Розділ 5 Постійний і змінний струм

5.1 Основні формули і закони, що використовуються в розділі:

• Сила постійного струму

• Густина струму

• Зв'язок густини струму із середньою швидкістю спрямованого руху заряджених частинок

• Закон Ома для ділянки кола, яка не має ЕРС

• Закон Ома для ділянки кола , яка має ЕРС

• Закон Ома для повного кола

• Закони Кірхгофа перший закон

• Другий закон Кіртгофа

• Опір

• Опір системи провідників при послідовному з’єднанні

• Опір системи провідників при паралельному з’єднанні

• Робота струму

• Потужність струму

• Закон Джоля-Ленца

• Швидкість розповсюдження електромагнітної хвилі

• ЕРС змінного струму

• Ефективна напруга змінного струму

• Ефективна сила змінного струму

• Ємнісний опір

• Індуктивний опір

• Активний опір

• Повний опір

---

5.2 Методичні вказівки до розв’язування задач:

• Для визначення сили струму і густини струму, опорів одно­рідних провідників у випадку найпростіших нерозгалужених кіл струму користуються законом Ома. Часто доводиться роз­раховувати опір розгалуженого кола, коли задані опори всіх його ділянок. У цьому разі коло треба розкласти на ділянки послідовного і паралельного з'єднань і, почергово застосовуючи формули для цих з'єднань, знайти опір усього кола. Якщо цього зробити не можна, треба спробувати замінити коло іншим, еквівалентним, з тим, щоб це з'єднання можна було розкласти на ділянки послідовного і паралельного з'єднань.

• Конденсатор, увімкнений в коло постійного струму, ство­рює для нього нескінченно великий опір, оскільки струм через нього не проходить. Основною для обчислення роботи струму є формула А = IUt, формули математично виражають закон Джоуля-Ленца і дають змогу обчислити кількість теплоти, що виділяється в провіднику.

• Методи розв'язування задач на електромагнітні коливання схожі з методами розв'язування задач на механічні коли­вання. В їх основі лежить однакова структура рівнянь, які описують обидва ці види коливань. Схожість рівнянь при­водить до схожості розв'язків задач, які ґрунтуються на цих рівняннях.

• Закони послідовного і паралельного з'єднань у колах по­стійного струму не придатні для змінного струму, якщо його характеризувати не миттєвими значеннями і, и, е, а діючими. Величини і, и, е, які визначають електричні процеси в усьому колі і на окремих його ділянках, здійснюють гармонічні коливання, перебува­ючи в різних фазах. Тому напруги (і струми) додаються за правилом додавання векторних величин з урахуванням кута (різниці фаз) між ними.

---

5.3.Приклади розв’язування задач:

Задача №1

Моток дроту, виготовлений із певного матеріалу матеріалу має опір R і масу m . Знайти l дроту і площу поперечного перерізу S.

Д ано: Розв’язання

Задача №2

Якої довжини треба взяти нікельований дріт площею поперечного перерізу S, щоб виготовити нагрівач на напругу U за допомогою якого можна було б нагріти V

води від Т₁ до кипіння за час t при ККД – η.

Д ано: Розв’язання

Задача№3

Написати рівняння, що виражають залежність напруги і сили струму від часу для електроплитки опором R увімкненої в мережу змінного струму з частотою і напругою U/

Д ано: Розв’язання

5.4 Задачі для самостійного розв’язування:

Задача №1

Обмотка реостата опором 84 Ом виконана із нікелі­нового дроту з площею поперечного перерізу 1 мм². Яка довжина дроту?

Задача №2

У скільки разів зміниться опір провідника (без ізо­ляції), якщо його згорнути навпіл і скрутити?

Задача №3

Моток дроту, виготовлений із матеріалів, зазначе­них у таблиці, має опір R і масу т. Знайти довжину l дроту і площу поперечного перерізу S.

Матеріал	Параметри
	m, кг	R, Ом
Мідь	0,21	0,83

Задача №4

Моток дроту, виготовлений із матеріалів, зазначе­них у таблиці, має опір R і масу т. Знайти довжину l дроту і площу поперечного перерізу S.

Матеріал	Параметри
	m, кг	R, Ом
Алюміній	3,24	16,1

Задача №5

Моток дроту, виготовлений із матеріалів, зазначе­них у таблиці, має опір R і масу т. Знайти довжину l дроту і площу поперечного перерізу S.

Матеріал	Параметри
	m, кг	R, Ом
Срібло	0,014	0,39

Задача №6

Моток дроту, виготовлений із матеріалів, зазначе­них у таблиці, має опір R і масу т. Знайти довжину l дроту і площу поперечного перерізу S.

Матеріал	Параметри
	m, кг	R, Ом
Сталь	14,1	23,2

Задача №7

Моток дроту, виготовлений із матеріалів, зазначе­них у таблиці, має опір R і масу т. Знайти довжину l дроту і площу поперечного перерізу S.

Матеріал	Параметри
	m, кг	R, Ом
Ніхром	0,11	39,6

Задача №8

Яка напруженість поля в алюмінієвому провіднику перерізом 1,4 мм² при силі струму 1 А?

Задача №9

Ділянка кола складається зі сталевого дроту зав­довжки 2 м і площею поперечного перерізу 0,48 мм², з'єднаного послідовно з нікелевим дротом завдовжки 1 м і площею поперечного перерізу 0,21мм². Яку напругу тре­ба підвести до ділянки, щоб одержати силу струму 0,6 А?

Задача №10

Коло складається з трьох послідовно з'єднаних про­відників, приєднаних до джере­ла напругою 24 В. Опір першо­го провідника 4 Ом, другого 6 Ом, і напруга на кінцях треть­ого провідника 4 В. Знайти силу струму в колі, опір третього про­відника і напруги на кінцях пер­шого і другого провідників.

---

Задача №11

Електричну лампу опором 240 Ом, розраховану на напругу 120 В, треба живити від мережі напругою 220 В. Якої довжини ніхромовий провідник із площею попе­речного перерізу 0,55 мм² треба увімкнути послідовно з лампою?

Задача №12

На цоколі лампочки кишенькового ліхтаря напи­сано: 3,5 В, 0,28 А. Знайти опір у робочому режимі і спо­живану потужність. На балоні сітьової лампи розжарю­вання написано: 220 В, 60 Вт. Знайти силу струму й опір у робочому режимі.

Задача №13

Під час ремонту електричної плитки спіраль було укорочено на 0,1 початкової довжини. У скільки разів змінилася потужність плитки?

Задача №14

Електродвигун підйомного крана працює під напру­гою 380 В, при цьому сила струму в його обмотці дорівнює 20 А. Який ККД установки, якщо вантаж масою 1 т кран піднімає на висоту 19 м за 50 с?

Задача №15

Якої довжини треба взяти нікельований Дріт пло­щею поперечного перерізу 0,84 мм², щоб виготовити нагрівач на 220 В, за допомогою якого можна було б нагріти 2 л води від 20 °С до кипіння за 10 хв при ККД 80%?

Задача №16

При живленні лампочки від елемента з ЕРС 1,5 В сила струму в колі дорівнює 0,2 А. Знайти роботу побічних сил в елементі за 1 хв.

Задача №17

До джерела з ЕРС 12 В і внутрішнім опором 1 Ом увімкнутий реостат, опір котрого 5 Ом. Знайти силу стру­му в колі і напругу на затискачах джерела.

Задача №18

При підключенні лампочки до батареї елементів із ЕРС 4,5 В вольтметр показав напругу на лампочці 4 В, а амперметр — силу струму 0,25 А. Який внутрішній опір батареї?

Задача №19

При підключенні електромагніта до джерела з ЕРС 30 В і внутрішнім опором 2 Ом напруга на затискачах джерела стала 28 В. Знайти силу струму в колі. Яку робо­ту виконують побічні сили джерела за 5 хв? Яка робота струму в зовнішній і внутрішній частинах кола за той са­мий час?

Задача №20

Знайти внутрішній опір і ЕРС джерела струму, якщо при силі струму 30 А потужність у зовнішньому колі дор­івнює 180 Вт, а при силі струму 10 А ця потужність дорів­нює 100 Вт.

Задача №21

Чи можна увімкнути в мережу напругою 220 В ре­остат, на якому написано: а) 30 Ом, 5 А; 6)2000 Ом, 0,2 А?

Задача №22

Чотири лампи розраховані на напругу 3 В і силу струму 0,3 Ф, треба увімкнути паралельно і живити від джерела напругою 5,4 В. Резистор якого опору треба ввімкнути послідовно лампам?

Задача №23

Кабель складається з двох сталевих жил площею поперечного перерізу 0,6мм² кожна і чотирьох мідних жил площею поперечного перерізу 0,85мм² кожна. Яке падін­ня напруги на кожному кілометрі кабеля при силі струму 0,1 А?

Задача №24

Частоту обертання дротяної рамки в однорідному магнітному полі збільшили утричі. У скільки разів змінить­ся частота змінного струму в рамці й ЕРС індукції?

Задача №25

Рамка площею 200 см² обертається з частотою 8 с~ ¹ у магнітному полі індукцією 0,4 Тл. Написати рівнян­ня Ф = Ф(t) і е = е(t), якщо при t = 0 нормаль до площини рамки перпендикулярна лініям індукції поля. Знайти амплітуду ЕРС індукції.

---

Задача №26

При обертанні дротяної рамки в однорідному маг­нітному полі пронизуючий рамку магнітний потік змінюється в залежності від часу за законом

Ф = 0,01sin10πt. Обчисливши похідну Ф', написати формулу залежності ЕРС від часу e=e(t). В якому положенні була рамка на початку ; відліку часу? Яка частота обертання рамки? Чому дорівнюють максимальні значення магнітного потоку і ЕРС?

Задача №27

Скільки витків має рамка площею 500 см², якщо під час обертання її з частотою 20 с^-1 в однорідному маг­нітному полі індукцією 0,1 Тл амплітудне значення ЕРС дорівнює .63 В?

Задача №28

Яке значення приймає напруга через 10,15,30 мс, якщо амплітуда напруги 200В і період 60 мс?

Задача №29

На яку напругу треба розраховувати ізолятори лінії передачі, якщо діюча напруга 430 кВ?

Задача №30

Написати рівняння, що виражають залежність напру­ги і сили струму від часу для електроплитки опором 50 Ом, увімкненої в мережу змінного струму з частотою 50 Гц і напругою 220 В.

Задача №31

Який індуктивний опір котушки індуктивністю 0,2 Гн при частоті струму 50 Гц? 400 Гц?

Задача №32

Електричну лампу опором 240 Ом, розраховану на напругу 120 В, треба живити від мережі напругою 220 В. Якої довжини ніхромовий провідник із площею попе­речного перерізу 0,55 мм² треба увімкнути послідовно з лампою?

Задача №33

Знайти внутрішній опір і ЕРС джерела струму, якщо при силі струму 30 А потужність у зовнішньому колі дор­івнює 180 Вт, а при силі струму 10 А ця потужність дорів­нює 100 Вт.

Задача №34

Обмотка реостата опором 84 Ом виконана із нікелі­нового дроту з площею поперечного перерізу 1 мм². Яка довжина дроту?

Задача №35

Чи можна увімкнути в мережу напругою 220 В ре­остат, на якому написано: а) 30 Ом, 5 А; 6)2000 Ом, 0,2 А?

Задача №36

До джерела з ЕРС 12 В і внутрішнім опором 1 Ом увімкнутий реостат, опір котрого 5 Ом. Знайти силу стру­му в колі і напругу на затискачах джерела.

Задача №37

Скільки витків має рамка площею 500 см², якщо під час обертання її з частотою 20 с ^-1 в однорідному маг­нітному полі індукцією 0,1 Тл амплітудне значення ЕРС дорівнює 63 В?

Задача №38

Моток дроту, виготовлений із матеріалів, зазначе­них у таблиці, має опір R і масу т. Знайти довжину l дроту і площу поперечного перерізу S.

Матеріал	Параметри
	m, кг	R, Ом
Сталь	14,1	23,2

Задача №39

На цоколі лампочки кишенькового ліхтаря напи­сано: 3,5 В, 0,28 А. Знайти опір у робочому режимі і спо­живану потужність. На балоні сітьової лампи розжарю­вання написано: 220 В, 60 Вт. Знайти силу струму й опір у робочому режимі.

Задача №40

Під час ремонту електричної плитки спіраль було укорочено на 0,1 початкової довжини. У скільки разів змінилася потужність плитки?

Розділ 6 Магнітне поле. Електромагнітна індукція

6.1 Основні формули і закони, що вивчаються в розділі:

• Індукція магнітного поля прямолінійного провідника зі струмом

• Магнітний потік крізь поверхню

• Сила, що діє на провідник зі струмом у магнітному полі

• Обертальний момент, що діє на замкнений контур зі струмом у магнітному полі

• Сила Лоренца

• Сила Ампера

• Закон Фарадея

• ЕРС в рухомому провіднику

• Сила індукційного струму в колі

• ЕРС самоіндукції

• Робота, яку треба виконати, щоб у контурі з індуктивністю створити магнітне поле

---

Смотрите также файлы

• 04.doc

• 13Untitled0.doc

• 75 Повідомлення про нову підозру.doc

• ПРОТОКОЛ допиту дек_лька ос_б.doc

• Курсяк Сети ЭВМ и телекоммуникации.doc