела?

1.При совершении работы над телом без изменения его скорости.

2. При осуществлении теплопередачи от тела.

3. При изменении скорости движения тела.

По какой формуле из приведенных ниже можно вычислить внутреннюю энергию одноатомного идеального газа?

При постоянном давлении 105 Па газ совершил работу 104 Дж. Как изменился объем газа в этом процессе?

Чему равно изменение внутренней энергии ΔUтела, если ему передано количество теплоты Q и внешние силы совершили над ним работу А?

 Каково соотношение между получаемым количеством теплоты Q и работой  А’, совершаемой идеальным газом при изотермическом расширении?

В каком из перечисленных ниже случаев происходит изменение внутренней энергии тела?

1. При изменении потенциальной энергии тела.

2. При совершении телом работы без изменения его скорости.

3. При осуществлении теплопередачи телу

По какой формуле из приведенных ниже нельзя  вычислить внутреннюю энергию одноатомного идеального газа?

1. RТ.             2.  Р    V.        3. РΔV.

При постоянном давлении 105 Па внешние силы совершили над газом работу  104 Дж. Как изменился объем газа в этом процессе?

Чему равно изменение внутренней энергии ΔUтела, если оно получило от окружающих тел количество теплоты Q и совершило  работу А’?

Каково соотношение между отдаваемым количеством теплоты Q и работой А, совершаемой над идеальным газом при изотермическом сжатии?

 Электростатика

Имеется четыре заряженных частицы. Частица 1 и 2 обладают положительными электрическими зарядами, частицы  3 и 4 отрицательными зарядами. Какие из этих частиц взаимно отталкиваются?

К одному концу незаряженного металлического стержня поднесен без соприкосновения положительный электрический заряд. Если от стержня отделить в это время его второй конец, то какой электрический заряд будет на нем обнаружен?

Тело, обладающее электрическим зарядом, вследствие явления электростатической индукции притягивает незаряженное тело. Как изменится эта сила притяжения, если незаряженное тело окружить заземленной металлической сферой? 

Два точечных электрических заряда q и 2q на расстоянии r друг от друга притягиваются с силой F. С  какой силой будут притягиваться заряды q и 2q на расстоянии 2r?

Электрический заряд q на расстоянии Rот точечного электрического заряда  Q обладает потенциальной энергией W. Какой потенциальной энергией будет обладать электрический заряд 2q на расстоянии 3Rот заряда Q?

Имеется четыре заряженных частицы. Частица 1 и 2 обладают положительными электрическими зарядами, частицы  3 и 4 отрицательными зарядами. Какие из этих частиц взаимно притягиваются?

К одному концу стержня из диэлектрика поднесен без соприкосновения положительный электрический заряд. Если от стержня отделить в это время его второй конец, то какой электрический заряд будет на нем обнаружен?

Тело, обладающее электрическим зарядом, вследствие явления электростатической индукции притягивает незаряженное тело. Как изменится эта сила притяжения, если незаряженное тело окружить незаземленной металлической сферой? 

 Два точечных электрических заряда q и 2q на расстоянии r друг от друга притягиваются с силой F. С  какой силой будут притягиваться заряды q и q на расстоянии 2r?

Электрический заряд q на расстоянии Rот точечного электрического заряда  Q обладает потенциальной энергией W. Какой потенциальной энергией будет обладать электрический заряд   q на расстоянии   Rот заряда Q?

 Постоянный ток.

Электрическое сопротивление медной проволоки 8 Ом. Проволоку потянули за концы в противоположные стороны и ее длина увеличилась в двое. Каким стало электрическое сопротивление проволоки? 

                        При напряжении 12 В через нить электрической  лампы течет ток 2 А. сколько тепла выделит нить лампы за 5 мин?

Один электрический нагреватель при подключении к источнику с напряжения Uвыделяет количество теплоты Q за 12 мин. За какое время выделят такое же количество теплоты два таких нагревателя, подключенных параллельно источнику с тем же напряжением?

Электрическое сопротивление медной проволоки 8 Ом. Каким будет сопротивление, если проволоку сложить вдвое? 

При напряжении 20 В через нить электрической  лампы течет ток 5 А. сколько тепла выделит нить лампы за 2 мин?

Один электрический нагреватель при подключении к источнику с напряжения Uвыделяет количество теплоты Q за 12 мин. За какое время выделят такое же количество теплоты два таких нагревателя, подключенных последовательно источнику с тем же напряжением?

 . Механические колебания и волны

5. Механические колебания и волны.

41.Люстра раскачивается после одного толчка. Какой это тип колебания?

42.Три тела совершают колебания вдоль оси ОХ, их координаты изменяются со временем по законам:

1.       2.       3.

В каких случаях колебания гармонические?

43.По какой формуле вычисляется период Т колебаний математического маятника?

44. По какой формуле вычисляется период Т  колебаний груза массой mна пружине жесткостью ?

45.Тело массой mна нити длинной  совершает колебания с периодом Т. Каким будет период колебаний тела массой 2  на нити длиной 2 ?

46.Какой тип колебаний наблюдается при качании маятника в часах?

47.Три тела совершают колебания вдоль оси ОХ, их координаты изменяются со временем по законам:

1.       2.       3.

В каких случаях колебания гармонические?

48.По какой формуле вычисляется частота  колебаний математического маятника?

49. По какой формуле вычисляется частота ω  колебаний груза массой mна пружине жесткостью ?

50.Тело массой mна нити длинной  совершает колебания с периодом Т. Каким будет период колебаний тела массой  на нити длиной ?

6. Электрический ток в различных средах.

51.Какие частицы являются носителями электрических зарядов электрического тока в металлах?

52.Как и почему изменяется электрическое сопротивление металлов при увеличении температуры?

53.Какими частицами может создаваться электрический ток в вакууме?

54.Чистая вода является диэлектриком. Почему водный раствор соли NaClявляется проводником?

55. Откуда берутся заряженные частицы при ударе молнии?

56.Какие частицы являются носителями электрических зарядов электрического тока в газах?

57.Как и почему изменяется электрическое сопротивление полупроводников при увеличении температуры?

58.Какими частицами не может создаваться электрический ток в вакууме?

59.Чистая вода является диэлектриком. Почему водный раствор соли CuSO4является проводником?

60.Откуда берутся заряженные частицы при искровом электрическом заряде?

Магнитное поле.

Электрический ток в прямолинейном проводнике направлен перпендикулярно плоскости рисунка 1 и входит в него сверху. Какое расположение направление имеют линии магнитной индукции?

62. Как расположены линии магнитной индукции вокруг постоянного магнита

63.В каком случае вокруг движущегося электрона возникает магнитное поле?

1. Электрон движется равномерно и прямолинейно.

2. электрон движется равномерно по окружности.

3. Электрон  движется равноускоренно прямолинейно.

64.По какой из приведенных ниже формул можно вычислить индукцию В магнитного поля по силе Fдействия магнитного поля на проводник с током Iдлинной  , расположенный перпендикулярно вектору индукции?

65. Какая физическая величина имеет единицу 1 тесла.

66.Электрический ток в прямолинейном проводнике направлен перпендикулярно плоскости рисунка 1 и выходит из него снизу. Какое расположение направление имеют линии магнитной индукции?

        А.                                               Б.                                            В.

      Г.                                                  Д.                                                              Рис. 1

67.Как расположены линии магнитной индукции вокруг постоянного магнита

68.В каком случае вокруг движущегося электрона не возникает  магнитное поле?

1. Электрон движется равномерно и прямолинейно.

2. электрон движется равномерно по окружности.

3. Электрон  движется равноускоренно прямолинейно.

69.По какой из приведенных ниже формул можно вычислить силу Fмагнитного поля по силе Fдействия магнитного поля с индукцией В на проводник с током I  длинной  , расположенный перпендикулярно вектору индукции?

70. Какая физическая величина имеет единицу 1 тесла.

8. Электромагнитная индукция.

71.При вдвигании в катушку постоянного магнита в ней возникает электрический ток. Как называется это явление?

72.Плоский виток провода площадью Sрасположен в однородном магнитном поле с индукцией, угол между вектором  и нормалью к плоскости витка равен . Чему равен магнитный поток через виток?

73.Две катушки медного провода намотаны на общий железный сердечник и изолированы друг от друга. Зависимость силы тока от времени в первой катушке представлена графиком на рисунке 1. В какие интервалы времени во второй катушке возникает ЭДС индукции?                      

74. Что определяется скоростью изменения магнитного потока через контур?

75. Сила тока, равная 1А, создает в контуре магнитный поток в 1 Вб. Какова индуктивность контура?

76.При вынимании из  катушки постоянного магнита в ней возникает электрический ток. Как называется это явление?

77.Плоский виток провода площадью Sрасположен в однородном магнитном поле с индукцией, угол между вектором  и плоскостью витка равен . Чему равен магнитный поток через виток?

78.Две катушки медного провода намотаны на общий железный сердечник и изолированы друг от друга. Зависимость силы тока от времени в первой катушке представлена графиком какие интервалы времени во второй катушке возникает ЭДС индукции?                      

       I

0   1   2   3   4       t, c            Рис. 1

79. Чем определяется ЭДС  индукции в контуре?

80. Какой магнитный поток создает силу тока, равную 1 А, в контуре индуктивностью в 1 Гн?

9. Электромагнитные колебания и волны.

81. Конденсатор электроемкостью С и катушка индуктивностью Lвключены последовательно в цепь переменно тока частотой ω, амплитуда колебаний силы тока Iт. Чему равны амплитуды колебаний напряжения на конденсаторе и на катушке?

82.Через активное сопротивление Rи конденсатор  емкостью С протекает переменный ток  частотой   ω с амплитудой колебаний силы тока Iт. Каковы средние значения мощности за один период на активном  сопротивлении и на конденсаторе.

83. В линии электропередачи с напряжением 30 кВ потери энергии в линии составляют 5%. Каким будут потери в линии при напряжении 300 кВ с таким же активным сопротивлением проводов?

84. Какова резонансная частота V0 в цепи из катушки индуктивностью в 4 Гн и конденсатора электроемкостью в 9 Ф?

85. Движутся четыре электрона: 1- равномерно и прямолинейно; 2- равномерно по окружности; 3 прямолинейно равноускоренно; 4- совершает гармонические колебания вдоль прямой.

Какие из них излучают электромагнитные волны?

86. Конденсатор электроемкостью С и катушка индуктивностью Lвключены параллельно в цепь переменно тока частотой ω, амплитуда колебаний напряжения Um. Чему равны амплитуды колебаний силы тока через  конденсатор и через катушку?

87. Через активное сопротивление Rи идеальную катушку индуктивностью L  протекает переменный ток  частотой ω с амплитудой колебаний силы тока Iт. Каковы средние значения мощности за один период на активном  сопротивлении и на катушке.

88. В линии электропередачи с напряжением 30 кВ потери энергии в линии составляют 5%. Каким будут потери в линии при напряжении 150 кВ с таким же активным сопротивлением проводов?

89. Каков период Т собственных колебаний в контуре из катушки индуктивностью в 9 Гн и конденсатора электроемкостью в 4 Ф?

90. Движутся четыре электрона: 1- равномерно и прямолинейно; 2- равномерно по окружности; 3 прямолинейно равноускоренно; 4- совершает гармонические колебания вдоль прямой.

Какие из них не излучают электромагнитные волны?

10. Оптические явления.

91.За какое примерно время свет может пройти расстояние от Земли до Луны, равное 400 000 км?

92.Угол падения луча света на зеркальную поверхность равен 200. Каков угол между отраженным лучом и зеркальной поверхностью?

93.Расстояние наилучшего зрения человека 50 см. На каком расстоянии от зеркала ему нужно находиться для того, чтобы лучше рассмотреть свое изображение в зеркале?

94.В какой точке находится изображение источника света Lв плоскости зеркале MN?

1          М                2                                                 

L          N              3

Рис. 1                                               

95.На стеклянную призму в воздухе падает световой луч. По какому направлению луч света выходит из призмы?

                                    2

1                                  3                    

Рис. 2

96.За какое примерно время свет может пройти расстояние от Земли до Солнца, равное 150 000 000  км?

97.Угол падения луча света на зеркальную поверхность равен 700. Каков угол между отраженным лучом и зеркальной поверхностью?

98.Расстояние наилучшего зрения человека 40 см. На каком расстоянии от зеркала ему нужно находиться для того, чтобы лучше рассмотреть свое изображение в зеркале?

99. В какой точке находится изображение источника света Lв плоскости зеркале MN

L                            2                                                 

    М                N

1                        3

100. На стеклянную призму в воздухе падает световой луч). По какому направлению луч света выходит из призмы?

11. Квантовая физика.

101.Какова максимальная частота рентгеновского излучения при разности потенциалов между катодом и анодом рентгеновской трубки, равной ?

102. Какие из следующих  утверждений являются частью модели атома по Резерфорду?

1. В нейтральном атоме имеется положительно заряженное ядро очень малых размеров, в ядре сосредоточена большая часть массы атома.

2. Электроны в атоме под действием кулоновских сил притяжения движутся вокруг ядра, как планеты движутся вокруг Солнца.

3. Атом может изменять свою энергию только дискретно, путем перехода из одного квантового состояния в другое.

104. Газообразный гелий облучается потоком электронов. Может ли он при этом излучать только одну спектральную линию ?

105. У каких атомных ядер масса меньше суммы масс свободных протонов и нейтронов?

106.Какова разность потенциалов между катодом и анодом рентгеновской трубки, если максимальная частота рентгеновского излучения ?

107. Какие из следующих  утверждений не являются частью модели атома по Резерфорду?

1. В нейтральном атоме имеется положительно заряженное ядро очень малых размеров, в ядре сосредоточена большая часть массы атома.

2. Электроны в атоме под действием кулоновских сил притяжения движутся вокруг ядра, как планеты движутся вокруг Солнца.

3. Атом может изменять свою энергию только дискретно, путем перехода из одного квантового состояния в другое.

109. Газообразный гелий облучается пучком электронов, энергия электронов равна энергии четвертого возбужденного состояния атомов гелия. Какой сектор излучения гелия наблюдается при этом?

110. У каких атомных ядер масса больше суммы масс свободных протонов и нейтронов?

Пушка Гаусса / Хабр

Хомяки приветствуют обитателей третьей от солнца планеты.

Сегодняшний пост пойдет о создании электромагнитной Пушки Гаусса. В процессе разберем как настроить систему и произведём некоторые расчеты по эффективности. Так как это пушка, выглядеть она должна соответственно. Нарисуем будущий эскиз, а затем попробуем воплотить его в жизнь, собрав корпус из подручного мебельного материала. Снаряды сделаем бронебойные, из гвоздей. Для сравнения проверим на пробиваемость пневматический пистолет и узнаем, какая пуля таит в себе наибольший потенциал.

Классическая Пушка Гаусса состоит из пяти основных блоков. Пойдём по порядку: источник питания, в нашем случае аккумулятор запитывает преобразователь, который в свою очередь заряжает высоковольтную сборку из электролитических конденсаторов. Дальнейшая задача, разрядить весь накопленный заряд в катушку через мощный ключ. В результате, созданное магнитное поле, передаст железной пуле определенное ускорение.

Скорострельность такого устройства зависит от мощности преобразователя. Чем он будет мощней, тем быстрей сможет заряжать сборку конденсаторов.

Сердцем преобразователя служит трансформатор с Ш-образным ферритовым сердечником. Мотать катушку будем медным 0,35 миллиметровым проводом. Вначале мотаем вторичную обмотку двойным проводом, это нужно для увеличения выходного тока. Количество витков примерно 60. Каждый намотанный слой изолируем полиэстеровой изолентой.

Первичную обмотку мотаем тем же 0,35 миллиметровым проводом только в 6 жил. Чтобы они не распутывались, закручиваем их в скрутку. Так мы увеличили площадь сечения провода. В общем, на шпильку катушки вместилось ровно 9 витков. Это означает, что соотношение витков первичной и вторичной обмоток получилось примерно 1:6.

Важная деталь, чтобы трансформатор сохранял свои характеристики, его нужно пропитать эпоксидом, после этого он не будет издавать свистов и писков во время работы.

Однотактный трансформатор готов, управлять им будет такой же однотактный инвертор на микросхеме uc3845. Дальнейшая работа заключается в разводке платы под все комплектующие схемы. Своя плата всегда технологичней, по крайней мере хочется в это верить.

Если все сделано правильно, то такая схема будет потреблять около 3.7 А при напряжении питания 12 V. Перемножив первое на второе, получим 44 Вт потребляемой мощности. Сигнал при этом будет в виде меандра с заполнением 50 процентов, именно так работает драйвер uc3845. При правильной настройке радиатор на транзисторе будет практически холодным. Единственное что будет греться это резистор снаббера по выходу схемы.

Также в схеме есть ограничение заряда по напряжению, что защищает конденсатор от перезаряда, который может привести к взрыву или деградации ёмкости. Выставляется этот порог с помощью подстроечного резистора обратной связи схемы. Значение может варьироваться от 200 и до 500 вольт. Нам так много не нужно, потому выставим значение 397 вольт, 3 вольта дадим запаса.

Теперь переходим непосредственно к конденсаторам. Как и говорил, ёмкость тут немного выше, 1000 uF. В нашей пушке будет задействовано 10 таких банок, включены они будут параллельно для увеличения общей емкости. Для удобства установки конденсаторов была сделана небольшая плата с достаточно толстыми дорожками. В конечном результате сборка вышла компактной и увесистой. Измерения показали общую емкость банок в 8950 uF, что нормально, учитывая разбросы ёмкостей, и всем давно понятно, что разбросы не в нашу сторону…

При попытке разрядить заряженные ёмкости через лампочку, вместо того чтобы дотронуться проводом к массивному контакту, рука промахнулась и дотронулась к дорожке. Это моментально привело к громкому взрыву, который спровоцировал перестрелку между бандами соседних районов. Дорожка за считанные секунды куда-то испарилась.

Решением было нарастить толщину дорожек с помощью двойного медного провода с сечением в 3 квадрата каждый. Его будет трудно паять, в связи с большой теплоемкостью. Но если у вас в хозяйстве есть газовая горелка, то это будет нипочем.

Настало время проверить насколько быстро инвертор способен зарядить подобную сборку. Таймер запущен. Ждем срабатывания ограничителя по заряду и останавливаем таймер. Время от начала процесса и до конца заняло 36 секунд. Пулемёт конечно из такой пушки не получить, но чем богаты, тому и рады. Едем дальше.

Теперь всю накопленную энергию нужно разрядить в катушку. Катушка должна быть из толстого провода, в этом примере использована медь диаметром 1.7 мм. Форма, количество витков и слоев были взяты с потолка. Перед испытанием были намотаны несколько образцов, чтобы проверить эффективность полей, влияющих на металлический образец находящийся внутри. Каждый образец придавал железной пуле разное ускорение. Лучше всего показала себя катушка №1, намотанная в 200 витков и имеющая 5 слоев.

Сила в ней что надо, но при разряде, каждый виток с появлением магнитного поля пытается оттолкнуться от своего соседа, что при выстреле давало незначительную деформацию с хорошим хлопком. Избавиться от такого эффекта можно с помощью эпоксидной смолы, она пропитает слои и скрепит их намертво.

Мы забыли упомянуть одну важную деталь. А именно элемент, который коммутирует всю накопленную энергию в конденсаторах на катушку. В качестве ключа для таких целей используют мощные тиристоры. Они бывают разных конструкций, всё зависит от их характеристик и направления использования.

В дальнейших экспериментах приходилось палить тиристор за тиристором, дабы понять какой из них окажется самым крепким. Т143-800 оказался самым мощным, а цифра 800 означает максимально допустимый ток.

Подобные современные тиристоры стоят целые состояния, потому ищем советские. Единственная проблема такого корпуса в том, что у него нет контактов крепления, кроме управляющего электрода конечно. Такие экземпляры крепятся специальными прижимными механизмами, у которых большая площадь соприкосновения, чтоб увеличить пропускную способность больших токов. Нужно сделать что-то похожее из подручных средств.

Для этого был найден стальной лист из нержавейки толщиной в 3 мм. Резать его было одно удовольствие. Чтобы пропилить 25 см этой породы, понадобилось около часа и 3 ножовочных полотна. В итоге получился такой бутерброд.

Очень важно изолировать крепежные шурупы, которые будут соединять пластины, надев термоусадку со стороны шляпки. В общем, нужно полностью исключить контакт с железом с одной стороны, иначе будет короткое замыкание анода и катода на тиристоре.

Схема готова к работе, но прежде чем произвести выстрел, нужно знать какое напряжение накопилось на конденсаторах.Для этих целей вполне можно использовать копеечный вольт-амперметр, но у него есть один недостаток. Предел измеряемого напряжения у него ограничивается планкой в сто вольт. Но у нас планка в 4 раза выше, что делать?!

Всё просто, необходим делитель напряжения. Сделать его можно из двух резисторов, первый будет на 100 кОм, второй на 10 кОм, в средней точке между ними получим напряжение в 10 раз меньше того, которое нужно измерить. Обычно резистор с меньшим сопротивлением делают переменным, это дает возможность более точной настройки. Теперь вольтметр способен показывать значение постоянного напряжения до 1000 V. Когда на индикаторе показывает 20.0 V, это означает 200 V, а по желанию можно вообще отключить точку разделяющую цифры, чтобы не запутаться.

Итак, для того чтоб стрелять, любому оружию нужны патроны. С Пушкой Гаусса всё проще, тут необходимы только пули. Материал обязательно должен быть из магнитного материала, латунь и прочие цветные металлы не подойдут. В ближайшем строймаге были закуплены железные гвозди, размер сотка, диаметр 4 мм.

Поначалу снаряды будут длиной 30 мм. Края металлической болванки тоже нужно обработать, они должны быть максимально гладкими, чтобы как по маслу скользить в канале ствола.

Любопытно, какая же сила воздействует на этот кусок металла?! Для начала посмотрим на форму сигнала импульса тока в катушке. Для этих целей лучше всего подходит цифровой осциллограф, так как он способен записать сигнал в момент его появления. Производим выстрел и сигнал тока записан.

Заранее хочу отметить, что такую операцию желательно производить с развязкой по цепи, иначе можно спалить дорогостоящий прибор. Развязать цепь можно обычным ферритовым кольцом, надетым на силовую линию. На кольцо наматываем один виток провода, и шунтируем его небольшим резистором, скажем в 10 Ом. А уже с него снимаем возникший в цепи сигнал.

Замеры показали, что средняя длительность импульса порядка 6 мкс. Для примера в одной секунде миллион микросекунд. Это означает, что конденсаторы способны отдать всю свою накопленную энергию за очень короткое время.

На данном этапе всю эту кучу железа трудно назвать Пушкой Гаусса. Для правильного восприятия и устрашения, на листе бумаги были сделаны первые эскизы будущего корпуса, который состоял из кусков ДСП.

Дальше переносим туда размеры и начинаем работу по дереву…

Самый грязный процесс позади, переходим к следующему этапу. В качестве источника питания будем использовать высокотоковые аккумуляторы формата 18650. Фирма LG, маркировка LGDBHG 21865. Ёмкость у такого 3 А*ч. Максимальный ток, который способен выдавать элемент 20 А. Лучшие аккумуляторы на сегодняшний день по цене — качеству.

Итак, что у нас вышло. Сбоку находится кнопка предохранитель, заряжающая конденсаторы, для работы её нужно постоянно держать. Для удобства можно использовать прищепку. После заряда убираем зажималку с кнопки и производим выстрел.

Так как Gauss Gun электромагнитная пушка, хорошо бы это подчеркнуть, значком с магнитом и уникальным знаком, который предупреждает о том, что рядом падают коровы.

Проведя пару примитивных расчётов, нам удалось выяснить начальную скорость пули, её энергию запасенную в конденсаторах и КПД устройства в целом. Как мы это узнали, всё просто, с помощью классического баллистического маятника, который пользовался своей популярностью еще много веков назад.

Для начала расчетов нужно узнать массу пули, в нашем случае это 2.6 грамма, массу маятника 391. 9 грамма, длину подвеса, которая в нашем случае ровно 70 см. Так же нужно знать расстояние отклонения маятника при попадании в него пули. С обратной стороны разместим линейку и небольшой кусок пенопласта, который отодвинется на нужное нам расстояние. По этим цифрам и будем вести расчёт.

Посмотрим, что у нас получилось по результатам голосования. Сравнение двух пушек проводились в одинаковых условиях и с соблюдением всех мер безопасности.

Это оружие, а не игрушка, помни это!

Результаты расчетов получились следующими: пуля Гаусса имела начальную скорость 42 м/С, в то время как пневмат выдал скорость в 3.5 раза больше, 152 м/С. То же самое касалось энергии пули, для своей массы и скорости, пуля от пневматического пистолета имеет энергию в 3.2 джоуля, в то время как Гаусс показал это значение на единицу меньше.

Ещё рассчитали общий заряд конденсаторов, и энергию, которую они способны накопить.

Дальше мы ударились в религию, и решили посмотреть, что нам покажет программа, которая специально создана для расчетов Пушки Гаусса. Вводим туда все необходимые параметры, включая толщину провода катушки, ёмкость конденсаторов и прочие заранее известные параметры. Итак, с пулей длиной 45 мм максимальный КПД, который удалось выжать из программы 0.46 процента.

Теперь проверим это на практике. Отрезаем кусок от гвоздя длиной 45 мм и взвешиваем, масса пули 4.14 грамма, все остальные параметры нам уже известны. Производим выстрел. Результаты измерения программы и баллистического маятника оказались близки друг к другу, 0.46 % против 0.44 %. Что это означает, а то что, 99.5 процентов энергии накопленной в конденсаторах, всего на 0.44 процента переходит в пулю через энергию магнитного поля, которое возникает в катушке. По большей части мощный импульс просто рассеивается в воздухе, не выполняя никакого полезного действия. Вот поэтому КПД Пушек Гаусса редко превышают 2%.

Важный момент при настройке! Когда намотан трансформатор, важно подключить его правильной полярностью, грубо говоря, если вы запустили схему, ток потребления бешеный, а лампочка еле горит, значит нужно поменять местами один из концов обмоток.

Архив с полезностями
Полное видео проекта на YouTube
Наш Instagram

Определение, принцип работы, детали, типы и назначение

Трансформатор — это статическое электрическое устройство, которое передает энергию между двумя или более цепями.

Ток в одной катушке трансформатора создает изменяющийся магнитный поток, который, в свою очередь, индуцирует напряжение во второй катушке, намотанной вокруг того же сердечника.

Электрическая энергия может передаваться между двумя катушками без электрического соединения между ними. Закон индукции Фарадея, открытый в 1831 году, описывал принцип действия трансформатора.

Трансформаторы используются для увеличения или уменьшения переменного напряжения в электроэнергетике.

Трансформатор в основном состоит из двух катушек провода, намотанных на общий железный сердечник. Катушка, которая получает энергию, называется первичной катушкой, а другая называется вторичной катушкой.

Первичная катушка подключена к источнику переменного тока, а вторичная катушка подключена к нагрузке (например, к лампе). Ток в первичной обмотке создает изменяющееся магнитное поле, которое, в свою очередь, индуцирует напряжение на вторичной обмотке.

Этот процесс известен как электромагнитная индукция. Первичная катушка называется возбуждающей, а вторичная — индуктивной.

Отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки называется коэффициентом трансформации. Он определяет величину вторичного напряжения по отношению к первичному напряжению.

Если вторичное напряжение больше первичного, трансформатор называется повышающим.

Если вторичное напряжение меньше первичного напряжения, это называется понижающим трансформатором.

Трансформатор состоит из трех основных частей: сердечника, обмотки и корпуса.

Сердечник изготовлен из высококачественной кремнистой стали или феррита, что обеспечивает узкий магнитный путь для потока.

Первичная и вторичная обмотки выполнены из медных или алюминиевых проводников, изолированных лаком, эмалью, бумагой или волокном.

Трансформаторы могут быть как сухими, так и заполненными жидкостью. Кожух защищает трансформатор от влаги, пыли, насекомых и других внешних факторов.

Существует несколько типов трансформаторов, которые классифицируются в зависимости от их применения, функций и конструкции.

Наиболее распространенные типы трансформаторов:

Повышает напряжение с первичной обмотки на вторичную. Количество витков вторичной обмотки больше количества витков первичной обмотки.

Понижает напряжение от первичной обмотки к вторичной. Количество витков вторичной обмотки меньше числа витков первичной обмотки.

Используется для электрической изоляции двух цепей. Он имеет первичную обмотку и вторичную обмотку, которые физически разделены.

Имеет только одну обмотку. Первичная и вторичная обмотки физически связаны, а коэффициент трансформации определяется коэффициентом трансформации.

Используется для изменения полярности напряжения. Он также имеет первичную обмотку и вторичную обмотку, которые физически разделены.

Через индуктивную связь трансформаторы передают электрическую энергию между двумя или более цепями.

Он служит двум основным целям:

• Для изменения уровня напряжения
• Для изоляции двух цепей
  

Трансформаторы используются в различных приложениях, таких как производство, передача и распределение электроэнергии; аудио- и видеоаппаратура; и электрические приборы.

В электроэнергетике трансформаторы используются для повышения напряжения от генератора до высоковольтной линии электропередачи.

При передаче электроэнергии трансформаторы используются для понижения напряжения от высоковольтной линии электропередачи до низковольтной распределительной линии.

В электрораспределении трансформаторы используются для понижения напряжения распределительной линии до уровня, который может использоваться бытовыми приборами.

В аудио- и видеооборудовании используются трансформаторы для согласования импеданса оборудования с импедансом источника сигнала.

Трансформаторы также используются в электроприборах, таких как фены и утюги, для преобразования напряжения в розетке до уровня, который может использоваться устройством.

Трансформаторы — это электрические устройства, использующие индуктивную связь для передачи электроэнергии между двумя или более цепями.

Они используются в различных приложениях, таких как производство, передача и распределение электроэнергии; аудио- и видеоаппаратура; и электрические приборы.

Он служит повышающим или понижающим трансформатором для изменения уровня напряжения, а также разделительным трансформатором для физического разделения двух цепей.

Он также является ключевым компонентом в работе электродвигателей и генераторов.

Трансформатор — это электрическое устройство, использующее индуктивную связь для передачи электроэнергии между двумя или более цепями.

Трансформатор работает за счет использования индуктивной связи для передачи электрической энергии от первичной обмотки к вторичной обмотке.

Различные типы трансформаторов: повышающий трансформатор, понижающий трансформатор, изолирующий трансформатор, автоматический трансформатор и трансформатор полярности.

Трансформатор предназначен для изменения уровня напряжения и/или изоляции двух цепей.

Повышающий трансформатор увеличивает напряжение от первичной обмотки к вторичной, а понижающий трансформатор уменьшает напряжение от первичной обмотки к вторичной.

Электромагниты | bartleby

Что такое электромагнит?

Слово «электромагнит» состоит из двух слов: «электро» и «магнит». Это тип магнита, в котором электрический ток помогает генерировать магнитное поле. Электромагниты обычно состоят из двух основных частей: провода и катушки, вокруг которой намотан провод. Это называется соленоид. Когда электрический ток проходит через спиральный провод, электрический ток создает магнитное поле. Это магнитное поле присутствует только тогда, когда по проводу проходит ток.

Электромагнит — это сильный магнит. Он состоит из проволоки, намотанной на железный сердечник. Когда электричество проходит по проводу, создается магнитное поле и создаются северный и южный магнитные полюса. Но это свойство исчезает, как только прекращается подача электрического тока. Свойство магнетизма проявляют ферромагнитные материалы, такие как железо, кобальт, никель и большинство их сплавов.

Изобретение электромагнитов

Изобретение электромагнита приписывается Уильяму Стерджену в 1824 году. Он был инженером-электриком и бывшим солдатом. Стерджен намотал проволоку на железный стержень, имевший форму подковообразного магнита, и увидел, что железный стержень проявляет магнитные свойства и обладает сильной магнитной силой, даже большей, чем у постоянного магнита.

Формирование электромагнитов

Электромагниты образуются путем намотки проволоки вокруг железа в качестве основного материала. Проводник с током создает магнитное поле. Это магнитное поле имеет линии магнитного поля, которые в конечном итоге образуют северный и южный полюса вокруг ядра, и, следовательно, ядро ​​начинает действовать как магнит. Сердечник будет проявлять магнитные свойства только до тех пор, пока по проводу не будет пропущен ток. Когда ток остановлен, нет ни силовых линий магнитного поля, ни магнитных полюсов.

Электромагнит также можно сделать дома, выполнив всего несколько простых шагов. Для этого нам понадобится железный гвоздь, батарейка и медная проволока. Сначала оберните медную проволоку вокруг гвоздя так, чтобы не было воздушного зазора. Подсоедините концы провода к положительному и отрицательному полюсам батареи. Когда по проводу начинает течь электрический ток, вокруг железного гвоздя возникает магнитное поле. Поскольку силовые линии магнитного поля невидимы, можно проверить магнетизм, поднеся другой железный гвоздь, стальной гвоздь или скрепку ближе к гвоздю, намотанному на проволоку, и проверить, притягивается ли он к гвоздю, намотанному на проволоку. Мы также можем проверить реакцию гвоздя, намотанного на проволоку, когда концы проволоки отсоединены от источника питания. Легко видеть, что как только ток перестает течь по проводу, гвоздь постепенно перестает вести себя как магнит.

Сила электромагнита

Когда электрический ток проходит через соленоид, возникает магнитное поле, которое воздействует на близлежащие ферромагнитные объекты. Величина силы, действующей на электромагнит, рассчитывается по следующему уравнению:

F = (n×i)2×магнитная постоянная×a(2×g2)

Где F = сила в ньютонах

i = ток в амперах

г = длина зазора между соленоидом и куском металла

n = количество витков в соленоиде

a = площадь поперечного сечения

Магнитная постоянная = 4 x pi x 10 ^-7 .

Сила Лоренца представляет собой сумму магнитных и электрических сил, действующих на заряженный предмет.

Свойства электромагнита

Электромагнит обладает несколькими очень важными свойствами. Они следующие:

• Наиболее примечательным свойством электромагнита является то, что он временный.
• Его можно очень легко размагнитить, просто отключив питание или прекратив протекание тока по проводу.
• Северный и южный полюса электромагнита можно легко поменять местами, просто изменив направление тока.
• Магнитное свойство электромагнита временное. Хотя магнитное свойство сохраняется в течение некоторого времени после прекращения подачи тока, через некоторое время оно исчезает, и катушка начинает вести себя как обычный ферромагнитный материал.
• Магнитное свойство электромагнита не поддерживается при высоких температурах. Он перестает проявлять магнитные свойства при повышении температуры.
• Сила магнита напрямую зависит от величины тока, проходящего через катушку, и количества проволочных катушек.

Электромагниты и магниты

Электромагниты и магниты имеют много общего. Электромагниты также являются магнитами, но они не являются постоянными. Это временные магниты, которые проявляют магнитные свойства только тогда, когда электрический ток проходит через провод, намотанный на катушку в электромагните.

Электромагниты также имеют северный и южный магнитные полюса, как и обычный магнит. Разница лишь в том, что они теряют свою полярность, когда ток прекращается.

Электромагниты создают очень сильное магнитное поле, но обычные постоянные магниты не обладают такой сильной напряженностью магнитного поля.

Очень важное различие между магнитом и электромагнитом заключается в том, что в магнитах полярность может меняться или не меняться в зависимости от типа магнита. В случае постоянного магнита полярность не может быть изменена. Но в случае временных магнитов полярность может быть изменена в некоторых случаях. В случае электромагнитов полярность можно легко поменять местами, изменив направление тока.

Сравнение электромагнитов и постоянных магнитов

Сравнивать магниты можно только тогда, когда мы знаем их назначение. Как только использование магнита известно, только тогда мы можем выяснить, какой из них выбрать, будь то электромагнит или постоянный магнит, потому что оба имеют свои преимущества и недостатки.

Постоянные магниты имеют фиксированную полярность, но полярность электромагнитов можно менять. Следовательно, когда нам требуется изменить полярность в устройстве, мы будем использовать электромагнит. Электромагниты обладают сильной магнитной силой, но не выдерживают высоких температур. Следовательно, мы можем выбрать любой из них в зависимости от наших требований.

Национальная лаборатория сильных магнитных полей. Он расположен в Университете штата Флорида, Университете Флориды и Национальной лаборатории Лос-Аламоса в Нью-Мексико. Таких высокомагнитных установок в мире двенадцать. MagLab является мировым рекордсменом по обладанию самым сильным в мире магнитом для экспериментов по спектроскопии ядерного магнитного резонанса.

Использование электромагнитов

• Электромагниты широко используются в нашей повседневной жизни. Он используется во многих предметах домашнего обихода, таких как стиральные машины, телевизоры и холодильники.
• Электромагниты присутствуют в большинстве двигателей и генераторов.
• Электромагниты используются в трансформаторах.
• Они присутствуют в большинстве наших дверных звонков и зуммеров.
• Они также используются в передовом медицинском оборудовании, таком как аппараты магнитно-резонансной томографии (МРТ).
• Они также присутствуют в наших наушниках и динамиках.
• Они присутствуют в защитных устройствах, таких как реле. Реле – это переключатели, которые управляются электричеством. Они используются для открытия или закрытия цепи.
• Маглев (или магнитная левитация) — это система, с помощью которой поезда могут отслеживать свои корни с помощью двух наборов электромагнитов.

Контекст и приложения

Эта тема применима для студентов, изучающих следующие курсы:

• Бакалавр технологии (электротехника)
• Магистр технологии (электротехника)
• Бакалавр физики
• Магистр физики

Практические задачи

Q 1. магнит?

1. Электромагнит
2. Подковообразный магнит
3. железные гвозди
4. металлические скрепки

Ответ: b

Пояснение: Электромагниты являются временными магнитами. Сердечник будет действовать как сильный магнит только до тех пор, пока по проводу, намотанному на этот сердечник, не пойдет ток. Подковообразные магниты являются постоянными магнитами и никогда не теряют своих магнитных свойств.

В 2. В каких из следующих устройств мы используем электромагниты?

1. Вентилятор
2. Нагреватель
3. Реле
4. Котел

Ответ: c

Пояснение: В реле установлены электромагниты. Реле – это переключатели, которые управляются электричеством. Они используются для открытия или закрытия цепи.

В 3. Какой из следующих материалов нельзя сделать постоянным магнитом?

1. сталь
2. железо
3. мягкое железо
4. нет

Ответ: c

Пояснение: Мягкое железо не может сохранять магнитные свойства при высоких температурах и, следовательно, не может быть постоянным магнитом.

В 4. В каких из следующих устройств используются временные магниты?

1. Аппараты МРТ
2. Двигатель
3. Генератор
4. Все вышеперечисленное

Ответ: d

Пояснение: Временные магниты используются в аппаратах МРТ, двигателях, генераторах и многих других устройствах.

В 5. Что из следующего является наиболее важным критерием существования электромагнитного поля?

1. Уменьшение значения тока
2. Увеличение значения тока
3. Напряжение
4. Вакуум

Ответ: c

Пояснение: Напряжение является наиболее важным критерием существования электромагнитного поля. Разность потенциалов вызывает протекание тока, в результате чего создается электромагнитное поле.

Распространенные ошибки

Не путайте электромагнит с временным магнитом. Электромагнит — это тип временного магнита. Все электромагниты являются временными магнитами, но не все временные магниты являются электромагнитами.

Электромагнит проявляет магнитные свойства только до тех пор, пока ток проходит по проводу, намотанному на катушку. Он теряет свое свойство, когда текущий поток останавливается.

Не путайте электромагнетизм с электромагнитной индукцией, при которой проводник помещается внутрь магнитной цепи для получения электрического тока.

• Постоянные магниты
• Временные магниты
• Мотор
• Генератор
• Трансформеры
• Эффект индукции
• Электричество
• FRERMALISM
904.STEPLIENTIORSITIORS-SLESTIONSITS.STEP. проблемы с учебниками, эксперты по предмету в режиме ожидания 24/7, когда вы в тупике, и многое другое.

Ознакомьтесь с примером решения вопросов и ответов по физике здесь!

*Время ответа зависит от темы и сложности вопроса. Среднее время отклика составляет 34 минуты для платных подписчиков и может быть больше для рекламных предложений.