РАБОТА И МОЩНОСТЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

При прохождении тока через проводник происходит его нагревание, значит электрическая энергия переходит в тепловую.

Работа электрического поля по перемещению заряда ∆ q из одной точки в другую равна произведению напряжения U между этими точками на величину заряда

Учитывая, что получаем:

Итак, энергия, выделяющаяся при протекании тока на участке цепи, пропорциональна силе тока, напряжению и времени.

Так как U = IR , то pазделив последнее равенство на t, получаем выражения для мощности электрического тока:

ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА

Если два заряженных тела соединить проводником, то через него пойдет кратковременный ток. Избыточные электроны с отрицательно заряженного тела перейдут на положительно заряженное. Потенциалы тел окажутся одинаковыми, значит, напряжение на концах проводника станет равно нулю, и ток прекратится. Для существования длительного тока в проводнике нужно поддерживать разность потенциалов на его концах неизменной. Этого можно достичь, перенося свободные электроны с положительного тела на отрицательное так, чтобы заряды тел не менялись со временем.

Силы электрического взаимодействия сами по себе не способны осуществлять подобное разделение зарядов. Они вызывают притяжение электронов к положительному телу и отталкивание от отрицательного. Поэтому внутри источника тока должны действовать сторонние силы, имеющие неэлектрическую природу и обеспечивающие разделение электрических зарядов.

ЭДС источника равна сумме напряжений на внешнем и внутреннем участках цепи

где r - внутреннее сопротивление источника.

Закон Ома для полной цепи

Сила тока прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи:

Работа сторонних сил по перемещению вдоль замкнутого контура заряда q = I ∆t равна

Она идет на нагревание внешнего и внутреннего участков цепи:

Сокращая , получаем: ε = IR + Ir .

В случае, когда последовательная цепь содержит несколько источников тока, результирующая ЭДС равна алгебраической сумме ЭДС источников с учетом их знаков: ε = ε₁ + ε₂ + ε₃ + …, а внутреннее сопротивление - сумме всех их внутренних сопротивлений: r = r₁ + r₂ + r₃ + … .

Ответ: сила тока в цепи равна 0,5 А; напряжение на зажимах батареи 5,75 В; падение напряжения на внутреннем сопротивлении 0,25В.

Алгоритм решения задач

1. Нарисовать схему электрической цепи, описанной в задаче, обозначив не ней все необходимые величины.

2. Вывести соотношения между величинами, используя правила последовательного и параллельного подключения.

3. При необходимости применить закон Ома для участка цепи или для полной цепи.

4. При необходимости нарисовать упрощённую эквивалентную схему цепи.

5. В случае надобности рассмотреть работу или мощность, вырабатываемую тем или иным элементом цепи.

6. На основании применённых законов и правил, составить систему уравнений и решить её, относительно искомых величин.

7. Произвести необходимые вычисления и записать результаты в ответ.

Примеры решения задач

Пример 1.

Если плотность тока при физиопроцедуре 0,1 мА/см², а площадь электродов 24 см², то заряд, проходящий через участок ткани человека за 5 мин, равен... (в Кл).

Дано:

S = 24 см² t = 5 мин = 300 с

Решение:

q = It .

Плотность тока по определению:

Для вычисления заряда получаем формулу:

q = jSt .

При подстановке числовых значений см² можно не переводить в м², т.к. эта единица измерения сокращается.

Подставляем числовые значения:

Ответ: 0,72 Кл.

Пример 2.

Два проводника при параллельном соединении имеют сопротивление 6 Ом, а при последовательном соединении - 27 Ом. Произведение сопротивлений этих проводников равно... (в Ом).

Дано: R_пар= 6 Ом R_посл= 27 Ом

Решение:

При последовательном соединении двух проводников

При параллельном соединении

R₁R₂= ?

Подставляем числовые значения:

Ответ: .

Пример 3.

При уменьшении сопротивления внешней цепи с 10 Ом до 4 Ом сила тока, текущего через источник, увеличилась от 1 А до 2 А. ЭДС источника тока равна. (в В).

Дано: R₁= 10 Ом R₂= 4 Ом I₁= 1 А I₂= 2 А

Решение:

По закону Ома для полной цепи для первого и второго случая имеем:

Разделим первое уравнение на второе:

= ?

Произведя алгебраические преобразования, получаем:

Ответ: 12 В.

Пример 4.

Батарея с внутренним сопротивлением 2 Ом и ЭДС 6Взамкнута проводником с сопротивлением 8 Ом. Какое количество теплоты выделится в проводнике за 1 секунду?

Дано: r= 2 Ом

= 6В R= 8 Ом

Решение:

Количество теплоты, выделяющееся в проводнике, определяется законом Джоуля-Ленца:

Q = I ² Rt .

По закону Ома для полной цепи:

= ?

Подставляем числовые значения:

Ответ: .

Пример 5.

Проводники сопротивлением 3 Ом и 4 Ом соединены параллельно. Если через сопротивление 3 Ом протекает ток 0,2 А, то через сопротивление 4 Ом протекает ток.. .(в А).

Дано: R₁= 3 Ом R₂= 4 Ом I₁= 0,2 А

Решение:

При параллельном соединений:

По закону Ома:

= ?

Выражаем :

Подставляем числовые значения:

Ответ: 0,15 А.

Контрольные вопросы

1. Что понимают под электрическим током?

2. Какие условия необходимы для возникновения и поддержания электрического тока?

3. Сформулируйте закон Ома для участка цепи без ЭДС.

4. Как зависит сопротивление проводника от его длины, площади, поперечного сечения и материала?

5. Что называют удельным сопротивлением? удельной электропроводимостью проводника?

6. Как зависит удельное сопротивление проводника от температуры?

7. В чем состоит явление сверхпроводимости?

8. Что называют электродвижущей силой источника тока?

9. Сформулируйте закон Ома для полной цепи.

10. Какое соединение сопротивлений называют последовательным? параллельным? Чему равно сопротивление цепи при этих соединениях?

Индивидуальные задания

Вариант №1

1. Через электрическую лампочку за 5 мин проходит за ряд в 150 Кл. Какова сила тока в лампочке?

2. До какой температуры нужно нагреть медный проводник, имеющий температуру О °С, чтобы его сопротивление увеличилось в 3 раза? Температурный коэффициент сопротивления меди 4,3 • 10 ³К"¹.

3. Резисторы с сопротивлениями R₁ = 2 Ом, R₂ = 3 Ом, R₃ = 5 Ом соединены по схеме, изображенной на рисунке. Найдите общее сопротивление этой цепи.

Вариант №2

1. Определите сопротивление медного провода, если при силе протекающего в нем тока 10 А напряжение на его концах равно 4 В.

2. Определите сопротивление алюминиевого провода длиной 1,8 км и сечением 10 мм².

3. На рисунке изображена схема соединения резисторов, у которых R_l= 3 Ом, R₂ = 6 Ом, R₃ = 4 Ом. Найдите общее со противление всей цепи.

Вариант №3

1. При электросварке сила тока достигает 200 А. Какой электрический заряд проходит через поперечное сечение электрода за 5 мин?

2. Алюминиевая проволока при 0 °С имеет сопротивление 4,25 Ом. Каково будет сопротивление этой проволоки при 200 °С? Температурный коэффициент сопротивления алюминия 4 • 10~³ К"¹.

. Чему равно общее сопротивление участка цепи, изображенного на рисунке, если R ₁= 2 Ом, R ₂= 10 Ом, R ₃= 15 Ом, Д, = 1 Ом?

Вариант №4

1. Рассчитайте силу тока в лампочке, имеющей сопротивление 400 Ом, если напряжение на ее зажимах 120 В.

2. Сопротивление медного провода сечением 2 мм² равно 1 Ом. Какова длина этого провода?

3. Четыре резистора Д_х = 1 Ом, R₂= 2 Ом, R₃ = 3 Ом, Л₄ = = 4 Ом соединены по схеме, изображенной на рисунке. Определите общее сопротивление цепи.

Вариант №5

1. Какова сила тока в проводнике, через поперечное сечение которого за 2 с проходит 12 • 10¹⁹ электронов? Заряд электрона равен 1,6 • 10 ¹⁹ Кл.

2. Сопротивление платиновой проволоки при температуре 20 °С равно 20 Ом, а при температуре 500 °С равно 59 Ом. Найдите значение температурного коэффициента сопротивления платины.

3. Вычислите общее сопротивление участка цепи, изображенного на рисунке, если i?_x = 6 Ом, R₂ = 3 Ом, R_s = 5 Ом, Д, = = 24 Ом.

Вариант №6

1. Чему равно напряжение на клеммах амперметра, сила тока в котором 6,2 А, если сопротивление амперметра 0,0012 Ом?

2. Рассчитайте удельное сопротивление трамвайного провода, если его длина 10 км, сечение 70 мм², а сопротивление 3,5 Ом.

3. Чему равно общее сопротивление участка цепи, изображенного на рисунке, если R₁ = 60 Ом, R₂ = 12 Ом, Rз = 15 Ом, Д, = 3 Ом?

Вариант №7

1. Какой электрический заряд пройдет за 10 мин через спираль утюга, если сила тока в ней равна 0,3 А?

2. Температурный коэффициент сопротивления для некоторого сплава равен 10~³ К¹. Сопротивление резистора из этого сплава при 273 К равно 100 Ом. На сколько увеличится сопротивление резистора при нагревании до 283 К?

3. Чему равно общее сопротивление участка цепи, изображенного на рисунке, если сопротивление каждого из четырех резисторов равно 2 Ом.

Вариант №8

1. Электрический чайник потребляет ток 3 А при напряжении 220 В. Чему равно сопротивление чайника?

2. Какой длины потребуется никелиновая проволока сечением 0,1 мм² для изготовления реостата сопротивлением 180 Ом?

3. На рисунке приведена схема участка электрической цепи. Определите общее сопротивление всего участка.

R , = 1 Ом

R ₂ = 2 Ом

R ₃ = 3 Ом

R ₄ = 3 Ом

R ₅ = 3 Ом

Вариант №9

1. За какое время пройдет через поперечное сечение проводника заряд, равный 10 Кл, при силе тока 0,2 А?

2. Сопротивление вольфрамовой нити электрической лампочки при 10 °С равно 50 Ом. До какой температуры нагрета нить, если ее сопротивление равно 550 Ом? Температурный коэффициент сопротивления вольфрама 5-10"³К -¹.

3. На рисунке приведена схема участка электрической цепи. Сопротивление каждого из резисторов равно 1 Ом. Определите общее сопротивление всего участка.

Вариант №10

1. Определите напряжение, которое нужно создать на концах проводника сопротивлением 20 Ом, чтобы в нем возникла сила тока 0,5 А.

2. Определите сопротивление стального провода сечением 35 мм² и длиной 25 м.

3. Найдите полное сопротивление Rпоказанного на рисунке участка цепи, если R ₁= R ₂= R₅ = = R ₆= 3 Ом, Д₄ = 24 Ом, R ₃= 20 Ом.

Дата добавления: 2021-12-10; просмотров: 68; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 12

Мы поможем в написании ваших работ!