Elektryczność i magnetyzm - obwody, pole, indukcja
Co sprawdza matura
Zadania łączą elektrostatykę (prawo Coulomba, pole, potencjał, kondensator) z obwodami prądu stałego (prawo Ohma, prawa Kirchhoffa, moc, źródło z oporem wewnętrznym) oraz z magnetyzmem i indukcją elektromagnetyczną.
Rdzeń pojęciowy
- F = k·q₁q₂/r², k = 9·10⁹ N·m²/C²; E = F/q; V = kq/r; W = qU.
- Kondensator: C = Q/U oraz C = ε₀ε_r·S/d; energia pola ½CU².
- Prąd: I = Q/t, R = ρl/S, U = IR; łączenie szeregowe R = ΣR, równoległe 1/R = Σ1/R.
- Źródło: ε = I(R + r), napięcie na zaciskach U = ε − Ir; moc P = UI = I²R.
- Magnetyzm: F = qvB·sinα, F = BIl·sinα; przewód prostoliniowy B = μ₀I/(2πr), solenoid B = μ₀nI.
- Indukcja: Φ = B·S·cosα, ε = −n·ΔΦ/Δt; reguła Lenza - prąd indukcyjny przeciwdziała zmianie strumienia.
Przykład
Cewka 100 zwojów o polu 0,01 m² leży prostopadle do pola magnetycznego, które w 0,1 s zmienia się o 0,2 T. SEM indukcji: ε = n·S·ΔB/Δt = 100·0,01·2 = 2 V. Kierunek prądu indukcyjnego ustalamy regułą Lenza, nie dowolnie.
Pułapki
Zakładanie, że napięcie na zaciskach ogniwa równa się SEM także przy poborze prądu; błędy w łączeniu równoległym (odwrotności); mieszanie natężenia z napięciem przy liczeniu mocy; zapominanie o cosα w strumieniu (kąt mierzymy do normalnej, nie do płaszczyzny); pomijanie kierunku siły magnetycznej i znaku SEM.