-->
2.10. Ïðèìåðû ðåøåíèÿ çàäà÷. Ôèçèêà 10-11 êë. Ìÿêèøåâ
ìîé ÞÒÓÁ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!
ìîé ÒÅËÅÃÐÀÌ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!

 


Ñîäåðæàíèå

 

Ãëàâíàÿ >> Ýëåêòðîäèíàìèêà. Ôèçèêà 10-11 êë. Ìÿêèøåâ

Ãëàâà 2. Ïîñòîÿííûé ýëåêòðè÷åñêèé òîê

 


§2.10. Ïðèìåðû ðåøåíèÿ çàäà÷

 çàäà÷àõ íà ìàòåðèàë ïðåäûäóùèõ ïàðàãðàôîâ ãëàâû èñïîëüçóåòñÿ çàêîí Îìà (2.4.3), à òàêæå ôîðìóëû (2.4.6), (2.5.1) è (2.5.2) äëÿ çàâèñèìîñòè ñîïðîòèâëåíèÿ îò ñâîéñòâ ïðîâîäíèêà è òåìïåðàòóðû.

Ïðè ðåøåíèè çàäà÷ íà ðàáîòó è ìîùíîñòü òîêà íàäî ïðèìåíÿòü ôîðìóëû (2.7.1)—(2.7.7).  çàäà÷àõ íà òåïëîâîå äåéñòâèå òîêà èñïîëüçóåòñÿ çàêîí Äæîóëÿ—Ëåíöà. Ïðè÷åì ôîðìóëîé Q = I2RΔt óäîáíî ïîëüçîâàòüñÿ äëÿ ïîñëåäîâàòåëüíîãî ñîåäèíåíèÿ ïðîâîäíèêîâ, òàê êàê ñèëà òîêà â ýòîì ñëó÷äå îäèíàêîâà âî âñåõ ïðîâîäíèêàõ. Ïðè ïàðàëëåëüíîì ñîåäèíåíèè ïðîâîäíèêîâ óäîáíà ôîðìóëà òàê êàê â ýòîì ñëó÷àå îäèíàêîâî íàïðÿæåíèå íà âñåõ ïðîâîäíèêàõ.

Ïðè ðåøåíèè çàäà÷ íà ýëåêòðè÷åñêèå öåïè ïîñòîÿííîãî òîêà íàäî, êàê ïðàâèëî, íàðèñîâàòü ñõåìó öåïè è âûÿñíèòü, êàêèå ïðîâîäíèêè ñîåäèíåíû ìåæäó ñîáîé ïîñëåäîâàòåëüíî, êàêèå — ïàðàëëåëüíî, è âîñïîëüçîâàòüñÿ íåîáõîäèìûìè ôîðìóëàìè äëÿ ïîñëåäîâàòåëüíîãî è ïàðàëëåëüíîãî ñîåäèíåíèÿ ïðîâîäíèêîâ (2.8.3)—(2.8.15).

 áîëåå ñëîæíûõ ñëó÷àÿõ, êîãäà â ñõåìå íåâîçìîæíî âûäåëèòü ïîñëåäîâàòåëüíî è ïàðàëëåëüíî ñîåäèíåííûå ïðîâîäíèêè, ñëåäóåò ïîïûòàòüñÿ íàéòè òî÷êè ñ îäèíàêîâûìè ïîòåíöèàëàìè. Ýòè òî÷êè ìîæíî èëè ðàçúåäèíèòü, èñêëþ÷èâ ñîåäèíÿþùèå èõ ïðîâîäíèêè, èëè ñîåäèíèòü â îáùèé óçåë. Òîêè â ýëåêòðè÷åñêîé öåïè îò ýòîãî íå èçìåíÿòñÿ, òàê êàê ìåæäó òàêèìè òî÷êàìè òîê íå èäåò. Òî÷êè ñ ðàâíûìè ïîòåíöèàëàìè ëåãêî íàéòè â ñõåìàõ, îáëàäàþùèõ ñèììåòðè÷íûìè êîíòóðàìè. Ïîñëå ñîåäèíåíèÿ èëè ðàçúåäèíåíèÿ òî÷åê ñ ðàâíûìè ïîòåíöèàëàìè îáû÷íî ïîëó÷àåòñÿ ýêâèâàëåíòíàÿ ñõåìà, ñîñòîÿùàÿ èç ïîñëåäîâàòåëüíî è ïàðàëëåëüíî ñîåäèíåííûõ ïðîâîäíèêîâ.

Îäíàêî âñòðå÷àþòñÿ ñëîæíûå ñõåìû, â êîòîðûõ íå ñóùåñòâóåò òî÷åê ñ îäèíàêîâûìè ïîòåíöèàëàìè. Ðåøåíèå òàêèõ çàäà÷ òðåáóåò íåêîòîðîé èçîáðåòàòåëüíîñòè (ñì. ðåøåíèå çàäà÷è 9).

Çàäà÷à 1

Ïëîñêèé âîçäóøíûé êîíäåíñàòîð ñ êâàäðàòíûìè ïëàñòèíàìè (ñòîðîíà ïëàñòèíû à = 20 ñì) ðàâíîìåðíî ïîãðóæàåòñÿ â æèäêèé äèýëåêòðèê (ε = 3,3) òàê, ÷òî ïëàñòèíû îêàçûâàþòñÿ ïåðïåíäèêóëÿðíûìè óðîâíþ æèäêîñòè. Ðàññòîÿíèå ìåæäó ïëàñòèíàìè d = 2,5 ìì. Ê êîíäåíñàòîðó ïîäêëþ÷åí èñòî÷íèê ïîñòîÿííîãî íàïðÿæåíèÿ U = 100 Â. Êàêîâà ñèëà òîêà â ïðîâîäàõ, ñîåäèíÿþùèõ ïëàñòèíû ñ ïîëþñàìè èñòî÷íèêà, â ïðîöåññå ïîãðóæåíèÿ êîíäåíñàòîðà â äèýëåêòðèê ñî ñêîðîñòüþ υ = 0,5 ì/ñ?

Ðåøåíèå. Ñèëà òîêà, ñîãëàñíî ôîðìóëå (2.2.3), ðàâíà:

Ñèëà òîêà

Íàéäåì èçìåíåíèå çàðÿäà Δq íà îäíîé èç ïëàñòèí êîíäåíñàòîðà çà âðåìÿ Δt ïîëíîãî åãî ïîãðóæåíèÿ â äèýëåêòðèê.

 ìîìåíò íà÷àëà ïîãðóæåíèÿ çàðÿä íà ïëàñòèíå êîíäåíñàòîðà

ãäå ε0 = 8,85 • 10-12 Ô/ì — ýëåêòðè÷åñêàÿ ïîñòîÿííàÿ.  êîíöå ïîãðóæåíèÿ çàðÿä íà ïëàñòèíå êîíäåíñàòîðà

Ñëåäîâàòåëüíî, Âðåìÿ ïîãðóæåíèÿ

Çàäà÷à 2

Óäåëüíîå ñîïðîòèâëåíèå ãðàôèòîâîãî ñòåðæíÿ îò êàðàíäàøà ρ = 4 • 10-4 Îì • ì. ×åìó ðàâíà ñèëà òîêà I â ñòåðæíå, åñëè ê åãî êîíöàì ïðèëîæåíî íàïðÿæåíèå U = 6 Â? Äëèíà ñòåðæíÿ l = 20 ñì, åãî äèàìåòð d = 2 ìì.

Ðåøåíèå. Ïî çàêîíó Îìà (2.4.3) Ïëîùàäü ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ñòåðæíÿ Ñëåäîâàòåëüíî,

Çàäà÷à 3

Äâà ïðîâîäíèêà ñ òåìïåðàòóðíûìè êîýôôèöèåíòàìè ñîïðîòèâëåíèÿ α1 è α2 èìåþò ïðè 0 °Ñ ñîïðîòèâëåíèÿ R01 è R02. ×åìó ðàâåí òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò ñîïðîòèâëåíèÿ ïðîâîäíèêà, ñîñòàâëåííîãî èç äâóõ äàííûõ ïðîâîäíèêîâ, ñîåäèíåííûõ: à) ïîñëåäîâàòåëüíî; á) ïàðàëëåëüíî?

Ðåøåíèå. Ñîãëàñíî ñîîòíîøåíèþ (2.5.1) ñîïðîòèâëåíèÿ ïðîâîäíèêîâ ïðè òåìïåðàòóðå t ñîîòâåòñòâåííî ðàâíû:

R1 = R01(1 + α1t),

R2 = R02(1 + α2t)

à) Ïðè ïîñëåäîâàòåëüíîì ñîåäèíåíèè, ñîãëàñíî ôîðìóëå (2.8.6), îáùåå ñîïðîòèâëåíèå

R = R1 + R2 = R01 + R02 + (α1R01 + α2R02)t

Ñ äðóãîé ñòîðîíû, ìîæíî íàïèñàòü:

R = R0(1 + α't),

ãäå R0 = R01 + R02, à α' — èñêîìûé òåìïåðàòóðíûé êîýôôèöèåíò. Îòñþäà

á) Ïðè ïàðàëëåëüíîì ñîåäèíåíèè, ñîãëàñíî ôîðìóëå (2.8.13), îáùåå ñîïðîòèâëåíèå

ãäå — ñîïðîòèâëåíèå ïàðàëëåëüíî ñîåäèíåííûõ ïðîâîäíèêîâ ïðè 0 °Ñ. Ïðåíåáðåãàÿ ÷ëåíàìè, ïðîïîðöèîíàëüíûìè ïðîèçâåäåíèÿì òåìïåðàòóðíûõ êîýôôèöèåíòîâ, êàê ìàëûìè, ïîëó÷èì:

Çàäà÷à 4

Ëèíèÿ ýëåêòðîïåðåäà÷è èìååò ñîïðîòèâëåíèå R = 250 Îì. Êàêîå íàïðÿæåíèå äîëæíî áûòü íà çàæèìàõ ãåíåðàòîðà äëÿ òîãî, ÷òîáû ïðè ïåðåäà÷å ïî ýòîé ëèíèè ê ïîòðåáèòåëþ ìîùíîñòè Ð = 25 êÂò ïîòåðè â ëèíèè íå ïðåâûøàëè β = 4% ïåðåäàâàåìîé ïîòðåáèòåëþ ìîùíîñòè?

Ðåøåíèå. Ïåðåäàâàåìàÿ ìîùíîñòü

P = IU,                     (2.10.1)

ãäå I — ñèëà òîêà â ëèíèè, a U — èñêîìîå íàïðÿæåíèå. Ïîòåðè ìîùíîñòè â ëèíèè ýëåêòðîïåðåäà÷è

Pïîòåðü = βP = βIU.                     (2.10.2)

Ñ äðóãîé ñòîðîíû,

Pïîòåðü = I2R.                     (2.10.3)

Èç ðàâåíñòâ (2.10.2) è (2.10.3) íàõîäèì:

Ïîòåðè ìîùíîñòè

Ïîäñòàâëÿÿ íàéäåííîå çíà÷åíèå ñèëû òîêà â âûðàæåíèå äëÿ ïåðåäàâàåìîé ìîùíîñòè (2.10.1), ïîëó÷èì:

âûðàæåíèå äëÿ ïåðåäàâàåìîé ìîùíîñòè

Çàäà÷à 5

Òðè íàãðåâàòåëüíûõ ïðèáîðà ìîùíîñòüþ Ð1 = 50 Âò, Ð2 = 25 Âò è Ð3 = 50 Âò, ðàññ÷èòàííûå íà íàïðÿæåíèå U = 110  êàæäûé, ñîåäèíåíû, êàê ïîêàçàíî íà ðèñóíêå 2.30, è âêëþ÷åíû â ñåòü ñ íàïðÿæåíèåì U1 = 2U = 220 Â. Îïðåäåëèòå ìîùíîñòü, âûäåëÿåìóþ êàæäûì íàãðåâàòåëüíûì ïðèáîðîì.

Ðåøåíèå. Íîìèíàëüíûå ìîùíîñòè ïðèáîðîâ, ñîãëàñíî ôîðìóëå (2.7.7), ðàâíû ñîîòâåòñòâåííî:

Îòñþäà íàõîäèì ñîïðîòèâëåíèÿ ïðèáîðîâ (â ðàáî÷åì ñîñòîÿíèè):

Åñëè íå ó÷èòûâàòü èçìåíåíèå ñîïðîòèâëåíèÿ ïðèáîðîâ ïðè èõ ðàáîòå, òî îáùåå ñîïðîòèâëåíèå âñåõ íàãðåâàòåëüíûõ ïðèáîðîâ

Ñèëà òîêà â öåïè (è â íàãðåâàòåëüíîì ýëåìåíòå)

Ìîùíîñòü P'1 âûäåëÿåìóþ ïðèáîðîì 1, óäîáíî íàéòè ïî ôîðìóëå (2.7.6):

Íàïðÿæåíèå íà íàãðåâàòåëüíûõ ýëåìåíòàõ 2 è 3 ïî çàêîíó Îìà ðàâíî:

Òåïåðü íàéäåì ìîùíîñòü, âûäåëÿåìóþ ïðèáîðàìè 2 è 3:

Çàäà÷à 6

 öåïè, ñõåìà êîòîðîé èçîáðàæåíà íà ðèñóíêå 2.31, ñîïðîòèâëåíèÿ âñåõ ðåçèñòîðîâ èçâåñòíû è ðàâíû ñîîòâåòñòâåííî R1 = 2 Îì, R2 = 5 Îì, R3 = 2 Îì, R4 = 40 Îì, R5 = 10 Îì. Ñèëà òîêà â ðåçèñòîðå R4 I4 = 0,5 À. Îïðåäåëèòå ñèëó òîêà âî âñåõ îñòàëüíûõ ðåçèñòîðàõ è íàïðÿæåíèå íà çàæèìàõ öåïè.

Ðåøåíèå. Ðåøåíèå çàäà÷è çíà÷èòåëüíî îáëåã÷àåòñÿ, åñëè ïðèâåäåííóþ íà ðèñóíêå 2.31 ñõåìó çàìåíèòü ýêâèâàëåíòíîé (ðèñ. 2.32).

 çàäà÷àõ íà ñëîæíîå ñîåäèíåíèå áîëüøîãî êîëè÷åñòâà ðåçèñòîðîâ ðàñ÷åòû â îáùåì âèäå ìîæíî íå ïðîèçâîäèòü. Ïðîùå äëÿ êàæäîé âåëè÷èíû ñðàçó ïîëó÷àòü ÷èñëîâîé îòâåò. Íàéäåì ñèëó òîêà â ðåçèñòîðå R5. Îíà ðàâíà íàïðÿæåíèþ íà ðàçâåòâëåíèè 4—5, äåëåííîìó íà R5:

Îòñþäà

Íàïðÿæåíèå íà çàæèìàõ öåïè

U = I1R1 + I2R2 = 7,5 À • 2 Îì + 5 À • 5 Îì = 40 Â.

Èòàê, I1 = 7, 5 À; I2 = 5 À; I3 = 2,5 À; I5 = 2 A; U = 40 Â.

Îêîí÷àíèå ïàðàãðàôà >>>

 

 

Ðåéòèíã@Mail.ru
<">


Ñîäåðæàíèå

interfaceType: 0, withoutIframe: true,