Решение

Для ответа на вопрос задачи поступим следующим образом: к клеммам источника ЭДС, (у которого внутреннее сопротивление не слишком мало) в схеме соединения, приведенной на рис. 8., поочередно подсоединяем два вольтметра (оба вольтметра исправные) и записываем их показания. Показания вольтметров оказываются разными. Почему это происходит и что измеряют вольтметры?

Отметим, что вольтметр всегда измеряет падение напряжения на себе самом (т.е. разность потенциалов между точками, к которым он подключен). Запишем закон Ома для полной замкнутой цепи:

,

где - сопротивление вольтметра.

Вольтметр показывает падение напряжения:

или .

Так как в природе нет источников ЭДС с нулевым внутренним сопротивлением, то всегда , и мы приходим к выводу: ЭДС источника нельзя измерить вольтметром.

При составлении реальной электрической цепи основное правило заключается в том, что измерительные приборы не должны менять режима ее работы. Это возможно, если сопротивление амперметра значительно меньше сопротивления цепи, а сопротивление вольтметра значительно превышает сопротивление участка цепи, к которому он подключен.

Ответ: ЭДС источника нельзя измерить при помощи вольтметра, при измерениях показания выше будут у того вольтметра, у которого внутреннее сопротивление больше.

Пример 10. По проводнику сопротивлением течет ток, сила которого равномерно нарастает от до за время . Определить заряд, протекший по проводнику, за это время.

Д

По условию задачи сила тока равномерно растет, тогда закон изменения тока с течением времени имеет вид:

, где – коэффициент пропорциональности.

Найдем его величину :

(1)

По определению силы тока: ,(2) тогда ; (3)

ано Решение

Проинтегрировав, получим: (4);

(5)

Подставив данные, получим: q = 15 Кл.

Ответ: = 15 Кл.

Пример 11 . По железному проводнику, диаметр сечения которого равен 0,6 мм, течет ток 16 А. Определить среднюю скорость направленного движения электронов, считая, что концентрация свободных электронов равна концентрации атомов проводника.

Решение

Средняя скорость направленного (упорядоченного) движения электронов определяется по формуле

(

Рис. 9

1) , где - время, в течение которого все свободные электроны, находящиеся в отрезке проводника между сечениями I и II, пройдя через сечение II,

перенесут заряд и создают ток

(2) ,

где - элементарный заряд; - число электронов в отрезке проводника; - его длина.

Число свободных электронов в отрезке проводника объемом можно выразить следующим образом:

(3) ,

где - площадь сечения.

По условию задачи, . Следовательно,

(4) ,

где - постоянная Авогадро; - молярный объем металла; - молярная масса металла; - его плотность.

Подставив последовательно выражения из формулы (4) в равенство (3) и

Из формулы (3) в равенство (2), получим .

Отсюда найдем .

Подставив выражение в формулу (1), сократив на и выразив площадь сечения проводника через диаметр , найдем среднюю скорость направленного движения электронов:

(5) .

Произведя вычисления, получим

Ответ: .

Пример 12. В цепь источника постоянного тока с ЭДС включен резистор сопротивлением . Определить: 1) плотность тока в соединительных проводах площадью поперечного сечения ; 2) число N электронов, проходящих через сечение проводов за время . Сопротивлением источника тока и соединительных проводов пренебречь.