Основные представления об электричестве Плотность тока и закон Ома Примеры решения задач к контрольной работе Электромагнетизм Закон Ома Электромагнитная индукция Магнитное поле в веществе Основы электродинамики

Методика решения задач по физике. Примеры решения задач к контрольной работе

Конденсаторы и нелинейные элементы в электрических цепях

40.12. Найдите напряжения U1 и U2 на конденсаторах C1 и C2 в схеме, представленной на рисунке, если известно, что при замыкании резистора с сопротивлением R накоротко сила тока через источник тока возрастает в n = 3 раза. ЭДС источника тока равна E.

40.22. Определите заряд q конденсатора C в схеме, представленной на рисунке. Внутренним сопротивлением источника тока пренебречь.

 

К задаче 40.1. К задаче 40.2.

40.3. Найдите заряды q1 и q2 на конденсаторах C1 и C2 в схеме, показанной на рисунке. Внутренними сопротивлениями источников тока пренебречь.

 

К задаче 40.3. К задаче 40.4.

40.42. Какой заряд q протечет через сопротивление R2 после размыкания ключа K (см. рисунок), если R1 = R2 = R3 = R4 = R = 20 Ом, E = 100 В, r = 10 Ом, C = 10 мкФ.

40.52. Какой заряд q пройдет через ключ K (см. рисунок), если его замкнуть?

К задаче 40.5. К задаче 40.6.

40.62. Определите заряд q, протекающий через ключ K при его замыкании (см. рисунок). Внутренним сопротивлением источника тока пренебречь.

40.73. Резистор с сопротивлением R и нелинейное сопротивление, вольтамперная характеристика которого имеет вид , где a – постоянная, соединены последовательно и подключены к источнику напряжения Uo. Найдите силу тока I в цепи. Внутренним сопротивлением источника пренебречь.

40.83. Схема (см. рисунок) состоит из двух одинаковых резисторов с сопротивлениями R и двух одинаковых нелинейных элементов, вольтамперная характеристика которых имеет вид U = aI2, где a – некоторая известная постоянная. При какой ЭДС E источника ток через гальванометр равен нулю? Сопротивлением источника пренебречь.

  

К задаче 40.8. К задаче 40.9. К задаче 40.10.

40.93. На рисунке приведена зависимость силы тока через автомобильную лампочку от напряжения на ней. Лампочку и резистор с сопротивлением R = 2 Ом подключают к источнику тока с ЭДС E = 15 В и внутренним сопротивлением r = 3 Ом. Какими будут напряжение U на лампочке и сила тока I через нее, если лампочка и резистор соединены: а) последовательно; б) параллельно?

40.103. На рисунке приведен график зависимости напряжения на разрядном промежутке дугового разряда от силы тока. Дугу подключают к источнику постоянного напряжения последовательно с резистором. При каком максимальном сопротивлении R резистора дуга может гореть при ЭДС источника E = 85 В? Внутренним сопротивлением источника пренебречь.

40.113. Нелинейный двухполюсный элемент имеет квадратичную вольтамперную характеристику: ток через этот элемент пропорционален квадрату приложенного к нему напряжения. Два таких двухполюсника соединены параллельно. Последовательно с ними включен еще один такой же элемент. На полученную цепь подано напряжение U. Определите напряжение Ui на каждом из элементов.

41. Работа и мощность тока. Тепловое действие тока

Закон Джоуля – Ленца: в проводнике с постоянным током за интервал времени Dt выделяется количество теплоты DQ, пропорциональное квадрату силы тока I, сопротивлению проводника R и длительности интервала Dt:

.

Мощность P тока, текущего в проводнике на участке 1 – 2, пропорциональна силе тока I и напряжению U12 между его концами:

.

41.12. Источник тока с ЭДС E и внутренним сопротивлением r замкнут на реостат. Как зависит от силы тока I в цепи мощность Pист, выделяемая источником; мощность Pвн, выделяемая во внешней цепи, и коэффициент полезного действия h источника тока? Постройте графики зависимостей Pист(I), Pвн(I), h(I). При какой силе тока I = Io мощность, выделяемая во внешней цепи, будет наибольшей? Чему равна эта наибольшая мощность Pmax?

41.22. Источник тока с ЭДС E и внутренним сопротивлением r замкнут на реостат. Как зависит от сопротивления R реостата мощность Pвн, выделяемая во внешней цепи; мощность Pист, выделяемая источником тока; мощность Pвнутр, выделяющаяся внутри источника, и коэффициент полезного действия h источника? Постройте графики зависимостей Pвн(R), Pист(R), Pвнутр(R) и h(R). При каком сопротивлении R = Ro реостата во внешней цепи выделяется максимальная мощность? Чему равен при этом КПД h(Ro) = ho?

41.32. Плитка при номинальном напряжении Uo = 220 В имеет мощность Po = 800 Вт. При включении плитки в сеть напряжение на розетке изменяется с U1 = 200 В до U2 = 180 В. Определите сопротивление Rnp подводящих проводов.

41.42. Разность потенциалов в сети зарядной станции U = 20 В. Внутреннее сопротивление аккумулятора, поставленного на зарядку, r = 0,8 Ом. В начальный момент времени его остаточная ЭДС E = 12 В. Какая мощность P2 расходуется станцией на зарядку аккумулятора при этих условиях? Какая мощность P2 при этом тратится на нагревание аккумулятора?

41.52. Имеются два резистора с сопротивлениями R1 = 2 Ом и R2 = 4,5 Ом. Их подключают к источнику тока сначала параллельно, а затем последовательно. При каком значении внутреннего сопротивления r источника тока в обоих случаях во внешней цепи выделяется одинаковая мощность?

41.62. При поочередном подключении к источнику тока двух электрических нагревателей с сопротивлениями R1 = 3 Ом и R2 = 48 Ом в них выделяется одинаковая мощность P = 1,2 кВт. Определите силу тока Iк.з. при коротком замыкании источника.

41.72. При подключении к источнику тока с ЭДС E = 15 В и сопротивлением R = 15 Ом КПД источника h = 75 %. Какую максимальную мощность Pmax во внешней цепи может выделять данный источник?

41.83. Когда во внешней цепи выделяется мощность P1 = 18 Вт, КПД источника тока h1 = 64 %. При изменении внешнего сопротивления КПД источника h2 = 36 %. Какая мощность Pвнут выделяется при этом внутри источника тока?

41.93. Три одинаковых элемента с ЭДС E и резисторы с сопротивлением R каждый включены в цепь, изображенную на рисунке. Найдите мощность P, выделяющуюся на всех сопротивлениях схемы. Внутренними сопротивлениями элементов пренебречь.

41.103. Напряжение в сети без нагрузки U = 120 B. При включении в сеть плитки номинальной мощности Pном = 300 Вт фактически выделяющаяся мощность равна P = 250 Вт. Какая мощность будет выделяться в двух таких плитках, одновременно включенных параллельно в эту сеть? Плитки рассчитаны на напряжение Uном = 120 В. Изменения сопротивления плиток при их нагревании не учитывать.

41.112. Нагреватель самовара состоит из двух элементов. При подключении к сети первого элемента вода в самоваре закипает через t1 = 15 мин, при подключении только второго элемента – через t2 = 20 мин. Через какое время вода в самоваре закипит, если элементы подключить к сети: а) последовательно; б) параллельно.

41.122. Электроплитка имеет три секции с одинаковыми сопротивлениями. При параллельном их соединении вода в чайнике закипает через t = 6 мин. Через какое время закипит вода той же массы и той же начальной температуры при соединении секций, показанном на рисунке?

К задаче 41.12

41.132. Конденсатор емкости C1, имеющий заряд q1, соединяют противоположно заряженными обкладками через резистор с конденсатором емкости C2, имеющим заряд q2. Какое количество теплоты Q выделяется на резисторе?

41.143. Какое количество теплоты Q выделится на резисторе сопротивления R после замыкания ключа K (см. рисунок)? Внутренним сопротивлением источника пренебречь.

41.153. Конденсатор емкости C, заряженный до напряжения E подключается через резистор с большим сопротивлением к батарее с ЭДС 5E (см. рисунок). Определите количество теплоты Q, которое выделяется в цепи при зарядке конденсатора до напряжения 5E.

 К задаче 41.14 К задаче 41.15 К задаче 41.16

41.163. Между обкладками плоского конденсатора расположена диэлектрическая пластинка (e = 3), заполняющая весь объем конденсатора. Конденсатор через резистор подключен к батарее с ЭДС E = 100 B (см. рисунок). Пластину быстро удаляют так, что заряд на конденсаторе не успевает измениться. Какая энергия Q выделится после этого в цепи в виде теплоты? Емкость незаполненного конденсатора Co = 100 мкФ.

41.173. Определить сопротивление R подводящих проводов от источника U = 120 B, если при коротком замыкании предохранители из свинцовой проволоки площадью сечения S = 1 мм2 и длины L = 2 см плавятся за время t = 0, 03 с. Начальная температура предохранителя T = 300 K, температура плавления свинца Tпл = 600 K, плотность свинца D = 11,3×103 кг/м3, удельное сопротивление свинца r = 2,1×10–7 Ом×м, удельная теплоемкость свинца c = 0,13 кДж/(кг×К), удельная теплота плавления l = 25 кДж/кг.

41.183. Под каким напряжением U нужно передавать электроэнергию на расстояние L = 5 км, чтобы при плотности тока j = 0,25 А/мм2 в медных проводах двухпроводной линии электропередачи потери в линии составляли h = 1 % от передаваемой мощности? Удельное сопротивление меди r = 1,7×10–8 Ом×м.

41.193. От источника тока необходимо передать потребителю мощность Po = 4 кВт. Сопротивление подводящих проводов R = 0,4 Ом. Какое напряжение U должно быть на зажимах источника, чтобы потери мощности в проводах составляли h = 4 % от потребляемой мощности?

41.203. Трамвай массы m = 22,5 т идет сначала по горизонтальному участку, а затем в гору с уклоном k = 0,03. В первом случае ток в двигателе I1 = 60 А, а во втором I2 = 118 А. Найдите скорости v1 и v2 трамвая, если коэффициент трения в обоих случаях m = 0,01, напряжение в линии U = 500 В, КПД двигателя и передачи h = 75 %.


На главную