Σύνδεση αντιστάσεων. Ένα ακόμη Test...

.Ένα ακόμη Test στο Β2 αυτή τη φορά....

1)  Για το κύκλωμα του διπλανού σχήματος δίνονται R₁=8Ω, R₂=R₃=10Ω, R₄=2Ω και V=30V. Ζητούνται:

i)    Η ολική αντίσταση του κυκλώματος.

ii)   Η ένταση του ρεύματος που διαρρέει τον αντιστάτη R₂ και το δυναμικό του σημείου Α.

iii)   Αν αφαιρέσουμε το σύρμα ΑΒ και μεταξύ των δύο σημείων συνδέσουμε έναν πυκνωτή με χωρητικότητα C=5μF, πόσο φορτίο θα αποκτήσει;

Μονάδες     10+6+4=20

2)  Για το κύκλωμα του διπλανού σχήματος δίνονται R₁=R₂= 8Ω, R₃=6Ω, R₄=10Ω, C=10μF και V=70V. 
Ζητούνται:

i)   Η ολική αντίσταση του κυκλώματος.

ii)  Η ένταση του ρεύματος που διαρρέει τον αντιστάτη R₄ και το δυναμικό του σημείου Β.    

iii) Το φορτίο του πυκνωτή.

iv) Αν συνδέσουμε με ένα σύρμα χωρίς αντίσταση τους δύο οπλισμούς του πυκνωτή, τι τιμη θα πάρει το δυναμικό στο σημείο Β;

Μονάδες       10+5+3+2=20

Σύνδεση αντιστάσεων. Ένα Test...

Για το κύκλωμα του παραπάνω σχήματος δίνονται R₁=6Ω, R₂=4Ω, R₃=10Ω και R₄=2Ω.

1. Να βρείτε την ολική αντίσταση του κυκλώματος.
   
2. Αν η τάση στα άκρα της R₂ είναι V₂=20V:
   i)  Ποια η ένταση του ρεύματος που διαρρέει την αντίσταση R₃.
   ii) Να βρεθεί η τάση V της ηλεκτρικής πηγής.

Μονάδες                   12+4+4=20

Και το τρίτο Φύλλο....

Ένα ακόμη φύλλο εργασίας για κίνηση φορτισμένου σωματιδίου κάθετα στις δυναμικές γραμμές ενός ομογενούς ηλεκτρικού πεδίου.

Κίνηση κάθετα στις δυναμικές γραμμές

 

Στο ομογενές ηλεκτρικό πεδίο του σχήματος εισέρχεται κάθετα στις δυναμικές γραμμές με αρχική ταχύτητα υ₀=100m/s, φορτισμένο σωματίδιο μάζας m=10^-8kg και φορτίου q = 10^-10C. Το μήκος των πλακών είναι L=10cm και η απόστασή τους d=2cm. Το σωματίδιο εξέρχεται από το σημείο Α, έχοντας εκτραπεί κατά 1cm από την διεύθυνση εισόδου. Αν το βάρος θεωρείται αμελητέο:

1. Σχεδιάστε στο σχήμα τη δύναμη που δέχεται το σωματίδιο από το πεδίο, καθώς και μια δυναμική γραμμή του πεδίου.
2. Για να μελετήσουμε την κίνηση εφαρμόζουμε την ……… ……… ………………………….
3. Η κίνηση στον οριζόντιο άξονα είναι ……………… …… ……………………….
4. Η κίνηση στον κατακόρυφο άξονα είναι ………………… … ……………………….
5. Δώστε τις εξισώσεις της ταχύτητας και της μετατόπισης για τους δυο άξονες

6. Σε  πόσο χρόνο το σωματίδιο φτάνει στο σημείο Α;
7. Να βρεθεί η επιτάχυνση του σωματιδίου μέσα στο πεδίο.
8. Ποια η ένταση του πεδίου και ποια η διαφορά δυναμικού μεταξύ των δύο παραλλήλων πλακών;
9. Μεγαλύτερη ταχύτητα έχει το σωματίδιο:    
   i)  Στο σημείο Ο  
   ii) Στο σημείο Α  
   iii)H ταχύτητα στο Α είναι ίση με την ταχύτητα εισόδου στο πεδίο.
10. Ποια η οριζόντια και ποια η κατακόρυφη συνιστώσα της ταχύτητας στο σημείο Α;
11. Ποια γωνία σχηματίζει η ταχύτητα στο σημείο Α με την οριζόντια διεύθυνση;
12. Αν αυξηθεί η τάση μεταξύ των δύο παραλλήλων πλακών τότε:  
    i)   Θα αυξηθεί η ένταση του πεδίου.  
    ii)  Θα αυξηθεί η επιτάχυνση του σωματιδίου.  
    iii) Θα ελαττωθεί ο χρόνος κίνησης μέσα στο πεδίο.      
    iv) Το σωματίδιο θα εκτραπεί περισσότερο από το πεδίο.
    v)  Ίσως το σωματίδιο δεν βγει από το πεδίο.
    vi) Η τελική του ταχύτητα θα αυξηθεί.
    Χαρακτηρίστε τις παραπάνω προτάσεις σαν σωστές ή λαθεμένες.
13. Αν αυξάναμε την αρχική ταχύτητα υ₀  του σωματιδίου, τότε:
    i)  Θα αποκτούσε μεγαλύτερη επιτάχυνση.
    ii) Το σωματίδιο θα εκινείτο λιγότερο χρόνο μέσα στο πεδίο.
    iii) Η κατακόρυφη εκτροπή του σωματιδίου θα γινόταν μικρότερη.
    iv) Η κατακόρυφη ταχύτητα του σωματιδίου θα αυξανόταν.
    Χαρακτηρίστε τις παραπάνω προτάσεις σαν σωστές ή λαθεμένες.
14. Αν πλησίαζαν οι δυο παράλληλες πλάκες, με την ίδια τάση μεταξύ τους, τότε:
    i)   Θα αυξηθεί η ένταση του πεδίου.
    ii)  Θα αυξηθεί η επιτάχυνση του σωματιδίου.
    iii) Θα ελαττωθεί ο χρόνος κίνησης μέσα στο πεδίο.
    iv) Το σωματίδιο θα εκτραπεί περισσότερο από το πεδίο.
    v)  Ίσως το σωματίδιο δεν βγει από το πεδίο.
    vi) Η τελική του ταχύτητα θα αυξηθεί.
    Χαρακτηρίστε τις παραπάνω προτάσεις σαν σωστές ή λαθεμένες
15. Πού έχουμε μεγαλύτερο δυναμικό στο σημείο Ο ή στο σημείο Α;
16. Υπολογίστε το έργο της δύναμης του πεδίου από το Ο στο Α.
17. Ποια η διαφορά δυναμικού μεταξύ Ο και Α;
18. Βρείτε την εξίσωση της τροχιάς που διαγράφει το σωματίδιο μέσα στο πεδίο.
19. Το σωματίδιο για να αποκτήσει την αρχική του ταχύτητα των 100m/s είχε επιταχυνθεί από τάση V₁. Να βρείτε την τάση αυτή.

Απάντηση:

.

Ανομοιογενές Ηλεκτρικό πεδίο, Φύλλο εργασίας.

Απάντηση:

Φύλλο εργασίας, Ομογενές Ηλεκτρικό πεδίο.

Απάντηση:

Κίνηση σε ομογενές Ηλεκτρικό πεδίο.

Ένα σωματίδιο με ειδικό φορτίο q/m=200 C/kg εισέρχεται στο σημείο Ο, με αρχική ταχύτητα 100m/s στο ομογενές ηλεκτρικό πεδίο ενός επίπεδου πυκνωτή, κάθετα στις δυναμικές γραμμές, όπως στο σχήμα και εξέρχεται από το σημείο Α. Ο πυκνωτής είναι φορτισμένος με τάση 10V και οι οπλισμοί του έχουν μήκος L=2cm ενώ απέχουν κατά 1cm.

1.   Χαρακτηρίστε τις παρακάτω προτάσεις ως σωστές ή λανθασμένες.

• Ο πάνω οπλισμός του πυκνωτή είναι θετικά φορτισμένος.
• Το σωματίδιο αποκτά σταθερή επιτάχυνση μέσα στο πεδίο.
• Αφού η επιτάχυνση του σωματιδίου είναι σταθερή η κίνησή του είναι ομαλά επιταχυνόμενη.
• Αφού η επιτάχυνση του σωματιδίου είναι σταθερή η κίνησή του είναι ευθύγραμμη ομαλά επιταχυνόμενη.
• Το σωματίδιο κερδίζει ενέργεια κατά ατο περασμά του από το πεδίο.

  2.  Να βρεθεί η γραμμική και η γωνιακή εκτροπή του σωματιδίου.

  3.  Να υπολογισθεί η διαφορά δυναμικού V_ΟΑ.

    Οι βαρυτικές δυνάμεις θεωρούνται αμελητέες.

Απάντηση:

.

Θερμοκρασία, θερμότητα, θερμική ενέργεια, εσωτερική ενέργεια

.

- Θερμοκρασία ονομάζουμε αυτό που μετράμε με τα θερμόμετρα.

- Θερμότητα ονομάζουμε την ενέργεια που μεταφέρεται από ένα θερμότερο σε ένα ψυχρότερο σώμα, εξαιτίας της διαφοράς θερμοκρασίας τους. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί, κυρίως, με τρεις μηχανισμούς με επαφή των σωμάτων, με ρεύματα μεταφοράς σωματιδίων και με ακτινοβολία.

- Θερμική ενέργεια ονομάζουμε την κινητική ενέργεια των μικροσκοπικών σωματιδίων από τα οποία αποτελείται το σώμα.

- Εσωτερική ενέργεια ονομάζουμε το άθροισμα των ενεργειών των σωματιδίων που το απαρτίζουν ως αποτέλεσμα της σχετικής τους κίνησης ως προς το κέντρο μάζας του σώματος και των αλληλεπιδράσεων μεταξύ τους. Σε ένα ιδανικό αέριο (και όχι σε ένα πραγματικό) αποδεικνύεται πειραματικά ότι αποτελεί συνάρτηση μόνο της θερμοκρασίας.

Είναι λάθος να λέμε ότι ένα σώμα έχει θερμότητα. Αν ορίσουμε ως Q_A τη « θερμότητα που εμπεριέχεται στο σώμα » σε μια κατάσταση Α, δεν μπορεί να οριστεί η θερμότητα σε μια άλλη κατάσταση Β ως Q_B = Q_A + Q, καθώς υπάρχουν άπειροι τρόποι μετάβασης από την Α στην Β με διαφορετικό Q ο καθένας. Επίσης, σε έναν αντιστάτη δεν παράγεται θερμότητα. Ένας αντιστάτης θερμαίνεται χωρίς θερμότητα, αν και μεταβιβάζεται από αυτόν θερμότητα στο περιβάλλον, κυρίως με μορφή ακτινοβολίας. Η λανθασμένη χρήση αυτού του όρου ίσως οφείλεται στο ότι το 18^ο αιώνα υπήρχε η αντίληψη ότι τα σώματα που υφίστανται θερμικές μεταβολές ανταλλάσσουν μια ουσία που λεγόταν φλογιστόν (phlogiston ή caloric). Σήμερα ξέρουμε ότι η θερμότητα δεν είναι ουσία.

Πολλά βιβλία επίσης γράφουν εσωτερική θερμική ενέργεια (internal thermal energy) εννοώντας τη θερμική ενέργεια (το εσωτερική αποτελεί εδώ όχι όρο αλλά διευκρίνιση με την έννοια ότι η ενέργεια αυτή εμπεριέχεται στο σώμα). Κάποια άλλα ονομάζουν εσωτερική μορφές ενέργειας όπως η χημική και η ενέργεια ενός τεντωμένου ελατηρίου και θερμική το μέρος της εσωτερικής ενέργειας που αλλάζει αντιστρεπτά με τις αλλαγές της θερμοκρασίας. Τότε βέβαια το U στην εξίσωση του 1^ου νόμου δεν παριστάνει την εσωτερική ενέργεια και συμβολίζεται με Ε. Επίσης, κάποια βιβλία μπερδεύουν τους ορισμούς π.χ. το βιβλίο κατεύθυνσης της Β Λυκείου, που ορίζει τη θερμότητα όπως παραπάνω, και λέει ότι η πρόταση « με την τριβή δεν αυξάνεται η θερμότητα των σωμάτων που τρίβονται, αλλά η εσωτερική τους ενέργεια », είναι σωστή ενώ το αντίστοιχο της Γ Λυκείου των ίδιων συγγραφέων γράφει για « θερμότητα που παράγεται από τριβές ή πλαστικές κρούσεις », πράγμα που είναι ασύμβατο με τον παραπάνω ορισμό. Επίσης, πολλά βιβλία θεωρούν ότι η ενέργεια από το έργο της τριβής είναι αποκλειστικά θερμική, λες και δεν μπορεί να έχω εξαιτίας του φαινομένου της τριβής μεταβολή, όχι μόνο της μικροσκοπικής κινητικής, αλλά και της μικροσκοπικής δυναμικής ενέργειας των σωματιδίων που αποτελούν το σώμα.  Τέλος, σε κάποια βιβλία π.χ. προετοιμασίας για Α – Level, ακόμα και ο όρος «θερμική ενέργεια» δεν υπάρχει (το οποίο είναι παιδαγωγικά προτιμότερο κατά τη γνώμη μου για σχολικά βιβλία).

 

Εκφράζει πάντα η εξίσωση Q = ΔU + W τον 1^ο θερμοδυναμικό νόμο;

 

Σχεδόν όλοι οι συγγραφείς ταυτίζουν τον 1^ο θερμοδυναμικό νόμο με την αρχή διατήρησης της ενέργειας. Όση εσωτερική ενέργεια χάνει το σύστημα, κερδίζει το περιβάλλον. Η προηγούμενη πρόταση αναφέρεται ως « η πιο γενική διατύπωση της αρχής διατήρησης της ενέργειας». Αυτό επιτυγχάνεται, δίνοντας τους κατάλληλους ορισμούς, ώστε τα μεγέθη Q και W να έχουν αντίθετο πρόσημο για το σύστημα και το περιβάλλον αντίστοιχα. Ορίζονται, όμως, πάντα τα Q και W; Και αν ναι, αποτελούν το μόνο τρόπο μεταφοράς ενέργειας; Σίγουρα όχι. Π.χ. δεν ορίζονται, όταν έχουμε φαινόμενα τριβής, εξάτμισης κ.α.. Μόνο αν οι δυνάμεις που ασκούνται στο σύστημα έχουν την ίδια μετατόπιση με το κέντρο μάζας του συστήματος, η μεταβολή της κινητικής ενέργειας είναι σίγουρα ίση με το έργο που γίνεται στο σύστημα. Επίσης, η ενέργεια από τη μεταφορά ακτινοβολίας από ένα πεδίο σε ένα αντικείμενο, το οποίο ΔΕΝ είναι σε ισορροπία με το πεδίο, όπως π.χ. ηλιακή ακτινοβολία σε φωτοβολταϊκή επιφάνεια ή εκπομπή λέιζερ, μπορεί να είναι όχι Q ή W αλλά ένας αδιαχώριστος συνδυασμός τους.  Συμπέρασμα: Αν ο 1^ο θερμοδυναμικός νόμος ισοδυναμεί με την αρχή διατήρησης της ενέργειας η εξίσωση Q = ΔU + W αποτελεί ειδική περίπτωση εφαρμογής του 1^ου θερμοδυναμικού νόμου. 

 

 Απόσπασμα από εργασία με θέμα: « Ατυχείς στιγμές των βιβλίων της Φυσικής »

του συνάδελφου  Κασωτάκη Χαράλαμπου 

Φυσικού

1^ο Λύκειο Ρεθύμνου

Τηλ. 2831027061, κιν. 6976038086

e-mail: babiskasotakis@gmail.com

 

Μπορείτε να δείτε και να κατεβάσετε όλη την εργασία σε pdf από 

ΕΔΩ.

Εύρεση φορτίου πυκνωτή.

Για το κύκλωμα του σχήματος δίνονται R₁=5Ω, R₂=R₃=R₄=10Ω, C=2μF και V=50V.

i)  Με τον διακόπτη δ ανοικτό πόσο φορτίο έχει ο πυκνωτής;

ii) Ποιο το φορτίο του πυκνωτή αν κλείσουμε τον διακόπτη δ;

.Απάντηση:

.