Физика. Теория. Методика. Задачи - Демков В.П.
Скачать (прямая ссылка):
образом:
- поскольку в ветви, содержащей конденсатор, ток течет лишь до тех
пор, пока конденсатор не зарядится (в течение очень малого промежутка
времени), то при расчете цепи
432
I
Л,
R
ветвь, в которую включен конденсатор , не учитывают, и схему рисуют без
нее (например, в цепи, представленной иа рис. 13.19, это ветвь a-C-b-Ry-
d);
- далее находят токи во всех ветвях и падения напряжения между всеми
узлами цепи (если они остались в цепи после удаления из иее ветви с
конденсатором);
- затем цепь восстанавливают, т.е. вклю- ' ,"
Рис. 13.19
чают в нее ветвь с конденсатором, и для определения падения напряжения Uc
иа конденсаторе обходят любой из контуров, содержащих конденсатор.
Например, для контура a-C-b-R,-d-R-a при обходе по часовой стрелке
получим: (<р0 - ipA) + (ipA - <pd) - /Я = 0, где (ра - щ = Uc - падение
напряжения на конденсаторе; Ф* - Фс/= 0, поскольку ток в ветви a-C-b-R x-
d не течет. Следовательно, Uc-IR = 0. Падения напряжения Uc на
конденсаторе можно найти также, рассмотрев другой контур, содержащий
источник. Рассмотрим, например, контур a-C-b-Rx-d-S-a. Обходя его против
часовой стрелки, получим: (<ря - ф/,) + (ipb - ipJ) + (<р^ - <ре) - <?'=
О, где фа - ф/, = ?/с; Фл ~ Ф</= 0; 1р^-фе =/л Откуда находим: Uc+1 г -
ё'= 0. Если учесть, что ток в цепи равен /= S/(R + г), то в обоих
рассмотренных случаях Uc = S'R/(R + г);
- наконец, заряд конденсатора определяют по формуле: q = C Uc.
При решении задач, связанных с расчетами шунтов и добавочных
сопротивлений для гальванометров, можно использовать формулы (13.23)-
(13.24). Если шкала гальванометра с внутренним сопротивлением RG
рассчитана на максимальный ток /тах, то им можно измерять токи I < /тах и
напряжения U < /тах Rc. Чтобы расширить пределы измерения тонов в п раз,
параллельно гальванометру нужно подключить шунт, сопротивление которого
рассчитывается по формуле (13.23). Для увеличения в п раз пределов
измерения напряжений к гальванометру последовательно подключают
добавочное сопротивление, рассчитанное по формуле (13.24). При этом
следует помнить, что для измерения тока в проводнике амперметр включают
последовательно с этим проводником, а вольтметр - параллельно к нему.
Задачи иа работу, мощность и тепловое действие можно разделить на две
группы. Задачи первой из них решаются аналогично задачам иа расчет токов
в ветвях цепи и падений напряжений на ее элементах. Для их решения
составляют те же уравнения, но к ним добавляют формулы (13.25)-(13.38):
- работа тока на однородном и неоднородном участках цепи определяется
формулами (13.25), (13.29); для нахождения полной работы источника тока в
замкнутой цепи нужно использовать формулу (13.31);
- количество теплоты, выделившейся на однородном участке цепи, можно
определить по любой из формул (13.27); количество теплоты, выделившейся
иа всех сопротивлениях неоднородного участка цепи, - по формуле (13.30),
а в замкнутой цепи (если ток не производит никаких действий, кроме
нагревания проводников) - по формулам (13.32) - (13.33);
- если в задаче речь идет о тепловой мощности тока, полной или
полезной мощности источника тока, то необходимо использовать формулы
(13.34)-(13.36);
- для определения КПД источника нужно найти полную и полезную
мощность или количество тепла, выделившегося во внешней цепи и во всей
цепи, и воспользоваться формулами (13.37) или (13.38).
К задачам первой группы относятся также задачи на расчет цепей,
содержащих нагревательные приборы (электрические кипятильники, плитки и
т.п.). Так как нагревательные приборы обычно подключают к источнику
постоянного напряжения, величина которого не зависит от внешней цепи, то
для расчета количества теплоты (или мощности), выделяющегося на разных
проводниках, удобно использовать формулу (13.27) в виде Q = U2At/R (или
N= U2/K).
433
К задачам второй группы отнесем задачи о превращении электрической
энергии в механическую и тепловую. Решение таких задач основано на
совместном использовании законов постоянного тока и закона сохранения
энергии.
Последнюю часть задач иа постоянный ток составляют задачи иа электролиз.
В большинстве случаев для решения таких задач достаточно законов Фарадея
(13.39) - (13.40) н некоторых соотношений, связывающих данные задачи с
величинами, входящими в законы Фарадея: ими могут быть зависимости
толщины слоя металла, выделяющегося иа электроде, скорости роста этого
слоя, расхода электроэнергии от массы аещества и времени электролиза и
др. Если в задаче рассматривается выделение газа при электролизе, то
совместно с законами Фарадея нужно использовать уравнения состояния
идеального газа
Задачи
Электрическое сопротивление.
Параллельное и последовательное соединение сопротивлений
13.1. Нихромовая спираль нагревательного элемента при температуре накала
t = 900°С должна иметь сопротивление Л = 30 Ом. Какой длины надо взять
проволоку поперечным сечением S = 0,6 мм2, чтобы сделать эту спираль?
