16.A: Mawimbi ya umeme (Jibu)
- Page ID
- 176609
Angalia Uelewa Wako
16.1. Ni kubwa mara moja baada ya sasa kugeuka. Uhamisho wa sasa na shamba la magnetic kutoka kwao ni sawa na kiwango cha mabadiliko ya shamba la umeme kati ya sahani, ambayo ni kubwa wakati sahani zinaanza kulipa kwanza.
16.2. Hapana. Uwanja wa umeme unaobadilika kulingana na toleo lililobadilishwa la sheria ya Ampère ingeweza kushawishi shamba la magnetic linalobadilika.
16.3. (1) Sheria ya Faraday, (2) sheria ya Ampère-Maxwell
16.4. a. maelekezo ya uenezi wa wimbi, uwanja E, na B shamba ni pande zote perpendicular.
b. kasi ya wimbi la umeme ni kasi ya mwanga\(\displaystyle c=1/\sqrt{ε_0μ_0}\) huru ya mzunguko.
c. uwiano wa amplitudes umeme na magnetic shamba ni\(\displaystyle E/B=c\).
16.5. Uharakishaji wake ungepungua kwa sababu nguvu ya mionzi ni sawia na ukubwa wa nuru kutoka Jua, ambayo inapungua kwa umbali. Kasi yake, hata hivyo, haibadilika isipokuwa kwa madhara ya mvuto kutoka Jua na sayari.
16.6. Wao huanguka katika safu tofauti za wavelength, na kwa hiyo pia tofauti tofauti za mzunguko.
Maswali ya dhana
1. Ya sasa ndani ya capacitor kubadili shamba la umeme kati ya sahani ni sawa na sasa ya uhamisho kati ya sahani.
3. Maandamano ya kwanza inahitaji tu kuchunguza sasa zinazozalishwa katika waya ambayo hupata shamba la magnetic kubadilisha. Maandamano ya pili inahitaji kusonga malipo ya umeme kutoka eneo moja hadi nyingine, na kwa hiyo inahusisha mikondo ya umeme inayozalisha shamba la umeme linalobadilika. Mashamba ya magnetic kutoka kwa mikondo haya hayatenganishwa kwa urahisi kutoka kwenye uwanja wa magnetic ambao sasa wa makazi yao huzalisha.
5. katika (a), kwa sababu shamba umeme ni sambamba na waya, kuongeza kasi ya elektroni
7. Sasa ya kutosha katika mzunguko wa DC haitazalisha mawimbi ya umeme. Ikiwa ukubwa wa sasa unatofautiana wakati unabaki katika mwelekeo huo, waya zitatoa mawimbi ya umeme, kwa mfano, ikiwa sasa imegeuka au kuzima.
9. Kiasi cha nishati (kuhusu\(\displaystyle 100W/m^2\)) inaweza kuzalisha mabadiliko makubwa katika joto, lakini shinikizo la mwanga (kuhusu\(\displaystyle 3.00×10^{−7}N/m^2\)) ni ndogo sana kutambua.
11. Ina ukubwa wa mtiririko wa nishati na pointi katika mwelekeo wa uenezi wa wimbi. Inatoa mwelekeo wa mtiririko wa nishati na kiasi cha nishati kwa kila eneo lililotumwa kwa pili.
13. Nguvu juu ya uso kutenda kwa muda\(\displaystyle Δt\) ni kasi ambayo nguvu ingeweza kutoa kitu. Mabadiliko ya kasi ya mwanga ni mara mbili ikiwa mwanga unaonekana nyuma ikilinganishwa na wakati unafyonzwa, hivyo nguvu inayofanya kitu ni mara mbili kubwa.
15. Kwa mujibu wa utawala wa mkono wa kulia, mwelekeo wa uenezi wa nishati ungebadilisha.
b Hii ingeondoka vector\(\displaystyle \vec{S}\), na kwa hiyo mwelekeo wa uenezi, sawa.
17. mawimbi ya redio kwa ujumla yanazalishwa kwa kubadilisha sasa katika waya au uwanja wa umeme wa kusonga kati ya sahani mbili;
b Mionzi ya infrared huzalishwa kwa kawaida na miili yenye joto ambayo atomi na mashtaka ndani yao hutetemeka karibu na mzunguko sahihi.
19. a. bluu;
b Mwanga wa wavelengths ndefu zaidi ya bluu hupita kwa njia ya hewa na kutawanyika kidogo, ambapo zaidi ya mwanga wa bluu hutawanyika kwa njia tofauti mbinguni ili kuipa ni rangi ya bluu.
21. Antenna ya kawaida ina majibu yenye nguvu wakati waya zinazoifanya zinaelekezwa sawa na uwanja wa umeme wa wimbi la redio.
23. Hapana, ni nyembamba sana na sehemu ndogo tu ya wigo wa umeme wa jumla.
25. Mwanga unaoonekana ni kawaida zinazozalishwa na mabadiliko ya nguvu za elektroni katika atomi na molekuli nasibu oriented. Mawimbi ya redio ni kawaida lilio na ac sasa inapita kando ya waya, ambayo ina mwelekeo fasta na inazalisha mashamba ya umeme alisema katika mwelekeo fulani.
27. Radar inaweza kuchunguza vitu ukubwa wa ndege na hutumia mawimbi ya redio ya karibu 0.5 cm katika wavelength. Mwanga unaoonekana unaweza kutumika kutazama seli moja za kibaiolojia na ina wavelengths ya karibu\(\displaystyle 10^{−7}m\).
29. ELF redio mawimbi
31. Mzunguko wa 2.45 GHz ya tanuri ya microwave iko karibu na masafa maalum katika bendi ya 2.4 GHz iliyotumiwa kwa WiFi.
Matatizo
33. \(\displaystyle B_{ind}=\frac{μ_0}{P2πr}I_{ind}=\frac{μ_0}{2πr}ε_0\frac{∂Φ_E}{∂t}=\frac{μ_0}{2πr}ε_0(A\frac{∂E}{∂t})=\frac{μ_0}{2πr}ε_0A(\frac{1}{d}\frac{dV(t)}{dt})=\frac{μ_0}{2πr}[\frac{ε_0A}{d}][\frac{1}{C}\frac{dQ(t)}{dt}]=\frac{μ_0}{2πr}\frac{dQ(t)}{dt}\)kwa sababu\(\displaystyle C=\frac{ε_0A}{d}\)
35. a\(\displaystyle I_{res}=\frac{V_0sinωt}{R}\);.
b\(\displaystyle I_d=CV_0ωcosωt\);
c.\(\displaystyle I_{real}=_{Ires}+\frac{dQ}{dt}=\frac{V_0sinωt}{R}+CV_0\frac{d}{dt}sinωt=\frac{V_0sinωt}{R}+CV_0ωcosωt\); ambayo ni jumla ya\(\displaystyle I_{res}\) na\(\displaystyle I_{real}\), sambamba na jinsi makazi yao ya sasa kudumisha mwendelezo wa sasa.
37. \(\displaystyle 1.77×10^{−3}A\)
39. \(\displaystyle I_d=(7.97×10^{−10}A)sin(150t)\)
41. 499 s
43. 25 m
45. a. 5.00 V/m;
b\(\displaystyle 9.55×10^8Hz\);
c. 31.4 cm;
d. kuelekea + x -axis;
e.\(\displaystyle B=(1.67×10^{−8}T)cos[kx−(6×10^9s^{−1})t+0.40]\hat{k}\)
47. \(\displaystyle I_d=πε_0ωR^2E_0sin(kx−ωt)\)
49. Shamba la magnetic ni chini, na lina ukubwa\(\displaystyle 2.00×10^{−8}T\).
51. a\(\displaystyle 6.45×10^{−3}V/m\);.
b. 394 m
53. 11.5 m
55. \(\displaystyle 5.97×10^{−3}W/m^2\)
57. a\(\displaystyle E_0=1027V/m, B_0=3.42×10^{−6}T\);.
b.\(\displaystyle 3.96×10^{26}W\)
59. \(\displaystyle 20.8W/m^2\)
61. a\(\displaystyle 4.42×10^{‒6}W/m^2\);.
b.\(\displaystyle 5.77×10^{‒2}V/m\)
63. a\(\displaystyle 7.47×10^{−14}W/m^2\);.
b\(\displaystyle 3.66×10−^{13}W\);
c. 1.12 W
65. \(\displaystyle 1.99×10^{−11}N/m^2\)
67. \(\displaystyle F=ma=(p)(πr^2),p=\frac{ma}{πr^2}=\frac{ε_0}{2E^2_0}\)
\(\displaystyle E_0=\sqrt{\frac{2ma}{ε_0πr^2}}=\sqrt{\frac{2(10^{−8}kg)(0.30m/s^2)}{(8.854×10^{−12}C^2/N⋅m^2)(π)(2×10^{−6}m)^2}}\)
\(\displaystyle E_0=7.34×10^6V/m\)
69. a.\(\displaystyle 4.50×10^{−6}N;\)
b. ni kupunguzwa kwa nusu ya shinikizo,\(\displaystyle 2.25×10^{−6}N\)
71. a\(\displaystyle W=\frac{1}{2}\frac{π^2r^4}{mc^2}I^2t^2\);.
b.\(\displaystyle E=πr^2It\)
73. a\(\displaystyle 1.5×10^{18}Hz\);.
b. eksirei
75. a. masafa ya wavelength ni 187 m hadi 556 m.
b Aina ya wavelength ni 2.78 m hadi 3.41 m.
77. \(\displaystyle P'=(\frac{12m}{30m})^2(100mW)=16mW\)
79. wakati wa 1 bit =\(\displaystyle 1.27×10^{−8}\) s, tofauti katika wakati wa kusafiri ni\(\displaystyle 5.34×10^{−8}\) s
81. a\(\displaystyle 1.5×10^{−9}m\);.
b\(\displaystyle 5.9×10^{−7}m\);
c.\(\displaystyle 3.0×10^{−15}m\)
83. \(\displaystyle 5.17×10^{−12}T\), uwanja usio na oscillating geomagnetic wa 25—65\(\displaystyle μT\) ni kubwa zaidi
85. a\(\displaystyle 1.33×10^{−2}V/m\);.
b\(\displaystyle 4.34×10^{−11}T\);
c.\(\displaystyle 3.00×10^8m\)
87. a\(\displaystyle 5.00×10^6m\);.
b. wimbi la redio;
c.\(\displaystyle 4.33×10^{−5}T\)
Matatizo ya ziada
89. \(\displaystyle I_d=(10N/C)(8.845×10^{−12}C^2/N⋅m^2)π(0.03m)^2(5000)=1.25×10^{−5}mA\)
91. \(\displaystyle 3.75×10^7km\), ambayo ni kubwa zaidi kuliko mzunguko wa Dunia
93. a. 564 W;
b\(\displaystyle 1.80×10^4W/m^2\);
c\(\displaystyle 3.68×10^3V/m\);.
d.\(\displaystyle 1.23×10^{−5}T\)
95. a\(\displaystyle 5.00×10^3W/m^2\);.
b\(\displaystyle 3.88×10^{−6}N\);
c.\(\displaystyle 5.18×10^{−12}N\)
97. a\(\displaystyle I=\frac{P}{A}=\frac{P}{4πr^2}∝\frac{1}{r^2}\);.
b.\(\displaystyle I∝E^2_0,B^2_0⇒E^2_0,B^2_0∝\frac{1}{r^2}⇒E_0,B_0∝\frac{1}{r}\)
99. Nguvu ndani ya waya=\(\displaystyle ∫\vec{S}⋅d\vec{A}=(\frac{1}{μ_0}EB)(2πrL)=\frac{1}{μ_0}(\frac{V}{L})(\frac{μ_0i}{2πr})(2πrL)=iV=i^2R\)
101. 0.431
103. a\(\displaystyle 1.5×10^{11}m\);.
b\(\displaystyle 5.0×10^{−7}s\);
c. 33 ns
105. \(\displaystyle sound:λ_{sound}=\frac{v_s}{f}=\frac{343m/s}{20.0Hz}=17.2m\)
\(\displaystyle radio:λ_{radio}=\frac{c}{f}=\frac{3.00×10^8m/s}{1030×10^3Hz}=291m; or 17.1 λ_{sound}\)
Changamoto Matatizo
107. a\(\displaystyle 0.29μm\);.
b. shinikizo la mionzi ni kubwa kuliko mvuto wa Jua kama ukubwa wa chembe ni ndogo, kwa sababu nguvu ya mvuto inatofautiana kama radius cubed wakati shinikizo mionzi inatofautiana kama radius squared.
c. nguvu mionzi nje ina maana kwamba chembe ndogo kuliko hii ni chini ya uwezekano wa kuwa karibu na jua kuliko nje mbalimbali ya jua shinikizo mionzi.