Индивидуальные задания по физике / Задача

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет

КАФЕДРА ФИЗИКИ ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №1 по дисциплине "ФИЗИКА" Преподаватель: студент гр. 0341: Шин Е.Д. Санкт-Петербург 2001

Задача № 5.3.1

I,мкА

₂₀ Дано:

t, c С=20010^-6Ф

_-20 t_нач=10с

t_кон=20с

^{t0 t1 t2 t3}

1. Решение:

t₀=0c; I₀=2010^-6А

t₁=5c; I₁=-2010^-6А

t₂=7,5c; I₂=-2010^-6А

t₃=10c; I₃=-1010^-6А

2. Расчет формулы U_t

0-I) U₀₁=

I₀₁=(20-8t)10^-6

I-II) U₁₂=

I₁₂=(-20)10^-6

II-III) U₂₃=

I₂₃=(-50+4t)10^-6

3. Расчет U_t за время t=t_кон-t_нач:

U=U₀₁+U₁₂+U₂₃=(10^-6/C)((20t-4t²)|⁵₀+(20t)|^7,5₅+(-50t+2t²)|¹⁰_7,5=

=(10^-6/20010^-6)(205-425)+(207,5-205)+((-5010+2100)-(-507,5+256,25)))=0.0625В

4. График U(t):

Задача № 5.3.2

^{l3 l1=l2} Дано:

3

2

1

l=0,1м

d₁ 3 1 l₁=l₂=0,07м; l₃=0,05м

d₃ d₁=1^.10^-3м; d₂=2^.10^-3м

d₂ 2 d=d₃=3^.10^-3м

₂=_=710^-10См/м;

l |q₊|=|q_-|=e=1,610^-19Кл

₊=1,210^-4 м²/(Вс);=1,5610^-4 м²/(Вс)

n₊=n_-=10¹³м^-3

U=300В

I_утечки - ?

Решение:

1. Таблица параметров

U_i из задачи 4.3.1

₁=q₊₊n₊+q_-_-n_-=4,41610^-10См/м

№	di	Si=l.li	Ui	Ei=Ui/di	ji=Eii	Ii=jiSi
Раз-ть	м	м2	В	В/м	A/м2.10-6	-6
1	0,001	0,007	191	191000	84,3	0,59
2	0,002	0,007	109	54500	38.15	0,267
3	0,003	0,003	300	100000	70	0,21

Ответ: I_{утечки1}=0,5910^-6А; I_{утечки2}=0,26710^-6А; I_{утечки3}=0,2110^-6А

Задача № 5.3.3

R₂ Дано:

₁=1,5В

I₂ G₁ I₃ II G₂ ₁=2,5В

С₁=1010^-12Ф

R₁=R₂=2Ом; R₃=3Ом

R₁ С I R₃ r₁=r₂=1Ом

I_i - ?; q - ?

Решение: I₁

1. Расчет силы тока в различных ветвях цепи

По I закону Кирхгофа: I₃=I₁+I₂

По II закону Кирхгофа:

1. I₁(R₁+R₃)+I₃(r₁+r₂)=₁+_

2. I₂R₂+I₃(r₁+r₂)=₁+_

=>

I₁(R₁+R₃)+I₃(r₁+r₂)=I₂R₂+I₃(r₁+r₂) => I₁=I₂R₂/(R₁+R₃)

I₂R₂+I₂(R₁+R₂+R₃)(r₁+r₂)/(R₁+R₃)=₁+_

I₂===0,83A

I₁=I₂R₂/(R₁+R₃)=20/242/(2+3)=1/3=0,33A

I₃=I₁+I₂=0,83+0,33=1,166A

2. Расчет заряда на конденсаторе

I₃r₂+I₁R₃=(_A-_B)+₂ => (_A-_B)= I₃r₂+I₁R₃-₂

q=C(_A-_B)=C( I₃r₂+I₁R₃-₂)=1010^-12(1,1661+0,833-2,5)=11,6710^-12Кл

Ответ: I₁=0,33A; I₂=0,83A; I₃=1,166A; q=11,6710^-12Кл

Задача № 5.3.4

G₁ G₂ Дано:

₁=1,5В

₂=2,5В

С₁=1010^-12Ф

R₁=2Ом; R₃=3Ом

R₁ R₃ r₁=r₂=1Ом

P_e - ?; P - ?;  -? P_{e max} - ?

Решение:

1. Расчет силы тока в цепи

I=_+_/(R₁+R₃+r₁+r₂)=4/(2+3+1+1)=4/7=0,571A

2. Расчет полезной мощности

P_e=I²(R₁+R₃)=0,571²(2+3)= 1,63Вт

3. Расчет полной мощности

P= I²(R₁+R₃+r₁+r₂)=0,571²(2+3+1+1)= 2,28Вт

4. Расчет КПД

=P_e/P=(R₁+R₃)/(R₁+R₃+r₁+r₂)=(2+3)/(2+3+1+1)=0,714

5. Расчет максимальной полезной мощности

P_{e max}=(_+_)^/4(r₁+r₂)=(1,5+2,5)²/4(1+1)=2Вт

Ответ: P_e=1,63Вт; P=2,28Вт; =0,714; P_{e max}=2Вт

Задача № 5.3.5

U r Дано:

U=1800В

R=2 Ом

R P=16010³Вт

P - ?; U_нагр - ?;

1. Расчет мощности, получаемой потребителем:

2. Расчет падения напряжения на нагрузке

а) Сила тока в цепи

б) U_нагр=IR=80,92=161,8В

Ответ: P=145618Вт; U_нагр=161,8В

Задача № 5.3.6

I,мкА

₂₀ Дано:

t, c С=20010^-6Ф

_-20 t_нач=10с

t_кон=20с

^{t0 t1 t2 t3} R=500 Ом

1. Решение: Q - ?

t₀=0c; I₀=2010^-6А

t₁=5c; I₁=-2010^-6А

t₂=7,5c; I₂=-2010^-6А

t₃=10c; I₃=-1010^-6А

2. Расчет формулы

0-I) Q₀₁=

I₀₁=(20-8t)10^-6

I-II) Q₁₂=

I₁₂=(-20)10^-6

II-III) Q₂₃=

I₂₃=(-50+4t)10^-6

3. Расчет Q_об за время t=t_кон-t_нач:

Q_об=Q₀₁+Q₁₂+Q₂₃=10^-12(2666,7+1000+583,3)=2,12510^-6Дж

Ответ: Q_об=2,12510^-6Дж

Задача № 5.3.7

^{l3 l1=l2} Дано:

3

2

1

l=0,1м

d₁ 3 1 l₁=l₂=0,07м; l₃=0,05м

d₃ d₁=1^.10^-3м; d₂=2^.10^-3м

d₂ 2 d=d₃=3^.10^-3м

₂=_=710^-10См/м;

l |q₊|=|q_-|=e=1,610^-19Кл

₊=1,210^-4 м²/(Вс);=1,5610^-4 м²/(Вс)

n₊=n_-=10¹³м^-3

t=60c

U=300В

Q_i - ?; P_{уд i} - ?;

Решение:

1. Таблица параметров

U_i,I_i из задачи 5.3.2

₁=q₊₊n₊+q_-_-n_-=4,41610^-10См/м

№	Ui	Ii	Qi=UiIit	Ei=Ui/di	ji=Eii	Pуд i=Eiji
Раз-ть	В	-6	Дж10-6	В/м	A/м2.10-6	Втм3
1	191	0,59	6761,4	191000	84,3	16,1
2	109	0,267	1746,18	54500	38.15	2,079
3	300	0,21	3780	100000	70	7

Ответ: Q₁=6761,4Дж; P_{уд 1}=16,1 Вт/м³

Q₂=1746,18Дж; P_{уд 2}=2,079 Вт/м³

Q₃=3780Дж; P_{уд 3}=7 Вт/м³