Решение задачи электрическая цепь состоит из источника тока

Параллельное соединение проводников

При параллельном соединении начала всех проводников соединяются в одной общей точке электрической цепи, а их концы — в другой.

Параллельное соединение используют в тех случаях, когда необходимо подключать электроприборы независимо друг от друга. Например, если отключить чайник, то холодильник будет продолжать работать. А когда в люстре перегорает одна лампочка, остальные все так же освещают комнату.

Приведем еще несколько примеров применения параллельного способа соединения:

  • освещение в больших торговых залах;
  • бытовые электроприборы в квартире;
  • компьютеры в кабинете информатики;
  • вольтметр для измерения напряжения на участке цепи.

Параллельное соединение проводников: формулы

  1. Напряжение при параллельном соединении в любых частях цепи одинаково:

    U = U1 = U2 = … = Un.

    Как вы помните, все бытовые электроприборы рассчитаны на одинаковое номинальное напряжение 220 В. Да и согласитесь, куда проще делать все розетки одинаковыми, а не рассчитывать напряжение для каждого прибора при их последовательном соединении.

  2. Сила тока при параллельном соединении (в неразветвленной части цепи) равна сумме сил тока в отдельных параллельно соединенных проводниках:

    Iэкв = I1 + I2 + … + In.

    Электрический ток растекается по ветвям обратно пропорционально их сопротивлениям. Если сопротивления в ветвях равны, то и ток при параллельном соединении делится между ними поровну.

  3. Общее сопротивление цепи определяется по формуле:

    1 / Rэкв = 1 / R1 + 1 / R2 + … + 1 / Rn.

    Для двух параллельно соединенных проводников формулу можно записать иначе:

    Rэкв = (R1 · R2) / (R1 + R2).

Если n одинаковых проводников, каждый из которых имеет сопротивление R1, соединены параллельно, то общее сопротивление участка цепи можно найти, разделив сопротивление одного из проводников на их количество:

Rэкв = R1 / n.

Вернемся к Анфисе и ее гирлянде. Мы уже разобрались, почему перестали гореть все зеленые лампочки. Пришло время узнать, почему продолжили гореть все остальные. В современных гирляндах используют параллельное и последовательное соединение одновременно. Например, лампочки одного цвета соединяют последовательно, а с другими цветами — параллельно. Таким образом, отключение ветви с зелеными лампочками не повлияло на работу остальной части цепи.

Пример решения задачи

Два резистора с сопротивлениями 10 Ом и 11 Ом соответственно соединены параллельно и подключены к напряжению 220 В. Чему равна сила тока в неразветвленной части цепи?

Решение.

  1. Определим общее сопротивление при параллельном соединении проводников:

    R = (R1 · R2) / (R1 + R2) = (10 · 11) / (10 + 11) = 110 / 21 Ом ≈ 5,24 Ом.

  2. По закону Ома определим силу тока в цепи:

    I = U / R = 220 / (110 / 21) = 42 А.

Ответ: сила тока в неразветвленной части цепи равна 42 А.

Последовательное соединение проводников

Сопротивление при последовательном соединении проводников

Последовательное соединение проводников — это когда к одному проводнику мы соединяем другой проводник и так по цепочке. Это и есть последовательное соединение проводников. Их можно соединять с друг другом сколь угодно много.

последовательное соединение резисторов

Чему же будет равняться их общее сопротивление? Оказывается, все просто. Оно будет равняться сумме всех сопротивлений проводников в этой цепи.

Получается, можно записать, что

формула при последовательном соединении резисторов

Пример

У нас есть 3 проводника, которые соединены последовательно. Сопротивление первого 3 Ома, второго 5 Ом, третьего 2 Ома. Найти их общее сопротивление в цепи.

Решение

Rобщее =R1 + R2 + R3 = 3+5+2=10 Ом.

То есть, как вы видите, цепочку из 3 резисторов мы просто заменили на один резистор RAB .

показать на реальном примере с помощью мультиметра
Видео где подробно расписывается про эти соединения:

Сила тока через последовательное соединение проводников

Что будет, если мы подадим напряжение на концы такого резистора? Через него сражу же побежит электрический ток, сила которого будет вычисляться по закону Ома I=U/R.

Получается, если через резистор RAB течет какой-то определенный ток, следовательно, если разложить наш резистор на составляющие R1 , R2 , R3 , то получится, что через них течет та же самая сила тока, которая текла через резистор RAB .

сила тока через последовательное соединение проводников

Получается, что при последовательном соединении проводников сила тока, которая течет через каждый проводник одинакова. То есть через резистор R1 течет такая же сила тока, как и через резистор R2 и такая же сила тока течет через резистор R3 .

Напряжение при последовательном соединении проводников

Давайте еще раз рассмотрим цепь с тремя резисторами

Как мы уже знаем, при последовательном соединении через каждый резистор проходит одна и та же сила тока. Но вот что будет с напряжением на каждом резисторе и как его найти?

Оказывается, все довольно таки просто. Для этого надо снова вспомнить закон дядюшки Ома и просто вычислить напряжение на  любом резисторе. Давайте так и сделаем.

Пусть у нас будет цепь с такими параметрами.

Мы теперь знаем, что сила тока в такой цепи будет везде одинакова. Но какой ее номинал? Вот в чем загвоздка. Для начала нам надо привести эту цепь к такому виду.

Получается, что в данном случае RAB =R1 + R2 + R3 = 2+3+5=10 Ом. Отсюда уже находим силу тока по закону Ома I=U/R=10/10=1 Ампер.

Половина дела сделано. Теперь осталось узнать, какое напряжение падает на каждом резисторе. То есть нам надо найти значения UR1 , UR2 , UR3  . Но как это сделать?

Да все также, через закон Ома. Мы знаем, что через каждый резистор проходит сила тока 1 Ампер, мы уже вычислили это значение. Закон ома гласит I=U/R , отсюда получаем, что U=IR.

Следовательно,

UR1 = IR1 =1×2=2 Вольта

UR2 = IR2 = 1×3=3 Вольта

UR3 = IR3 =1×5=5 Вольт

Теперь начинается самое интересное. Если сложить все падения напряжений на резисторах, то можно получить… напряжение источника! Он у нас равен 10 Вольт.

Получается

U=UR1+UR2+UR3

Мы получили самый простой делитель напряжения.

Вывод: сумма падений напряжений при последовательном соединении равняется напряжению питания.

Общее сопротивление электрической цепи, чему оно равно и как найти по формуле.

Как известно во всем нужна своя мера, которая позволяет делать точные системы, устройства, механизмы, схемы. Мера множественная, имеет свои конкретные величины. В сфере электротехники основными величинами являются напряжение, ток, сопротивление, мощность, частота (для переменного и импульсного тока). Величины между собой связаны определенными формулами

Самой важной формулой, наиболее используемой электриками, электронщиками является закон Ома ( I = U/R, то есть — сила тока равна напряжению деленному на сопротивление). Зная любые две величины из этой формулы всегда можно найти третью

От сопротивления электрической цепи зависит силы тока при наличии определенного напряжения. Если меняется сопротивление в цепях схемы, то и меняться режимы ее работы в отдельных ее участках или во всей цепи. Знание величины сопротивления могут помочь выявить неисправность, узнать (вычислить из формулы) другие электрические величины в схеме, зависящие от этого сопротивления.

Теперь давайте посмотрим от чего зависит общее сопротивление электрической цепи. Общее — это сумма частных. Любая электрическая цепь и схема содержит в себе электрические компоненты, которые обладают внутренним сопротивлением. Даже обычный конденсатор (две пластины проводника, разделенные диэлектриком, что позволяет накапливать электрический заряд между этими пластинами, не пропуская постоянный ток), который, казалось бы, по сути своей его не должен иметь (точнее оно бесконечно большое) обладает реактивным сопротивлением.

Самая простая электрическая цепь состоит из источника питания и нагрузки. К примеру это будет обычная батарейка и маленькая лампочка накаливания. И батарейка и лампочка имеют свои сопротивления, которые суммируются, что определяет силу тока, текущему по этой простейшей цепи (при определенной величине напряжения). Допустим к нашей цепи мы добавим еще один элемент нагрузки (вторую такую же лампочку). Ее можно подключить к этой простейшей цепи двумя способами либо параллельно первой лампочки, либо же последовательно ей

При последовательном подключении сопротивление будет суммироваться:

При параллельном подключении общее сопротивление можно найти по таким формулам:

То есть, большинство схем будут иметь в себе либо параллельное подключение сопротивлений, либо последовательное или же смешанное. В случае сложной электрической цепи определение общего электрического сопротивления происходит по частям (группам), состоящим, опять же, из параллельных и последовательных подключений элементов, обладающими сопротивлением. Правильнее начинать с той части цепи, схемы, которая имеет наибольшую удаленность от двух конечных выводов, рассматриваемых как контакты общего сопротивления. На рисунке ниже приведен пример последовательности вычисления общего сопротивления сложной цепи, схемы.

Но ведь существуют электрические цепи, в которых общее сопротивление может постоянно меняться, к примеру схема стабилизированного регулятора частоты вращения постоянного электродвигателя, подключенная к самому двигателю. При изменении нагрузки на валу двигателя будет меняться его внутреннее сопротивление, следовательно меняться будет и режимы работы схемы (поддерживающая нужную частоту вращения вала). В таких цепях электрическое сопротивление является динамическим, изменяющемся. Можно лишь рассчитать усредненное сопротивление, которое не будет абсолютно точным.

Помимо этого, как было подмечено ранее, существует еще реактивное сопротивление, которое бывает у индуктивных и емкостных элементов цепи. Оно явно себя проявляет в схемах, что работают с переменным, импульсным током. Если в цепях постоянного тока конденсатор (стоящий последовательно) не будет проводить через себя ток, то в цепи переменного тока будет все иначе. Причем его реактивное сопротивление будет зависеть от частоты (при одной и той же емкости). Вот формулы для нахождения реактивного емкостного и индуктивного сопротивления:

P.S. общее сопротивление можно находить и через использование закона Ома, который гласит, что сопротивление равно напряжение деленное на силу тока. Следовательно, берем мультиметр, измеряем ток и напряжение в том месте цепи, где хотим узнать сопротивление. Воспользовавшись формулой Ома находим (определяем) электрическое сопротивление нужного участка цепи. Напомню, что при использовании закона ома нужно применять основные единицы измерения — ток в амперах, напряжение в вольтах, а сопротивление в омах.

Закон Ома для всей цепи.ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

Задача № 1.
  Вольтметр, подключенный к лампочке, показывает U = 4 В, а амперметр — I = 2 А (рис. 6-10). Чему равно внутреннее сопротивление r источника тока, к которому эта лампочка присоединена, если ЭДС источника ε = 5 В?Примечание: если в условии задачи ничего не сказано о сопротивлении амперметра, то этим сопротивлением можно пренебречь, а если ничего не сказано о сопротивлении вольтметра, то его следует считать бесконечно большим, а силу тока, текущего через вольтметр, равной нулю. 

РЕШЕНИЕ.

Задача № 2.
  Дана схема (рис. 6-11, а). Во сколько раз изменится сила тока, текущего в неразветвленной части цепи, и напряжение на полюсах источника тока, если ключ К замкнуть? Сопротивление лампы Л2 вдвое больше сопротивления лампы Л1, а внутреннее сопротивление источника тока в 10 раз меньше сопротивления лампы Л1

Задача № 3.
  В резисторе сопротивлением R = 5 Ом сила тока I = 0,2 А. Резистор присоединен к источнику тока с ЭДС ε = 2 В. Найти силу тока короткого замыкания Iк.з. 

Задача № 4.
 Вольтметр, подключенный к полюсам источника тока при разомкнутой внешней цепи, показал U1 = 8 В. Когда же цепь замкнули на некоторый резистор (рис. 6-12, а), вольтметр показал U2 = 5 В. Что покажет этот вольтметр, если последовательно к этому резистору подключить еще один такой же (рис. 6-12, б) ? Что покажет этот вольтметр, если второй резистор присоединить к первому параллельно (рис. 6-12, в)? 

Задача № 5.
  Цепь питается от источника тока с ЭДС ε = 4 В и внутреннем сопротивлением г = 0,2 Ом. Построить график зависимости силы тока I в цепи и напряжения U на полюсах источника тока от внешнего сопротивления R.

Задача № 6.
  Амперметр, будучи накоротко присоединен к гальваническому элементу с ЭДС ε = 2 В и внутренним сопротивлением r = 0,2 Ом, показал ток силой I1 = 3 А . Какую силу тока I2 покажет этот амперметр, если его зашунтировать сопротивлением Rш = 0,1 Ом?

Задача № 7.
  Дана схема (рис. 6-16). Емкости конденсаторов С1, С2 и ЭДС источника тока ε известны. Известно также, что ток короткого замыкания Iк.з. этого источника в три раза превосходит ток I, текущий в этой цепи. Найти напряженности Е1 и Е2 полей в конденсаторах, если расстояния между их обкладками равны d. 

Задача № 8.
  Дана схема (рис. 6-17). Известны емкости С и 2С конденсаторов, сопротивления R и 2R проводников и ЭДС источника тока ε. Внутренним сопротивлением источника тока можно пренебречь (г = 0). Определить напряжения U1 и U2 на конденсаторах и заряды q1 и q2 этих конденсаторов. 

Задача № 9.
  Имеется N одинаковых источников тока, которые соединяют сначала последовательно, затем параллельно, подключая каждый раз к одному и тому же внешнему сопротивлению R. Внутреннее сопротивление каждого источника r. Во сколько раз при этом изменяется напряжение на внешней части цепи?

Задача № 10.
 Электрическая цепь состоит из источника тока с ЭДС ε = 180 В и потенциометра сопротивлением R = 5 кОм. Ползунок потенциометра стоит посередине прибора (рис. 6-21, а). Найти показания вольтметров U1 и U2, подключенных к потенциометру, если их сопротивления R1= 6 кОм и R2 = 4 кОм. Внутренним сопротивлением r источника тока пренебречь. 

Задача № 11.
  Дана схема, изображенная на рис. 6-22, а. Сопротивления R1, R2 и R известны. Известны также ЭДС источника тока ε и его внутреннее сопротивление r. Найти силу тока I2 в сопротивлении R2

Задача № 12.
  Проволока из нихрома образует кольцо диаметром D = 2 м (рис. 6-23, а). В центре кольца помещен источник тока с ε = 2В и внутренним сопротивлением r = 1,5 Ом, соединенный в точках а и b с кольцом такой же проволокой. Найти разность потенциалов  φb – φа между точками b и а. Удельное сопротивление нихрома р = 1,1 мкОм•м, площадь поперечного сечения проволоки S = 1 мм2. 

Это конспект по теме «Закон Ома для всей цепи. ЗАДАЧИ на ЕГЭ». Выберите дальнейшие действия:

  • Вернуться к списку конспектов по Физике.
  • Проверить свои знания по Физике.

Метки

  • алгоритм расчет цепей при несинусоидальных периодических воздействиях
  • алгоритм расчета цепей периодического несинусоидального тока
  • баланс мощностей
  • ВАХ нелинейного элемента
  • Векторная диаграмма
  • ветви связи
  • взаимная индуктивность
  • взаимная проводимость
  • вольт-амперная характеристика нелинейного элемента
  • второй закон Кирхгофа
  • второй закон Кирхгофа для магнитных цепей
  • входная проводимость
  • гармоники напряжения
  • гармоники тока
  • Генератор напряжения
  • генератор тока
  • главные контуры
  • графический метод расчета нелинейных электрических цепей
  • динамическое сопротивление
  • дифференциальное сопротивление
  • емкость двухпроводной линии
  • емкость коаксиального кабеля
  • емкость конденсатора
  • емкость однопроводной линии
  • емкость плоского конденсатора
  • емкость цилиндрического конденсатора
  • закон Ампера
  • закон Био Савара Лапласа
  • закон Ома
  • закон полного тока
  • закон электромагнитной индукции
  • Законы Кирхгофа
  • индуктивность
  • индуктивность двухпроводной линии
  • индуктивность однопроводной линии
  • индуктивность соленоида
  • катушка со сталью
  • Конденсатор в цепи постоянного тока
  • контурные токи
  • коэффициент амплитуды
  • коэффициент гармоник
  • коэффициент искажения
  • коэффициент магнитной связи
  • коэффициент мощности трансформатора
  • коэффициент трансформации
  • коэффициент формы
  • кусочно-линейная аппроксимация
  • магнитная постоянная
  • магнитная цепь
  • магнитный поток рассеяния
  • метод активного двухполюсника
  • метод двух узлов
  • метод контурных токов
  • метод наложения
  • метод узловых напряжений
  • метод узловых потенциалов
  • метод эквивалентного генератора
  • метод эквивалентного источника ЭДС
  • Метод эквивалентных преобразований
  • методы расчета магнитных цепей
  • независимые контуры
  • нелинейный элемент
  • несинусоидальный периодический ток
  • обобщенный закон Ома
  • опорный узел
  • основной магнитный поток
  • параллельное соединение конденсаторов
  • первый закон Кирхгофа
  • первый закон Кирхгофа для магнитных цепей
  • последовательное соединение конденсаторов
  • последовательный колебательный контур
  • постоянная составляющая тока
  • потери в меди
  • потери в стали
  • приведенный трансформатор
  • Примеры расчета схем при несинусоидальных периодических воздействиях
  • принцип взаимности
  • принцип компенсации
  • расчет гармоник тока
  • расчет магнитной цепи
  • расчет нелинейных цепей постоянного тока
  • расчет цепей несинусоидального тока
  • Расчет цепи конденсаторов
  • расчет цепи с несинусоидальными периодическими источниками
  • Резонанс в электрической цепи
  • решение задач магнитные цепи
  • сила Ампера
  • сила Лоренца
  • Символический метод
  • собственная проводимость
  • статическое сопротивление
  • сферический конденсатор
  • теорема об эквивалентном источнике
  • теорема Тевенена
  • топографическая диаграмма
  • Трансформаторы
  • трехфазная система
  • удельная энергия магнитного поля
  • уравнения трансформатора
  • Цепи с конденсаторами
  • частичные токи
  • чередование фаз
  • ЭДС самоиндукции
  • эквивалентная схема трансформатора
  • электрическая постоянная
  • электроемкость
  • энергия магнитного поля

Заказать решение ТОЭ

  • Метрология Электрические измерения
  • Пигарев А.Ю. РГЗ по электротехнике и электронике в Multisim
  • Теория линейных электрических цепей ТЛЭЦ


    • Теория линейных электрических цепей железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: задание на контрольные работы № 1 и 2 с методическими указаниями для студентов IV курса специальности Автоматика, телемеханика и связь на железнодорожном транспорте


      • Контрольная работа №1

      • Контрольная работа №2
  • Электротехника и основы электроники


    • Электротехника и основы электроники: Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников инженерно-технических специальностей высших учебных заведений / Соколов Б.П., Соколов В.Б. – М.: Высш. шк., 1985. – 128 с, ил


      • Контрольная работа № 1 Электрические цепи

      • Контрольная работа № 2 Трансформаторы и электрические машины

      • Контрольная работа № 3 Основы электроники
  • Теоретические основы электротехники ТОЭ


    • Артеменко Ю.П., Сапожникова Н.М. Теоретические основы электротехники: Пособие по выполнению курсовой работы МГТУ ГА 2009

    • Переходные процессы Переходные процессы в электрических цепях

    • Теоретические основы электротехники Методические указания и контрольные задания для студентов технических специальностей вузов


      • Задание 1 Линейные электрические цепи постоянного и синусоидального тока


        • Задача 1.1 Линейные электрические цепи постоянного тока

        • Задача 1.2 Линейные электрические цепи синусоидального тока

      • Задание 2 Четырехполюсники, трехфазные цепи, периодические несинусоидальные токи, электрические фильтры, цепи с управляемыми источниками

    • Теоретические основы электротехники сб. заданий Р.Я. Сулейманов Т.А. Никитина Екатеринбург УрГУПС 2010

    • Трехфазные цепи. Расчет трехфазных цепей

    • УГТУ-УПИ Решение ТОЭ Билеты по ТОЭ

    • Электромагнитное поле Электростатическое поле Электростатическое поле постоянного тока в проводящей среде Магнитное поле постоянного тока

Упражнения

Упражнение №1

Цепь состоит из двух последовательно соединённых проводников, сопротивление которых $4 \space Ом$ и $6 \space Ом$. Сила тока в цепи равна $0.2 \space А$. Найдите напряжение на каждом из проводников и общее напряжение.

Дано:$R_1 = 4 \space Ом$$R_2 = 6 \space Ом$

$I = 0.2 \space А$

$U_1 — ?$$U_2 — ?$$U — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Используя закон Ома для участка цепи,  мы рассчитаем значения напряжения на концах первого и второго проводников. Сила тока на всех участках цепи одинакова.

Напряжение на концах первого проводника:$I = \frac{U_1}{R_1}$,$U_1 = IR_1$,$U_1 = 0.2 \space А \cdot 4 \space Ом = 0.8 \space В$.

Напряжение на концах второго проводника:$I = \frac{U_2}{R_2}$,$U_2 = IR_2$,$U_2 = 0.2 \space А \cdot 6 \space Ом = 1.2 \space В$.

Общее напряжение будет равно сумме напряжений на концах каждого проводника:$U = U_1 + U_2$,$U = 0.8 \space В + 1.2 \space В = 2 \space В$.

Ответ: $U_1 = 0.8 \space В$, $U_2 = 1.2 \space В$, $U = 2 \space В$.

Упражнение №2

Для электропоездов применяют напряжение, равное $3000 \space В$. Как можно использовать для освещения вагонов лампы, рассчитанные на напряжение $50 \space В$ каждая?

Такие лампы можно соединить последовательно в одну цепь. Главное, чтобы их суммарное напряжение не превышало общее. Рассчитаем количество таких ламп, которое мы можем включить в цепь.

Дано:$U = 3000 \space В$$U_1 = 50 \space В$

$n — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Все лампы будут иметь одинаковое напряжение в $50 \space В$. Напряжение на всей цепи равно сумме напряжений на каждой лампе. Тогда:$n = \frac{U}{U_1}$,$n = \frac{3000 \space В}{50 \space} = 60$.

Получается, что в таком электропоезде мы можем разместить 60 ламп для освещения вагонов, соединив их последовательно.

Ответ: при последовательном соединении мы можем использовать $n = 60$ ламп.

Упражнение №3

Две одинаковые лампы, рассчитанные на $220 \space В$ каждая, соединены последовательно и включены в сеть с напряжением $220 \space В$. Под каким напряжением будет находиться каждая лампа?

Дано:

$U = 220 \space В$

$U_1 — ?$$U_2 — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Лампы соединены последовательно. Значит, $U = U_1 + U_2$.

Если лампы одинаковые, то они имеют одинаковые сопротивления $R$. Сила тока тоже одинакова в каждой лампе. Из этого мы можем сделать вывод, что напряжение на лампах будет одинаковым:$U_1 = IR$, $U_2 = IR$, $U_1 = U_2$.

Тогда мы можем записать следующее:$U = U_1 + U_2 = 2U_1$.

Рассчитаем напряжение на одной лампе:$U_1 = U_2 =  \frac{U}{2}$,

$U_1 = U_2  = \frac{220 \space В}{2} = 110 \space В$.

Ответ: $U_1 = U_2 = 110 \space В$.

Упражнение №4

Электрическая цепь состоит из источника тока — батареи аккумуляторов, создающей в цепи напряжение, равное $6 \space В$, лампочки от карманного фонаря с сопротивлением в $13.5 \space Ом$, двух спиралей c сопротивлением $3 \space Ом$ и $2 \space Ом$, ключа и соединительных проводов. Все детали цепи соединены последовательно. Начертите схему цепи. Определите силу тока в цепи, напряжение на концах каждого из потребителей тока.

Схема такой цепи изображена на рисунке 5.

Рисунок 5. Схема электрической цепи к упражнению №4

Дано:$U = 6 \space В$$R_1 = 13.5 \space Ом$$R_2 = 3 \space Ом$$R_3 = 2 \space Ом$

$I — ?$$U_1 — ?$$U_2 — ?$$U_3 — ?$

Показать решение и ответ

Скрыть

Решение:

Сначала рассчитаем общее сопротивление на всей цепи:$R = R_1 + R_2 + R_3$,$R = 13.5 \space Ом + 3 \space Ом + 2 \space Ом = 18.5 \space Ом$.

Теперь используем закон Ома для того, чтобы рассчитать силу тока в цепи:$I = \frac{U}{R}$,$I = \frac{6 \space В}{18.5 \space Ом} \approx 0.32 \space А$.

Сила тока на каждом участке цепи при последовательном соединении элементов будет одинакова. Теперь мы будем использовать закон Ома отдельно для каждого проводника.

Рассчитаем напряжение на лампочке от карманного фонаря:$U_1 = IR_1$,$U_1 = 0.32 \space А \cdot 13.5 \space Ом \approx 4.3 \space В$.

Рассчитаем напряжение на первой спирали:$U_2 = IR_2$,$U_2 = 0.32 \space А \cdot 3 \space Ом \approx 1 \space В$.

Рассчитаем напряжение на второй спирали:$U_3 = IR_3$,$U_3 = 0.32 \space А \cdot 2 \space Ом \approx 0.6 \space В$.

Ответ: $I \approx 0.32 \space А$, $U_1 \approx 4.3 \space В$, $U_2 \approx 1 \space В$, $U_3 \approx 0.6 \space В$.

Повторите материал главы 15 по следующему плану

1. Выпишите основные понятия и физические величины и дайте им определение.

2. Сформулируйте законы и запишите основные формулы.

3. Укажите единицы физических величин и их выражение через основные единицы СИ.

4. Опишите основные опыты, подтверждающие справедливость законов.

«Источники постоянного тока и их применение»

1. Первые источники тока — химические источники.

2. Фотоэлектрический эффект. Фотоэлементы.

3. Термоэлектрический эффект. Термоэлементы.

4. Применение источников постоянного тока в современной технике.

«Экспериментальная проверка закона Ома для полной цепи»

«Создание экспериментальной установки для исследования тепловых действий тока»

«Обоснование общего закона сохранения энергии на основе исследований тепловых действий тока»

Задачи для самостоятельного решения

1. За некоторый промежуток времени электрическая плитка, включённая в сеть с постоянным напряжением, выделила количество теплоты Q. Какое количество теплоты выделят за то же время две такие плитки, включённые в ту же сеть последовательно? параллельно? Изменение сопротивления спирали в зависимости от температуры не учитывать.

2. Чему равно напряжение на клеммах гальванического элемента с ЭДС, равной Ε, если цепь разомкнута?

3. Чему равна сила тока при коротком замыкании аккумулятора с ЭДС Ε = 12 В и внутренним сопротивлением r = 0,01 Ом?

4. Батарейка для карманного фонаря замкнута на резистор переменного сопротивления. При сопротивлении резистора, равном 1,65 Ом, напряжение на нём равно 3,30 В, а при сопротивлении, равном 3,50 Ом, напряжение равно 3,50 В. Определите ЭДС и внутреннее сопротивление батарейки.

5. Источники тока с ЭДС 4,50 В и 1,50 В и внутренними сопротивлениями 1,50 Ом и 0,50 Ом, соединённые, как показано на рисунке (15.13), питают лампу от карманного фонаря. Какую мощность потребляет лампа, если известно, что сопротивление её нити в нагретом состоянии равно 23 Ом?

6. Замкнутая цепь питается от источника с ЭДС Ε = 6 В и внутренним сопротивлением 0,1 Ом. Постройте графики зависимости силы тока в цепи, напряжения на зажимах источника и мощности от сопротивления внешнего участка.

7. Два элемента, имеющие одинаковые ЭДС по 4,1 В и одинаковые внутренние сопротивления по 4 Ом, соединены одноимёнными полюсами, от которых сделаны выводы, так что получилась батарейка. Какую ЭДС и какое внутреннее сопротивление должен иметь элемент, которым можно было бы заменить такую батарейку?

Образцы заданий ЕГЭ

C1. Резисторы поочерёдно подключают к источнику постоянного тока. Сопротивления резисторов равны соответственно 3 Ом и 12 Ом. Мощность тока в резисторах одинакова. Чему равно внутреннее сопротивление источника тока?

C2. ЭДС источника постоянного тока Ε = 2 В, а его внутреннее сопротивление r = 1 Ом. Мощность тока в резисторе, подключённом к источнику, Р = 0,75 Вт. Чему равна сила тока в цепи?

C3. Электрическая цепь состоит из источника тока и реостата. ЭДС источника б В, его внутреннее сопротивление r = 2 Ом. Сопротивление реостата можно изменять в пределах от 1 до 5 Ом. Чему равна максимальная мощность, выделяемая на реостате?

C4. К однородному медному цилиндрическому проводнику длиной 10 м приложили разность потенциалов 1 В. Определите промежуток времени, в течение которого температура проводника повысится на 10 К. Изменением сопротивления проводника и рассеянием тепла при его нагревании можно пренебречь. Плотность меди 8900 кг/м3, удельное сопротивление меди 1,7 • 10-8 Ом • м, удельная теплоёмкость меди 380 Дж/(кг • К).

C5. В электрической схеме, показанной на рисунке, ключ К замкнут. Заряд конденсатора q = 2 мкКл, ЭДС батарейки Ε = 24 В, её внутреннее сопротивление r = 5 Ом, сопротивление резистора R = 25 Ом. Определите количество теплоты, которая выделяется на резисторе после размыкания ключа К в результате разрядки конденсатора. Потерями на излучение можно пренебречь.

Последовательное соединение проводников

При последовательном соединении конец первого проводника соединяют с началом второго, конец второго — с началом третьего и т. д.

Последовательное подключение обычно используется в тех случаях, когда необходимо целенаправленно включать или выключать определенный электроприбор. Например, для работы школьного электрического звонка требуется соединить его последовательно с источником тока и ключом.

Вот некоторые примеры использования схемы последовательного соединения:

  • освещение в вагонах поезда или трамвая;
  • простейшие елочные гирлянды;
  • карманный фонарик;
  • амперметр для измерения силы тока в цепи.

Законы последовательного соединения проводников

  1. При последовательном соединении сила тока в любых частях цепи одна и та же:

    I = I1 = I2 = … = In.

    Если в цепи с последовательным способом соединения одна из ламп выйдет из строя и через нее не будет протекать электрический ток, то и через оставшиеся лампы ток проходить не будет. Вспомним Анфису и ее гирлянду: когда одна из зеленых лампочек перегорела, то ток, проходящий через нее, стал равен нулю. Следовательно, и другие зеленые лампочки, включенные последовательно, не загорелись. Чтобы починить гирлянду, нужно определить перегоревшую лампочку и заменить ее.

  2. При последовательном соединении общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных проводников:

    Rэкв = R1 + R2 + … + Rn.

  3. При последовательном соединении общее напряжение цепи равно сумме напряжений на отдельных участках:

    Uэкв = U1 + U2 + … + Un.

Пример решения задачи

В цепь с напряжением 220 В включена лампа, через нее протекает ток силой 20 А. Когда к лампе последовательно подключили реостат, сила тока в цепи уменьшилась до 11 А. Чему равно сопротивление реостата?

Решение.

  1. По закону Ома определим сопротивление лампы:

    R1 = U / I1 = 220 / 20 = 11 Ом.

  2. Также по закону Ома определим общее сопротивление цепи при включенном реостате:

    R = U / I2 = 220 / 11 = 22 Ом.

  3. При последовательном соединении сопротивления лампы и реостата складываются:

    R = R1 + R2.

  4. Зная общее сопротивление цепи и сопротивление лампы, определим искомое сопротивление реостата:

    R2 = R − R1 = 22 − 11 = 11 Ом.

Ответ: сопротивление реостата равно 11 Ом.

К сожалению, последовательное соединение не всегда оказывается удобным. Например, в торговом центре «Ашан» работает с 9:00 до 23:00, кинотеатр — с 10:00 до 02:30, а магазины — с 10:00 до 22:00. При последовательном соединении цепи свет должен будет гореть во всем ТЦ с 9:00 до 02:30. Согласитесь, что такой режим работы экономически невыгоден даже при минимальном тарифе на электроэнергию. В этом случае удачным решением будет использование параллельного соединения.

§ 26. Закон Ома для полной электрической цепи. КПД источника тока

Упражнение 19

1. Резистор с сопротивлением R = 2 Ом подключён к источнику тока с ЭДС  = 5 В и внутренним сопротивлением r = 0,5 Ом. Определите силу тока в цепи и падение напряжения на внешнем и внутреннем участках электрической цепи.

2. Реостат подключён к источнику тока с ЭДС  = 4 В и внутренним сопротивлением r = 1 Ом. Постройте график зависимости силы тока от сопротивления той части реостата, по которой проходит ток, I = I(R).

3. При подключении к источнику тока с ЭДС = 2,2 В резистора с сопротивлением R = 4,0 Ом сила тока в цепи I = 0,50 А. Определите силу тока при коротком замыкании источника тока.

Рис. 133

4. На рисунке 133 представлен график зависимости силы тока в реостате от его сопротивления. Определите силу тока при коротком замыкании источника тока и его внутреннее сопротивление.

5. Определите полную мощность, развиваемую источником тока с внутренним сопротивлением r = 0,50 Ом, при подключении к нему резистора с сопротивлением R = 2,0 Ом, если напряжение на резисторе U = 4,0 В.

6. Спираль нагревательного элемента, сопротивление которой R = 38 Ом, подключена к источнику тока с ЭДС  = 12 В и внутренним сопротивлением r = 2,0 Ом. Определите количество теплоты, которое выделится в спирали за промежуток времени t = 10 мин.

7. Два параллельно соединённых резистора, сопротивления которых R1 = 4,0 Ом и R2 = 6,0 Ом, подключили к источнику тока с ЭДС = 12 В и внутренним сопротивлением r = 0,60 Ом. Определите напряжение на резисторах и силу тока в каждом из них.

Рис. 134

8. На рисунке 134 представлена схема электрической цепи, состоящей из источника тока, резистора и идеального вольтметра. Определите работу электрического тока на внешнем участке цепи за промежуток времени t = 10 мин и КПД источника тока.

Рис. 135

9. На рисунке 135 представлена схема электрической цепи, состоящей из источника тока, ключа и трёх резисторов. Выберите из предложенного перечня три верных утверждения. Укажите их номера.

1) Полезную мощность тока на внешнем участке цепи при разомкнутом ключе можно определить по формуле .

2) Мощность, развиваемую сторонними силами источника тока при замкнутом ключе, можно определить по формуле .

3) Полезную работу тока на внешнем участке цепи при замкнутом ключе можно определить по формуле .

4) Работу сторонних сил источника тока при разомкнутом ключе можно определить по формуле .

5) КПД источника тока при разомкнутом ключе η = 80 %.

10. Вольт-амперная характеристика, построенная по результатам экспериментального исследования зависимости напряжения на реостате от силы тока в нём, представлена на рисунке 135.1. Определите силу тока при коротком замыкании источника тока и его ЭДС.

Рис. 135.1

11. Для проведения экспериментального исследования была собрана электрическая цепь, состоящая из источника тока, ключа, соединительных проводов, реостата, амперметра и вольтметра. В ходе исследования зависимости напряжения на реостате от силы тока в нём была составлена таблица.

U, В0,500,700,800,90
I, А0,700,500,400,30

Определите ЭДС источника тока и его внутреннее сопротивление.

Рис. 135.2

12. Модуль напряжённости электростатического поля плоского конденсатора, подключённого к источнику постоянного тока (рис. 135.2), Е = 3,0 . ЭДС источника тока = 0,16 кВ, а его внутреннее сопротивление r = 5,0 Ом. Определите расстояние между обкладками конденсатора, если сопротивление резистора R = 15 Ом.

13. Электродвигатель в сети постоянного тока с напряжением U = 220 В потребляет ток силой I = 12 А. Сопротивление обмотки электродвигателя R = 5,0 Ом. Определите механическую мощность и КПД электродвигателя.

14. В электрический чайник налили воду и подключили к источнику тока с ЭДС = 140 В и внутренним сопротивлением r = 4,0 Ом. Вольтметр, подключённый к полюсам источника тока, показывает напряжение U = 120 В. Определите, на сколько увеличится температура воды за промежуток времени τ = 2,0 мин, если её объём V = 1,0 л и КПД чайника η = 70 %. Плотность воды ρ = 1,0 · 103 , удельная теплоёмкость воды c = 4,2 · 103.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий

Adblock
detector