10.12.2021г. ГРУППА 306. ФИЗИКА. ТЕМА. «РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ «ЗАКОНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА»

  Но прежде, чем приступить к решению задач , давайте повторим теоретический материал т.к. у нас был большой разрыв во времени.

Постоянный ток – это электрический ток, который не изменяет своё направление с течением времени. Существует ряд закономерностей и правил, применимых к такому виду тока – это законы постоянного тока.

Итак, что такое электрический ток? Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц. Когда заряженные частицы движутся в проводнике в одном и том же направлении, возникает постоянный ток. Существуют различные типы электрических цепей, для решения которых применяются законы постоянного тока. Сила тока определяется скоростью прохождения заряда через поперечное сечение проводника, то есть, силу тока можно вычислить из отношения заряда к промежутку времени, за который этот заряд прошел через поперечное сечение.

Другой важной характеристикой является электрическое напряжение. В электрической цепи, напряжение между двумя точками – это физическая величина, значение которой равно отношению работы электрического поля совершаемой при переносе пробного электрического заряда из одной точки в другую, к величине пробного заряда.

Аналогично силам сопротивления в механике, существует и электрическое сопротивление. Эта величина характеризует свойства проводника препятствовать протеканию электрического тока. Сопротивление определяется как отношение напряжения между двумя точками проводника к силе тока, протекающего по этому проводнику.

Для протекания тока по электрической цепи, в первую очередь, нужен источник тока. Главной характеристикой источника тока является электродвижущая сила. Эта величина характеризует работу сторонних сил, действующих в электрической цепи. Сторонние силы, в данном случае, - это силы неэлектрического происхождения, поскольку они совершают работу по разделению зарядов для поддержания напряжения в электрической цепи.

Сведём в таблицу основные формулы законов постоянного тока

Формула	Описание формулы
	Сила тока I на участке цепи прямо пропорциональна напряжению U и обратно пропорционально сопротивлению R данного участка.
	Сила тока в проводнике, где q — перенесённый заряд, а t — время, за которое заряд прошел через поперечное сечение.
	Сила тока в замкнутой цепи, работающей от источника тока с ЭДС , где R – сопротивление цепи, r – внутреннее сопротивление источника.
	ЭДC источника, где Аст – работа сторонних сил по перемещению заряда q.
	ЭДС цепи с несколькими источниками тока, подключенными последовательно. Знак ЭДС конкретного источника определяется в соответствии с направлением обхода тока.
	Напряжение на участке цепи с несколькими последовательно подключенными элементами, где Ui – напряжение на конкретном элементе.
	Сила тока, проходящего через последовательно подключенные элементы цепи.
	Сопротивление на участке цепи с несколькими последовательно подключенными элементами, где Ri – сопротивление конкретного элемента.
	Сила тока с параллельно подключёнными элементами, где Ii – ток в конкретном элементе.
	Напряжение на каждом из подключенных параллельно элементов цепи.
	Расчет сопротивления участка цепи, с несколькими параллельно подключенными элементами.
	Работа электрического тока I при напряженииU, совершённая за промежуток времени t.
	Количество теплоты, выделяющееся в результате протекания электрического тока по проводнику.
	Мощность электрического тока I при  напряжении U.
	Сопротивление проводника длиной l и площадью поперечного сечения S, где r – удельное сопротивление проводника, которое зависит от материала, из которого сделан проводник.

Необходимо отметить, что у отдельно взятого проводника может быть своя вольт-амперная характеристика (то есть, зависимость силы тока от напряжения). Для её определения проводник включается в цепь, и к нему подключают амперметр и вольтметр, чтобы произвести соответствующие измерения. Например, на графике показана вольт-амперная характеристика проводника, в котором сила тока пропорциональна квадрату напряжения.

Методические рекомендации по решению задач на законы постоянного тока

1. Нарисовать схему электрической цепи, описанной в задаче, обозначив не ней все необходимые величины.

2. Вывести соотношения между величинами, используя правила последовательного и параллельного подключения.

3. При необходимости применить закон Ома для участка цепи или для полной цепи.

4. При необходимости нарисовать упрощённую эквивалентную схему цепи.

5. В случае надобности рассмотреть работу или мощность, вырабатываемую тем или иным элементом цепи.

6. На основании применённых законов и правил, составить систему уравнений и решить её, относительно искомых величин.

7. Произвести необходимые вычисления и записать результаты в ответ.

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ:

1.Определите силу тока в проводнике, если его сопротивление равно 60 Ом, а напряжение на концах проводника 120 В.

 Решение.

  Это классическая задача на закон Ома для участка цепи, по которой течет постоянный ток.

По закону Ома:

 I=UR=120/60=2 А              Ответ: 2А.

№2.Электролиз длился один час при силе тока, равной 5 А. Чему равна температура выделившегося атомарного водорода, если при давлении, равном 10^5 Па, его объём равен 1,5 л? Электрохимическии эквивалент водорода принять равным k=1*10^-8  кг/Кл.

 Решение

 Согласно первому закону Фарадея, масса выделившегося водорода определяется по формуле:

Также эту массу можно выразить из уравнения Клапейрона-Менделеева:

Приравняем два выражения для массы и найдем температуру:

Ответ: 100 К.

 Задача  3.   В процессе электролиза под действием тока плотностью 300 А/м² на электроде выделился слой меди толщиной  0,03 мм. В течении какого времени протекал электролиз?

 Решение

Время электролиза определим из закона Фарадея:

Масса равна плотности, умноженной на объем. Объем меди можно вычислить, зная толщину слоя и плотность. Запишем:

Силу тока выразим через плотность тока и площадь:

Подставим выражения для массы и силы тока в выражение для времени, упростим его и вычислим:

 Ответ: 3000 секунд. Плотность, как и значение электрохимического эквивалента, берутся из таблиц.

 Задача 4.

Задание

1.Определите ЭДС источника тока, если сила тока в цепи равна 0,1 А. Сопротивление внешней цепи 98 Ом, внутреннее сопротивление 2 Ом.

2.