Меню

Определите плотность тока если известно что за 10 с через поперечное

Физика

Электрический ток является:

  • постоянным , если его сила не изменяется с течением времени;
  • непостоянным , если его сила изменяется с течением времени.

Средняя сила непостоянного тока определяется формулой

где Q — заряд, перенесенный носителями тока через поперечное сечение проводника, расположенное перпендикулярно скорости носителей тока, за промежуток времени Δ t .

При равномерном изменении силы тока среднюю силу тока рассчитывают по формуле

где I 1 — значение силы тока в начальный момент времени; I 2 — значение силы тока в конечный момент времени.

Сила постоянного тока в любой момент времени имеет одинаковую величину:

где Q — заряд, перенесенный носителями тока через поперечное сечение проводника, расположенное перпендикулярно скорости носителей тока, за промежуток времени Δ t .

Сила тока является скалярной величиной .

За направление тока условно принято направление движения положительных зарядов .

В Международной системе единиц сила тока измеряется в амперах (1 А).

Заряд , перенесенный носителями тока через поперечное сечение проводника, расположенное перпендикулярно скорости носителей тока, за некоторый промежуток времени, представляет собой произведение

где N — число носителей тока, прошедших через поперечное сечение проводника за указанное время; q — модуль заряда носителя тока (если носителями тока являются электроны, то q = 1,6 ⋅ 10 −19 Кл).

Заряд, перенесенный носителями тока через поперечное сечение проводника, расположенное перпендикулярно скорости носителей тока, за некоторый промежуток времени Δ t , может быть рассчитан следующим образом:

  • для постоянного тока —

где I — сила постоянного тока;

  • для непостоянного тока — двумя способами:

где 〈 I 〉 — средняя сила тока;

2) графически — как площадь криволинейной трапеции (рис. 8.1).

В Международной системе единиц заряд измеряется в кулонах (1 Кл).

Сила тока определяется скоростью, концентрацией и зарядом носителей тока, а также площадью поперечного сечения проводника:

где q — модуль заряда носителя тока (если носителями тока являются электроны, то q = 1,6 ⋅ 10 −19 Кл); n — концентрация носителей тока, n = = N / V ; N — число носителей тока, прошедших через поперечное сечение проводника (расположенное перпендикулярно скорости движения носителей тока) за время Δ t , или число носителей тока в объеме V = Sv Δ t (рис. 8.2); S — площадь поперечного сечения проводника; v — модуль скорости движения носителей тока.

Плотность тока определяется силой тока, проходящего через единицу площади поперечного сечения проводника, расположенного перпендикулярно направлению тока:

где I — сила тока; S — площадь поперечного сечения проводника (расположенного перпендикулярно скорости движения носителей тока).

Плотность тока является векторной величиной .

Направление плотности тока j → совпадает с направлением скорости движения положительных носителей тока:

где q — модуль заряда носителя тока (если носителями тока являются электроны, то q = 1,6 ⋅ 10 −19 Кл); v → — скорость движения носителей тока; n — концентрация носителей тока, n = N / V ; N — число носителей тока, прошедших через поперечное сечение проводника (расположенное перпендикулярно скорости движения носителей тока) за время Δ t , или число носителей тока в объеме V = Sv Δ t (рис. 8.2); v — модуль скорости движения носителей тока; S — площадь поперечного сечения проводника.

В Международной системе единиц плотность тока измеряется в амперах, деленных на квадратный метр (1 А/м 2 ).

Сила тока в газах (электрический ток в газах вызывается движением ионов) определяется формулой

где N / t — число ионов, которые проходят через поперечное сечение сосуда каждую секунду (ежесекундно); | q | — модуль заряда иона:

  • для однозарядного иона —

| q | = 1,6 ⋅ 10 −19 Кл,

  • для двухзарядного иона —

| q | = 3,2 ⋅ 10 −19 Кл

Пример 1. Число свободных электронов в 1,0 м 3 меди равно 1,0 ⋅ 10 28 . Найти величину скорости направленного движения электронов в медном проводе с площадью поперечного сечения 4,0 мм 2 , по которому протекает ток 32 А.

Решение . Скорость направленного движения носителей тока (электронов) связана с силой тока в проводнике формулой

где q — модуль заряда носителя тока (электрона); n — концентрация носителей тока; S — площадь поперечного сечения проводника; v — модуль скорости направленного движения носителей тока в проводнике.

Выразим из данной формулы искомую величину — скорость носителей тока —

Для вычисления скорости воспользуемся следующими значениями входящих в формулу величин:

  • величина силы тока и площадь поперечного сечения проводника заданы в условии задачи: I = 32 А, S = 4,0 мм 2 = 4,0 ⋅ 10 −6 м 2 ;
  • значение элементарного заряда (равного модулю заряда электрона) является фундаментальной константой (постоянной величиной): q = 1,6 ⋅ 10 −19 Кл;
  • концентрация носителей тока — число носителей тока в единице объема проводника —

n = N V = 1,0 ⋅ 10 28 1 = 1,0 ⋅ 10 28 м −3 .

v = 32 1,6 ⋅ 10 − 19 ⋅ 1,0 ⋅ 10 28 ⋅ 4,0 ⋅ 10 − 6 = 5,0 ⋅ 10 − 3 м/с = 5,0 мм/с .

Скорость направленного движения электронов в указанном проводнике составляет 5,0 мм/с.

Пример 2. Сила тока в проводнике равномерно возрастает от 10 до 12 А за 12 с. Какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за указанный интервал времени?

Решение . Сила тока в проводнике изменяется с течением времени. Поэтому заряд, перенесенный носителями тока через поперечное сечение проводника, расположенное перпендикулярно скорости носителей тока, за некоторый промежуток времени, можно рассчитать двумя способами.

1. Искомый заряд можно вычислить, используя формулу

где 〈 I 〉 — средняя сила тока; ∆ t — интервал времени, ∆ t = 12 с.

Сила тока возрастает в проводнике равномерно; следовательно, средняя сила тока определяется выражением

где I 1 — значение силы тока в начальный момент времени, I 1 = 10 А; I 2 — значение силы тока в конечный момент времени, I 2 = 12 А.

Подставив выражение средней силы тока в формулу для вычисления заряда, получим

Q = ( I 1 + I 2 ) Δ t 2 .

Расчет дает значение

Q = ( 10 + 12 ) ⋅ 12 2 = 132 Кл = 0,13 кКл.

2. Искомый заряд можно рассчитать графически по графику зависимости силы тока от времени.

На рисунке представлена заданная в условии задачи зависимость I ( t ).

Заряд, перенесенный носителями тока через поперечное сечение проводника, расположенное перпендикулярно скорости носителей тока, за указанный промежуток времени, численно равен площади трапеции, ограниченной четырьмя линиями:

  • прямой линией I ( t );
  • перпендикуляром к оси времени, восстановленным из точки t 1 ;
  • перпендикуляром к оси времени, восстановленным из точки t 2 ;
  • осью времени t .

Вычисление произведем по формуле площади трапеции:

Q = 12 + 10 2 ⋅ 12 = 132 Кл = 0,13 кКл.

Оба способа расчета заряда, перенесенного носителями тока за указанный промежуток времени, дают одинаковый результат.

Читайте также:  Почему при ударе током человека отбрасывает или притягивает

Источник

Презентация к уроку «Электрический ток». 10 класс.

Презентация к уроку «Электрический ток». 10 класс.

Содержимое разработки

Электрический ток Упорядоченное движение свободных электрических зарядов под действием электрического поля называется электрическим током. http://dvsschool.zz.mu/

Электрический ток

Упорядоченное движение свободных электрических зарядов под действием электрического поля называется электрическим током.

Беспорядочное тепловое движение . Упорядоченное движение электронов — электрический ток http://dvsschool.zz.mu/

Беспорядочное тепловое движение .

Упорядоченное движение электронов —

электрический ток

Сторонние силы Разделение зарядов связано с работой сторон ­ них сил. В источниках тока сторонние силы совершают работу по превращению какой-либо энергии в электрическую либо сторонних сил в энергию электрического поля. Термопары преобразуют внутреннюю энергию в электрическую. Гальванические элементы и аккумуляторы преобразуют химическую энергию в электрическую. Фотоэлементы — световую в электрическую. Природа работы сторонних сил — это любые виды энергии, кроме энергии электростатического поля. http://dvsschool.zz.mu/

Сторонние силы

Разделение зарядов связано с работой сторон ­ них сил.

В источниках тока сторонние силы совершают работу по превращению какой-либо энергии в электрическую либо сторонних сил в энергию электрического поля.

Термопары преобразуют внутреннюю энергию в электрическую.

Гальванические элементы и аккумуляторы преобразуют химическую энергию в электрическую.

Фотоэлементы — световую в электрическую.

Природа работы сторонних сил — это любые виды энергии, кроме энергии электростатического поля.

Действие тока Наблюдают химическое, тепловое, магнитное действие тока. http://dvsschool.zz.mu/

Действие тока

Наблюдают химическое, тепловое, магнитное действие тока.

Сила тока http://dvsschool.zz.mu/

В СИ единицей силы тока является ампер (А).Эта единица установлена на основе магнитного взаимодействия токов. Ампер — сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 метр один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 метр силу взаимодействия, равную 2·10 −7 ньютона . Плотность тока http://dvsschool.zz.mu/

В СИ единицей силы тока является ампер (А).Эта единица установлена на основе магнитного взаимодействия токов.

Ампер — сила неизменяющегося тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 метр один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 метр силу взаимодействия, равную 2·10 −7 ньютона .

Плотность тока

Плотность тока http://dvsschool.zz.mu/

Плотность тока

Условие существования электрического тока 1. Наличие свободных заряженных частиц. 2. Наличие электрического поля. Таким образом, 2.1. Электрическое поле совершает работу по перемещению зарядов: 2.2. Источник тока создаетΔφ. 2.3. В замкнутой электрической цепи существует единое электромагнитное поле, созданное источником тока . http://dvsschool.zz.mu/

Условие существования

электрического тока

1. Наличие свободных заряженных частиц.

2. Наличие электрического поля. Таким образом,

2.1. Электрическое поле совершает работу по перемещению зарядов:

2.2. Источник тока создаетΔφ.

2.3. В замкнутой электрической цепи существует единое

электромагнитное поле, созданное источником тока .

2.4. Стационарное электрическое поле существует и вокруг проводника, и внутри его. Линии внешнего электрического поля направлены под углом к поверхности, а линии внутри проводника всегда параллельны его поверхности. http://dvsschool.zz.mu/

2.4. Стационарное электрическое поле существует и вокруг проводника, и внутри его.

Линии внешнего электрического поля направлены под углом к поверхности, а линии внутри проводника всегда параллельны его поверхности.

Примеры решения задач 1. Определите среднюю скорость упорядоченного движения свободных электронов в медном проводнике сечением 1мм 2 , если сила тока в нем 10 А. На каждый атом меди приходится по два электрона проводимости. Решение : http://dvsschool.zz.mu/

Примеры решения задач

1. Определите среднюю скорость упорядоченного движения свободных электронов в медном проводнике сечением 1мм 2 , если сила тока в нем 10 А. На каждый атом меди приходится по два электрона проводимости.

Решение :

2. Определите плотность тока, если известно, что за 10с через поперечное сечение проводника прошло 100Кл электричества. Диаметр проводника 0,5мм. Решение : http://dvsschool.zz.mu/

2. Определите плотность тока, если известно, что за 10с через поперечное сечение проводника прошло 100Кл электричества. Диаметр проводника 0,5мм.

Решение :

Задачи для самостоятельного решения (низкий уровень) 1. Сила тока в проводнике постоянна и равна 0,5 А. Какой заряд пройдёт по проводнику за 20 минут? (Ответ дайте в кулонах.) 2. Сила тока в проводнике постоянна и равна 0,5 А. За сколько секунд заряд 60 Кл пройдёт по проводнику? 3. На графике представлена зависимость от времени заряда, прошедшего по проводнику. Какова сила тока в проводнике? (Ответ дайте в амперах.) Источник: https://phys-ege.sdamgia.ru/test?theme=241 http://dvsschool.zz.mu/

Задачи для самостоятельного решения

(низкий уровень)

1. Сила тока в проводнике постоянна и равна 0,5 А. Какой заряд пройдёт по проводнику за 20 минут? (Ответ дайте в кулонах.)

2. Сила тока в проводнике постоянна и равна 0,5 А. За сколько секунд заряд 60 Кл пройдёт по проводнику?

3. На графике представлена зависимость от времени заряда, прошедшего по проводнику. Какова сила тока в проводнике? (Ответ дайте в амперах.)

Задачи для самостоятельного решения (низкий уровень) 4. По проводнику течёт постоянный электрический ток. Величина заряда, прошедшего через проводник, возрастает с течением времени согласно графику. Какова сила тока в проводнике? (Ответ дайте в амперах.) 5. Через проводник постоянного сечения течёт постоянный ток силой 1 нА. Сколько электронов в среднем проходит через поперечное сечение этого проводника за 0,24 мкс Источник: https://phys-ege.sdamgia.ru/test?theme=241 http://dvsschool.zz.mu/

Задачи для самостоятельного решения

(низкий уровень)

4. По проводнику течёт постоянный электрический ток. Величина заряда, прошедшего через проводник, возрастает с течением времени согласно графику. Какова сила тока в проводнике? (Ответ дайте в амперах.)

5. Через проводник постоянного сечения течёт постоянный ток силой 1 нА. Сколько электронов в среднем проходит через поперечное сечение этого проводника за 0,24 мкс

Ответы к Задачам для самостоятельного решения (низкий уровень) 1. Ответ: 600 Кл. 2. Ответ: 120с. 3. Ответ: 0,05А. 4. Ответ: 4А. 5. Ответ: 1500. http://dvsschool.zz.mu/

Ответы к Задачам для самостоятельного решения

(низкий уровень)

Задачи для самостоятельного решения (средний уровень) http://dvsschool.zz.mu/

Задачи для самостоятельного решения

(средний уровень)

Задачи для самостоятельного решения (средний уровень) http://dvsschool.zz.mu/

Задачи для самостоятельного решения

(средний уровень)

Ответы к Задачам для самостоятельного решения (средний уровень) http://dvsschool.zz.mu/

Ответы к Задачам для самостоятельного решения

(средний уровень)

Источники и литература: 1. ТРУБЕЦКОВА С. В., ФИЗИКА. ВОПРОСЫ — ОТВЕТЫ. ЗАДАЧИ — РЕШЕНИЯ Часть 5, 6 ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ. Издательская фирма «Физико-математическая литература». 2004г. 2. Луппов Г.Д., Молекулярная физика и электродинамика в опорных конспектах и тестах., Кн. для учителя. — М.: Просвещение, 1992. 3. Мякишев, Буховцев, Сотский: Физика. 10 класс. Учебник. 4. https://phys-ege.sdamgia.ru/ http://dvsschool.zz.mu/

Источники и литература:

1. ТРУБЕЦКОВА С. В., ФИЗИКА. ВОПРОСЫ — ОТВЕТЫ. ЗАДАЧИ — РЕШЕНИЯ Часть 5, 6 ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ. Издательская фирма «Физико-математическая литература». 2004г.

2. Луппов Г.Д., Молекулярная физика и электродинамика в опорных конспектах и тестах., Кн. для учителя. — М.: Просвещение, 1992.

3. Мякишев, Буховцев, Сотский: Физика. 10 класс. Учебник.

Источник

Домашнее задание. Закон Ома

1. Определите силу тока, создаваемого электроном, враща­ющимся вокруг ядра в атоме водорода. Радиус орбиты электрона считать равным 5,3·10 -11 м. (Ответ: )

2. Найдите плотность тока в проводнике, если за время 10 с через его поперечное сечение площадью 5 мм 2 проходит заряд 100 Кл. (Плотностью тока j называют отношение силы тока к площади поперечного сечения проводника.) (Ответ: 2·10 6 А/м 2 )

3. Определите количество теплоты, которое выделяется за 1 мин в проводнике с током, если известно, что его сопротивление равно 10 Ом и через его сечение ежесекундно проходит заряд 10 Кл. (Ответ: 60 кДж)

4. Количество теплоты, выделяемое за 10 мин проводником с током, равно 12 кДж. Сопротивление проводника 5 Ом. Найдите силу тока в проводнике. (Ответ: 2 А)

5. Для нагревания воды за время t требуется количество теплоты Q. Какой длины проводник нужно использовать для из­готовления электронагревателя, если известно, что удельное со­противление проводника равно ρ, диаметр проводника равен d, а сила тока при работе равна I? (Ответ: )

6. Сколько витков никелиновой проволоки надо навить на фарфоровый цилиндр диаметром D = 1,5 см, чтобы изготовить электрокипятильник, который за каждые 10 мин выделял бы 36 кДж теплоты? Диаметр проволоки d = 0,2 мм. Удельное сопро­тивление никелина 4·10 -7 Ом·м, сила тока при работе равна 2 А. (Ответ: )

7. Найдите напряжение на концах проводника с сопротив­лением 10 Ом, если за время 5 мин через его сечение протекает заряд 120 Кл. (Ответ: 4В)

8. Удельное сопротивление графитового стержня от каранда­ша равно 400 мкОм·м. Какой ток пройдет по стержню, если на не­го подать напряжение 6 В? Длина стержня 20 см, диаметр — 2 мм. (Ответ: 236 мА)

9. Для измерения температуры применили железную про­волочку, имеющую при температуре t1 = 10°С сопротивление R1 = 15 Ом. При некоторой температуре t2 она имела сопротивле­ние R2 = 18,25 Ом. Найдите температуру t2. Температурный коэф­фициент сопротивления железа равен 6·10 — 3 1/°С. (Ответ: )

10. Найдите температуру t2 вольфрамовой нити лампочки, ес­ли при включении в сеть с напряжением 220 В по нити идет ток 0,68 А. При температуре t1=20 °С сопротивление нити 36 Ом. Тем­пературный коэффициент сопротивления вольфрама 4,6·10 — 3 1/°С. (Ответ: 1756ºC)

11. Электровоз массой 300 т движется вниз по горе со скоро­стью 36 км/ч. Уклон горы (т. е. отношение высоты горы к длине наклонной поверхности) sin а = 0,01, сила сопротивления движе­нию электровоза составляет k = 3% от действующей на него силы тяжести. Какой ток протекает через мотор электровоза, если на­пряжение в сети равно 3 кВ и КПД электровоза η= 80% ? (Ответ: )

12. Электродвигатель подъемного крана работает под напря­жением 380В, потребляя силу тока 20 А. Каков КПД установки, если груз массой 1т кран поднимает на высоту 19 м за 50 с? (Ответ: η=0,5)

Читайте также:  Что такое адаптер usb переменного тока

12. Источник с ЭДС 6 В и внутренним сопротивлением 1 Ом подключен к цепи с сопротивлением 17 Ом. Чему равна сила тока в цепи? (Ответ: 330 мА)

13. Сила тока в цепи равна 2 А. Чему равна ЭДС источника в этой цепи, если его внутреннее сопротивление равно 2 Ом, а внешнее сопротивление цепи 13 Ом? (Ответ: 30 В)

14. При замыкании источника тока на резистор с сопротивле­нием 14 Ом напряжение на зажимах источника 28 В, а при замы­кании на резистор с сопротивлением 29 Ом напряжение на зажи­мах 29 В. Найдите ЭДС и внутреннее сопротивление источника. (Ответ: ; )

15. Внутреннее сопротивление элемента в к раз меньше внешнего сопротивления цепи. Найдите, во сколько раз напряже­ние на зажимах меньше его ЭДС.

16. В цепи, изображенной на рисунке, параллельно резистору с сопротивле­нием 20 Ом подключен конденсатор емко­стью 5 мкФ. Чему равна ЭДС источника в этой цепи, если его внутреннее сопротивле­ние равно 2 Ом, а заряд на конденсаторе равен 10 мкКл? (Ответ: )

17. Источник тока с ЭДС 15 В и внутренним сопротивлением 5 Ом замкнут на резистор с сопротивлением 10 Ом. К зажимам ис­точника подключен конденсатор емкостью 1 мкФ. Найдите заряд на конденсаторе. (Ответ:10 мк Кл)

18. Какой заряд приобретет конденсатор емкостью 20 пФ, если его подключить к источнику тока с ЭДС 5 В? (Ответ: 0,1нКл)

19. Чему будет равна сила тока при коротком замыкании ис­точника с ЭДС 20 В и внутренним сопротивлением 1,5 Ом? (Ответ: 13,3 А)

20. Определите общее сопротивление цепей, изображенных на рисунке.

(Ответ: а) 1,6 Ом; б) 5 Ом; в) 0,5 Ом; г) 2,6R.)

21. Определите общее сопротивление цепей, изображенных на рисунке.

(Ответ: а) 2,1 Ом; б) 5 Ом; в) 5 Ом; (73/34)R)

22. Имеется проводник сопротивлением R=36Ом. На сколь­ко равных частей следует разрезать этот проводник, чтобы общее сопротивление всех этих частей, соединенных параллельно, оказа­лось равным R = 1 Ом? (Ответ: )

23. Из куска проволоки сопротивлением 10 Ом сделано коль­цо (см. рис). Где следует присоединить подводящие провода, чтобы сопротив­ление кольца стало равным R=1 Ом? Найдите отношение а/b, в котором это кольцо будут делить точки присоединения подводящих проводов. (Ответ: )

24. Найдите общую силу тока в цепи, изображенной на ри­сунке, если ЭДС источника равна 24 В, его внутреннее сопро­тивление 2 Ом, а внешние сопротивления равны соответственно R1 = 2 Ом, R2 = 9 Ом, R3 = 9 Ом, R4 = 9 Ом, R5 = 5 Ом. (Ответ: 2A)

25. Какой ток I покажет ам­перметр (с пренебрежимо малым сопротивлением) в схеме, изобра­женной на рисунке? Сопро­тивления резисторов R1 = 1,25 Ом, R2 = 1 Ом, R3 = 3 Ом, R4 = 7 Ом, ЭДС источника равна 2,8 В. Внут­ренним сопротивлением источника пренебречь. (Ответ: 1,8A)

26. Изображенная на рисунке цепь составлена из бесконечно­го числа ячеек, состоящих их трех одинаковых резисторов R. Найди­те общее сопротивление всей цепи.

Указание: учесть, что присоеди­нение к бесконечному числу ячеек еще одной такой же ячейки не ме­няет общего сопротивления беско­нечной цепи. (Ответ: )

27. На рисунке изображе­на цепь, состоящая из бесконечно­го числа резисторов. Чему равно ее общее сопротивление? (Ответ: R=R)

28. Найдите общее сопротив­ление цепи, изображенной на ри­сунке, доказав предваритель­но, что: 1) потенциалы точек А и В одинаковы; 2) режим работы цепи не изменится, если резистор сопротивлением R5 из цепи иск­лючить, а точки А и В либо соединить, либо оставить разъединенными.

29. Найдите полное сопротивление цепи, составленной из резисторов с одинаковым сопротивлением R (рис). Указание: найти в цепи место, в котором можно, не меняя режима работы цепи, произвести разъединение. (Ответ: R=3R/2)

30. Два параллельно соединен­ных резистора с сопротивлениями R1 = 40 Ом и R2 = 10 Ом подключены к источнику тока с ЭДС 10 В. Общая сила тока в цепи 1 А. Чему будет равна сила тока при коротком замыкании?

31. Миллиамперметр с пределом измерения токов I = 25 мА необходимо использовать как амперметр с пределом измерения токов I = 5 А. Какое сопротивление Яш должен иметь шунт? Внут­реннее сопротивление миллиамперметра r=10Ом. Указание: шунт — это проводник, подключаемый параллельно для ответв­ления на себя части измеряемого тока.

32. Вольтметр рассчитан на измерение напряжений до мак­симального значения и = 30 В. Какое добавочное сопротивле­ние Яд нужно присоединить к вольтметру, чтобы им можно было измерять напряжения до и = 150 В? Внутреннее сопротивление вольтметра г=3 кОм. Указание: добавочное сопротивление — это проводник, подключаемый последовательно с вольтметром для того, чтобы часть измеряемого напряжения приходилась на него и прибор не зашкаливал. (Ответ: )

33. Электрическую лампу сопротивлением Rл = 240 Ом, рас­считанную на напряжение Uл = 120 В, надо питать от сети с на­пряжением U=220В. Какой длины нихромовый проводник се­чением 0,55 мм 2 надо включить последовательно с лампочкой? Удельное сопротивление нихрома 1,1 Ом·мм 2 /м.

34. Какую мощность будет потреблять 25-ваттная лампочка, рассчитанная на напряжение U1 = 120 В, если ее включить в сеть с напряжением U2 = 60 В? (Ответ: )

35. К источнику тока с внутренним сопротивлением 1 Ом подключаются два резистора с сопротивлением 0,5 Ом каждый. В одном случае резисторы подключаются последовательно, в дру­гом — параллельно. Найдите отношение мощностей, выделяю­щихся во внешней цепи в обоих случаях.

36. Железная и медная проволоки одинаковой длины и сече­ния соединены последовательно и включены в сеть на некоторое время. Затем эти проволоки соединили параллельно и снова включили в сеть на то же время. Найдите отношение количеств теплоты, выделившихся в проволоках в обоих случаях, если по железной проволоке и в том и в другом случае шел один и тот же ток. Удельное сопротивление железа ρ1= 0,12 мкОм·м, меди ρ2 = 0,017 мкОм·м.

37. Найдите ЭДС и внутреннее сопротивление аккумулято­ра, если при силе тока 15 А он отдает во внешнюю цепь мощность 135 Вт, а при силе тока 6 А — мощность 64,8 Вт. (Ответ: ; )

38. Батарея элементов, замкнутая на сопротивление R1=2 Ом, дает ток I1=1,6 А. Та же батарея, замкнутая на сопротивление R2=1Ом, дает ток I2=2 А. Найдите мощность, теряемую внутри батареи, во втором случае.

39. К одному и тому же источнику сначала подключают ре­зистор с сопротивлением R1= 2 Ом, а затем с сопротивлением R2 = 0,1 Ом. В обоих случаях на этих резисторах выделилась оди­наковая мощность. Найдите внутреннее сопротивление источ­ника. (Ответ: )

Читайте также:  Амперметр щитовой переменного тока е311 4а

Источник



Упражнение 5

1. Определите плотность тока j в проводнике длиной l = 10 м с удельным сопротивлением ρ = 5,5 • 10 -7 Ом • м, если напряжение на его концах U = 10 В.

2. Двум одинаковым плоским конденсаторам, соединенным параллельно, сообщен заряд q. В момент времени t = 0 расстояние между пластинами первого конденсатора начинает равномерно увеличиваться по закону d1 = d + υt, а расстояние между пластинами второго — равномерно уменьшаться по закону d2 = d — υt. Пренебрегая сопротивлением подводящих проводов, найдите силу тока в цепи во время движения пластин конденсаторов.

3. Какой заряд прошел через поперечное сечение проводника, если известно, что сила электрического тока в этом проводнике равномерно увеличилась от нуля до I = 5 А за t = 10 с?

4. При включении в электрическую цепь проводника диаметром d = 0,5 мм и длиной l = 470 мм разность потенциалов на концах проводника оказалась равной U = 1,2 В при силе тока в цепи I = 1 А. Определите удельное сопротивление р материала проводника.

5. Для измерения температуры применили железную проволоку, имеющую при температуре t = 10 °С сопротивление R = 15 Ом. При некоторой температуре t1 сопротивление ее стало R1 = 18 Ом. Определите эту температуру, если температурный коэффициент сопротивления железа α = 0,006 К -1 .

6. Падение напряжения на единицу длины вольфрамовой нити накаливания горящей электролампочки AU = 300 В/м; диаметр нити d = 6 • 10 -2 мм. Найдите силу тока в нити, если ее температура t = 2000 °С. Удельное сопротивление вольфрама при 0 °С ρ = 5,5 • 10 -7 Ом • м. Температурный коэффициент сопротивления α = 0,0046 К -1 .

7. Почему при включении в сеть нагревательного прибора большой мощности (например, электрокамина) накал лампочек в квартире сразу же заметно падает, а через небольшой промежуток времени увеличивается, достигая примерно прежней яркости?

8. Электрическую плитку, рассчитанную на напряжение 220 В, требуется переделать, не меняя и не укорачивая спирали, на 110 В так, чтобы ее мощность осталась прежней. Что нужно для этого сделать?

9. Лифт массой m = 1,4 т равномерно поднимается на высоту h = 20 м. Определите время подъема, если известно, что сила тока в электродвигателе лифта I = 40 А при напряжении на его зажимах U = 220 В. КПД двигателя η = 90%.

10. Какую массу льда, имеющего температуру t = -10 °С, можно растопить за время τ = 10 мин в электрокипятильнике, работающем от сети напряжением U = 220 В при силе тока I = 3 А? Коэффициент полезного действия электрокипятильника η = 80%. Удельная теплоемкость льда с = 2,1 • 10 3 Дж/(кг • К), удельная теплота плавления льда λ = 3,35 • 10 5 Дж/кг.

11. Сколько витков никелиновой проволоки надо навить на фарфоровый цилиндр диаметром d1 = 1,5 см, чтобы изготовить кипятильник, в котором за время τ = 10 мин закипает вода объемом V = 1,2 л, взятая при температуре t = 10 °С? КПД установки η = 60%; диаметр проволоки d2 = 0,2 мм; напряжение сети U = 100 В. Удельная теплоемкость воды с = 4,2 • 10 3 Дж/(кг • К); удельное сопротивление никелина ρ = 4,2 • 10 -7 Oм • м.

12. Какого сечения надо взять медный провод для устройства линии электропередачи от электростанции до потребителя, расположенного на расстоянии l = 1 км, чтобы передать потребителю мощность Р = 8 кВт? Напряжение на станции U = 130 В, допустимая потеря напряжения на линии β = 8%. Удельное сопротивление меди ρ = 1,7 • 10 -8 Ом • м.

13. Электрический чайник имеет две обмотки. При включении одной из них вода в нем закипает через промежуток времени t1 = 10 мин, а при включении другой — через t2 = 15 мин. Через сколько времени закипит вода в чайнике, если обе обмотки включить одновременно: а) параллельно; б) последовательно?

14. Найдите сопротивление цепи, схема которой изображена на рисунке 2.39. Сопротивлением соединительных проводов АС’ С и BC”D пренебречь.

15. Когда ключ S замкнут, сопротивление участка цепи, схема которой изображена на рисунке 2.40, равно R1 = 80 Ом. Определите сопротивление R2 этого участка цепи при разомкнутом ключе. Сопротивлением соединительных проводов пренебречь.

16. В цепи, схема которой представлена на рисунке 2.41, R1 = 10 Ом, R2 = 40 Ом; приложенное к зажимам цепи напряжение U = 120 В. Определите сопротивление резистора R3, если сила тока в нем I 3 = 2 А.

17. Сопротивление делителя напряжения (потенциометра) R1 = 80 Ом (рис. 2.42). Сопротивление нагрузки R2 = 100 Ом. Напряжение на зажимах потенциометра U = 50 В. Какими будут показания амперметра и вольтметра, если движок потенциометра поочередно устанавливать в точках А, В, С и D? Сопротивлениями амперметра и соединительных проводов пренебречь, а сопротивление вольтметра считать бесконечно большим.

18. Какое сопротивление г необходимо включить между точками С и D (рис. 2.43), чтобы сопротивление всей цепочки (между точками Л и В) не зависело от числа элементарных ячеек?

19. Найдите сопротивление R тетраэдра (правильной треугольной пирамиды), изготовленного из шести проволочек сопротивлением R каждая. Подводящие провода присоединены к любым двум вершинам тетраэдра.

20. Найдите сопротивление R проволочного куба при включении его в цепь между точками А и В (рис. 2.44). Сопротивление каждого ребра куба равно R.

21. Найдите сопротивление R пятиконечной звезды, показанной на рисунке 2.45, все участки которой обладают одинаковым сопротивлением г. Подводящие провода присоединены к точкам А и К.

22. Каков заряд пластин конденсатора С в цепи, схема которой изображена на рисунке 2.46? Сопротивления резисторов R1, R2 и R3 и напряжение U считаются известными.

23. Предел измерения миллиамперметра с внутренним сопротивлением R = 150 Ом равен I = 10 мА. Какой длины l нужно взять манганиновую проволоку диаметром d = 0,1 мм в качестве добавочного резистора, чтобы использовать этот миллиамперметр как вольтметр с пределом измерения U = 10 В? Удельное сопротивление манганина ρ = 4,2 • 10 -7 Ом • м.

24. Если вольтметр соединить последовательно с резистором сопротивлением R = 10 кОм, то при напряжении в цепи U = 120 В он покажет U1 = 50 В. Если соединить его последовательно с резистором неизвестного сопротивления, то при том же напряжении он покажет U2 = 10 В. Чему равно неизвестное сопротивление?

25. Для определения напряжения на резисторе R к концам его подключают вольтметр. Какая относительная ошибка 5 будет допущена, если показания вольтметра принять за то напряжение, которое было на резисторе до включения прибора? Сила тока в цепи постоянна. Сопротивление вольтметра R.

Источник