Loi universelle de la nature. Par conséquent, elle s’applique également aux phénomènes électriques. Considérons deux cas de transformation d'énergie dans un champ électrique :

1. Les conducteurs sont isolés ($q=const$).
2. Les conducteurs sont connectés à des sources de courant et leurs potentiels ne changent pas ($U=const$).

Loi de conservation de l'énergie dans les circuits à potentiels constants

Supposons qu'il existe un système de corps pouvant inclure à la fois des conducteurs et des diélectriques. Les corps du système peuvent effectuer de petits mouvements quasi-statiques. La température du système est maintenue constante ($\to \varepsilon =const$), c'est-à-dire que la chaleur est fournie au système ou évacuée de celui-ci si nécessaire. Les diélectriques inclus dans le système seront considérés comme isotropes et leur densité sera supposée constante. Dans ce cas, la proportion d'énergie interne des corps qui n'est pas associée au champ électrique ne changera pas. Considérons les options de transformations énergétiques dans un tel système.

Tout corps se trouvant dans un champ électrique est affecté par des forces pondémotives (forces agissant sur les charges à l’intérieur des corps). Avec un déplacement infinitésimal, les forces pondémotives feront le travail $\delta A.\ $Puisque les corps bougent, le changement d'énergie est dW. De plus, lorsque les conducteurs bougent, leur capacité mutuelle change. Par conséquent, afin de maintenir le potentiel des conducteurs inchangé, il est nécessaire de modifier leur charge. Cela signifie que chacune des sources du tore fonctionne de manière égale à $\mathcal E dq=\mathcal E Idt$, où $\mathcal E$ est la force électromotrice de la source actuelle, $I$ est la force actuelle, $dt$ est le temps de trajet. Des courants électriques apparaîtront dans notre système et de la chaleur sera libérée dans chaque partie de celui-ci :

Selon la loi de conservation de la charge, le travail de toutes les sources de courant est égal au travail mécanique des forces du champ électrique plus la variation de l'énergie du champ électrique et de la chaleur Joule-Lenz (1) :

Si les conducteurs et les diélectriques du système sont immobiles, alors $\delta A=dW=0.$ De (2), il s'ensuit que tout le travail des sources de courant se transforme en chaleur.

Loi de conservation de l'énergie dans les circuits à charges constantes

Dans le cas de $q=const$, les sources de courant n'entreront pas dans le système considéré, alors le côté gauche de l'expression (2) deviendra égal à zéro. De plus, la chaleur Joule-Lenz résultant de la redistribution des charges dans les corps lors de leur mouvement est généralement considérée comme insignifiante. Dans ce cas, la loi de conservation de l'énergie aura la forme :

La formule (3) montre que le travail mécanique des forces du champ électrique est égal à la diminution de l'énergie du champ électrique.

Application de la loi de conservation de l'énergie

En utilisant la loi de conservation de l'énergie dans un grand nombre de cas, il est possible de calculer les forces mécaniques qui agissent dans un champ électrique, et cela est parfois beaucoup plus facile à faire que si l'on considère l'action directe du champ sur des pièces individuelles des corps du système. Dans ce cas, ils agissent selon le schéma suivant. Disons que nous devons trouver la force $\overrightarrow(F)$ qui agit sur un corps dans un champ. On suppose que le corps est en mouvement (petit mouvement du corps $\overrightarrow(dr)$). Le travail effectué par la force requise est égal à :

Exemple 1

Tâche : Calculer la force d'attraction qui agit entre les plaques d'un condensateur plat, qui est placé dans un diélectrique liquide isotrope homogène avec une constante diélectrique de $\varepsilon$. Zone des plaques S. Intensité du champ dans le condensateur E. Les plaques sont déconnectées de la source. Comparez les forces qui agissent sur les plaques en présence d'un diélectrique et sous vide.

Puisque la force ne peut être que perpendiculaire aux plaques, on choisit le déplacement le long de la normale à la surface des plaques. Notons dx le mouvement des plateaux, alors le travail mécanique sera égal à :

\[\delta A=Fdx\ \left(1.1\right).\]

Le changement d’énergie du champ sera :

En suivant l'équation :

\[\delta A+dW=0\gauche(1.4\droite)\]

S'il y a un vide entre les plaques, alors la force est égale à :

Lorsqu'un condensateur déconnecté de la source est rempli d'un diélectrique, l'intensité du champ à l'intérieur du diélectrique diminue de $\varepsilon $ fois, par conséquent, la force d'attraction des plaques diminue du même facteur. La diminution des forces d'interaction entre les plaques s'explique par la présence de forces d'électrostriction dans les diélectriques liquides et gazeux, qui écartent les plaques du condensateur.

Réponse : $F=\frac(\varepsilon (\varepsilon )_0E^2)(2)S,\ F"=\frac(\varepsilon_0E^2)(2)S.$

Exemple 2

Tâche : Un condensateur plat est partiellement immergé dans un diélectrique liquide (Fig. 1). Au fur et à mesure que le condensateur se charge, du liquide est aspiré dans le condensateur. Calculez la force f avec laquelle le champ agit sur une surface horizontale unitaire du liquide. Supposons que les plaques soient connectées à une source de tension (U = const).

Notons h la hauteur de la colonne de liquide, dh la variation (augmentation) de la colonne de liquide. Le travail effectué par la force requise sera égal à :

où S est la section horizontale du condensateur. La variation du champ électrique est :

Une charge supplémentaire dq sera reversée aux plaques, égale à :

où $a$ est la largeur des plaques, prendre en compte que $E=\frac(U)(d)$ alors le travail de la source de courant est égal à :

\[\mathcal E dq=Udq=U\left(\varepsilon (\varepsilon )_0E-(\varepsilon )_0E\right)adh=E\left(\varepsilon (\varepsilon )_0E-(\varepsilon )_0E\right )d\cdot a\cdot dh=\left(\varepsilon (\varepsilon )_0E^2-(\varepsilon )_0E^2\right)Sdh\left(2.4\right).\]

Si nous supposons que la résistance des fils est faible, alors $\mathcal E $=U. On utilise la loi de conservation de l'énergie pour les systèmes à courant continu, à condition que la différence de potentiel soit constante :

\[\sum(\mathcal E Idt=\delta A+dW+\sum(RI^2dt\ \left(2.5\right).))\]

\[\left(\varepsilon (\varepsilon )_0E^2-(\varepsilon )_0E^2\right)Sdh=Sfdh+\left(\frac(\varepsilon (\varepsilon )_0E^2)(2)-\frac ((\varepsilon )_0E^2)(2)\right)Sdh\to f=\frac(\varepsilon (\varepsilon )_0E^2)(2)-\frac((\varepsilon )_0E^2)(2 )\ .\]

Réponse : $f=\frac(\varepsilon (\varepsilon )_0E^2)(2)-\frac((\varepsilon )_0E^2)(2).$

La loi de conservation de l’énergie stipule que l’énergie d’un corps ne disparaît ni ne réapparaît, elle ne peut que se transformer d’un type à un autre. Cette loi est universelle. Il a sa propre formulation dans diverses branches de la physique. La mécanique classique considère la loi de conservation de l'énergie mécanique.

L'énergie mécanique totale d'un système fermé de corps physiques entre lesquels agissent des forces conservatrices est une valeur constante. C'est ainsi que se formule la loi de conservation de l'énergie de Newton.

Un système physique fermé ou isolé est considéré comme un système qui n’est pas affecté par des forces extérieures. Il n'y a pas d'échange d'énergie avec l'espace environnant et la propre énergie qu'il possède reste inchangée, c'est-à-dire qu'elle est conservée. Dans un tel système, seules les forces internes agissent et les corps interagissent les uns avec les autres. Seule la transformation de l'énergie potentielle en énergie cinétique et vice versa peut s'y produire.

L’exemple le plus simple d’un système fermé est un fusil de sniper et une balle.

Types de forces mécaniques

Les forces qui agissent à l’intérieur d’un système mécanique sont généralement divisées en forces conservatrices et non conservatrices.

Conservateur On considère des forces dont le travail ne dépend pas de la trajectoire du corps auquel elles sont appliquées, mais est déterminé uniquement par la position initiale et finale de ce corps. Les forces conservatrices sont également appelées potentiel. Le travail effectué par de telles forces le long d’une boucle fermée est nul. Exemples de forces conservatrices – gravité, force élastique.

Toutes les autres forces sont appelées non conservateur. Ceux-ci inclus force de frottement et force de résistance. On les appelle aussi dissipatif les forces. Ces forces, lors de tout mouvement dans un système mécanique fermé, effectuent un travail négatif, et sous leur action, l'énergie mécanique totale du système diminue (se dissipe). Il se transforme en d’autres formes d’énergie non mécaniques, par exemple en chaleur. Par conséquent, la loi de conservation de l’énergie dans un système mécanique fermé ne peut être remplie que s’il ne contient aucune force non conservatrice.

L'énergie totale d'un système mécanique est constituée d'énergie cinétique et potentielle et constitue leur somme. Ces types d’énergies peuvent se transformer les unes dans les autres.

Énergie potentielle

Énergie potentielle est appelée l'énergie d'interaction des corps physiques ou de leurs parties les unes avec les autres. Il est déterminé par leur position relative, c'est-à-dire la distance qui les sépare, et est égal au travail qui doit être effectué pour déplacer le corps du point de référence à un autre point dans le champ d'action des forces conservatrices.

Tout corps physique immobile élevé à une certaine hauteur possède de l’énergie potentielle, car il est soumis à l’action de la gravité, qui est une force conservatrice. Une telle énergie est possédée par l’eau au bord d’une cascade et par un traîneau au sommet d’une montagne.

D'où vient cette énergie ? Pendant que le corps physique était élevé, le travail était effectué et l’énergie était dépensée. C'est cette énergie qui est stockée dans le corps élevé. Et maintenant, cette énergie est prête à faire son travail.

La quantité d'énergie potentielle d'un corps est déterminée par la hauteur à laquelle se trouve le corps par rapport à un niveau initial. Nous pouvons prendre n’importe quel point que nous choisissons comme point de référence.

Si l’on considère la position du corps par rapport à la Terre, alors l’énergie potentielle du corps à la surface de la Terre est nulle. Et en plus h il est calculé par la formule :

E p = mɡ h ,

Où m - masse corporelle

ɡ - Accélération de la gravité

h – hauteur du centre de masse du corps par rapport à la Terre

ɡ = 9,8 m/s2

Quand un corps tombe de haut heure 1 jusqu'à la hauteur h 2 la gravité fonctionne. Ce travail est égal à la variation de l'énergie potentielle et a une valeur négative, puisque la quantité d'énergie potentielle diminue lorsque le corps tombe.

UNE = - ( Ep2 – Ep1) = - ∆ E p ,

Où Ep1 – énergie potentielle du corps en hauteur heure 1 ,

E p2 - énergie potentielle du corps en hauteur h 2 .

Si le corps est élevé à une certaine hauteur, un travail est effectué contre les forces de gravité. Dans ce cas, sa valeur est positive. Et la quantité d'énergie potentielle du corps augmente.

Un corps déformé élastiquement (ressort comprimé ou étiré) possède également de l'énergie potentielle. Sa valeur dépend de la raideur du ressort et de la longueur à laquelle il a été comprimé ou étiré, et est déterminée par la formule :

E p = k·(∆x) 2 /2 ,

Où k – coefficient de rigidité,

∆x – allongement ou compression du corps.

L’énergie potentielle d’un ressort peut faire un travail.

Énergie cinétique

Traduit du grec, « kinema » signifie « mouvement ». L'énergie qu'un corps physique reçoit suite à son mouvement est appelée cinétique. Sa valeur dépend de la vitesse de déplacement.

Un ballon de football roulant à travers un champ, un traîneau dévalant une montagne et continuant à se déplacer, une flèche tirée par un arc - tous ont de l'énergie cinétique.

Si un corps est au repos, son énergie cinétique est nulle. Dès qu’une ou plusieurs forces agissent sur un corps, celui-ci se met en mouvement. Et puisque le corps bouge, la force qui agit sur lui fonctionne. Le travail de force, sous l'influence duquel un corps sortant d'un état de repos se met en mouvement et change sa vitesse de zéro à ν , appelé énergie cinétique masse corporelle m .

Si au moment initial le corps était déjà en mouvement et que sa vitesse comptait ν 1 , et au dernier moment c'était égal à ν 2 , alors le travail effectué par la ou les forces agissant sur le corps sera égal à l'augmentation de l'énergie cinétique du corps.

∆ E k = E k 2 - Ek 1

Si la direction de la force coïncide avec la direction du mouvement, alors un travail positif est effectué et l'énergie cinétique du corps augmente. Et si la force est dirigée dans la direction opposée à la direction du mouvement, alors un travail négatif est effectué et le corps dégage de l'énergie cinétique.

Loi de conservation de l'énergie mécanique

Ek 1 + Ep1= E k 2 + E p2

Tout corps physique situé à une certaine hauteur possède de l’énergie potentielle. Mais quand il tombe, il commence à perdre cette énergie. Où va-t-elle? Il s'avère qu'il ne disparaît nulle part, mais se transforme en énergie cinétique du même corps.

Supposer , la charge est fixée de manière fixe à une certaine hauteur. Son énergie potentielle en ce point est égale à sa valeur maximale. Si nous le lâchons, il commencera à tomber à une certaine vitesse. Par conséquent, il commencera à acquérir de l’énergie cinétique. Mais en même temps, son énergie potentielle va commencer à diminuer. Au point d'impact, l'énergie cinétique du corps atteindra un maximum et l'énergie potentielle diminuera jusqu'à zéro.

L'énergie potentielle d'une balle lancée d'une hauteur diminue, mais son énergie cinétique augmente. Un traîneau au repos au sommet d’une montagne possède de l’énergie potentielle. Leur énergie cinétique à cet instant est nulle. Mais lorsqu'ils commenceront à rouler, l'énergie cinétique augmentera et l'énergie potentielle diminuera du même montant. Et la somme de leurs valeurs restera inchangée. L'énergie potentielle d'une pomme accrochée à un arbre lorsqu'elle tombe est convertie en son énergie cinétique.

Ces exemples confirment clairement la loi de conservation de l'énergie, qui dit que l'énergie totale d'un système mécanique est une valeur constante . L'énergie totale du système ne change pas, mais l'énergie potentielle se transforme en énergie cinétique et vice versa.

De quelle quantité l'énergie potentielle diminue, l'énergie cinétique augmente du même montant. Leur montant ne changera pas.

Pour un système fermé de corps physiques, l’égalité suivante est vraie :
E k1 + E p1 = E k2 + E p2,
Où E k1, E p1 - les énergies cinétiques et potentielles du système avant toute interaction, E k2 , E p2 - les énergies correspondantes après.

Le processus de conversion de l’énergie cinétique en énergie potentielle et vice versa peut être observé en observant un pendule oscillant.

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Étant dans la position extrême droite, le pendule semble se figer. A ce moment, sa hauteur au-dessus du point de référence est maximale. L’énergie potentielle est donc également maximale. Et la valeur cinétique est nulle, puisqu’elle ne bouge pas. Mais l’instant d’après, le pendule commence à descendre. Sa vitesse augmente et donc son énergie cinétique augmente. Mais à mesure que la hauteur diminue, l’énergie potentielle diminue également. Au point le plus bas, elle deviendra nulle et l'énergie cinétique atteindra sa valeur maximale. Le pendule dépassera ce point et commencera à monter vers la gauche. Son énergie potentielle commencera à augmenter et son énergie cinétique diminuera. Etc.

Pour démontrer les transformations énergétiques, Isaac Newton a mis au point un système mécanique appelé berceau de Newton ou Les boules de Newton .

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Si vous déviez sur le côté puis relâchez la première balle, son énergie et son élan seront transférés à la dernière via trois balles intermédiaires, qui resteront immobiles. Et la dernière balle déviera à la même vitesse et s’élèvera à la même hauteur que la première. Ensuite, la dernière balle transférera son énergie et son élan à travers les balles intermédiaires vers la première, etc.

Le ballon déplacé sur le côté a une énergie potentielle maximale. Son énergie cinétique à cet instant est nulle. Ayant commencé à bouger, il perd de l'énergie potentielle et gagne de l'énergie cinétique qui, au moment de la collision avec la deuxième balle, atteint un maximum, et l'énergie potentielle devient égale à zéro. Ensuite, l'énergie cinétique est transférée à la deuxième, puis à la troisième, quatrième et cinquième boules. Cette dernière, ayant reçu de l'énergie cinétique, commence à se déplacer et s'élève à la même hauteur à laquelle se trouvait la première balle au début de son mouvement. Son énergie cinétique à cet instant est nulle et son énergie potentielle est égale à sa valeur maximale. Ensuite, il commence à tomber et transfère l'énergie aux boules de la même manière dans l'ordre inverse.

Cela dure depuis assez longtemps et pourrait continuer indéfiniment s’il n’existait pas de forces non conservatrices. Mais en réalité, des forces dissipatives agissent dans le système, sous l'influence desquelles les billes perdent leur énergie. Leur vitesse et leur amplitude diminuent progressivement. Et finalement ils s'arrêtent. Cela confirme que la loi de conservation de l'énergie n'est satisfaite qu'en l'absence de forces non conservatrices.

La physique moderne connaît de nombreux types d'énergie associés au mouvement ou à diverses positions relatives d'une grande variété de corps matériels ou de particules. Par exemple, chaque corps en mouvement possède une énergie cinétique proportionnelle au carré de sa vitesse. Cette énergie peut changer si la vitesse du corps augmente ou diminue. Un corps élevé au-dessus du sol possède une énergie potentielle gravitationnelle qui varie en fonction des changements de hauteur du corps.

Les charges électriques stationnaires situées à une certaine distance les unes des autres ont une énergie électrostatique potentielle conformément au fait que, selon la loi de Coulomb, les charges soit s'attirent (si elles sont de signes différents), soit se repoussent avec une force inversement proportionnelle au carré de la distance entre eux.

Les molécules, les atomes et les particules, leurs composants - électrons, protons, neutrons, etc., ont une énergie cinétique et potentielle, en fonction de la nature du mouvement et de la nature des forces agissant entre ces particules, un changement d'énergie dans les systèmes de. de telles particules peuvent se manifester sous forme de travail mécanique, dans la circulation de courant électrique, dans le transfert de chaleur, dans des changements dans l'état interne des corps, dans la propagation d'oscillations électromagnétiques, etc.

Il y a plus de 100 ans, une loi fondamentale a été établie en physique selon laquelle l'énergie ne peut pas disparaître ou apparaître à partir de rien. Cela ne peut changer que d'un type à un autre. Cette loi s'appelle loi de conservation de l'énergie.

Dans les travaux d'A. Einstein, cette loi a connu un développement significatif. Einstein a établi l'interconvertibilité de l'énergie et de la masse et a ainsi élargi l'interprétation de la loi de conservation de l'énergie, qui est maintenant généralement formulée comme suit : loi de conservation de l'énergie et de la masse.

Conformément à la théorie d'Einstein, tout changement dans l'énergie d'un corps d E est associé à un changement de sa masse d m par la formule d E = d mс 2, où c est la vitesse de la lumière dans le vide, égale à 3 x 10 8 m/s.

De cette formule, en particulier, il résulte que si, à la suite d'un processus, la masse de tous les corps participant au processus diminue de 1 g, alors une énergie égale à 9x10 13 J sera libérée, ce qui équivaut à 3000 tonnes. de carburant standard.

Ces relations sont d'une importance capitale dans l'analyse des transformations nucléaires. Dans la plupart des processus macroscopiques, le changement de masse peut être négligé et on ne peut parler que de la loi de conservation de l'énergie.

Suivons les transformations énergétiques à l'aide d'un exemple particulier. Considérons l'ensemble de la chaîne de transformations énergétiques nécessaires à la fabrication de n'importe quelle pièce sur un tour (Fig. 1). Supposons que l'énergie initiale 1, dont nous prenons la quantité à 100 %, soit obtenue par la combustion complète d'une certaine quantité de combustible naturel. Ainsi, pour notre exemple, 100 % de l'énergie initiale est contenue dans les produits de combustion du carburant, qui sont à température élevée (environ 2000 K).

Les produits de combustion dans une chaudière de centrale électrique, une fois refroidis, cèdent leur énergie interne sous forme de chaleur à l'eau et à la vapeur d'eau. Cependant, pour des raisons techniques et économiques, les produits de combustion ne peuvent pas être refroidis à température ambiante. Ils sont éjectés par le tuyau dans l'atmosphère à une température d'environ 400 K, emportant avec eux une partie de l'énergie d'origine. Ainsi, seulement 95 % de l’énergie initiale sera convertie en énergie interne de la vapeur d’eau.

La vapeur d'eau résultante entrera dans la turbine à vapeur, où son énergie interne sera d'abord partiellement convertie en énergie cinétique des chaînes de vapeur, qui sera ensuite transmise sous forme d'énergie mécanique au rotor de la turbine.

Seule une partie de l’énergie de la vapeur peut être convertie en énergie mécanique. Le reste est consacré à l'eau de refroidissement lorsque la vapeur se condense dans le condenseur. Dans notre exemple, nous avons supposé que l'énergie transférée au rotor de la turbine serait d'environ 38 %, ce qui correspond à peu près à la situation dans les centrales électriques modernes.

Lors de la conversion de l'énergie mécanique en énergie électrique, en raison des pertes dites Joule dans les enroulements du rotor et du stator du générateur électrique, environ 2 % d'énergie supplémentaire sera perdue. Ainsi, environ 36 % de l’énergie initiale sera injectée dans le réseau électrique.

Le moteur électrique ne convertira qu'une partie de l'électricité qui lui est fournie en énergie mécanique de rotation du tour. Dans notre exemple, environ 9 % de l’énergie sous forme de chaleur Joule dans les enroulements du moteur et de chaleur de friction dans ses roulements sera libérée dans l’atmosphère environnante.

Ainsi, seulement 27 % de l'énergie initiale sera fournie aux parties actives de la machine. Mais les mésaventures de l’énergie ne s’arrêtent pas là. Il s'avère que l'écrasante majorité de l'énergie lors de l'usinage d'une pièce est dépensée en frottement et est évacuée sous forme de chaleur avec le liquide qui refroidit la pièce. Théoriquement, pour obtenir la pièce requise à partir de la pièce initiale, seule une très petite fraction (dans notre exemple, 2 %) de l'énergie initiale serait suffisante.

Riz. 1. Schéma des transformations énergétiques lors du traitement d'une pièce sur tour : 1 - perte d'énergie avec les gaz d'échappement, 2 - énergie interne des produits de combustion, 3 - énergie interne du fluide de travail - vapeur d'eau, 4 - chaleur dégagée pour le refroidissement eau dans le condenseur de la turbine, 5 - énergie mécanique du rotor du turbogénérateur, 6 - pertes dans le générateur électrique, 7 - pertes dans l'entraînement électrique de la machine, 8 - énergie mécanique de rotation de la machine, 9 - travail de friction, convertie en chaleur dégagée vers le liquide refroidissant la pièce, 10 - augmentation de l'énergie interne de la pièce et des copeaux après traitement .

De l’exemple considéré, s’il est considéré comme assez typique, on peut tirer au moins trois conclusions très utiles.

Premièrement, à chaque étape de conversion d’énergie, une partie de celle-ci est perdue. Cette déclaration ne doit pas être comprise comme une violation de la loi de conservation de l'énergie. Il est perdu pour l'effet bénéfique pour lequel la transformation correspondante est effectuée. La quantité totale d'énergie après conversion reste inchangée.

Si un processus de transformation et de transmission d'énergie est effectué dans une certaine machine ou appareil, alors l'efficacité de cet appareil est généralement caractérisée par facteur d'efficacité (efficacité). Le schéma d'un tel dispositif est présenté sur la Fig. 2.

Riz. 2. Schéma permettant de déterminer l'efficacité d'un appareil qui convertit l'énergie.

En utilisant la notation indiquée sur la figure, l'efficacité peut être déterminée comme efficacité = Epol /Épod

Il est clair que dans ce cas, d'après la loi de conservation de l'énergie, il devrait y avoir Epod = Epol + Epot

Par conséquent, l’efficacité peut également s’écrire comme suit : efficacité = 1 - (Epot/Epol)

Revenant à l'exemple montré sur la Fig. 1, on peut dire que l'efficacité de la chaudière est de 95 %, l'efficacité de la conversion de l'énergie interne de la vapeur en travail mécanique est de 40 %, l'efficacité du générateur électrique est de 95 %, l'efficacité de l'entraînement électrique de la machine est de 75 % et l'efficacité du processus de traitement réel des pièces est d'environ 7 %.

Dans le passé, lorsque les lois de la transformation de l'énergie n'étaient pas encore connues, le rêve des gens était de créer ce qu'on appelle Machine à mouvement perpétuel- un appareil qui effectuerait un travail utile sans dépenser d'énergie. Un tel moteur hypothétique, dont l'existence violerait la loi de conservation de l'énergie, est aujourd'hui appelé machine à mouvement perpétuel du premier type, par opposition à machine à mouvement perpétuel du second type. Aujourd’hui, bien entendu, personne ne prend au sérieux la possibilité de créer une machine à mouvement perpétuel du premier type.

Deuxièmement, toutes les pertes d'énergie se transforment finalement en chaleur, qui est dégagée soit dans l'air atmosphérique, soit dans l'eau des réservoirs naturels.

Troisième, En fin de compte, les gens n'utilisent utilement qu'une petite partie de l'énergie primaire dépensée pour obtenir l'effet bénéfique correspondant.

Cela est particulièrement évident lorsqu’on considère les coûts énergétiques du transport. Dans la mécanique idéalisée, qui ne prend pas en compte les forces de frottement, le déplacement de charges dans un plan horizontal ne nécessite pas d'énergie.

Dans des conditions réelles, toute l'énergie consommée par un véhicule est dépensée pour vaincre les forces de friction et de résistance de l'air, c'est-à-dire qu'en fin de compte, toute l'énergie consommée lors du transport se transforme en chaleur. À cet égard, les chiffres suivants sont intéressants, caractérisant le travail de déplacement d'une tonne de marchandises sur une distance de 1 km par différents modes de transport : avion - 7,6 kWh/(t-km), voiture - 0,51 kWh/(t- km), train - 0,12 kWh/(t-km).

Ainsi, le même effet bénéfique peut être obtenu par le transport aérien au prix d’une énergie 60 fois supérieure à celle du transport ferroviaire. Bien sûr, une dépense d’énergie importante se traduit par un gain de temps important, mais même à vitesse égale (voiture et train), la dépense énergétique diffère d’un facteur 4.

Cet exemple suggère que les gens sacrifient souvent l'efficacité énergétique pour atteindre d'autres objectifs, par exemple le confort, la vitesse, etc. En règle générale, l'efficacité énergétique d'un processus particulier nous intéresse peu - des évaluations techniques et économiques résumées de l'efficacité des processus est importante. Mais à mesure que les sources d’énergie primaire deviennent plus coûteuses, la composante énergétique des évaluations techniques et économiques devient de plus en plus importante.

Loi universelle de la nature. Par conséquent, elle s’applique également aux phénomènes électriques. Considérons deux cas de transformation d'énergie dans un champ électrique :

1. Les conducteurs sont isolés ($q=const$).
2. Les conducteurs sont connectés à des sources de courant et leurs potentiels ne changent pas ($U=const$).

Loi de conservation de l'énergie dans les circuits à potentiels constants

Supposons qu'il existe un système de corps pouvant inclure à la fois des conducteurs et des diélectriques. Les corps du système peuvent effectuer de petits mouvements quasi-statiques. La température du système est maintenue constante ($\to \varepsilon =const$), c'est-à-dire que la chaleur est fournie au système ou évacuée de celui-ci si nécessaire. Les diélectriques inclus dans le système seront considérés comme isotropes et leur densité sera supposée constante. Dans ce cas, la proportion d'énergie interne des corps qui n'est pas associée au champ électrique ne changera pas. Considérons les options de transformations énergétiques dans un tel système.

Tout corps se trouvant dans un champ électrique est affecté par des forces pondémotives (forces agissant sur les charges à l’intérieur des corps). Avec un déplacement infinitésimal, les forces pondémotives feront le travail $\delta A.\ $Puisque les corps bougent, le changement d'énergie est dW. De plus, lorsque les conducteurs bougent, leur capacité mutuelle change. Par conséquent, afin de maintenir le potentiel des conducteurs inchangé, il est nécessaire de modifier leur charge. Cela signifie que chacune des sources du tore fonctionne de manière égale à $\mathcal E dq=\mathcal E Idt$, où $\mathcal E$ est la force électromotrice de la source actuelle, $I$ est la force actuelle, $dt$ est le temps de trajet. Des courants électriques apparaîtront dans notre système et de la chaleur sera libérée dans chaque partie de celui-ci :

Selon la loi de conservation de la charge, le travail de toutes les sources de courant est égal au travail mécanique des forces du champ électrique plus la variation de l'énergie du champ électrique et de la chaleur Joule-Lenz (1) :

Si les conducteurs et les diélectriques du système sont immobiles, alors $\delta A=dW=0.$ De (2), il s'ensuit que tout le travail des sources de courant se transforme en chaleur.

Loi de conservation de l'énergie dans les circuits à charges constantes

Dans le cas de $q=const$, les sources de courant n'entreront pas dans le système considéré, alors le côté gauche de l'expression (2) deviendra égal à zéro. De plus, la chaleur Joule-Lenz résultant de la redistribution des charges dans les corps lors de leur mouvement est généralement considérée comme insignifiante. Dans ce cas, la loi de conservation de l'énergie aura la forme :

La formule (3) montre que le travail mécanique des forces du champ électrique est égal à la diminution de l'énergie du champ électrique.

Application de la loi de conservation de l'énergie

En utilisant la loi de conservation de l'énergie dans un grand nombre de cas, il est possible de calculer les forces mécaniques qui agissent dans un champ électrique, et cela est parfois beaucoup plus facile à faire que si l'on considère l'action directe du champ sur des pièces individuelles des corps du système. Dans ce cas, ils agissent selon le schéma suivant. Disons que nous devons trouver la force $\overrightarrow(F)$ qui agit sur un corps dans un champ. On suppose que le corps est en mouvement (petit mouvement du corps $\overrightarrow(dr)$). Le travail effectué par la force requise est égal à :

Exemple 1

Tâche : Calculer la force d'attraction qui agit entre les plaques d'un condensateur plat, qui est placé dans un diélectrique liquide isotrope homogène avec une constante diélectrique de $\varepsilon$. Zone des plaques S. Intensité du champ dans le condensateur E. Les plaques sont déconnectées de la source. Comparez les forces qui agissent sur les plaques en présence d'un diélectrique et sous vide.

Puisque la force ne peut être que perpendiculaire aux plaques, on choisit le déplacement le long de la normale à la surface des plaques. Notons dx le mouvement des plateaux, alors le travail mécanique sera égal à :

\[\delta A=Fdx\ \left(1.1\right).\]

Le changement d’énergie du champ sera :

En suivant l'équation :

\[\delta A+dW=0\gauche(1.4\droite)\]

S'il y a un vide entre les plaques, alors la force est égale à :

Lorsqu'un condensateur déconnecté de la source est rempli d'un diélectrique, l'intensité du champ à l'intérieur du diélectrique diminue de $\varepsilon $ fois, par conséquent, la force d'attraction des plaques diminue du même facteur. La diminution des forces d'interaction entre les plaques s'explique par la présence de forces d'électrostriction dans les diélectriques liquides et gazeux, qui écartent les plaques du condensateur.

Réponse : $F=\frac(\varepsilon (\varepsilon )_0E^2)(2)S,\ F"=\frac(\varepsilon_0E^2)(2)S.$

Exemple 2

Tâche : Un condensateur plat est partiellement immergé dans un diélectrique liquide (Fig. 1). Au fur et à mesure que le condensateur se charge, du liquide est aspiré dans le condensateur. Calculez la force f avec laquelle le champ agit sur une surface horizontale unitaire du liquide. Supposons que les plaques soient connectées à une source de tension (U = const).

Notons h la hauteur de la colonne de liquide, dh la variation (augmentation) de la colonne de liquide. Le travail effectué par la force requise sera égal à :

où S est la section horizontale du condensateur. La variation du champ électrique est :

Une charge supplémentaire dq sera reversée aux plaques, égale à :

où $a$ est la largeur des plaques, prendre en compte que $E=\frac(U)(d)$ alors le travail de la source de courant est égal à :

\[\mathcal E dq=Udq=U\left(\varepsilon (\varepsilon )_0E-(\varepsilon )_0E\right)adh=E\left(\varepsilon (\varepsilon )_0E-(\varepsilon )_0E\right )d\cdot a\cdot dh=\left(\varepsilon (\varepsilon )_0E^2-(\varepsilon )_0E^2\right)Sdh\left(2.4\right).\]

Si nous supposons que la résistance des fils est faible, alors $\mathcal E $=U. On utilise la loi de conservation de l'énergie pour les systèmes à courant continu, à condition que la différence de potentiel soit constante :

\[\sum(\mathcal E Idt=\delta A+dW+\sum(RI^2dt\ \left(2.5\right).))\]

\[\left(\varepsilon (\varepsilon )_0E^2-(\varepsilon )_0E^2\right)Sdh=Sfdh+\left(\frac(\varepsilon (\varepsilon )_0E^2)(2)-\frac ((\varepsilon )_0E^2)(2)\right)Sdh\to f=\frac(\varepsilon (\varepsilon )_0E^2)(2)-\frac((\varepsilon )_0E^2)(2 )\ .\]

Réponse : $f=\frac(\varepsilon (\varepsilon )_0E^2)(2)-\frac((\varepsilon )_0E^2)(2).$

Andrey Vladimirovich Gavrilov, professeur agrégé de NGAVT

Loi de conservation de l'énergie dans l'électricité.................................................. ......... ....... 4

Lois et formules fondamentales................................................................................................................................................ 4

Exemples de résolution de problèmes............................................................................................................................................................ 8

Problèmes à résoudre de manière autonome..................................................................................................................... 10

Galina Stepanovna Lukina, méthodologiste en chef du KhKZFMSH

Physique et faune................................................................... ....................................................... ....... 16

1. Tâches à réaliser de manière indépendante...................................................................................................... 16

2. Tâches-questions....................................................................................................................................................................... 17

3. Observations................................................................................................................................................................................ 21

4. Problèmes pour une solution indépendante................................................................................................................ 22

5. Demande................................................................................................................................................................................ 26

Arkady Fedorovich Nemtsev, chef. département du HCCRTDU

LES PROCÉDÉS THERMIQUES AUTOUR DE NOUS.......................................... ...................................................... 38

CAPACITÉ THERMIQUE............................................................................................................................................................................ 38

Fusion. Évaporation............................................................................................................................................................... 38

Chaleur spécifique de combustion du carburant........................................................................................................................... 39

TÂCHES............................................................................................................................................................................................... 41

Problèmes physiques liés aux œuvres littéraires............................................................................................ 43

, maître assistantNGAVT

Loi de conservation de l'énergie dans l'électricité

Lois et formules fondamentales

Si un champ électrique est créé dans un milieu conducteur (conducteur), alors un mouvement ordonné de charges électriques y apparaît - courant électrique

Lorsqu’un courant électrique traverse un conducteur homogène, de la chaleur est libérée, appelée chaleur Joule. La quantité de chaleur dégagée est déterminée par la loi Joule-Lenz :

Cette forme de loi n'est applicable que pour le courant continu, c'est-à-dire pour un courant dont la valeur ne change pas dans le temps.

La quantité de chaleur dégagée dans un conducteur par unité de temps est appelée puissance thermique.

.

Il convient de noter que lorsqu'un courant électrique passe, la chaleur peut non seulement être libérée, mais également absorbée, ce qui est observé lorsque le courant traverse une jonction de métaux différents. Ce phénomène est appelé effet Peltier. La chaleur absorbée ou libérée lors de l'effet Peltier est en excès par rapport à la chaleur Joule et est donnée par l'expression

.

Où P12 est le coefficient Peltier. Contrairement à la chaleur Joule, qui est proportionnelle au carré de l'intensité du courant et est toujours libérée dans un conducteur, la chaleur Peltier est proportionnelle à la puissance première de l'intensité du courant et son signe dépend de la direction du courant à travers la jonction métallique.

Le travail du courant n'est entièrement converti en chaleur que dans le cas de conducteurs métalliques fixes. Si le courant effectue un travail mécanique (par exemple, dans le cas d'un moteur électrique), alors le travail du courant n'est que partiellement converti en chaleur.

Pour que le courant électrique traverse un conducteur pendant une durée suffisamment longue, il est nécessaire de prendre des mesures pour maintenir un champ électrique dans le conducteur. Un champ électrostatique, c'est-à-dire un champ de charges électriques stationnaires, n'est pas capable de maintenir le courant pendant une longue période. À la suite de l'action des forces coulombiennes dans un conducteur, une redistribution des porteurs de charge libres se produit de telle sorte que le champ à l'intérieur de celui-ci devient égal à zéro. Ainsi, si un conducteur est introduit dans un champ électrostatique, le mouvement des charges qui s'y produit s'arrête très rapidement et le potentiel de champ en tout point du conducteur devient le même.

Le travail des forces de Coulomb pour déplacer une charge est déterminé par l'expression :

Requins = q (φ1 - φ2).

Si une charge se déplace dans un champ électrostatique le long d'un chemin fermé, alors le travail effectué par les forces coulombiennes dans ce cas est nul.

Pour qu'un courant électrique circule longtemps dans un circuit électrique, il est nécessaire que le circuit contienne une section dans laquelle les charges libres, en plus des forces coulombiennes, seraient sollicitées par des forces dont la nature est différente des forces coulombiennes. - forces externes. Des forces tierces agissent sur des charges placées dans des dispositifs spéciaux - sources actuelles. Par exemple, dans les sources de courant chimique, des forces externes résultent de réactions chimiques.

La quantité numériquement égale au travail des forces externes pour déplacer une charge positive unitaire est appelée force électromotrice (FEM)

Les sources de courant chimique sont capables de maintenir le courant dans un circuit pendant une période de temps suffisamment longue, jusqu'à ce que des réactions irréversibles se produisent avec les composés chimiques entrant dans leur composition. Ainsi, si vous fermez une source de courant chimique avec un conducteur, la valeur du courant diminuera jusqu'à zéro avec le temps à mesure que l'énergie des réactions chimiques dans la source est consommée.

Il existe des sources chimiques réversibles de courant - les batteries. Une fois déchargés, ces appareils peuvent être restaurés - chargés - c'est-à-dire qu'en utilisant le courant provenant d'une source externe, leur fonctionnalité peut être restaurée en inversant les réactions chimiques. Lors de la charge, les batteries accumulent de l'énergie électrique. La quantité d’énergie qu’une batterie peut stocker est déterminée par sa capacité. La capacité de la batterie est mesurée en ampères-heures.

Les circuits électriques, c'est-à-dire les circuits dans lesquels le courant électrique peut circuler, contiennent des sources de courant, des conducteurs et le circuit peut également inclure des condensateurs.

Le bilan énergétique des circuits électriques est déterminé par la loi de conservation et de transformation de l'énergie. Écrivons-le sous la forme suivante :

Avnesh = ΔW + Q.

où Avnesh est le travail effectué sur le système par des forces externes, ΔW est la variation de l'énergie du système, Q est la quantité de chaleur libérée. Nous supposerons que si Avnesh > 0, alors les forces externes effectuent un travail positif sur le système, et si Avnesh< 0, положительную работу совершает сама система, если ΔW>0, alors l'énergie du système augmente, et si ΔW< 0, энергия уменьшается, если Q>0, alors de la chaleur est générée dans le système, et si Q< 0, тепло поглощается системой.

L'énergie d'un système dans le cas général se compose de différents types d'énergie - c'est l'énergie du champ électrostatique, l'énergie cinétique des corps chargés et l'énergie potentielle dans le champ gravitationnel.

L'énergie du champ électrostatique peut être déterminée à la fois en termes de charge et en termes de caractéristiques du champ électrostatique.

Pour un conducteur solitaire, c'est-à-dire un conducteur situé loin des autres conducteurs, l'expression de l'énergie de champ a la forme :

.

En conséquence, pour l'énergie d'un condensateur chargé

.

Contrairement à un conducteur solitaire, le champ d’un condensateur est concentré dans l’espace entre ses plaques. L'énergie stockée dans le condensateur peut être déterminée par la formule :

Où E est l’intensité du champ et V est le volume d’espace où le champ est localisé. Pour un condensateur à plaques parallèles V = Sd.

Le rapport entre l'énergie du champ et le volume où ce champ est concentré est appelé densité d'énergie volumétrique du champ électrique.

En analysant les formules ci-dessus, vous pouvez voir qu'une modification de la charge du condensateur, de sa capacité ou de la tension sur les plaques entraîne une modification de l'énergie du champ électrique du condensateur.

Pour modifier la capacité d'un condensateur chargé, par exemple en écartant ses plaques, il est nécessaire d'effectuer des travaux mécaniques externes. Cela est dû au fait que les plaques sont chargées de manière opposée et que le travail est effectué contre les forces d'attraction coulombiennes des charges opposées.

Si un condensateur est connecté à une source EMF, en plus du travail mécanique, le travail est également effectué par des forces externes dans la source. Par conséquent, dans ce cas, le travail des forces extérieures peut être représenté comme une somme :

Avnesh = Ameh + Cigogne.

Lorsqu'une charge Δq traverse une source EMF, les forces externes agissant sur les charges dans la source fonctionnent

Cigogne = Δq ε.

Le travail des forces extérieures peut être à la fois positif et négatif. Si la source se décharge, alors Δq >0 et Aist > 0, si la source est en charge, alors Δq<0 и Аист < 0.

Ainsi, par exemple, si vous court-circuitez la plaque d'un condensateur à travers la résistance, un courant électrique circulera à travers la résistance pendant un certain temps et de la chaleur Joule sera libérée au niveau de la résistance. Il convient de noter que le courant de décharge du condensateur diminue avec le temps et la formule de l'énergie thermique href="/text/category/teployenergetika/" rel="bookmark">énergie thermique.

Cependant, si le processus de décharge du condensateur est effectué lentement, aucune chaleur ne sera libérée :

.

Si t est suffisamment grand (tend vers l’infini), alors la quantité de chaleur libérée Q peut être très faible.

Exemples de résolution de problèmes

Tâche n°1. Deux plaques métalliques A et B sont situées à une distance d = 10 mm l'une de l'autre. Entre eux se trouve une plaque métallique C d'une épaisseur de h = 2 mm (Fig. 1). Le potentiel de la plaque A = 50V et de la plaque B = - 60V. Comment l'énergie du condensateur changera-t-elle si la plaque C est retirée La surface de la plaque C parallèle aux plaques A et B est de 10 cm2.

Solution. L'intensité du champ électrique à l'intérieur du conducteur est nulle, par conséquent, lorsqu'une plaque métallique est retirée du champ, un champ électrique d'énergie W apparaît dans la région de l'espace précédemment occupée par la plaque. Trouvons la relation entre l'énergie du champ, sa force et son volume.

; ; https://pandia.ru/text/78/048/images/image017_47.gif" width="169" height="44 src="> , où V est le volume de la plaque. Puisque l'énoncé du problème ne précise pas le type de diélectrique, Nous supposerons qu'entre les plaques A et B il y a de l'air ou du vide ε = 1.

Compte tenu de la notation acceptée : = 2,68*10-7 J.

Tâche n°2. Deux plaques d'un condensateur plat de surface S reliées chacune par un conducteur sont situées à une distance d l'une de l'autre (Fig. 1) dans un champ électrique uniforme externe dont l'intensité est . Quelle quantité de travail faut-il faire pour rapprocher lentement les plaques jusqu'à une distance d/2 ?

Solution.Étant donné que les plaques sont reliées entre elles par un conducteur, leurs potentiels sont égaux, ce qui signifie que l'intensité du champ dans l'espace entre les plaques est nulle. Une fois que les plaques se sont rapprochées dans la région de l'espace ombrée sur la figure 2, un champ électrique apparaîtra dont l'énergie est égale à : . En nous basant sur la loi de conservation de l’énergie, nous pouvons écrire : A=W.

Répondre: https://pandia.ru/text/78/048/images/image022_22.jpg" align="left" width="176 height=117" height="117"> Tâche n°3. Dans le circuit illustré à la figure 1, recherchez la quantité de chaleur dégagée dans chaque résistance lorsque l'interrupteur est fermé. Le condensateur de capacité C1 est chargé à la tensionU1 U2 . Valeurs des résistancesR.1 EtR.2 .

Solution. Pour le système considéré, la loi de conservation de l'énergie a la forme

0 = ΔW + Q ou Q = Wstart - Wend

Énergie initiale des condensateurs chargés https://pandia.ru/text/78/048/images/image024_27.gif" width="87 height=23" height="23">..gif" width="52" height= " 23 src="> puisque les condensateurs sont connectés en parallèle. Ainsi

et Q = Wstart - Wend = https://pandia.ru/text/78/048/images/image029_25.gif" width="109" height="24 src=">.gif" width="63 height=47 " height="47">.gif" width="105 height=47" height="47">.jpg" align="left" width="170 height=136" height="136"> Tâche n°4. Trois condensateurs identiques de capacité C reçoivent chacun des chargesq1 , q2 Etq3 . Ensuite, les condensateurs ont été connectés comme indiqué sur la figure. Trouvez la charge sur chaque condensateur une fois les interrupteurs fermés.

Solution. Les plaques des condensateurs connectés constituent un système fermé et la loi de conservation de la charge électrique est satisfaite pour elles.

.

Traçons mentalement une seule charge positive le long de la chaîne de condensateurs, en la ramenant au point de départ. Le travail effectué par les forces du champ électrostatique pour déplacer une charge le long d’un chemin fermé est nul. Moyens

En résolvant les équations, nous obtenons des expressions pour les charges

https://pandia.ru/text/78/048/images/image042_10.jpg" width="396" height="128">

Tâche n°2. Frais ponctuelsqest à distanceLd'un plan conducteur illimité. Trouvez l'énergie d'interaction de cette charge avec les charges induites dans l'avion.

Tâche n°3. Deux demi-plans conducteurs forment un angle dièdre droit. Frais ponctuelsqest situé à des distances et https://pandia.ru/text/78/048/images/image046_17.gif" width="13" height="13">et est libéré sans vitesse initiale. Pendant les oscillations qui commencent, le la tige atteint une position horizontale, après quoi elle recule et le processus se répète. Trouvez la charge de la balle.g.

Tâche n°8. Trouvez la densité d'énergie volumétrique du champ électrique près d'un plan chargé infini avec une densité de charge de surface de 10 nC/m2. La densité énergétique volumétrique est l’énergie par unité de volume.

Tâche n°9. Grande plaque conductrice mince avec une surfaceSet épaisseurdplacé dans un champ électrique uniforme d'intensité E. Quelle quantité de chaleur sera libérée si le champ est éteint instantanément ? Quelle est la quantité minimale de travail à effectuer pour retirer la plaque du terrain ?

Tâche n°10. Sur les plaques d'un condensateur plat il y a des charges +qEt -q. Zone de couvertureS, la distance qui les sépared0 . Quelle quantité de travail faut-il faire pour rapprocher les plaques à distanced?

Tâche n°11. À l'intérieur d'un condensateur plat dont la surface des plaques est de 200 cm2 et la distance entre elles est de 1 cm, se trouve une plaque de verre (ε = 5), qui remplit complètement l'espace entre les plaques. Comment l’énergie du condensateur changera-t-elle si cette plaque est retirée ? Résolvez le problème dans le cas 1) le condensateur est toujours connecté à une source de courant avec une tension de 200 V. 2) le condensateur a été initialement connecté à la même source, puis il a été éteint et seulement après cela, la plaque a été retirée .

Tâche n°12. Un condensateur plat était rempli d'un diélectrique et une certaine différence de potentiel était appliquée aux plaques. L'énergie du condensateur est égale àW= 2*10-5 J. Une fois le condensateur déconnecté de la source, le diélectrique a été retiré du condensateur. Le travail qu'il a fallu faire pour cela est égal à A = 7*10-5 J. Trouvez la constante diélectrique du diélectrique.

Tâche n°13. La plaque de verre remplit entièrement l'espace entre les plaques d'un condensateur plat dont la capacité en l'absence de plaque est de 20 nF. Le condensateur était connecté à une source de courant avec une tension de 100 V. La plaque était lentement retirée du condensateur sans friction. Trouvez l'incrément d'énergie du condensateur et le travail mécanique contre les forces électriques lorsque la plaque est retirée.

Tâche n°14. Un condensateur de capacité C porte une charge sur ses plaquesq. Quelle quantité de chaleur sera libérée dans un condensateur s'il est rempli d'une substance de constante diélectrique ε ?

Tâche n°15. Un condensateur plat est placé dans un champ électrique externe d'intensité E perpendiculaire aux plaques. Sur des assiettes d'une superficieSil y a des frais +qEt -q. Distance entre les plaquesd. Quel est le travail minimum à effectuer pour échanger les plaques ? Le placer parallèlement au terrain ? Le sortir du terrain ?

Tâche n°16. Un condensateur de capacité C est chargé en tensionU. Le même condensateur y est connecté. La résistance des fils d'alimentation estR.. Quelle quantité de chaleur est dégagée dans les fils ?

Tâche n°17. Deux condensateurs plats identiques de capacité C chacun sont connectés en parallèle et chargés en tensionU. Les plaques de l’une d’elles s’écartent lentement sur une longue distance. Quel genre de travail est effectué ?

Problème n°18. Deux condensateurs de capacité C chacun, chargés en tensionUet connecté via une résistance. Les plaques d'un condensateur sont rapidement écartées de sorte que la distance entre elles double et que la charge sur les plaques ne change pas pendant leur mouvement. Quelle quantité de chaleur sera dégagée dans la résistance ?

Problème n°19. Un condensateur d'une capacité de C1 = 1 µF a été chargé à une tension de 300 V et connecté à un condensateur C2 non chargé d'une capacité de 2 µF. Comment l’énergie du système a-t-elle changé ?

Tâche n°20. Deux condensateurs plats identiques de capacité C chacun sont connectés à deux batteries identiques avec emf E. À un moment donné, un condensateur est déconnecté de la batterie et le second reste connecté. Ensuite, les plaques des deux condensateurs sont lentement séparées, réduisant ainsi la capacité de chacun denune fois. Quel travail mécanique est effectué dans chaque cas ? Expliquez votre résultat.

Tâche n°21. Dans le circuit illustré sur la figure, recherchez la quantité de chaleur dégagée dans chaque résistance lorsque l'interrupteur est fermé. Le condensateur de capacité C1 est chargé à la tensionU1 , et condensateur C2 - jusqu'à la tensionU2 . Valeurs des résistancesR.1 EtR.2 .

Problème n°22. Deux condensateurs avec les capacités C1 et C2 sont connectés en série et connectés à une source de courant avec tensionU. Ensuite, les condensateurs ont été éteints et connectés en parallèle de sorte que le + d'un condensateur soit connecté au + de l'autre. Quel type d’énergie a été libéré ?

Problème n°23. Dans le schéma présenté à la Fig. , condensateur de capacité C, chargé à la tensionU. Quelle quantité d'énergie sera stockée dans la batterie avec emf ε après la fermeture de l'interrupteur ? Quelle quantité de chaleur sera dégagée dans la résistance ?

Problème n°24.

Problème n°25. Quelle quantité de chaleur sera dégagée dans le circuit lors du passage de la clé K de la position 1 à la position 2 ?

Problème n°26. Dans le circuit électrique dont le schéma est illustré à la Fig., la clé K est fermée. Charge du condensateurq= 2 µC, résistance interne de la batterier= 5 Ohm, résistance 25 Ohm. Trouvez la force électromotrice de la batterie si, lorsque l'interrupteur K est ouvert, une quantité de chaleur est libérée au niveau de la résistanceQ= 20 µJ.

Problème n°27. Dans le circuit électrique dont le schéma est illustré à la Fig., la clé K est fermée. FEM de la batterie E=24 V, sa résistance interner= 5 Ohm, charge du condensateur 2 µC. Lorsque l'interrupteur K est ouvert, une quantité de chaleur de 20 µJ est dégagée sur la résistance. Trouvez la résistance de la résistance.

Problème n°28. Un fil conducteur d'un diamètre de 0,3 mm fond lorsqu'un courant de 1,8 A le traverse, et un fil d'un diamètre de 0,6 mm fond lorsqu'un courant de 5 A le traverse. À quel courant un fusible sera-t-il constitué. de ces deux fils connectés en parallèle coupent le circuit ?

Problème n°29. Douze ampoules identiques sont connectées en série dans une guirlande de sapin de Noël. Comment la puissance consommée par la guirlande changera-t-elle s'il n'y reste que six ampoules ?

Tâche n°30. Quel courant circulera dans les fils d'alimentation lors d'un court-circuit dans le circuit, si, lorsque deux cuisinières électriques avec résistance sont allumées en alternanceR.1 = 200 ohms etR.2 = 500 Ohms, la même puissance de 200 W leur est allouée.

Tâche n°31. Lorsqu'un courant électrique continu traverse la section AB sur une résistance avec une résistanceR.2 la puissance thermique est libéréeP.2 . Quelle puissance thermique est dégagée sur chacune des résistances par les résistancesR.1 EtR.3 ?

Problème n°32. Effectuer un travail" href="/text/category/vipolnenie_rabot/" rel="bookmark">effectuer un travail, à quelle distance se trouve l'objet requis, etc.

Pour effectuer des mesures ou des calculs simples en l’absence des outils nécessaires, il faut parfois recourir à des « moyens improvisés ». De tels « moyens improvisés » peuvent être nos mains, les mains elles-mêmes. Et déterminer « à l'œil nu » la longueur d'un objet ou la distance à l'objet souhaité est possible par comparaison avec notre taille, la longueur de nos pas, notre pointure, etc.

Exercice 1 À l'aide d'une règle d'école ordinaire (ou d'une feuille de cahier quadrillée), mesurez tous les paramètres possibles de votre main, ce qui peut vous aider à déterminer la taille d'autres objets :

La longueur du doigt le plus court et le plus long de la main,

Ouverture maximale de la paume (distance du bout de l'auriculaire jusqu'au bout du pouce avec la paume complètement ouverte),

La distance maximale entre le bout de l'index et le bout du pouce avec la paume complètement ouverte,

- «coude» (la distance entre l'articulation du coude et le bout du majeur de la main posée sur la table).

Notez (pour mémoire) les valeurs obtenues sur un aide-mémoire ou dans un cahier. Vous en aurez peut-être besoin plus d’une fois.

Tâche 2 (3 points pour la tâche dans son ensemble). A l’aide des mesures « manuelles » que vous venez d’obtenir, estimez :

La longueur et la largeur du dessus de votre table d'étude,

La longueur et la largeur de n'importe quelle pièce,

Dimensions du cadre photo.

Vérifiez avec une règle ou un centimètre que les valeurs estimées sont correctes.

Tâche 3 (1 point). Connaissant votre taille ou celle de l'une des personnes présentes dans la pièce, estimez la hauteur du plafond de cette pièce en mètres à l'aide d'une méthode de comparaison.

Commentaire. Si vous aimez utiliser les mesures « à portée de main », n'oubliez pas qu'elles doivent être constamment mises à jour.

Tâche 4 (1 point). Estimez la longueur moyenne de votre propre pas (en cm).

Tâche 5 (5 points pour la tâche dans son ensemble).

3. Comparez les valeurs de vitesse obtenues avec la vitesse de déplacement des êtres vivants que vous connaissez.

4. Calculez l’énergie cinétique que vous développez en courant et en marchant.

Tableau 1. Matériaux de référence

Valeurs de vitesse maximales estimées dans le règne animal (en km/h)

	Vitesse		Vitesse	Insectes	Vitesse	Mammifères	Vitesse
						Chien loup
		Martin		Libellule

Tâche 6 (2points). Dans les cours d'éducation physique à l'école, l'une des activités de test consiste à courir une certaine distance (le plus souvent 60 m) sur une certaine période de temps. Connaissant la longueur de la distance et le temps qu'il vous faut pour parcourir cette distance, estimez la vitesse moyenne de course à un rythme de sprint. Exprimez la vitesse moyenne obtenue en km/h.