NetNado
  Найти на сайте:

Учащимся

Учителям



Электрический ток


ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК.

Как решать задачи.

Задачи этой темы разнообразны по содержанию. Типичными являются задачи на расчет электрических цепей (нахождение токов, напряжений или сопротивлений отдельных элементов электрических цепей), на работу, мощность и тепловое действие тока и задачи на электролиз. Кроме того, имеется много комбинированных задач, требующих для их решения приме­нения формул из механики и молекулярной физики.

Основу электрической цепи составляет совокупность источников и по­требителей электрической энергии, соединительных проводов, выключателей и измерительных приборов. Источники постоянного тока характеризуются электродвижущей силой (ЭДС) и внутренним сопротивлением r. По­требителями электрического тока являются электрические двигатели, осве­тительные лампы, радиотехнические устройства, электронагревательные при­боры, электролизные установки, аккумуляторы во время зарядки и т. д.

Количественно ток характеризуют скалярной величиной — силой тока I, равной количеству заряда, проходящему через поперечное сечение проводника за единицу времени, т. е.

I=q/t

Сила тока — скаляр, который может быть как положительной, так и отрицательной величиной. Если выбрать определенное направление в про­воднике, то I > 0, когда ток течет в данном направлении, и I < 0 в про­тивном случае.

Плотность электрического тока определяется по формуле:

j = I/S = qanv,

где S — площадь поперечного сечения проводника; qa — заряд одной ча­стицы; п — концентрация свободных зарядов в проводнике; v — скорость направленного движения носителей тока.

Для вычисления силы и плотности тока, а также расчета сопротив­лений при наличии однородных проводников полезно обратить внимание на ряд следующих важных моментов.

  1. Прежде всего по условию задачи надо установить, имеется замкнутая электрическая цепь или же в задаче рассматривается какой-либо ее от­ дельный участок.

  2. Начертив схему, указать на ней все элементы цепи: источники тока, резисторы и т. д.

  1. Ток считать положительным на заданном участке 1 — 2, если он направлен от точки 1 к точке 2.

  2. ЭДС считать положительной на участке 1 — 2, если она повышает потенциал в направлении от точки 1 к точке 2, т. е. при мысленном движении вдоль участка 1 — 2 сначала встречается отрицательный полюс источ­ника, а затем положительный.

  3. При расчете силы тока, напряжения или сопротивления на участке
    цепи надо использовать закон Ома для участка, а в некоторых случаях
    закон Ома для замкнутой цепи:,

где I — сила тока; U — напряжение на участке цепи; R — сопротивление участка; r — внутреннее сопротивление источника тока; — ЭДС. Из зако­на Ома для участка цепи можно найти напряжение на участке U = IR. Если электрическая цепь замкнутая, то ЭДС можно определить как сумму па­дений напряжений на внешнем и внутреннем участках цепи, т. е. Е = IR + + Ir.

Из закона Ома для участка цепи можно выразить сопротивление R = U/I. Однако не следует делать ошибочный вывод, что сопротивление зависит от силы тока и напряжения. Сопротивление является индивидуаль­ным свойством самого проводника и зависит от длины проводника l, площади его сечения S, его материала и температуры T, а именно:

,

где при Т0=273 К;R0 -сопротивление проводника при 273К.

6. Часто требуется найти сопротивление разветвленной цепи, когда заданы сопротивления всех ее участков.

При параллельном соединении проводников напряжение на них одина­ково, общий ток в цепи равен сумме токов отдель­ных участков, общая проводимость равна сумме проводимостей отдельных участков

При последовательном соединении проводников величина тока в про­водниках одинакова, общее напряжение цепи равно сумме напряжений на отдельных участках. Общее сопротивление цепи (эквивалентное сопротивление) равно сумме сопротивлений отдельных участков R=R1+R2+…+Rn.

Исходя из законов параллельного и последовательного соединений проводников, рассчитывают шунты и дополнительные сопротивления к элект­роизмерительным приборам.

Если соединение проводников смешанное, его надо разложить на участ­ки последовательного и параллельного соединений и найти сопротивление всей цепи. Если такое разложение выполнить невозможно, то это соединение проводников необхо­димо заменить эквивалентным. Эквивалентные замены основаны на воз­можности соединять и разъединять точки цепи, имеющие равные потенциа­лы. Найти такие точки можно из соображений симметрии. Если вход и выход схемы лежат на оси симметрии, то в цепи будет симметричное распределение токов, и любые две точки, симметричные относительно этой оси, будут иметь равные потенциалы.

  1. При решении задач на расчет сложных электрических цепей, со­держащих несколько источников тока, используют правила Кирхгофа.

  2. В задачах на работу и мощность электрического тока надо использовать формулы:

A=qU=UIt;P=UI

Если на участке цепи электрическая энергия переходит только во внутреннюю, то работа и мощность тока могут быть выражены по фор­мулам:

A = UIt=I2Rt = U2t/R;

P=UI = I2R = U2/R.

Количество теплоты Q, выделяющееся на участке цепи при протекании тока, определяется по закону Джоуля — Ленца

Q = I2Rt.

9. Всякое замыкание источника тока на очень малое внешнее сопротивление называется коротким замыканием. Максимальный ток корот­кого замыкания определяется из закона Ома для случая R = 0 и равен .

10. В задачах на нахождение КПД источника тока следует знать, что вычисляемая величина равна отношению мощности P1, выделяемой во внешней части цепи, к полном мощности P2, развиваемой источником тока.
Так как P1=UI = I2R = U2/R, P2= I2 (R+r)=I, то

При R = r, = 0,5 мы получаем максимальную полезную мощность, причем половина полной мощности будет расходоваться внутри самого источника тока. Из графика видно, что заданная мощ­ность (кроме максимальной Rтaх) может быть получена при двух раз­личных сопротивлениях внешней цепи: причем одно из них всегда больше внутреннего сопротивления источника тока, другое — меньше.

11. Решение задач на электро­лиз не представляет особой трудно­сти. Основным расчетным уравне­нием является закон Фарадея для электролиза где -электрохимический эквивалент, дополнительными соотношениями могут служить формулы закона Ома, работы и мощности электрического тока. Следует иметь в виду, что сила тока в электролите равна силе тока в подводящих проводах, несмотря на то, что в электролитах ток складывается из двух токов, обусловленных движением положительных и отрицательных ионов.

страница 1


скачать
Другие похожие работы: