Справочник по физике для поступающих в ВУЗы - Гаевой А.И.
Скачать (прямая ссылка):
Решение. При последовательном соединении элементов ток в цепи определяется по фэрмуле
/ =
Ei+ E2
R+ Ti + г2 *
Падение напряжения на внутренних сопротивлениях элементов U1 = Iri; Ui = Irt.
Подставляя в эти формулы выражение для силы тока, получим:
". ™ ST7TT7,'« ".-*??-'* -". = 0,45.,
Ответ. U1 =0,15 <r, Ui = 0,45 в.
Задача 6. Два элемента с э. д. с. F1 = 2 в, E2 = 1,4 в и внутренними сопротивлениями ^ = 0,6 ом, г2 = 0,4 ом соединены параллельно (рис. 66). Определить напряжение на зажимах полученной батареи.
Решение. Рассмотрим замкнутый контур abed. Для этого контура элементы E1 и E2 включены последовательно навстречу друг другу; поэтому их общая э. д. с. равна разности E1 — Es.
На основании закона.Ома для полной цепи abed находим
~Фг
, E1-E2.
Г1+Г2 ’ 2а— 1,4а
ли.. ’
Зная силу тока, определим падение напряжения внутри каждого из элементов:
^ _ U^a = Ir1, U1m = 0,36 с
РИС-66- <?=/„; ?=0,24«.
Напряжения на зажимах каждого из элементов найдем по формуле U1=E1-U^ Ui= 1,64 в;
U2= E2+ U'^, V2 = 1.64 в.
Мы видим, что напряжения на зажимах каждого из элементов одинаковы. Это напряжение и будет искомым
Ответ. Напряжение на зажимах батареи равно 1,64 в.
§ 85. Работа и мощность электрического тока
При прохождении электрического тока по проводнику происходит перенос зарядов от точек с ббльшим потенциалом к точкам с меньшнм потенциалом. Пусть на концах некоторого проводника имеется напряжение U1, т. е. разность потенциалов на концах этого проводника. За время t через поперечное сечение проводника пройдет заряд q = It, если по проводнику течет ток I. В этом случае работа перемещения заряда q от одного конца проводни-ка к другому равна
,A = q.- U.
Эта работали определит работу электрического тока в рассматриваемом проводнике.
188
Таким образом, работа электрического тока определяется по формуле
А = IVt.
Эту формулу можно преобразовать на основании закона Ома н получить для работы еще такие выражения:
В зависимости от условий конкретной задачи может быть использована та или другая формула.
Формулой А = PRt удобно пользоваться при последовательном соединении, так как в этом случае сила тока во всех проводниках
При параллельном соединении сила тока в проводниках различна, напряжение же на их концах одно и то же. Значит, в этом случае расчет работы удобнее вести по формуле
Эта формула показывает, что при параллельном соединении в каждом проводнике выделяется количество тепла, обратно пропорциональное его сопротивлению.
Если ток измерять в амперах, напряжение — в вольтах, а время —, в секундах, то работа измеряется в джоулях, т. е.
1 дж = 1 о • 1 в • 1 сек.
Наряду с этой единицей работы пользуются и другими, более крупными единицами, являющимися внесистемными:
1 ватт • час = 1 вт ¦ ч = 3600 дж;
1 гектоватт ¦ час = 1 гвт - ч = 3,6 ¦ IO8 дж;
1 киловатт ¦ час = 1 кет. • ч = 3,6 • IO9 дж;
1 мегаватт ¦ час = I Mem • ч = 3.6 • IO9 дж.
Работа, отнесенная к единице времени, определяет физическую величину, называемую мощностью N:
Для мощности электрического тока, протекающего по проводнику, можно записать:
Единицей МОЩНОСТИ В Lnticmc V_.11 іишлсі^п DO ¦ і. * он»— I CCK'
Формула мощности N = IU является определяющей для единицы электрического напряжения, электродвижущей силы и разности потенциалов 1 вольт. Если N = I вт, I = 1 а. то из формулы U = -J-имёем:
1 — 1 вт Ie~ 1 а *
т. е. 1 в — это разность потенциалов на концах проводника, по ко* торому протекает постоянный электрический ток в 1 а, если мощность, потребляемая этим участком проводника, равна 1 вт.
Задача 1. Радиоприемник, рассчитанный на напряжениеU = = 127 в, потребляет мощность N = 50 вт. Какое дополнительное сопротивление R нужно подсоединить к радиоприемнику, чтобы включить его в сеть с напряжением U1 = 220 в?
Решение. Ток, потребляемый радиоприемником, равен
/- N ‘-Ц-
На дополнительном сопротивлении R щюисходит падение напряжения, равное разности U1 — U. На основании закона Ома можно написать, что ток в дополнительном сопротивлении равен , U1-U R '
Приравнивая правые части уравнений для I, получим N U1-U
откуда
R = UjUrrU). R = moMi
Ответ. R- 236 ом.
Задача 2. Две 120-вольтовые лампы мощностью 90 и 40 вт подключены последовательно к источнику тока с напряжением 220 в. Какая из двух ламн будет гореть ярче?
Решение. Сопротивления ламп можно определить, пользуясь формулой:
190
Определим падение напряжения на каждой из ламп. При последовательном соединении проводников напряжения на их концах пропорциональны сопротивлениям:
"•Л- IZ1 = ItZ2
U2 R2' U2 9* 9
С другой стороны, Ut + U2 — 220 в. Выражая Ut через U2, получим
~ U2 + U2 = 220 в, откуда U2 = 152,3 в; U1 = 67,7 в.
О т вет. Вторая лампа (на 40 вт) будет гореть ярче.
§ 86. Тепловое действие электрического тока
Проводник, по которому проходит электрический ток, нагревается. Это явление можно объяснить так. Заряды, движущиеся по проводнику и образующие электрический ток, обладают определенным запасом кинетической энергии. При столкновении с частицами, не участвующими в движении, свободные заряды отдают им свою энергию. В результате внутренняя энергия тела повышается, т. е. повышается его температура.
