Применение алгоритмов кластеризации k-means и g-means в задачах распознавания воздушных объектов

Опытное доказательство

Проводя свои исследования, английский ученый установил, что индукционный ток получается одним из двух способов. В первом опыте он появляется при движении рамки в магнитном поле, создаваемом неподвижной катушкой. Второй способ предполагает неподвижное положение рамки. В этом эксперименте изменяется только поле катушки при ее движении или изменении силы тока в ней.

Опыты Фарадея привели исследователя к выводу, что при генерировании индукционного тока провоцируется увеличением или уменьшением магнитного потока в системе. Также опыты Фарадея позволили утверждать, что значение электричества, полученного опытным путем, не зависит от методологии, которой был изменен поток магнитной индукции. На показатель влияет только скорость такого изменения.

5 вариант

A1. К магнитной стрелке (северный полюс затемнён, см. рис.), которая может поворачиваться вокруг вертикальной оси, перпендикулярной плоскости чертежа, поднесли постоянный магнит. При этом стрелка

1) повернётся на 180°
2) повернётся на 90° по часовой стрелке
3) повернётся на 90° против часовой стрелки
4) останется в прежнем положении

А2. Участок проводника длиной 5 см находится в магнит­ном поле индукцией 50 мТл. Сила электрического тока, протекающего по проводнику, равна 20 А. Проводник расположен перпендикулярно линиям магнитной ин­дукции. Какое перемещение совершает проводник в на­правлении действия силы Ампера, если работа этой си­лы 0,004 Дж?

1) 0,0008 м
2) 0,08 м
3) 0,8 м
4) 8 м

А3. Электрон е—, влетевший в зазор между полюсами элек­тромагнита, имеет горизонтально направленную скорость v, перпендикулярную вектору индукции магнитного поля В (см. рис.). Куда направлена действующая на электрон сила Лоренца F?

1) Вертикально вниз
2) Вертикально вверх
3) Горизонтально влево
4) Горизонтально вправо

А4. При движении проводника в однородном магнитном поле в проводнике возникает ЭДС индукции E1 При увеличении скорости движения проводника в 2 раза ЭДС ин­дукции E2 будет равна

1) 2E1
2) E1
3) 0,5E1
4) 0,25E1

А5. На рисунке показано изменение силы тока в катушке индуктивности от времени.

Модуль ЭДС самоиндукции принимает наибольшее значение в промежутках времени

1) 0-1 с и 2-3 с
2) 1-2 и 2-3 с
3) 0-1 с и 3-4 с
4) 2-3 с и 3-4 с

В1. Горизонтальные рельсы находятся на расстоянии 40 см друг от друга. На них лежит стержень перпендикулярно рельсам. Какой должна быть индукция магнитного поля В для того, чтобы стержень начал двигаться, если по не­му пропустить ток силой 50 А? Коэффициент трения о рельсы стержня 0,2. Масса стержня 500 г.

В2. Частица массой m, несущая заряд q, движется в одно­родном магнитном поле индукцией В по окружности ра­диуса R со скоростью v. Что произойдёт с радиусом ор­биты, периодом обращения и импульсом частицы при уменьшении заряда частицы?

К каждой позиции первого столбца подберите соответст­вующую позицию второго.

Физические величины

А) радиус орбиты
Б) период обращения
В) импульс частицы

Их изменения

1) увеличится
2) уменьшится
3) не изменится

C1. Положительно заряженная частица попадает в однород­ное магнитное поле. Скорость частицы перпендикуляр­на направлению вектора магнитной индукции поля. Об­ласть поля имеет ширину l. При какой минимальной скорости частица преодолеет область, занятую магнит­ным полем?

Ответы на контрольную работу по теме Электромагнетизм 11 класс1 вариант
А1-1
А2-4
А3-4
А4-2
А5-4
В1-0,1
В2-223
С1. 5 · 10-10 Кл2 вариант
А1-3
А2-3
А3-3
А4-1
А5-3
В1. 9,55 · 107 м/с
В2-113
С1. l=((mv)/(qB))(1-cosα)3 вариант
А1-2
А2-2
А3-2
А4-4
А5-4
В1. 30 A
В2-221
С1. 125 мкКл4 вариант
А1-2
А2-1
А3-2
А4-3
А5-3
В1. 0,05 Тл
В2-112
С1. v≤(qB(r2+L2))/(2rm)5 вариант
А1-4
А2-2
А3-1
А4-1
А5-3
В1. 0,05 Тл
В2-112
С1. v>(lqB)/m

§ 21. Магнитное поле постоянного тока

Пример 1. Два параллельных бесконечно длинных провода, по которым текут в одном направлении токи I=60 А, расположены на расстоянии d=10 см друг от друга…

Пример 2. По двум длинным прямолинейным проводам, находящимся на расстоянии r=5 см друг от друга в воздухе, текут токи I=10 А каждый. Определить магнитную…

Пример 3. Определить магнитную индукцию B поля, создаваемого отрезком бесконечно длинного прямого провода, в точке, равноудаленной от концов отрезка и…

Пример 4. Длинный провод с током I=50 А изогнут под углом α=2π/3. Определить магнитную индукцию B в точке A (рис. 21.5). Расстояние d=5 см.

Пример 5. По тонкому проводящему кольцу радиусом R=10 см течет ток I=80 А. Найти магнитную индукцию B в точке A, равноудаленной от всех точек кольца на…

Пример 6. Бесконечно длинный проводник изогнут так, как это изображено на рис. 21.8. Радиус дуги окружности R=10 см. Определить магнитную индукцию B поля,…

Электродинамика

Первые работы применяются в физике, конкретно в описании работы электрических машин и аппаратов (трансформаторов, двигателей и пр.). Закон Фарадея гласит:

Для контура индуцированная ЭДС прямо пропорциональна величине скорости магнитного потока, который перемещается через этот контур со знаком минус.

Это можно сказать простыми словами: чем быстрее магнитный поток движется через контур, тем больше на его выводах генерируется ЭДС.

Формула выглядит следующим образом:

Здесь dФ – магнитный поток, а dt – единица времени. Известно, что первая производная по времени – это скорость. Т.е скорость перемещения магнитного потока в данном конкретном случае. Кстати перемещаться может, как и источник магнитного поля (катушка с током – электромагнит, или постоянный магнит), так и контур.

Здесь же поток можно выразить по такой формуле:

B – магнитное поле, а dS – площадь поверхности.

Если рассматривать катушку с плотнонамотанными витками, при этом в количестве витков N, то закон Фарадея выглядит следующим образом:

Магнитный поток в формуле на один виток, измеряется в Веберах. Ток, протекающий в контуре, называется индукционным.

Электромагнитная индукция – явление протекания тока в замкнутом контуре под воздействием внешнего магнитного поля.

В формулах выше вы могли заметить знаки модуля, без них она имеет слегка иной вид, такой как было сказано в первой формулировке, со знаком минус.

Знак минус объясняет правило Ленца. Ток, возникающий в контуре, создает магнитное поле, оно направлено противоположно. Это является следствием закона сохранения энергии.

Направление индукционного тока можно определить по правилу правой руки или буравчика, мы его рассматривали на нашем сайте подробно.

Как уже было сказано, благодаря явлению электромагнитной индукции работают электрические машины трансформаторы, генераторы и двигатели. На иллюстрации показано протекание тока в обмотке якоря под воздействием магнитного поля статора. В случае с генератором, при вращении его ротора внешними силами в обмотках ротора возникает ЭДС, ток порождает магнитное поле направленное противоположно (тот самый знак минус в формуле). Чем больше ток, потребляемый нагрузкой генератора, тем больше это магнитное поле, и тем больше затрудняется его вращение.

И наоборот — при протекании тока в роторе возникает поле, которое взаимодействует с полем статора и ротор начинает вращаться. При нагрузке на вал ток в статоре и в роторе повышается, при этом нужно обеспечить переключение обмоток, но это уже другая тема, связанная с устройством электрических машин.

В основе работы трансформатора источником движущегося магнитного потока является переменное магнитное поле, возникающее в следствие протекания в первичной обмотке переменного тока.

Если вы желаете более подробно изучить вопрос, рекомендуем просмотреть видео, на котором легко и доступно рассказывается Закон Фарадея для электромагнитной индукции:

Первый закон

Если пропускать через раствор медного купороса электрический ток в течение определённого количества времени, то на катоде выделяется небольшое количество меди. Однако если пустить ток большей силы, за такое же количество времени на катоде образуется большее количество меди. При увеличении времени и одинаковой силе тока также увеличивается количество меди.

Рис. 1. Майкл Фарадей.

Фарадей установил взаимосвязь массы вещества, силы тока и времени. Математически эта взаимосвязь выражается следующим образом:

m = kIt,

где:

  • m – масса вещества;
  • k – электрохимический эквивалент;
  • I – сила тока;
  • t – время.

Электрохимический эквивалент – это масса вещества, образованная при прохождении через электролит тока в 1 А за одну секунду. Выражается как соотношение массы вещества к количеству электричества или г/Кл.

Произведение силы тока и времени выражает количество электричества: q = It. Это электрический заряд, измеряемый в кулонах (один ампер к одной секунде). Электрический заряд отражает способность тела быть источником электромагнитного поля и принимать участие в электромагнитном взаимодействии.

Соответственно, уравнение Фарадея приобретает вид:

m = kq.

Рис. 2. Первый закон Фарадея.

Первый закон электролиза Фарадея: масса вещества, выделившегося при электролизе, прямо пропорциональна количеству электрического тока, пропущенного через электролит.

2 вариант

A1. Магнитный поток, пронизывающий контур в однород­ном магнитном поле, изменяется в случае изменения

1) только индукции магнитного поля
2) только площади контура
3) площади контура и вращения контура
4) индукции магнитного поля, площади контура и вращения контура

А2. Магнитный поток, пронизывающий контур, макси­мален, если плоскость контура

1) параллельна вектору магнитной индукции
2) перпендикулярна вектору магнитной индукции
3) составляет угол 45° с вектором магнитной индукции
4) составляет угол 60° с вектором магнитной индукции

А3. Подвижная катушка замкнута на гальванометр и на­ходится вблизи закреплённого постоянного магнита. Стрелка гальванометра

1) отклонится только если катушку надевать на магнит
2) отклонится только если катушку снимать с магнита
3) отклонится при любом движении катушки относи­тельно магнита
4) не отклонится ни при каком движении катушки

А4. Явление электромагнитной индукции состоит

1) в возникновении магнитного поля около провод­ников с током
2) в возникновении тока в проводнике под действием источника тока
3) в возникновении электрического тока в замкнутом проводнике при изменении магнитного потока, пронизывающего этот контур
4) в исчезновении магнитного поля около замкнутого проводника

А5. На рисунке изображено алюминие­вое кольцо и магнит. При прибли­жении магнита к кольцу кольцо

1) не приобретает магнитных свойств
2) приобретает свойства магнита, расположенного горизонтально северным полюсом влево
3) приобретает свойства магнита, расположенного горизонтально северным полюсом вправо
4) приобретает свойства магнита, расположенного вертикально северным полюсом вниз

А6. Явление электромагнитной индукции лежит в основе действия

1) электродвигателя
2) аккумулятора
3) гальванометра
4) трансформатора

B1. Замкнутый контур, помещённый в однородное маг­нитное поле с индукцией В, поворачивают из положе­ния 1 в положение 2 (см. рисунок).

Как изменятся в результате поворота магнитный поток, пронизывающий контур, и индукция магнитного поля? Для каждой величины подберите характер её изменения:

1) не изменилась
2) уменьшилась
3) увеличилась

А) Магнитный поток
Б) Индукция магнитного поля

Ответы на тест по физике Электромагнитная индукция для 9 класса1 вариант
А1-4
А2-1
А3-3
А4-2
А5-2
А6-1
В1. А2 Б12 вариант
А1-4
А2-2
А3-3
А4-3
А5-3
А6-4
В1. А3 Б1

Электролиз

Кроме исследований ЭДС и электромагнитной индукции ученный сделал большие открытия и в других дисциплинах, в том числе химии.

При протекании тока через электролит ионы (положительные и отрицательные) начинают устремляться к электродам. Отрицательные движутся к аноду, положительные к катоду. При этом на одном из электродов выделяется определенная масса вещества, которое содержится в электролите.

Фарадей проводил эксперименты, пропуская разный ток через электролит и измеряя массу вещества отложившегося на электродах, вывел закономерности.

m=k*Q

m – масса вещества, q – заряд, а k – зависит от состава электролита.

А заряд можно выразить через ток за промежуток времени:

I=q/t, тогда q = i*t

Теперь можно определить массу вещества, которое выделится, зная ток и время, которое он протекал. Это называется Первый закон электролиза Фарадея.

Второй закон:

Масса химического элемента, который осядет на электроде, прямо пропорциональна эквивалентной массе элемента (молярной массе разделенной на число, которое зависит от химической реакции, в которой участвует вещество).

С учетом вышесказанного эти законы объединяются в формулу:

m – масса вещества, которое выделилось в граммах, n – количество переносимых электронов в электродном процессе, F=986485 Кл/моль – число Фарадея, t – время в секундах, M молярная масса вещества г/моль.

В реальности же из-за разных причин, масса выделяемого вещества меньше чем расчетная (при расчетах с учетом протекающего тока). Отношение теоретической и реальной масс называют выходом по току:

Bт = 100% * mрасч/mтеор

Ну и напоследок рекомендуем просмотреть подробное объяснение закона Фарадея для электролиза:

Законы Фарадея внесли существенный вклад в развитие современной науки, благодаря его работам мы имеем электродвигатели и генераторы электроэнергии (а также работам его последователей). Работа ЭДС и явления электромагнитной индукции подарили нам большую часть современного электрооборудования, в том числе и громкоговорители и микрофоны, без которых невозможно прослушивание записей и голосовая связь. Процессы электролиза применяются в гальваническом методе покрытия материалов, что несет как декоративную ценность, так и практическую.

Похожие материалы:

  • Закон Джоуля-Ленца
  • Зависимость сопротивления проводника от температуры
  • Закон Ома простыми словами

Индуктивность

Отношение, которое показывает пропорциональность между такими категориями, как сила тока в проводящей системе и магнитным потоком именуется индуктивностью. На показатель имеет влияние физические габариты катушки и магнитные характеристики среды. Отношение описывается формулой:

Движущееся в контуре электричество провоцирует появление магнитного поля. Оно пронизывает собственный проводник и влечет появление своего потока сквозь контур. Причем собственный поток пропорционален электричеству, которая его порождает:

Фс = L*I

Значение индуктивности также формируется из закона Фарадея.

История открытия

Закон Фарадея в электродинамике был открыт двумя ученными: Майклом Фарадеем и Джозефом Генри, но Фарадей опубликовал результаты своих работ раньше – в 1831 году.

В своих демонстрационных экспериментах в августе 1831 г. он использовал железный тор, на противоположные концы которого был намотан провод (по одному проводу на стороны). На концы одного первого провода он подал питание от гальванической батареи, а на выводы второго подключил гальванометр. Конструкция была похожа на современный трансформатор. Периодически включая и выключая напряжение на первом проводе, он наблюдал всплески на гальванометре.

Гальванометр — это высокочувствительный прибор для измерения силы токов малой величины.

Таким образом было изображено влияние магнитного поля, образовавшегося в результате протекания тока в первом проводе, на состояние второго проводника. Это воздействие передавалось от первого ко второму через сердечник – металлический тор. В результате исследований было обнаружено и влияние постоянного магнита, который двигается в катушке, на её обмотку.

Тогда Фарадей объяснял явление электромагнитной индукции с точки зрения силовых линий. Еще одной была установка для генерирования постоянного тока: медный диск вращался вблизи магнита, а скользящий по нему провод был токосъёмником. Это изобретение так и называется — диск Фарадея.

Ученные того периода не признали идеи Фарадея, но Максвелл взял исследования для основы своей магнитной теории. В 1836 г. Майкл Фарадей установил соотношения для электрохимических процессов, которые назвали Законами электролиза Фарадея. Первый описывает соотношения выделенной на электроде массы вещества и протекающего тока, а второй соотношения массы вещества в растворе и выделенного на электроде, для определенного количества электричества.

«Электромагнитная индукция»

Электромагнитная индукция — это явление, которое заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводнике в результате изменения магнитного поля, в котором он находится. Это явление открыл английский физик М. Фарадей в 1831 г. Суть его можно пояснить несколькими простыми опытами.

Описанный в опытах Фарадея принцип получения переменного тока используется в индукционных генераторах, вырабатывающих электрическую энергию на тепловых или гидроэлектростанциях. Сопротивление вращению ротора генератора, возникающее при взаимодействии индукционного тока с магнитным полем, преодолевается за счет работы паровой или гидротурбины, вращающей ротор. Такие генераторы преобразуют механическую энергию в энергию электрического тока.

Вихревые токи, или токи Фуко

Если массивный проводник поместить в переменное магнитное поле, то в этом проводнике благодаря явлению электромагнитной индукции возникают вихревые индукционные токи, называемые токами Фуко.

Вихревые токи возникают также при движении массивного проводника в постоянном, но неоднородном в пространстве магнитном поле. Токи Фуко имеют такое направление, что действующая на них в магнитном поле сила тормозит движение проводника. Маятник в виде сплошной металлической пластинки из немагнитного материала, совершающий колебания между полюсами электромагнита, резко останавливается при включении магнитного поля.

Во многих случаях нагревание, вызываемое токами Фуко, оказывается вредным, и с ним приходится бороться. Сердечники трансформаторов, роторы электродвигателей набирают из отдельных железных пластин, разделенных слоями изолятора, препятствующего развитию больших индукционных токов, а сами пластины изготовляют из сплавов, имеющих высокое удельное сопротивление.

Электромагнитное поле

Электрическое поле, созданное неподвижными зарядами, является статическим и действует на заряды. Постоянный ток вызывает появление постоянного во времени магнитного поля, действующего на движущиеся заряды и токи. Электрическое и магнитное поля существуют в этом случае независимо друг от друга.

Явление электромагнитной индукции демонстрирует взаимодействие этих полей, наблюдаемое в веществах, в которых есть свободные заряды, т. е. в проводниках. Переменное магнитное поле создает переменное электрическое поле, которое, действуя на свободные заряды, создает электрический ток. Этот ток, будучи переменным, в свою очередь порождает переменное магнитное поле, создающее электрическое поле в том же проводнике, и т. д.

Совокупность переменного электрического и переменного магнитного полей, порождающих друг друга, называется электромагнитным полем. Оно может существовать и в среде, где нет свободных зарядов, и распространяется в пространстве в виде электромагнитной волны.

Классическая электродинамика — одно из высших достижений человеческого разума. Она оказала огромное влияние на последующее развитие человеческой цивилизации, предсказав существование электромагнитных волн. Это привело в дальнейшем к созданию радио, телевидения, телекоммуникационных систем, спутниковых средств навигации, а также компьютеров, промышленных и бытовых роботов и прочих атрибутов современной жизни.

Краеугольным камнем теории Максвелла явилось утверждение, что источником магнитного поля может служить одно только переменное электрическое поле, подобно тому, как источником электрического поля, создающим в проводнике индукционный ток, служит переменное магнитное поле. Наличие проводника при этом не обязательно — электрическое поле возникает и в пустом пространстве. Линии переменного электрического поля, аналогично линиям магнитного поля, замкнуты. Электрическое и магнитное поля электромагнитной волны равноправны.

Электромагнитная индукция в схемах и таблицах

(Явление электромагнитной индукции, опыты Фарадея, правило Ленца, закон электромагнитной индукции, вихревое электрическое поле, самоиндукция, индуктивность, энергия магнитного поля тока)

Дополнительные материалы по теме:

Конспект урока по физике в 11 классе «Электромагнитная индукция».

Следующая тема: «».

Недвижимая система

Сила Лоренца объясняет возникновение ЭДС при движении системы в поле со значением постоянным. Индукционная ЭДС имеет способность возникать и при неподвижной проводящей системе, находящейся в переменном магнитном поле. Сила Лоренца в таком примере не способна объяснить появление ЭДС индукции.

Максвелл для проводящих систем неподвижного типа предложил применять особое уравнение. Оно объясняет возникновение в таких системах ЭДС. Главным принципом закона Фарадея-Максвелла является факт, что переменное поле образует в пространстве вокруг себя электрическое поле. Оно выступает фактором, провоцирующим появление тока индукции в недвижимой системе. Перемещение вектора (Е) по стационарным контурам (L) является ЭДС:

При наличии тока переменного значения законы Фарадея водятся в уравнения Максвелла. Причем они могут быть представлены как в дифференциальной форме, так и в виде интегралов.

§ 26. Энергия магнитного поля

Пример 1. На стержень из немагнитного материала длиной l=50 см намотан в один слой провод так, что на каждый сантиметр длины стержня приходится 20 витков…

Пример 2. По обмотке длинного соленоида со стальным сердечником течет ток I=2 А. Определить объемную плотность w энергии магнитного поля в сердечнике,…

Пример 3. На железный сердечник длиной l=20 см малого сечения (d

Пример 4. Колебательный контур, состоящий из воздушного конденсатора с двумя пластинами площадью S=100 см2 каждая и катушки с индуктивностью…

Пример 5. Колебательный контур состоит из катушки с индуктивностью L=1,2 мГн и конденсатора переменной электроемкости от C1=12 пФ до С2=80…

Работа Э. Ленца

Направленность индукционного тока предоставляет возможность определить правило Ленца. Краткая формулировка звучит достаточно просто. Появляющийся при изменении показателей поля проводникового контура ток, препятствует благодаря своему магнитному полю такому изменению.

Если в катушку постепенно вводить магнит, в ней повышается уровень магнитного потока. Согласно правилу Ленца, магнитное поле будет иметь направление противоположное увеличению поля магнита. Чтобы понять эту направленность, необходимо смотреть на магнит с северной стороны. Отсюда будет вкручиваться буравчик навстречу северному полюсу. Ток будет перемещаться в сторону движения часовой стрелки.

Если магнит выводится из системы, магнитный поток в ней уменьшится. Чтобы установить направление тока, выкручивается буравчик. Вращения будет направлено в обратную сторону перемещения по циферблату часовой стрелки.

Формулировки Ленца приобретают большое значение для системы с контуром замкнутого типа и отсутствующим сопротивлением. Его принято именовать идеальным контуром. По правилу Ленца, в нем невозможно увеличить или уменьшить магнитный поток.

1 вариант

1. Квадратная рамка расположена в однородном магнит­ном поле, как показано на рисунке. Направление тока в рамке указано стрелками.

Сила, действующая на нижнюю сторону рамки, на­правлена

2. В однородное магнитное поле перпендикулярно линиям магнитной индукции поместили прямолинейный про­водник, по которому протекает ток силой 8 А. Опреде­лите индукцию этого поля, если оно действует с силой 0,02 Н на каждые 5 см длины проводника.

1) 0,05 Тл
2) 0,0005 Тл
3) 80 Тл
4) 0,0125 Тл

3. Один раз кольцо падает на стоящий вертикально поло­совой магнит так, что надевается на него; второй раз так, что пролетает мимо него. Плоскость кольца в обоих случаях горизонтальна.

Ток в кольце возникает

1) в обоих случаях
2) ни в одном из случаев
3) только в первом случае
4) только во втором случае

4. Радиостанция работает на частоте 60 МГц. Найдите длину электромагнитных волн, излучаемых антенной радиостанции. Скорость распространения электромаг­нитных волн с = 3 · 108 м/с.

1) 0,5 м
2) 5 м
3) 6 м
4) 10 м

5. Как изменится электрическая ёмкость плоского конденсатора, если площадь пластин увеличить в 3 раза?

1) Не изменится
2) Увеличится в 3 раза
3) Уменьшится в 3 раза
4) Среди ответов 1-3 нет правильного

6. Как изменится период собственных электромагнитных колебаний в контуре, если ключ К перевести из положения 1 в положение 2?

1) Уменьшится в 9 раз
2) Увеличится в 9 раз
3) Уменьшится в 3 раза
4) Увеличится в 3 раза

7. Установите соответствие между научными открытиями и учёными, которым эти открытия принадлежат. К каждой позиции первого столбца подберите соот­ветствующую позицию второго.

Научные открытия

А) Создал теорию электромагнитного поля
Б) Зарегистрировал электромагнитные волны
В) Основоположник квантовой физики

Ученые

1) М. Планк
2) М. Фарадей
3) Д. Максвелл
4) Б. Якоби
5) Г. Герц

8. Если на дно тонкостенного сосуда, заполненного жидко­стью и имеющего форму, приведённую на рисунке, пус­тить луч света так, что он, пройдя через жидкость, по­падёт в центр сосуда, то луч выходит из жидкости под углом 30° относительно поверхности жидкости. Каков показатель преломления n жидкости, если луч АО со­ставляет 45° с вертикалью?

9. Детектор полностью поглощает падающий на него свет частотой ν = 6 · 1014 Гц. За время t = 5 с на детектор па­дает N = 3 · 105 фотонов. Какова поглощаемая детекто­ром мощность? Постоянная Планка 6,6 · 10-34 Дж · с.

Суть процесса электролиза

Электролизом называются процессы окислительно-восстановительных реакций, протекающие под принудительным воздействием электрического тока. Для его выполнения используется специальная емкость с электролитическим раствором, куда погружаются металлические штыри, соединенные с наружным источником питания.

Электрод, соединенный с полюсом отрицательного значения источника тока, считается катодом. Именно в данном месте частицы электролита восстанавливаются. Другой электрод подключается к плюсовому полюсу и носит название анода. На этом участке вещество электрода или частицы электролита окисляются. Химические реакции на этом участке происходят по-разному, в зависимости от материала анода и состава электролитического раствора. Поэтому, как утверждает химия, электроды по отношению к электролиту могут быть инертными или растворимыми.

Электролитами чаще всего служат различные виды растворов или расплавов, внутри которых происходит хаотичное движение заряженных частиц – ионов. Когда на них воздействует электрический ток, они начинают двигаться в определенном направлении: катионы – к катоду, анионы – к аноду. Попадая на электроды, они теряют свои заряды и оседают на них.

Таким образом, на катоде и аноде происходит накопление так называемых суммарных продуктов, состоящих из электрически нейтральных веществ. Весь процесс электролиза выполняется под напряжением, подаваемым на электроды. Данное напряжение Uэл-за является типичным примером разности потенциалов, требующейся для обеспечения нормального течения электролитических реакций. Чисто теоретически это напряжение принимает вид формулы: Uэл-за = Еа – Ек, в которой Еа и Ек являются потенциалами химических реакций, происходящих на аноде и катоде.

Существует определенная связь между количеством электричества, протекавшего через раствор, и количеством вещества, выделенного в период электролитической реакции. Данное явление было описано английским физиком Фарадеем и оформлено в виде двух законов.

1 вариант

A1. К магнитной стрелке (северный полюс затемнен, см. ри­сунок), которая может поворачиваться вокруг вертикаль­ной оси, перпендикулярной плоско­сти чертежа, поднесли постоянный магнит. При этом стрелка

1) повернетcя на 180°
2) повернетcя на 90° по часовой стрелке
3) повернетcя на 90° против часовой стрелки
4) останется в прежнем положении

А2. Участок проводника длиной 10 см находитcя в магнит­ном поле. Сила электрического тока, протекающего по проводнику, 10 А. При перемещении проводника на 8 см в направлении действия силы Ампера она совершила ра­боту 0,004 Дж. Чему равна индукция магнитного поля? Проводник расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции.

1) 0,0005 Тл
2) 0,005 Тл
3) 0,032 Тл
4) 0,05 Тл

А3. Протон р, влетевший в зазор между полюсами электромагнита, имеет го­ризонтальную скорость v, перпендикулярную вектору индукции В магнитного поля, направленного вниз (см. рис.). Куда направлена дейст­вующая на протон сила Лоренца F?

1) Вертикально вниз
2) Вертикально вверх
3) Горизонтально на нас
4) Горизонтально от нас

А4. За 5 с магнитный поток, пронизывающий проволочную рамку, увеличился от 3 до 8 Вб. Чему равно при этом значение ЭДС индукции в рамке?

1) 0,6 В
2) 1 В
3) 1,6 В
4) 25 В

А5. На рисунке показано изменение силы тока в катушке индуктивности от времени.

Модуль ЭДС самоиндукции принимает равные значения в промежутках времени

1) 0-1 с и 1-3 с
2) 3-4 с и 4-7 с
3) 1-3 с и 4-7 с
4) 0-1 с и 3-4 с

B1. Горизонтальные рельсы находятся на расстоянии 30 см друг от друга. На них лежит стержень массой 100 г пер­пендикулярно рельсам. Вся система находится в верти­кальном магнитном поле с индукцией 0,5 Тл. При про­пускании по стержню тока 2 А, он движется с ускорением 2 м/с2 Найдите коэффициент трения между рельсами и стержнем.

В2. Частица массой m, несущая заряд q, движется в одно­родном магнитном поле с индукцией В по окружности радиуса R со скоростью v. Что произойдёт с радиусом ор­биты, периодом обращения и кинетической энергией частицы при увеличении индукции магнитного поля?

К каждой позиции первого столбца подберите соответст­вующую позицию второго.

Физические величины

А) радиус орбиты
Б) период обращения
В) кинетическая энергия

Их изменение

1) увеличится
2) уменьшится
3) не изменится

C1. Проволочный виток, имеющий площадь 10 см2, разре­зан в некоторой точке, и в разрез включён конденсатор ёмкости 10 мкФ. Виток помещён в однородное магнит­ное поле, силовые линии которого перпендикулярны к плоскости витка. Индукция магнитного поля равномер­но убывает за 0,2 с на 0,01 Тл. Определите заряд на конденсаторе.

Первый закон Фарадея

Данный закон был выведен ученым экспериментальным путем. Он определяет пропорциональную зависимость между массой вещества, образующегося на электроде и зарядом, проходящим через электролитический раствор.

Эту пропорцию наглядно отображает формула m=k х Q=k х I х t, где k является коэффициентом пропорциональности или электрохимическим эквивалентом, Q – заряд, прошедший через электролит, t – время прохождения заряда, m – масса вещества, образовавшегося на электроде в результате реакции.

Первый закон Фарадея служит для определения количества первичных продуктов, образовавшихся в процессе электролиза на электродах. Масса этого вещества составляет суммарную массу всех ионов, попавших на электрод. Это подтверждается формулой m=m0 х N = m0 х Qq0 = m0q0 х I х t, в которой m0 и q0 соответственно являются массой и зарядом единичного иона. N=Qq0 – определяет количество ионов, попавших на электрод за время прохождения заряда Q через раствор электролита.

Следовательно, величина электрохимического эквивалента k представляет собой соотношение массы иона m0 используемого вещества и заряда q0 этого иона. Известно, что величина заряда иона составляет произведение валентности n этого вещества и элементарного заряда е, то есть, q0 = n х e. Исходя из этого, электрохимический эквивалент k будет выглядеть следующим образом: k = m0q0 = m0 х NAn х e х NA = 1F х μn. В этой формуле NA является постоянной Авогадро, μ – молярной массой данного вещества. F = e х NA является постоянной Фарадея и составляет 96485 Кл/моль.

Числовое значение данной величины равняется заряду, который должен быть пропущен через раствор электролита, для того чтобы на электроде выделился 1 моль вещества с одинаковой валентностью. Рассматриваемый закон Фарадея для электролиза примет вид еще одной формулы: m = 1F х μn х I х t.

Ссылка на основную публикацию