Практическое занятие № 4. «Основные задачи электродинамики»

Цель: Формирование умений применять, полученные знания на практике

Электрический ток - это упорядоченное движение заряженных частиц (электронов и ионов).

За направление тока  условно принято направление движения положительных зарядов, т.е.  от  « + »  к  « - ».

Основные характеристики электрического тока.

Сила тока – основная количественная характеристика электрического тока:

 , 

[ I ] = А (Ампер)

I  –  сила тока, q – эл.заряд, t –  время  q₀ – заряд свободной заряженной частицы

n – концентрация носителей заряда

u - ср. скорость упорядоченного движения зарядов вдоль проводника

Электрическое напряжение:

U -  эл.напряжение,  A – работа, q  - эл.заряд

Электрическое сопротивление – основная электрическая характеристика проводника

R – эл.сопротивление       

l –  длина проводника

S – площадь поперечного сечения проводника

r - удельное сопротивление материала, из которого изготовлен проводник.

Последовательное и параллельное соединение проводников.

Последовательное соединение

 I₁ = I₂ = I,

U = U₁ + U₂

Параллельное соединение проводников

I₁ + I₂ = I

U = U₁ = U₂

Закон Ома для участка цепи.

Закон Ома для участка цепи: сила тока прямо пропорциональна приложенному напряжению U  и обратно пропорциональна сопротивлению проводника R

,       

Электродвижущая сила.

Сторонние силы - любые силы, действующие на электрические заряженные частицы, за исключение сил, электростатического происхождения (т.е. кулоновских).

ЭДС – электродвижущая сила – физическая величина, определяемая работой , совершаемой сторонними силами при перемещении единичного  положительного заряда от «+» полюса к «-» полюсу внутри источника тока. 

,  

Закон Ома для полной цепи.

Сила тока прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи:

где: ε– ЭДС источника тока

R –  внешнее сопротивление цепи

r -  внутреннее сопротивление цепи

Частный случай -  короткое замыкание, когда  R =  0 , 

Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля – Ленца.

A= IU Δt = I²RΔ t =U² Δt/R

Закон Джоуля – 

Мощность электрического тока равна работе,  которая совершается током за единицу времени:  

 (р)= Вт  (Ватт)

Полная мощность равна Р_полн = Iε.

Полезная мощность P_полез = IU = I²R =U²/R.

Коэффициент полезного действия прибора равен отношению полезной к полной мощности:  

Задачи:

1(А) Какие действия электрического тока наблюдаются при пропускании тока через металлический проводник?

1) Нагревание, химическое и магнитное действия.

2) Химическое и магнитное действия, нагревания нет.

3) Нагревание и магнитное действие, химического действия нет.

 4) Нагревание и химическое действия, магнитного действия нет.

2(А) Какое минимальное по абсолютному значению количество электричества может быть перенесено электрическим током через раствор электролита?

1)  е = 1,6·10^-19 Кл.         2)  2е = 3,2·10^-19 Кл.     3) Любое сколь угодно малое.

4) Минимальное количество зависит от времени пропускания тока.

3(А) Чему равно электрическое сопротивление участка цепи постоянного тока, если сила тока в цепи равна 4 А, а напряжение на участке цепи равно 2 В?

1) 2 Ом           2) 0,5 Ом        3) 8 Ом           4) 1 Ом

Указание: применить закон Ома для участка цепи.

4(А) Чему равно общее сопротивление электрической цепи.

1) 0,5Ом               3) 4 Ом                                       

2) 2 Ом                 4) 8 Ом                                                                           

Указание: применить формулу для нахождения сопротивления для последовательного соединения.

5(А) По проводнику за 2 с заряд 2 Кл, переносимый положительными носителями, прошел  вправо, а отрицательный заряд 3 Кл – влево. Чему равна сила тока в проводнике?

1) 0,5 А, течет влево                            2) 2,5 А, течет вправо 

3) 0,5 А, течет вправо                           4) 2,5 А, течет влево

Указание: применить формулу силы тока и учесть, что за направление тока принимают направление движения положительных зарядов.

6(А)  По проводнику сопротивлением 5 Ом течет ток 12 А. Каково напряжение между концами проводника?

1) 0,42 В            2) 42,4 В                 3) 0,017 В            4) 60 В

Указание: применить закон Ома для участка цепи.

7(А)   Источник имеет ε= 6 В, внутреннее сопротивление  r =  1 Ом,  R ₁ = 1 Ом,  R₂=R₃ = 2 Ом. Какой силы ток течет через источник?      

1) 1А        3)  4А

2)  2А       4) 1,63 А 

 Указание: применить закон Ома для полной цепи.

8(А) Сопротивления резисторов R₁=2 Ом, R₂ = 2Ом, R₃ =1Ом. Через резистор R₁ течет ток силой 3А. Какая суммарная мощность выделяется на резисторах R₂, R_3, соединенные параллельно между собой и последовательно к  R₁.  

1) 6 Вт          3) 2 Вт

2) 18 Вт        4) 4 Вт

Указание: найти общее сопротивление цепи, учитывая, что R₂ и R₃ соединены параллельно, а R₁ к ним последовательно. Затем по формуле рассчитать мощность.

9(А)  Через резистор сопротивлением 2 Ом течет ток постоянной силы, причем за время 4 с перенесен заряд 8 Кл. Какое тепло за это время выделилось на резисторе?                         1) 32 Дж      2) 8 Дж      3) 16 Дж     4) 24 Дж

Указание: применить закон Джоуля – Ленца.

10(А)  Чему равна работа тока  на участке  за 2 с, если сила тока в цепи равна 3 А, а напряжение на участке цепи 6 В.        1) 1 Дж       2) 4 Дж      3) 9 Дж       4) 36 Дж  

Указание: применить формулу работы электрического тока.

11(А)  Как изменится количество теплоты, выделяемое за единицу времени в проводнике с постоянным электрическим сопротивлением, при увеличении силы тока в цепи в 4 раза?

1) Уменьшится в 4 раза                2) Увеличится в 2 раза  

3) Увеличится в 4 раза                  4) Увеличится в 16 раз

Указание: применить закон Джоуля – Ленца и сравнить количество выделившейся теплоты.

12(А)  Четыре одинаковых резистора  по 12 Ом  каждый  соединены,параллельно. Чему равно общее сопротивление цепи?

1) 48 Ом    3) 12 Ом   

2) 30 Ом    4) 3 Ом

13(А)   Два проводника одинаковой длины изготовлены из одного материала. Какое из приведенных ниже соотношений для электрических  сопротивлений первого  и второго  проводников справедливо, если площадь поперечного сечения первого проводника в 4 раза больше второго?

1) R₁ = R₂                 2) R₁ = 4R₂         3) R₂ = 4R                 4) Среди ответов нет правильного.

14(А)  Какими носителями электрического заряда создается электрический ток в металлах?

1) Электронами и положительными ионами.

2) Положительными и отрицательными ионами.

3) Положительными, отрицательными ионами и электронами. 

4) Только электронами.

15(В) Чему равно общее сопротивление электрической цепи, если сопротивление каждого из резистора r?

Указание: т.к. ветви электрической цепи симметричны, то ток через вертикальный резистор не течёт. Рисуем эквивалентную цепь.  Сначала находим сопротивление   каждой параллельной ветки (в них сопротивления, соединены последовательно), а затем  находим общее сопротивление цепи.

16(В) Элемент с внутренним сопротивлением 4 Ом и ЭДС 12 В замкнут проводником с сопротивлением 8 Ом. Какое количество теплоты будет выделяться во внешней части цепи за 1 с ?

Указание: сначала по закону Ома для полной цепи находим силу тока, а затем по закону Джоуля – Ленца количество выделившейся теплоты

Критерии оценки:

Домашнее задание:

Задачи:

1. Определить сопротивление нагревательного элемента кипятильника, работающего от сети с напряжением 220 В, если за 10 мин в нем выделилось 138 кал. Теплоты.

2. Источник тока электрической цепи и ЭДС и внутреннем сопротивлением 0,8 ом замыкается проводником. Определить силу тока и сопротивление проводника, если мощность тока во внешней цепи 0,6 Вт.

3. Два проводника, сопротивления которых 5 Ом и 7 Ом соединены параллельно и подключены к источнику электрической энергии. В первом проводнике выделилось 4,2 кКал. Какое количество теплоты выделится во втором проводнике за то же время?

4. Два гальванических элемента ЭДС, которых одинаковы и равны 2 В. Соединены параллельно и замкнуты на резистор R/ Внутренне сопротивление элементов 1 Ом, 2 Ом. Сила тока I₁=1 А. Найти: R, I₂, I_R.