Постоянный ток -2 Для групп 411 и

Постоянный ток -2

Для групп 411 и 412: РГР-2– Постоянный ток Портал Иж. ГСХ / личный кабинет / каф. физики / пароль / моя библиотека / методички / каф. Физики / РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ПО КУРСУ «ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ» 2013 (Ульянов А. И. , метод. указание), задание 2. № варианта – номер студента из списка группы, имеющегося у меня. В варианте 5 задач. Номера задач вариантов – в методичке. Срок сдачи 24 марта. Оценка идет в рейтинг марта.

5. ТАБЛИЦА ВАРИАНТОВ Номер варианта Номер задачи 1 1 11 21 31 41 51 61 71 81 2 2 12 22 32 42 52 62 72 82 3 3 13 23 33 43 53 63 73 83 4 4 14 24 34 44 54 64 74 84 5 5 15 25 35 45 55 65 75 85 6 6 16 26 36 46 56 66 76 86 7 7 17 27 37 47 57 67 77 87 8 8 18 28 38 48 58 68 78 88 9 9 19 29 39 49 59 69 79 89 10 10 20 30 40 50 60 70 80 90 11 1 12 23 34 45 56 67 78 89 12 2 13 24 35 46 57 68 79 90 13 3 14 25 36 47 58 69 80 81 14 4 15 26 37 48 59 70 71 82 15 5 16 27 38 49 60 61 72 83

Лекция 7. Постоянный ток -2 - Работа и мощность тока - Закон Джоуля – Ленца - КПД замкнутой эл. цепи - Правила Кирхгофа Т. И. Трофимова, Курс физики, 1988 г § 99 – 101, стр: 183 - 189

1. Работа и мощность тока. Закон Джоуля – Ленца Пусть к участку цепи приложено напряж. U За dt через сечение пр-ка проходит заряд: При этом силы эл. поля, действующего на данном участке, совершают работу: Полная работа: [A] =А·В·с = [Дж] [A] = [к. Вт-час] Мощность

Работа, соверш. в ед. t, - мощность N: [N] = В·А = [Вт] (Ватт) По закону Ома: U =I·R: Закон Дж-Ленца

При токе через сопр. R работа эл. тока идет на его нагревание. В пр-ке выделся теплота Q = A: Закон Джоуля - Ленца Если ток измен-ся с течением t, то Закон Дж. – Ленца в интегральной форме. где I=I(t) Закон Дж-Ленца в дифф. форме

2. Закон Дж. -Ленца в дифф. форме dℓ S I В пр-ке выделим эл. объем d. V=S·dℓ d. V ω – удельная тепловая мощность. Закон Дж. Ленца в дифф. форме, Справедлив для любой точки пр-ка. Батареи ист. тока

3. Соединение источников тока в батареи Послед. соед-е: ξ 1 ξ 2 ξБ = ξ 1 + ξ 2 +…+ ξn + + r 1 ξБ r 2 r. Б = r 1 + r 2 +. . + rn Паралл. соед-е. +ξ r 1 ξ + r 2 Соединяют источники с одинаковыми ξ ξБ = ξ Если r одинаковые: ξБ Мощность цепи

4. КПД и мощность замкн. эл. цепи Если к пр-ку приложено напряжение U и течет ток I, то в нем выделяется мощность N = I·U ξ - + Имеется замкнутая эл. цепь. r R Закон Ома для I замкнутой цепи: R –полезная нагрузка, r - внутр. сопр. источн. тока Полная мощность тока в эл. цепи: N = I · ξ КПД цепи, перенос рис. N – полная, NR- полезная, выделяемая на полезной нагрузке, Nr -теряемая на r, мощности.

ξ- + η – коэфф. полезного действия (КПД) эл. цепи. r I R КПД эл. цепи. UR – падение напряж. на полезной нагрузке R, ξ – ЭДС, r –внутр. сопр-е источника тока. Условие max мощности

ξ r I R Найдем при каком R полезная NR → max. Математика: если NR=f(R) то условие экстремума функции: Производная по R: 3 ξ ≠ 0. r – R = 0. R = r Перенос ф-лы

Max. мощность на полезной R = r нагрузке выд-ся при условии равенства внешн. и внутрен. сопрот-ий цепи. Согласование сопр-ний цепи важно для радиотех-ки, где токи малы. Для электротех-ки, где токи велики, это не выгодно. Действ-но, при R = r: КПД = 50%, это мало! Поэтому в электротех-ке берут R>>r. Ток КЗ

ξ 5. Ток короткого замыкания Сила тока в полной цепи: r I R При кор. замыкании R = 0 Тогда ток кор. замык-я IКЗ: Для источн. тока с малым r токи КЗ велики, что может быть для них опасно. Пример, для автомоб-х аккумуляторов r ≈ 0, 03 Ом. IКЗ = 12/0. 03 = 400 А. Опасно! Прав. Кирхгофа

6. Правила Кирхгофа для разветвленных эл. цепей Позволяют найти токи в сложных цепях. Точка цепи, в которой сходятся 3 и более пров-ков – узел. 1 -вое прав. Кирхгофа– алгебраическая сумма токов в узле равна нулю. Для точки О: I 1 + I 3 – I 2 = 0. 2 -ое прав. Кирхгофа

2 -ое прав. Кирхгофа – алгебр. сумма падений напряж. на участках Контура равна алгебр. сумме ЭДС источн. тока в этом К. Контур – замкн. эл. цепь Порядок выполн-я: -Указ. напр. токов в цепи, учит. 1 -ое пр. Кирх -Указ. направл-е ЭДС в цепи: + ξ -Выбр. напр. обхода К и сдел. их полный обход -Состав. ур-ния 2 -го прав. Кирх. при обходе К. cчитая +U и +ξ, если их направл-я. совпадают с направл. обхода К. -Число урав-ний равно числу неизвестных. Схема

I 1 R 1 ξ 1 r 1 R 3 ξ 2 r 2 1 I 2 R 2 I 3 2 R 1= 3 Ом; r 1=1 Ом R 2= 2 Ом; r 2= 1 Ом R 3= 4 Ом I 1 -? ξ 1= 12 В I 2 -? I 3 -? ξ 2= 2 В Подставить в цифрах + I 2 = 0, 8 А I 3 = -1, 1 А I 1 =1, 9 А Знак «-» направление I 3 Измер. тока

7. Измерение силы тока Амперметр (А) включают в цепь послед-но. Вн. сопр-е А мало′(r. A<< RН) RН А r. A Для расшир-я пред. измер. // А вкл. шунт. Часть I идёт через А, часть I I Ш RШ через RШ. А 1 IA r. A 2 n – отнош. тока в цепи к току через А. Перенос рис.

I IШ 1 RШ А IA RA 2 Обозначим: n – отнош. тока в цепи к току через А. Отсюда: Шунт сопр-ем RШ расширяет в n раз пре-дел измер. ампер-ра с вн. сопр. r. А. Измер. напряжения.

8. Измерение напряжения Вольтметр (В) подсоед-ют // к уч. цепи, в котором надо измерить U. В U на В такое же как и на R. Но В имеет вн. сопр. r. B и изменяет R участка цепи. R Поэтому r. B делают большим (r. B>>R). r. В Для расшир-ия предела измер. послед-но с В ставят добавоч. В r. В ное сопр-ние RД. R Д UB UД U Перенос рис.

В r. В RД UB UД При измер-ии U часть напряж. падает на r. В и часть на RД: U Сила тока в цепи: Обозначим: Добавочное сопр. RД, в n раз расширяет пред. измерения В-ра c внутр. сопр-м r. В. Тесты

Тест 1. Б А R R В R Г R По какой схеме вольтметр правильно измеряет напряж. на резисторе R? По какой схеме амперметр правильно измеряет силу тока, текущего через резистор R

Тест 2 На рис. представлены результаты исследования зависимости силы тока в цепи от значения R, подключенного к источнику пост. тока. ЭДС источника и его внутреннее сопротивление соответственно равны … 1) 12 В, 1 Ом 2) 9 В, 0, 5 Ом 3) 24 В, 3 Ом 4) 18 В, 2 Ом

1) 12 В, 1 Ом 2) 9 В, 0, 5 Ом 3) 24 В, 3 Ом 4) 18 В, 2 Ом r = 1 Ом ξ = 6 + 6 = 12 В

Графическое представление N 1 При условии R=r выделяемая мощность максимальна, а КПД цепи равен 50%.