Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






  • Примеры решения задач. Задача 1. Сила тока в проводнике изменяется за время от t1 = 3 c до t2 = 7 с по закону I = At2 + B, где А = 0,1 А/с2






    Задача 1. Сила тока в проводнике изменяется за время от t1 = 3 c до t2 = 7 с по закону I = At2 + B, где А = 0, 1 А/с2, В = 2 А. Определить заряд, прошедший по проводнику.

    q –? Решение: Сила тока , отсюда . Полный заряд, прошедший по проводнику за время от t1 = 3 c до t2 = 7 с:   .   Произведем вычисления:   Ответ: q = 18, 5 Кл.
    I = At2 + B А = 0, 1 А/с2 В = 2 А t1 = 3 c t2 = 7 с

     

     

    Задача 2. Определить плотность тока, если за t = 2 c через проводник сечением S = 1, 6 мм2 прошло N = 2·1019 электронов.

     

    J –? Решение: Плотность тока определяется по формуле . Сила тока
    t = 2 c S = 1, 6 мм2 N = 2·1019 е = 1, 6·10–19 Кл

    отсюда получаем

    Произведем вычисления:

     

    .

     

    Ответ: j = 104 А/м2.

    Задача 3. По медному проводнику сечением S = 0, 8 мм2 течет ток I = 80 мА. Найти среднюю скорость упорядоченного движения электронов < V> проводника, предполагая, что на каждый атом меди приходится один свободный электрон. Молярная масса меди μ = 63, 5 г/моль.

     

    < V> –? Решение: Плотность тока может быть определена по формуле , (1) с другой стороны, плотность тока связана со скоростью упорядоченного движения электронов формулой . (2) Приравнивая эти выражения, получим . откуда (3)
    S = 0, 8 мм2 = 0, 8·10–6 м2 ρ = 8, 9 = 8, 9·103 кг/м3 μ = 63, 5·10–3 кг/моль

     

    Найдем концентрацию свободных электронов n. Плотность меди может быть определена по формуле

    , (4)

    где V0 = 1 м3, mа – масса атома меди

    , (5)

    где NA – число Авогадро.

    С учетом (5) формула (4) запишется в виде

    ,

    откуда

    . (6)

    Подставим (6) в формулу (3), получим

    .

    Ответ: ρ = 7, 4·10-6 м/с.

     

    Задача 4. В цепи (рис. 7) амперметр показывает силу тока I = 1, 5 А. Сила тока I1 через сопротивление R1 равна 0, 5 А. Сопротивление R2 = 2 Ом, R3 = 3 Ом. Определить сопротивление R1, а также силу токов I2 и I3, протекающих через сопротивление R2 и R3.

     

    R1 –? I2 –? I3 –? Решение:   Рис. 8.   Для узла О запишем первое правило Кирхгофа: I1+ I2+ I3 = I. (1)  
    I = 1, 5 А I1 =0, 5 А R2 = 2 Ом R3 = 3 Ом

    Сопротивления R1, R2 и R3 соединены параллельно, поэтому напряжения на них одинаковы:

    I1R1 = I2R2, (2)

    I2R = I3R3. (3)

    Решим систему уравнений (1) – (3) относительно I2, I3 и R1.

    Из (1) выражаем I2:

    I2 = I – I1 – I3 (4)

    и подставляем в (3)

    (I – I1 – I3)R2 = I3R3. (5)

    Из уравнения (5) находим I3:

    Из уравнения (4) вычисляем I2:

    I2 = 1, 5 – 0, 5 – 0, 25 = 0, 75A.

    Из уравнения (2) находим R1:

     

    Ответ: I2 = 0, 75 А, I3 = 0, 25 А, R1 = 3 Ом.

     

    Задача 5. Когда к источнику тока подключили резистор сопротивлением R1 = 5 Ом, то сила тока стала I1 = 1 А, а когда подключили резистор сопротивлением R2 = 15 Ом, то I2 = 0, 5 А. Определить ЭДС источника тока, его внутреннее сопротивление и ток короткого замыкания.

     

       
    ε –? r –? Iкз –? Решение: Дважды запишем закон Ома для полной цепи: (1) Решаем систему относительно r и ε:
    R1 = 5 Ом R2 = 15 Ом I1 = 1А I2 = 0, 5 А

    (2)

     

    .

    Отсюда получаем

    .

    Зная величину внутреннего сопротивления r, найдем ЭДС источника тока, используя, например, первое уравнение системы (2):

     

    .

    Ток короткого замыкания

    Ответ: ε = 10 В, r = 5 Ом, Iкз = 2 А.

     

    Задача 6. В схеме (рис. 9): R2 = 3 Ом, R1 = R3 = 6 Ом, R4 = 4 Ом, U = 12 В. Найти показание амперметра.

     

     

    Рис. 9

    I –? Решение: Найдем общее сопротивление цепи. Сопротивления R2 и R3 соединены параллельно, их можно заменить сопротивлением R23: .
    R2 = 3 Ом R1 = R3 = 6 Ом R4 = 4Ом U = 12 В

    .

    Последовательное соединение R23 и R4 заменяем сопротивлением R234:

    R234 = R23 + R4;

    R234 = 2+4 = 6 Ом.

    Оставшееся параллельное соединение R1 и R234 можно заменить сопротивлением R1234:

    ;

    ;

    .

    Теперь схема приняла вид

     

     

    Рис. 10

    Ток через амперметр

    ; .

    Ответ: I = 4 А.

    Задача 7. В схеме, изображенной на рис. 11, ε 1 = 1 В, ε 2 = 1, 3 В, r1 = 3 Ом, r2 = 5 Ом и R = 7 Ом. Найти разность потенциалов между точками А и В, В и С, С и А.

     

     

     

    Рис. 11

     

    φ А – φ В –? φ В – φ С –? φ С – φ А –? Решение: Так как источники подключены последовательно одноименными полюсами, то по закону Ома для полной цепи , . Разность потенциалов:
    ε 1 = 1 В ε 2 = 1, 3 В r1 = 3 Ом r2 = 5 Ом R = 7 Ом

    Ответ: φ А − φ В = - 0, 14 В; φ В − φ С = 1, 2 В; φ С − φ А = - 1, 06 В.

    Задача 8. Определить сопротивление мотка стальной проволоки диаметром d = 1 мм. Масса проволоки 300 г.

     

    R –? Решение: Сопротивление проволоки , (1) где S - площадь поперечного сечения;
    d = 1 мм = 0, 001 м ρ 1 = 1, 5·10–8 Ом·м ρ 2 = 7, 8·103 кг/м3 m = 300 г = 0, 3 кг

    . (2)

    Объем проволоки равен объему цилиндра с основанием S и высотой l

    V=S·l. (3)

    Масса проволоки

    m=V·ρ 2=S·l ρ 2, (4)

    отсюда

    . (5)

    Тогда ;

    .

    Ответ: R = 9, 4 Ом.

     

    Задача 9. Вольфрамовая нить электрической лампы при температуре t1 = 2000 oC имеет сопротивление R1 = 204 Ом. Определить ее сопротивление при температуре t2 = 20 oC. Температурный коэффициент сопротивления вольфрама α = 4, 6·10–3 К–1.

    R2 –? Решение: Учитывая зависимость сопротивления R от температуры t, запишем систему уравнения для двух температур R1 = R0(1 – α t1); (1) R2 = R0(1 – α t2). (2)  
    R1 = 204 Ом t1 = 2000 oC t2 = 20 oC α = 4, 6·10–3 К–1

    Поделим одно уравнение на другое:

    откуда

    ;

    .

    Ответ: R2 = 20 Ом.

     

    Задача 10. На концах медного провода длиной l = 5 м поддерживается напряжение U = 1 В. Определить плотность тока в проводе.

     

    j –? Решение: Закон Ома в дифференциальной форме для однородного участка цепи . Напряженность электрического поля в проводе ,
    l = 5 м U = 1 В ρ =1, 7·10–8 Ом·м

    где U – напряжение, поддерживаемое на концах проводника; l – длина провода.

    Проводимость

    ,

    тогда ;

    .

     

    Ответ: j = 1, 18·107 А/м2.

    Задача 11. В цепи, изображенной на рис. 12, найти токи через сопротивления R1 = 2 Ом, R2 = 4 Ом, R3 = 2 Ом. ЭДС источников тока равны соответственно ε 1 = 1 В, ε 2 = 3 В, ε 3 = 5 В. Внутренними сопротивлениями источников пренебречь.

     

     

    Рис. 12.

    I1 –? I2 –? I3 –? Решение: Для решения задачи используем правила Кирхгофа. 1. Возле каждого сопротивления указываем величину и направление тока (направление выбираем произвольно); 2. Запишем первое правило Кирхгофа для узла А I1 +I2 + I3 = 0; (1) 3. Цепь состоит из двух контуров, обозначенных а и б. Для контура а второе правило Кирхгофа при выбранном направлении обхода по часовой стрелке имеет вид I1R1 – I2R2 = –ε 1 – ε 2. (2)
    R1 = 2 Ом R2 = 4 Ом R3 = 2 Ом ε 1 = 1 В ε 2 = 3 В ε 3 = 5 В

    Для контура б с тем же направлением обхода

    I2R2 – I3R3 = ε 2 + ε 3. (3)

    Решаем систему уравнений (1) – (3) методом исключения неизвестных. Из уравнения (1) получаем

    I1 = – (I2 + I3). (4)

    Подставляя (4) в (2), получаем

    (I2 + I3)R1 – I2R2 = –ε 1 – ε 2;

    I2R2 + I3R1 + I2R2 = ε 1 + ε 2;

    I2(R1 + R2) + I3R1 = ε 1 + ε 2. (5)

    Умножив выражение (3) на R1, а выражение (5) на R3, и сложив полученные выражения, получаем

     

    I2R1R2 + I2(R1 + R2)R3 = (ε 2 + ε 3)R1 + (ε 1 ε 2)R3.

     

    Отсюда находим I2:

    ;

    .

    Из выражения (5) находим I3:

     

    ;

    .

    Из выражения (4) получаем

     

    I1 = –(I2 + I3) = –(1, 2 – 1, 6) = 0, 4 А.

     

    Так как I3 < 0, то реальное направление I3 противоположно указанному на рисунке, а направления токов I1 и I2 совпадают с указанными.

     

    Ответ: I1 = 0, 4 А; I2 = 1, 2 А; I3 = 1, 6 А.

     

     






    © 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
    Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
    Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.