Физика /1.Теоретическая физика
К.п.н. Мищик С.А.
Государственный морской университет имени
адмирала Ф.Ф.Ушакова ,
Россия
Задачи системной
электрической ёмкости
прикладной физики морского флота
Системные задачи электрической
ёмкости прикладной физики морского флота отражают целостно-системное
моделирование основных элементов транспортных объектов. При этом возникает
ориентация на единство базисных характеристик предметных и исполнительных
условий относительно предмета содержания и способа его реализации. Рассматриваются: сферический
конденсатор «электросфера—земля»; потенциал на поверхности паруса яхт и увлажненных
судовых надстройках; электроёмкость коаксиального
электрического антенного судового кабеля; сферический конденсатор судовой
системы автоматического управления и электрометры на морском флоте.
В процессе решения системных задач электрической
ёмкости прикладной физики морского флота необходимо применять основные
положения теории деятельности, системного анализа и теории формирования
интеллекта.
Системный анализ предполагает
выполнение последовательности системных аналитических действий: выделить объект
анализа –задачу электрической ёмкости прикладной физики морского флота (ЗЭЁПФМФ)
как систему; установить порождающую среду ЗЭЁПФМФ; определить уровни анализа ЗЭЁПФМФ;
представить целостные свойства ЗЭЁПФМФ относительно пространственных, и временных
характеристик и их комбинаций; выделить структуру уровня анализа ЗЭЁПФМФ;
установить структурные элементы уровня анализа ЗЭЁПФМФ; определить
системообразующие связи данного уровня анализа ЗЭЁПФМФ; представить
межуровневые связи анализа ЗЭЁПФМФ; выделить форму организации ЗЭЁПФМФ;
установить системные свойства и поведение ЗЭЁПФМФ.
Задача 1
Область атмосферы выше 20 км обладает высокой
проводимостью и является эквипотенциальной поверхностью. Определить емкость
сферического конденсатора, образованного земной поверхностью и электрической сферой,
при высоте электрической сферы 20 км и 40 км.
Ответ:
226 мкФ;
113 мкФ
Задача 2
Определить заряд сферического конденсатора «электросфера—земля»,
образованного земной поверхностью и электрической сферой, при высоте электрической
сферы 20 км и 40 км, если разность потенциалов на его обкладках 250 кВ. Как
зависит этот заряд oт высоты электросферы?
Ответ:
56,5 Кл;
28,25 Кл.
Задача 3
Определить величину потенциала, который возникает на поверхности паруса яхты. Площадь
поверхности паруса равна 17 м2, а его электроёмкость 300 пФ. Напряженность
электрического поля атмосферы над морем 200 В/м.
Ответ: 100 В.
Задача 4
В атмосфере существует ток проводимости плотностью
4·10- 12 А/м2. До какого потенциала зарядится этим
током за 1 час изолированный от моря парус морской яхты. Площадь поверхности
паруса равна 17 м2 , а его электроёмкость 300 пФ. Утечкой заряда и
искажением поля пренебречь.
Ответ: 816 В.
Задача 5
Определить потенциал, который наведется на увлажненном
тенте, под которым находится матрос, при скачке электрического поля от молнии,
равном 15 кВ/м. Площадь тента 1,2 м2, электроемкость 500 пФ.
Ответ: 32 В.
Задача 6
Коаксиальный электрический антенный судовой кабель
состоит из центральной жилы и концентрической цилиндрической оболочки, между
которыми находится диэлектрик (ε=3,2). Определить емкость Сℓ, единицы длины такого коаксиального электрического антенного
судового кабеля, если радиус жилы r=1,3см,
радиус оболочки R=3,0
см.
Ответ: Сℓ = 214 пФ/м,
Задача 7
Радиус центральной жилы коаксиального электрического антенного
судового кабеля r =1,5
см, радиус оболочки R=3,5
см. Между центральной жилой и оболочкой приложена разность потенциалов Δφ=2,3
кВ. Найти напряженность Е электрического поля на расстоянии а=2
см от оси центральной жилы коаксиального электрического антенного судового кабеля.
Ответ: Е = 136 кВ/м.
Задача 8
Вакуумный цилиндрический конденсатор судовой системы
автоматического регулирования имеет радиус внутреннего цилиндра r =1,5
см и радиус внешнего цилиндра R =3,5 см. Между цилиндрами
приложена разность потенциалов Δφ=2,3 кВ. Какую скорость
о получит электрон информационного сигнала под действием поля этого
конденсатора, двигаясь с расстояния ℓ1 = 2,5 см до
расстояния ℓ2 = 2 см от оси цилиндра?
Ответ: υ = 14,6 Мм/с.
Задача 9
Цилиндрический конденсатор коаксиального электрического
антенного судового кабеля состоит из внутреннего цилиндра радиусом r =3
мм, двух слоев диэлектрика и внешнего цилиндра радиусом R = 1
см. Первый слой диэлектрика толщиной d1 = 3 мм примыкает к
внутреннему цилиндру. Определить отношение падений потенциала Δφ1/Δφ2
в этих слоях цилиндрического конденсатора коаксиального электрического антенного
судового кабеля.
Ответ: Δφ1/Δφ2 = 1,35 .
Задача 10
Определить емкость С сферического конденсатора судовой
системы автоматического управления, состоящего из двух концентрических сфер с
радиусами r = 10
см и R = 10,5 см. Пространство
между сферами заполнено маслом, диэлектрическая проницаемость которого равна ε
= 5. Какой радиус RО должен иметь индикаторный
шар, помещенный в масло, чтобы иметь такую же емкость сферического конденсатора
судовой системы автоматического управления?
Ответ:
С = 1,17 нФ, RО = 2,1 м.
Задача 11
Радиус внутреннего шара воздушного сферического
конденсатора судовой системы автоматического управления r = 1 см, радиус внешнего шара R = 4 см. Между шарами
приложена сигнальная разность потенциалов Δφ =3 кВ. Определить информационную
напряженность Е электрического поля на расстоянии а = 3 см от центра шаров.
Ответ: E = 44,5 кВ/м.
Задача 12
Радиус внутреннего шара вакуумного сферического
конденсатора судовой системы автоматического управления r =1
см, радиус внешнего шара R
= 4 см. Между кондукторными шарами приложена разность потенциалов Δφ
= 3 кВ. Какую скорость υ получит информационный электрон, приблизившись к центру
кондукторных шаров с расстояния х1 = 3 см до расстояния х2
= 2 см?
Ответ: υ = 15,4 Мм/с.
Задача 13
При помощи электрометра судовой системы
автоматического контроля сравнивали между собой емкости двух конденсаторов
блока управления. Для этого конденсаторы блока управления заряжали до разностей
потенциалов Δφ1 = 300 В и Δφ2
= 100B и соединяли оба конденсатора параллельно. Измеренная при этом
электрометром разность потенциалов между обкладками конденсатора оказалась равной Δφ = 250 В. Определить отношение емкостей конденсаторов
блока управления С1/С2.
Ответ: С1/С2 = 3.
Задача 14
Разность потенциалов между точками А и В емкости двух
конденсаторов блока управления судовой системы автоматического контроля Δφ
= 6 В. Емкость первого конденсатора С1 = 2 мкФ и емкость
второго конденсатора С2 = 4 мкФ. Определить
заряды q1
и q2
и разности потенциалов Δφ1 и Δφ2
на обкладках каждого конденсатора блока управления судовой системы
автоматического контроля.
Ответ:
q1 =
q2 = 8 мкКл; Δφ1= 4 В; Δφ2 = 2 В.
Задача 15
Абсолютный судовой электрометр представляет собой плоский
конденсатор, нижняя пластина которого неподвижна, а верхняя подвешена к
коромыслу весов. При незаряженном гравитационном конденсаторе расстояние между
пластинами электрометра d = l см. Определить разность
потенциалов Δφ между пластинами гравитационного конденсатора,
если для сохранения контрольного действия и того же расстояния d
= 1 см на другой стороне весов действует груз весом Р = 51 мН? Площадь
пластин гравитационного конденсатора S=50 см2.
Ответ: Δφ = 13 кВ.
Задача 16
Пространство между пластинами судового ёмкостного
датчика заполнено маслом с диэлектрической проницаемостью ε = 5. Расстояние
между пластинами d=l см. Определить разность потенциалов Δφ на судовом
датчике, чтобы поверхностная плотность контрольных связанных зарядов на масле была
равна σсв=6,2 мкКл/м2?
Ответ:
Δφ = 1,75 кВ.