-->
|
|
|
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 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 1Ïëîñêèé 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:
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,
Çàäà÷à 2Óäåëüíîå 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
Çàäà÷à 3Äâà 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
Çàäà÷à 4Ëèíèÿ 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:
Ïîäñòàâëÿÿ íàéäåííîå çíà÷åíèå ñèëû òîêà â âûðàæåíèå äëÿ ïåðåäàâàåìîé ìîùíîñòè (2.10.1), ïîëó÷èì:
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.
|
|
|