Электричество и магнетизм

При решении задач о взаимодействии точечных зарядов нужно, сделав чертеж, обозначить на нем силы, действующие на интересующий нас заряд. Если по условию задачи заряд находится в покое, то надо записать условие равновесия заряда (так же, как и для материальной точки в механике). Если заряд движется в однородном электрическом поле, то нужно составить уравнение движения (так же, как и в механике).

Если в задаче идет речь о работе сил электрического поля над зарядом, то следует составить уравнение на основе закона сохранения и превращения энергии. При взаимодействии заряженных тел и происходящем при этом перераспределении зарядов составляется уравнение согласно закону сохранения заряда. Полученная система уравнений решается относительно искомой величины.

При решении задач о взаимодействии заряженных тел обычно используются формулы, устанавливающие связь между зарядами и потенциалами. Если задана сложная схема соединения конденсаторов, то надо попытаться заменить ее другой схемой, по которой можно легко установить тип соединения (параллельное, последовательное или их комбинации). Иногда для этого достаточно начертить схему несколько иначе. В других случаях такую замену можно сделать путем соединения на заданной схеме точек с одинаковым потенциалом, при этом заряды на конденсаторах и разности потенциалов между обкладками не будут изменяться. После преобразования схемы находится связь между зарядами, разностями потенциалов и емкостями конденсаторов.

При решении задач на расчет электрических цепей постоянного тока нужно начертить схему и внимательно проанализировать ее: выяснить, как соединены источники тока, сопротивления, конденсаторы. Нередко заданную схему полезно начертить несколько иначе, чтобы тип соединения (параллельное, последовательное или их комбинации) стал очевиден. После этого используется формулы закона Ома для участка цепи и для замкнутой цепи.

Расчет сложных разветвленных электрических цепей производится с применением правил Кирхгофа, при этом нужно выполнять действия в такой последовательности:

1) произвольно обозначить стрелками направления токов во всех участках цепи;

2) произвольно выбрать направления обхода контуров (по ходу часовой стрелки или против);

3) составить систему уравнений согласно I и II правилам Кирхгофа, при этом: а) токи, входящие в узел, берутся со знаком «плюс», а токи, выходящие из узла, - со знаком «минус»; б) если ток по направлению совпадает с выбранным направлением обхода контура, то соответствующее произведение тока на сопротивление берется со знаком «минус»; в) ЭДС следует брать со знаком «плюс», если при обходе контура приходится идти внутри источника тока от отрицательного полюса к положительному, в противном случае – со знаком «минус»;

4) решить составленную систему уравнений; если при этом значения некоторых токов получатся со знаком «минус», то это означает, что действительные направления этих токов противоположны тем, которые мы произвольно указали на схеме.

Разумеется, правила Кирхгофа можно применять и при расчете простых цепей.

При решении задач на превращение электрической энергии в тепловую и механическую составляется уравнение на основе закона сохранения и превращения энергии.

Раздел