Занятие 31. Закон Ома для полной цепи.

Для того, чтобы в замкнутой цепи постоянного тока поддерживалась непрерывная циркуляция зарядов (то есть протекал электрический ток) в этой цепи должны действовать силы не электростатического происхождения, так как работа электрического поля при перемещении зарядов по замкнутому пути равна нулю. Такие силы называются сторонними. Они действуют на заряды внутри источников тока и могут иметь различную физическую природу.

Физическая величина, равная работе сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда q от отрицательного полюса источника тока к положительному, называется электродвижущей силой источника (ЭДС):

Суммарная ЭДС батареи последовательно соединенных источников равняется сумме ЭДС этих источников:

Силу тока в полной цепи можно рассчитать по закону Ома для полной цепи

,

где r – внутреннее сопротивление.

Напряжение на участке цепи, содержащем источник тока, определяется формулой

U =   – Ir,

где r – внутреннее сопротивление источника.

Ток короткого замыкания .

Задачи для фронтального решения:

1) Электрическая цепь состоит из источника тока с внутренним сопротивлением 0,1Ом, сопротивления нагрузки и последовательно с ним включенного вольтметра сопротивлением 100 кОм. Если сопротивление включить параллельно вольтметру, то показания вольтметра не изменятся. Найти сопротивление нагрузки.

2) По цепи, состоящей из источника тока с ЭДС 16 В и внутренним сопротивлением 2Ом и реостата, идет ток силой 1 А. Какой силы пойдет ток при увеличении сопротивления реостата в два раза?

3) К источнику с ЭДС 2,4 В и внутренним сопротивлением 4 Ом подключен реостат. Сила тока в цепи равна 0,4. Во сколько раз надо изменить сопротивление реостата, чтобы на нем падало напряжение 1,6 В?

4) Сила тока короткого замыкания источника ЭДС 8 В равна 2 А. Определить напряжение на сопротивлении 12 Ом, подключенном к этому источнику.

5) При замыкании источника тока на внешнее сопротивление 4 Ом в цепи протекает ток 0,3 А, а при замыкании на сопротивление 7 Ом протекает ток 0,2 А.Определите ток короткого замыкания этого источника.

6) Напряжение на зажимах батареи, состоящей из двух источников соединенных параллельно одноименными полюсами ... ( ₁= 2В, r₁=0,2 Ом, ₂ = 1,7 Ом, r₂ = 0,1 Ом)

7) К зажимах аккумулятора с ЭДС 10 В подключены параллельно две лампочки сопротивлением 40 Ом и 10 Ом. Ток в неразветвленной части цепи равен 1 А. Каково внутреннее сопротивление аккумулятора?

8) Батарея с ЭДС 6 В и внутренним сопротивлением 1,4 Ом питает внешнюю цепь, состоящую из дух параллельных сопротивлений 2 и 6 Ом. Определить разность потенциалов на зажимах батареи.

9) К источнику тока с ЭДС 10 В и внутренним сопротивлением 1 Ом подключен резистор сопротивлением 3 Ом. Параллельно резистору подключен конденсатор емкостью 2 мкФ. Чему равен заряд конденсатора?

10)Сколько параллельно включенных лампочек рассчитанных на силу тока 0,5 А каждая, могут гореть полным накалом при питании их от аккумуляторной батареи с ЭДС 120 В и внутренним сопротивлением 10 Ом? Напряжение на лампах 100В.

11) Н

апряженность электрического поля плоского конденсатора ( см.рисунок) равна 24 кВ/м. Внутреннее сопротивление источника 10 Ом, ЭДС равна 30В, сопротивление резисторов R₁=20 Ом, R₂=40 Ом. Найдите расстояние между пластинами конденсатора.

12) На фотографии представлена установка, в которой электродвигатель (1) с помощью нити (2) равномерно перемещает каретку (3) вдоль направляющей. При прохождении каретки (3) мимо датчика I секундомер (4) включается и при дальнейшем движении каретки фиксирует время от момента включения. При прохождении каретки мимо датчика II секундомер выключается. После измерения силы тока амперметром (5) и напряжения вольтметром (6) ученик измерил с помощью динамометра силу трения скольжения каретки по направляющей. Она оказалась 0,4 Н. Какими будут показания секундомера при прохождения каретки мимо второго датчика, если работа силы упругости нити составляет 0,03 от работы источника тока во внешней цепи?

13) До замыкания ключа К на схеме (см. рисунок) идеальный вольтметр V показывал напряжение 6 В. После замыкания ключа идеальный амперметр А показывает силу тока 0,6А. Чему равно внутреннее сопротивление источника? Сопротивления резисторов указаны на рисунке.

14) На фотографии изображена электричес кая цепь, состоящая из резистора, реостата, ключа, цифровых вольтметра, подключенного к батарее, и амперметра. Составьте принципиальную электрическую схему этой цепи. Используя законы постоянного тока, объясните, как изменится ( уменьшится или увеличится) сила тока в цепи и напряжение на батарее при перемещении движка реостата в крайнее левое положение.

Задачи для самостоятельного решения:

1) Найти ЭДС и внутреннее сопротивление гальванического элемента, если при сопротивлении внешней цепи 2 Ом ток равен 1,2 А, а при сопротивлении 9 Ом — 0,4А.

2) Сила тока короткого замыкания источника ЭДС 15 В равна 5 А. Определить внутреннее сопротивление источника.

3) Через реостат, подключенный к источнику с ЭДС 12 В, течет ток 2 А. Когда сопротивление реостата увеличили в 2,5 раза, ток стал равен 1 А. Определить внутреннее сопротивление источника.

4) При замыкании источника тока на внешнее сопротивление 4 Ом в цепи протекает ток 0,3 А, а при замыкании на сопротивление 7 Ом протекает ток 0,2 А.Определите ток короткого замыкания этого источника.

1) 1,2 А 2) 0,5 А 3) 0,9 А 4) 2,1 А 5) 1,6 А

5) При последовательном соединении n одинаковых источников тока с одинаковыми ЭДС каждый и одинаковыми внутренними сопротивлениями каждый, полный ток в цепи с внешним сопротивлением R будет равен

1) 2) 3) 4) 5)

6) Отношением работы, совершаемой сторонними силами при перемещении электрического заряда по замкнутой цепи, к величине этого заряда определяется …

1) напряжение в цепи 2) сила тока в цепи 3) ЭДС источника

4) сопротивление полной цепи

5) внутреннее сопротивление источника тока

7) Коэффициент полезного действия источника может быть вычислен по формуле …

1) 2) 3)

4) 5)

8) Если ЭДС источника 8 В, его внутреннее сопротивление 1/8 Ом и к источнику подключены параллельно два сопротивления 1,5 Ом и 0,5 Ом полный ток в цепи равен …

1) 16 А 2) 8 А 3) 4 А 4) 2А 5) 1 А

9) ЭДС динамомашины с внутренним сопротивлением 0,5 Ом питающей 50 соединенных параллельно ламп каждая сопротивлением 100 Ом при напряжении во внешней цепи 220 В, равна … (сопротивлением подводящих проводов пренебречь)

1) 275 В 2) 330 В 3) 375 В 4) 440 В 5) 550 В

10) Если в цепи, состоящей из источника тока с ЭДС  и внутренним сопротивлением r и внешнего сопротивления R, внутреннее и внешнее сопротивление увеличить в 2 раза, то падение напряжения на внешнем сопротивлении …

1) увеличится в 4 раза 2) увеличится в 2 раза

3) не изменится 4) уменьшится в 2 раза

5) уменьшится в 4 раза

1 1) Каково расстояние d между обкладками конденсатора (см. рисунок), если напряженность электрического поля между ними 5 кВ/м, внутреннее сопротивление источника тока 10 Ом, его ЭДС 20 В, а сопротивление резисторов R₁= 10 Ом, R₂= 20 Ом ?

1 2) Конденсатор емкостью 2 мкФ присоединен к источнику постоянного тока ЭДС 3,6 В и внутренним сопротивлением 1 Ом. Сопротивления резисторов R₁= 4 Ом, R₂= 7 Ом, R₃= 3 Ом. Чему равно напряжение между обкладками конденсатора? Каков заряд на левой обкладке конденсатора?

13) Одни и те же элементы соединены в электрическую цепь сначала по схеме 1, а затем по схеме 2 (см. рисунок). Сопротивление резистора равно R, сопротивление амперметра 0,1R, сопротивление вольтметра 9R.

В первой схеме показания вольтметра равны U_l. Каковы его показания во второй схеме? Внутренним сопротивлением источника и сопротивлением проводов пренебречь.

14) Каким будет сопротивление участка цепи (см. рисунок), если ключ К замкнуть? (Каждый из резисторов имеет сопротивление R.)

1)

R

2)

2R

3)

3R

4)

0

Рекомендуемое домашнее задание:

вопросы А21 тестов 2,3,4,5,8,9,11,12,13.

А17 тестов 12, 13