Тема 2. Законы постоянного тока. (4 ч.)

Сила и плотность тока. Сторонние силы. Электродвижущая сила. Законы Ома. Закон Ома в дифференциальной форме. Разветвленные электрические цепи. Правила Кирхгофа. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца.

Вопросы для самопроверки:

1. Что такое электрический ток?

2. Дайте определение величины (силы) тока.

3. Дайте определение разности потенциалов (напряжения).

4. Дайте определение электродвижущей силы.

5. Напишите закон Ома для участка цепи. Сравните его с законом Ома в дифференциальной (локальной) форме.

6. Напишите формулу для сопротивления последовательно соединенных резисторов.

7. Напишите формулу для сопротивления параллельно соединенных резисторов.

8. Как зависит сопротивление проводника от его геометрических размеров.

9. Запишите формулу зависимости проводника от температуры.

10. Запишите закон Ома для полной цепи.

11. Какой участок цепи называется неоднородным?

12. Запишите закон Ома для неоднородного участка цепи.

13. Какими характеристиками описывается источник ЭДС?

14. Сформулируйте и запишите правило узлов Кирхгофа.

15. Сформулируйте и запишите правило контуров Кирхгофа

 

Задачи для решения в аудитории:

1. Обмотка катушки из медной проволоки при температуре 14⁰С имеет сопротивление 10Ом. После пропускания тока сопротивление обмотки стало 12,2Ом. До какой температуры нагрелась обмотка? Температурный коэффициент сопротивления меди 4,15×10^{-3 0}С^-1.

2. Элемент, амперметр и некоторое сопротивление включены последовательно. Сопротивление сделано из медной проволоки длиной 100м и поперечным сечением 2мм², сопротивление амперметра 0,05Ом; амперметр показывает 1,43А. Если же взять сопротивление из алюминиевой проволоки длиной 57,3м и сечением 1мм², то амперметр покажет 1А. Найти Э.Д.С. элемента и его внутреннее сопротивление.

3. Сила тока в проводнике меняется со временем по уравнению I=4+2t. Какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за время от 2 до 6 секунд? При какой силе постоянного тока за это же время проходит такой же заряд?

4. Определить плотность тока в железном проводнике длиной 10м, если провод находится под напряжением 6В.

5. Намотка в электрической кастрюле состоит из двух одинаковых секций. сопротивление каждой секции 20Ом. Через сколько времени закипит 2,2л воды если: 1)включена одна секция; 2)обе секции включены последовательно; 3)обе секции включены параллельно? Начальная температура воды 16ºС, напряжение в сети 110В, к.п.д. нагревателя 85%.

6. Электрический чайник с 1200см³ воды при 9ºС, сопротивление обмотки которого 16Ом, забыли выключить. Через сколько времени после включения вся вода в чайнике выкипит? Напряжение в сети 220В, к.п.д. чайника 60%.

7.
Две батареи аккумуляторов (ε₁=10В, r₁=1Ом; ε₂=8В, r₂=2Ом) и реостат (R=6 Ом) соединены, как показано на рисунке 6. Найти силу тока в батареях и реостате.

8. Два источника тока (ε₁=8В, r₁=2Ом; ε₂=6В, r₂=1,5Ом) и реостат (R=10Ом) соединены, как показано на рисунке 7. Вычислить силу тока I, текущего через реостат.

9.
Определить силу тока I₃ в резисторе сопротивлением R₃ (рис.8) и напряжение U₃ на концах резистора, если ε₁=4В, ε₂=3В, R₁=2Ом, R₂=6Ом, R₃=1Ом. Внутренними сопротивле­ниями источников тока пренебречь.

10. Три батареи с ЭДС ε₁=12В, ε₂=5В и ε₃=10В и одина­ковыми внутренними сопротивлениями r, равными 1Ом, соединены между собой одноименными полюсами. Сопротивление соединитель­ных проводов ничтожно мало. Определить силы токов I, идущих че­рез каждую батарею.

11. К батарее аккумуляторов, ЭДС ε которой равна 2В и внутреннее сопротивление r = 0,5Ом, присоединен проводник. Определить: 1) сопротивление Rпроводника, при котором мощность, выделяемая в нем, максимальна; 2) мощность Р, которая при этом выделяется в проводнике.

 

Домашнее задание:

1. Сила тока в проводнике равномерно нарастает от 0 до 3А в течение 10 секунд. Определить заряд, прошедший в проводнике.

2. Сколько витков нихромовой проволоки диаметром 1мм надо навить на фарфоровый цилиндр радиусом 2,5см, чтобы получить печь сопротивлением 40Ом?

3. Сколько надо заплатить за пользование электрической энергией в месяц, если ежедневно по 6 часов горят 2 лампочки, потребляющие при 120В ток 0,5А? Кроме того ежедневно кипятится 3л воды с начальной температурой 10ºС (к.п.д. нагревателя 80%). Стоимость 1кВтч энергии принять равной 4коп.

4. Электрический чайник имеет две обмотки При включении одной из них вода закипает через 15мин, при включении другой через 30мин. Через сколько времени закипит вода, если включить обе обмотки: 1) последовательно; 2) параллельно.

5. Два цилиндрических проводника, один из меди, другой из алюминия, имеют одинаковую длину и одинаковое сопротивление. Во сколько раз медный провод тяжелее алюминиевого?

6. Для нагревания 4,5л воды от 23ºС до кипения нагреватель потребляет 0,5кВтч электрической энергии. Чему равен к.п.д. нагревателя?

7. Найти количество теплоты, выделяющееся ежесекундно в единице объема медного провода при плотности тока 30А/см2

8.
Три источника тока с ЭДC ε₁=11В, ε₂=4В и ε₃=6В и три реостата с сопротивлениями R₁=5Ом, R₂=10Ом и R₃=2Ом соединены, как показано на рисунке 9. Определить силы токов I в реостатах. Внутреннее сопротивление источника тока пренебрежимо мало.

 

9.
Тpи сопротивления R_l=5Ом, R₂=1Ом и R₃=3Ом, а так­же источник тока с ЭДС ε₁=1,4В соединены, как показано на рисунке 10. Определить ЭДС ε источника тока, который надо подключить в цепь между точками А и В, чтобы в сопротивлении R₃ шел ток силой I = 1А в направлении, указанном стрелкой. Сопротивлением источника тока пренебречь.

10. Зашунтированный амперметр измеряет токи силой до I=10А. Какую наибольшую силу тока может измерить этот амперметр без шунта, если сопротивление R_А амперметра равно 0,02Ом и сопротивление R_ш шунта равно 5мОм?