Законы постоянного токаhot!

Законы постоянного тока
Электрический ток. Сила тока,
напряжение, электрическое
сопротивление.
Непрерывное
упорядоченное
движение свободных
носителей
электрического заряда
называется
электрическим током.
S – площадь поперечного
сечения проводника,
– электрическое поле
Условия существования тока
• Наличие свободных заряженных частиц
• Наличие электрического поля
Сила тока I – скалярная физическая
величина, равная отношению заряда
Δq, переносимого через поперечное
сечение проводника за интервал
времени Δt, к этому интервалу
времени:
q
I
t
В Международной системе единиц
СИ сила тока измеряется в амперах
(А).
Электрический ток. Сила тока,
напряжение, электрическое
сопротивление.
Электрическое
сопротивление — скалярная
физическая величина,
характеризующая свойства
проводника
где ρ — удельне
сопротивление вещества
проводника,
l — длина проводника,
S — площадь сечения.
S – площадь поперечного
сечения проводника,
– электрическое поле
Напряжение
Напряжение — это отношение работы тока
на определенном участке электрической цепи
к заряду, протекающему по этому же участку
цепи.
Единицей измерения напряжения станет 1
вольт
1 Дж/Кл = 1В.
За направление тока принимается
направление движения положительных
зарядов
Закон Ома для участка цепи
Сила тока в участке цепи прямо
пропорциональна
напряжению на концах этого
участка и обратно
пропорциональна его
сопротивлению
U
I 
R
R
Электродвижущая
сила
 Для существования постоянного тока
необходимо наличие в электрической цепи
устройства, способного создавать и
поддерживать разности потенциалов на участках
цепи за счет работы сил неэлектростатического
происхождения. Такие устройства называются
источниками постоянного тока.
 Силы неэлектростатического происхождения,
действующие на свободные носители заряда со
стороны источников тока, называются
сторонними силами.
 Физическая величина, равная отношению работы
Aст сторонних сил при перемещении заряда q от
отрицательного полюса источника тока к
положительному к величине этого заряда,
называется электродвижущей силой
источника (ЭДС):
 Электродвижущая сила, как и разность
потенциалов, измеряется в вольтах (В).
Закон Ома для замкнутой цепи
I

Rr
Работа электрического тока.
Закон Джоуля–Ленца
• Работа электрического
тока:
• ΔA = UIΔt
• Закон Джоуля–Ленца:
• ΔQ = ΔA = RI2Δt
Мощность электрического
тока
Мощность
электрического тока:
Мощность выражается
в ваттах (Вт).
Полная мощность
источника
Мощность во
внешней цепи
Коэффициентом
полезного действия
источника
Последовательное соединение
I1 = I2 = I
U = U1 + U2 = IR
R = R1 + R2
 При последовательном соединении полное
сопротивление цепи равно сумме сопротивлений
отдельных проводников
U1 = U2 = U
I = I1 + I2
1 1 1
 
R R1 R2
 При параллельном соединении проводников
величина, обратная общему сопротивлению
цепи, равна сумме величин, обратных
сопротивлениям параллельно включенных
проводников
.
Измерение напряжения и силы
тока
I
+
-
+
v
v
-
+
+
А
-
Сопротивление каждого резистора
на участке цепи, изображенном на
рисунке, равно 3 Ом. Найдите
общее сопротивление участка.
1.2/3 Ом
2.1,5 Ом
3.3 Ом
4.6 Ом
При ремонте электроплитки ее
спираль укоротили в 2 раза. Как
изменилась мощность
электроплитки?
1.увеличилась в 2 раза
2.увеличилась в 4 раза
3.уменьшилась в 2 раза
4.уменьшилась в 4 раза
Необходимо экспериментально проверить,
зависит ли электрическое сопротивление
круглого угольного стержня от его диаметра.
Какие стержни нужно использовать для такой
проверки?
1. А и Г
2. Б и В
3. Б и Г
4. В и Г
Среднее время разрядов молнии
равно 0,002 с. Сила тока в канале
молнии около 2.104 А. Какой заряд
проходит по каналу молнии?
1.40 Кл
2.10-7 Кл
3.10 Кл
.
-8
4.4 10 Кл
Исследуя зависимость силы тока от
напряжения на концах резистора, ученик
получил изображенный на рисунке график.
По этому графику он рассчитал значение
сопротивления резистора, которое
оказалось равным . . .
1.0,5 Ом
2.1 Ом
3.1,5 Ом
4.2 Ом
1. 14 Ом
2. 8 Ом
3. 7 Ом
4. 6 Ом
4 Ом
1 Ом
А
5 Ом
В
4 Ом
На рисунке показан график зависимости
силы тока в лампе накаливания от
напряжения на ее клеммах. При
напряжении 30 В мощность тока в лампе
равна
1.
2.
3.
4.
135 Вт
67,5 Вт
45 Вт
20 Вт
На фотографии – электрическая цепь. Показания
включенного в цепь амперметра даны в амперах.
Какое напряжение покажет идеальный вольтметр, если
его подключить параллельно резистору 3 Ом?
1. 0,8 В
2. 1,6 В
3. 2,4 В
4. 4,8 В
В электронагревателе, через который течет
постоянный ток, за время t выделяется
количество теплоты Q. Если
сопротивление нагревателя и время t
увеличить вдвое, не изменяя силу тока, то
количество выделившейся теплоты будет
равно
1. 8Q
2. 4Q
3. 2Q
4. Q
• Ответ
•2 1 3
1
1
1


R1 R2 R

I
Rr
• На внешнее сопротивление сначала был
замкнут источник тока с ЭДС ξ и внутренним
сопротивлением r. Затем произвели замену
источника, в результате чего ЭДС источника
в цепи стала большей, а его внутреннее
сопротивление прежним. Как при этом
изменятся сила тока в цепи и напряжение на
внешнем сопротивлении?
• Установите соответствие между физическими
величинами этого процесса и характером их
изменения.
• А) сила тока
• Б) напряжение на внешнем сопротивлении
• 1) увеличилось 2) уменьшилось
• 3) не изменилось
• Ответ
•1 1

I
Rr
U
I
R
Задача 1
• Чему равно расстояние
d между обкладками
конденсатора (см.
рисунок), если
напряженность
электрического поля
=
между ними Е = 5 кВ/м,
внутреннее
сопротивление
источника тока r =10
Ом, его ЭДС ξ = 20 В, а
сопротивления
резисторов R1 = 10 Ом
и R2 = 20 Ом?
• Дано:
Е = 5 кВ/м
r =10 Ом
ξ = 20 В
R1 = 10 Ом
R2 = 20 Ом
d-?
По закону Ома для полной цепи:

I
Rr
R  R1  R 2  30
I  0,5 A
Uc  U2  I  R2  10В
Uc
E
d
Uc
d
 0,002м  2мм
E
Задача 2
• К однородному медному
цилиндрическому проводнику длиной
40 м приложили разность потенциалов
10 В. Каким будет изменение
температуры проводника через 15 с?
Изменением сопротивления проводника
и рассеянием тепла при его нагревании
пренебречь.
2
U
Q
t
R
L
R
S
2
US
Q
t
L
Q  cm T
m   пл V   пл LS
Q  c пл LST
U2 S
t  c плLST
L
2
US
T 
t
Lc пл LS
Задача 3
• Ученик собрал электрическую цепь,
состоящую из батарейки (1), реостата(2),
ключа (3), амперметра (4) и вольтметра (5).
После этого он провел измерения
напряжения и силы тока в цепи при двух
различных значениях сопротивлений
внешней цепи. Определить ЭДС, внутреннее
сопротивление батарейки, КПД источника
для первого опыта, количество теплоты,
выделяющееся внутри батарейки за 1 мин во
втором опыте.
•
•
•
•
Согласно показаниям приборов,
U1 = 3,2 B I1 = 0,5 A
U2 = 2,6 B I2 = 1 A.
Закон Ома для полной цепи:

I1 
R1  r
I1 (R 1  r )  

I2 
R2  r
I 2 (R 2  r )  
I1 (R 1  r )  I 2 (R 2  r )
I R I R
U  U2
r 1 1 2 2  1
I 2  I1
I 2  I1
Q  I rt
2
2

r
R1  r
Конденсатор емкостью
2 мкФ присоединен к
источнику постоянного
тока с ЭДС 3,6 В и
внутренним
сопротивлением 1 Ом.
Сопротивление
резисторов R1= 4 Ом,
R2= 7 Ом, R3= 3 Ом.
Каков заряд на левой
обкладке
конденсатора?
После зарядки конденсатора сила тока через резистор R3 I3=0,
следовательно
Uc  U2  I  R 2
По закону Ома для полной цепи:

I
Rr
R  R1  R 2  11
I  0,3 A
Uc  U2  I  R2  2,1В
q  CUc  4,2мкКл
Задача 6
Электрическая цепь состоит из
источника тока и реостата. ЭДС
источника 6В. Максимальная
мощность тока, выделяемая на
реостате, достигается при
промежуточном значении его
сопротивления и равна 4,5 Вт.
Чему равно внутреннее
сопротивление источника тока?
Мощность, выделяемая в цепи
Закон Ома для полной цепи
 2
P(
) R
Rr
PI R
2

I
Rr
По условию мощность , выделяемая на резисторе
максимальна. Определим производную полученной функции и
приравняем к 0
 2
P(
) R
Rr
2
2

(R  r ) 2  R  2(R  r ) 
r 2  R 2   0
P 
Rr
Rr
Rr
 2

P(
) r
r r
4r
2

r
2
4P
2
Задача 7

I
Rо  r
Амперметр показывает ток в цепи.
Закон Ома для полной цепи
Определим общее сопротивление цепи. Вольтметр и резистор R1
соединены параллельно.
1
1
1
R1

Rv

R
Подставляем численные значения, и получаем
Rо  R  R2  Ra
I=0,21 A.
Амперметр показывает силу тока 0,22 А. Цена деления шкалы
амперметра 0,02 А, что больше чем отклонения показаний от
расчета.
Следовательно амперметр дает верные показания.
Напряжение
U  I  R  4,2В
Вольтметр показывает 4,6 В. Цена деления вольтметра 0,2 В,
что в два раза меньше отклонения показаний. Следовательно,
вольтметр дает неверные показания.