Самостоятельная работа № 5 (1 час)
Раздел 1. Электрические цепи постоянного тока.
Тема 1.2 Физические процессы в электрических цепях постоянного тока Решение задач на закон Джоуля-Ленца. Работа и мощность постоянного тока.
Цель: решение задач на тепловое действие тока, определение работы и мощности постоянного тока.
Форма отчетности: выполнение решения задач в письменном виде
Критерии оценки: «3» правильное использование законов электротехники с возможными недочетами в вычислениях, «4» - правильное решение задач варианта «5» - решение дополнительных задач
Курсант должен уметь устно объяснить ход решения задач
Теория
|
Основные формулы |
Физ. Величины и ед. измерения |
|
|
Работа:
Мощность, выделяемая на участке цепи:
Полная мощность цепи, развиваемая источником
Мощности во внешней цепи:
|
А – работа сил эл. поля по переносу заряда q (Дж) q – эл. заряд, проходящий через поперечное сечение провоника (Кл) t – время (с) I – сила тока (А) R- внешнее cопротивление (Ом) r – внутреннее сопротивление (Ом) Е – ЭДС источника (В) Р – мощность (Вт)
|
Мощность, выделяемая во внешней цепи, будет максимальной, когда внешнее сопротивление цепи равно сопротивлению источника. |
Решение задач на тепловое действие тока.
Основное расчетное соотношение
- закон Джоуля — Ленца: Q=IUt,
,
Если на участке нет источника ЭДС, то работа сил поля целиком идет на увеличение внутренней энергии проводника: А=Q
Если участок содержит источники тока, то величины A и Q, рассчитанные по приведённым формулам, будут разные. Какая величина будет больше — A или Q, зависит от направлений тока и знаков ЭДС на участке.
Примечание для задач на сравнение количеств теплоты, выделяемой в разных проводниках:
Если при переходе от одного участка цепи к другому сила тока в проводниках остается одинаковой, удобно применять формулу и составлять уравнение закона Джоуля—Ленца для каждого участка.
Если при переходе от участка к участку или подключении резисторов одинаковым оказывается напряжение на проводниках, удобнее воспользоваться формулой
Решение задач о превращении электрической энергии в механическую, внутреннюю и химическую при работе электромашин постоянного тока основано на применении закона сохранения и превращения энергии:
P0 = Р +Nмех+Nхим ,
где P0 = IE – полная мощность цепи, Р = I2R – мощность, выделяемая на участке цепи.
Задания для самостоятельной работы №5
Вариант 1
Два проводника 4 Ом и 32 Ом включены последовательно в сеть 36 В В каком из них выделится большее количество теплоты? Во сколько раз?
Вариант 2
Лампа, рассчитанная на напряжение 127 В, потребляет мощность 50 Вт. Какое дополнительное сопротивление нужно присоединить к лампе, чтобы включить ее в сеть с напряжением 220 В?
Вариант 3
На цоколе лампочки написано: 3 В, 0,2 А. Найдите работу тока за 2 минуты и мощность лампочки
Вариант 4
Два проводника 10 Ом и 40 Ом включены параллельно в сеть 12 В В каком из них выделится большее количество теплоты? Во сколько раз?
Вариант 5
На цоколе лампочки написано: 6 В, 20 Ом. Найдите работу тока за 20 секунд и мощность лампочки
Вариант 6
Кинопроекционная лампа мощностью 300 Вт рассчитана на напряжение 110 В. Определите величину дополнительного сопротивления, позволяющего включать ее в сеть с напряжением 127 В
Вариант 7
На цоколе лампочки написано: 30 Ом, 0,5 А. Найдите работу тока за час и мощность лампочки
Вариант 8
Две лампы мощностью 90 и 40 Вт включены параллельно в сеть, с напряжением 220 В. Определите сопротивление каждой лампы и ток, протекающий через каждую лампу\
Задачи дополнительного уровня
Вариант 9*
Какой длины надо взять никелиновую проволоку площадью поперечного сечения 0,84 мм2 чтобы изготовить нагреватель на 220 В, при помощи которого можно было бы нагреть 2 л воды от 20 градусов Цельсия до кипения за 10 минут, если КПД 80 процентов?
(Удельная теплоемкость воды 4200 Дж / (кг С), плотность воды 1000 кг/м3, удельное электрическое сопротивление никелина 4,2*10-7 Ом м)
Вариант 10*
Электрокипятильник со спиралью сопротивлением 160 Ом поместили в сосуд, содержащий воду массой 500 г при температуре 20 градусов Цельсия. Через 20 минут кипятильник выключили. Найдите конечную температуру воды (Удельная теплоемкость воды 4200 Дж/(кг С)) Теплоемкостью сосуда пренебречь, считать КПД 100 процентов
Вариант 11*
Электродвигатель подъемного крана работает под напряжением 380 В, при этом сила тока в обмотке 20 А. Найдите КПД установки, если груз массой 1 т кран поднимает на высоту 19 м за 50 с? (Ответ: 50 %)