Індивідуальні завдання
1 варіант
До амперметра, опір якого 0,27 Ом, приєднано паралельно шунт опором 0,09 Ом. Обчислити силу струму в колі, якщо амперметр показує 2 А.
Якщо вольтметр з’єднати послідовно з резистором, опір якого 10 кОм, то при напрузі 120 В він покаже 50 В. Якщо його з’єднати послідовно з резистором, опір якого невідомий, то при тій самій напрузі він покаже 10 В. Визначити опір невідомого резистора.
У мідному провіднику , площа поперечного перерізу якого 0,5 см2, проходить струм силою 1,5 А. З якою силою діє електричне поле в цьому провіднику на кожний носій струму?
2
варіант
Що потрібно зробити, щоб прилад, ціна поділки якого 10 мкА, шкала приладу має 100 поділок, а внутрішній опір 100 Ом, можна було використати як вольтметр для вимірювання напруги до 100 В, та як амперметр для вимірювання струму до 1А?
Два провідники виготовленні з одного матеріалу. У скільки разів довжина одного провідника більша від довжини іншого, коли відомо , що маса другого в 2 рази більша, а опір в 8 разів.
На кінцях залізного провідника , довжина якого 1 м і діаметр 1 мм , підтримується напруга 12 В. Визначити густину струму та кількість електронів, які проходять крізь поперечний переріз провідника за 1 с.
Контрольні запитання
Сформулюйте закон Ома для однорідної та неоднорідної ділянки кола.
Сформулюйте правила Кірхгофа.
Чим відрізняється схеми вимірювання а та б.
Чи залежить питомий опір провідників від температури і якщо так, то як саме.
Література
Савельев И.В. Курс общей физики. т. 2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика: Учебное пособие. – М.: Наука, 1989. – 352 с.
Лабораторный практикум по физике: Уч. Пособие для вузов/Под ред. К.А. Барсукова. – М.: Высш. шк., 1988. – 351 с.
Майсова Н.Н. Практикум по курсу общей физики. – М.: Высш. шк.,1970.–448с.
Парселл Э. Электричество и магнетизм. Пер. с англ. Изд-во «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, 1971.
Лабораторне заняття № 10
Тема: Вивчення джерела сталої ЕРС.
Мета роботи: Експериментальне дослідження джерела постійної ЕРС (електрорушійної сили).
Прилади та обладнання: Джерело постійної ЕРС, зовнішній опір R, амперметр.
Теоретичні відомості
Течія струму в колі, зображеному на мал..1 описується рівнянням:
(1)
де ε – ЕРС джерела; R – змінний опір зовнішнього ланцюга; r – внутрішній опір джерела; I – сила струму в колі.
Перепишемо рівняння (1) у вигляді:
(2)
Рівняння
(2) опису лінійну залежність зворотного
струму І-1
від опору навантаження R (мал..2), при чому
кутовий коефіцієнт прямої k визначений
величиною зворотної ЕРС – ε-1,
а відсічка на осі ординат – відношенням
внутрішнього опору до ЕРС (
).
Позначимо
відсічку через Ѕ, а кутовий коефіцієнт
прямої – через
.
Тоді:
(3)
(4)
Величини Ѕ і k знімаються з графіка експериментальної залежності
Повна потужність, що виділяється в колі рівняння:
(5)
Найбільшого значення вона досягає при струмі короткого замикання (R=0):
При збільшені R потужність падає, наближаючись асимптотично до нуля при необмеженому збільшені R.
Потужність, що виділяється в зовнішній частині кола (навантаженні), дорівнює:
(6)
Найбільшого значення напруженість Рн досягає при R=r. Щоб переконатися в цьому, візьмемо похідну від Рн по зовнішньому опору:
Звідси
(7)
Критичну точку знаходимо з умови:
,
звідси R = r
З
співвідношення (7) видно, що при переході
через критичну точку R = r, похідна dPн/dR
змінює знак (з + на - ). Отже, в цій точці
функція Рн(R)
має максимум. В граничних точках маємо:
Рн
(R=0) =0:
(8)
Тому
максимальна потужність джерела буде:
(9)
дорівнює чверті потужності при короткому замикані.
Коефіцієнт корисної дії визначимо відношенням потужності Рн, в зовнішній частині кола, що виділяється, до всієї потужності Р:
(10)
При R = 0 маємо η = 0. із збільшенням опору R ККД зростає, наближаючись до одиниці при необмеженому збільшені R. Проте, при цьому потужність, що виділяється в зовнішній частині кола падає до нуля, і тому умова максимуму ККД з практичної точки зору не цікава.
Мал.1 Електрична схема установки мал.2 Типовий вигляд залежності І-1(R)