Законы постоянного тока

А7.1. Аккумулятор мотоцикла имеет ЭДС 6 В и внутреннее сопротив­ление 0,5 Ом. К нему подключен реостат сопротивлением 5,5 Ом. Найдите силу тока в реостате.1)1А;2)2А; 3)36А; 4)4А; 5)5А.

А7.2. ЭДС источника с r=0,5 Ом, питающего лампу сопротивлением 2 Ом при силе тока 2,2А, равна: 1)2,75В;2)3,3В;3)3,75В;4)4,4В; 5)5,5В.

А7.3. Если ЭДС источника тока 8В, его внутреннее сопротивление 1/8 Ом и к источнику подключены параллельно два сопротивления 1,5 Ом и 0,5 Ом, то полный ток в цепи равен: 1)16А; 2)8А; 3)4А; 4)2А; 5)1А.

А7.4. При замыкании источника тока на внешнее сопротивление 4 Ом в цепи протекает ток 0,3 А, а при замыкании на сопротивление 7 Ом протекает ток 0,2 А. Определите ЭДС этого источника: 1)2,4В; 2)2В; 3)1,8В; 4)4,2В; 5)3,2В.

А7.5. При последовательном соединении n одинаковых источников тока с одинаковыми ЭДС каждый и одинаковыми внутренними сопротивлениями r каждый полный ток в цепи с внешним сопротивлением R будет равен:

А7. 6. В схеме, показанной на рисунке, сторонние силы действуют на участке цепи:

1)1-7; 2)2-3; 3)3-4; 4)4-7; 5)5-6.

А7.7. Отношением работы, совершаемой сторонними силами при перемещении электрического заряда по замкнутой электрической цепи, к величине этого заряда определяется: 1) напряжение в цепи; 2) сила тока в цепи; 3) ЭДС источника;

4) сопротивление полной цепи; 5) внутреннее сопротивление источника тока.

А7.8. В схеме, изображённой на рисунке, R₁ =5 Ом; R₂ =6 Ом; R₃=3 Ом. Если вольт-метр показывает 2,1В, то амперметр покажет: 1)0,1А;2)0,2А;3)0,3А;4)0,4А;5)0,5А.

(рис. к А7.8) (рис. к А7.13)

А7.9. Если батарея, замкнутая на сопротивление 5 Ом, даёт ток в цепи 5А, а замкнутая на сопротивление 2 Ом, даёт ток 8А, то ЭДС батареи равна:1)50В;2)40В;3)30В;4)20В;5)10В.

А7.10. Как изменится сила тока, протекающего по проводнику, если напряжение на его концах и площадь сечения проводника увеличилась в 2 раза: 1) не изменится; 2) уменьшится в 4 раза; 3) увеличится в 2 раза; 4) увеличится в 4 раза.

А7.11. Если через поперечное сечение контактного провода за 2 с проходит 6×10²¹ электронов, то в проводе протекает ток, равный:1)133А;2)480А;3)48А;4)600А;5)60А.

А7.12. Сколько энергии потребляет двигатель трамвая за 10мин непрерывной работы, если напряжение на коллекторных пластинах двигателя 500В, а сила тока в обмотке двигателя 120А? 1)36МДж; 2)60кДж; 3)36кДж; 4)6МДж; 5)600кДж.

А7.13. При увеличении напряжения U на участке электрической цепи сила тока I в цепи изменяется в соответствии с графиком (см. рисунок). Электрическое сопротивление на этом участке цепи равно: 1) 2Ом; 2)0,5Ом; 3)2мОм; 4)500Ом.

В6. 1. Напряжение на зажимах генератора 36 В, а сопротивление внешней цепи в 9 раз больше внутреннего сопротивления. Како­ва ЭДС генератора?

В6.2. Источник тока с ЭДС 2 В и внутренним сопротивлением 0,8 Ом замкнут никелиновой проволокой длиной 2,1 м и сечением 0,21 мм². Определите напряжение на зажимах источника тока.

В6.3. Определите силу тока при коротком замыкании батарейки с ЭДС 9 В, если при замыкании ее на внешнее сопротивление 3 Ом ток в цепи равен 2 А.

В6.4. Определите общее сопротивление цепи, изображенной на рисунке, если R₁ = 1/2 Ом, R₂ = 3/2 Ом, Rз ⁼ R₄⁼ R₅⁼ 1 Ом, R₆ =2/3 Ом.

В6.5. Вычислите сопротивление цепи, представленной на рисунке, ес­ли R = 1 Ом.

(рис. к В6.5)

В6.5. Вычислите сопротивление цепи, представленной на рисунке, ес­ли R = 1 Ом.

В6.6. Определите напряжение на концах стального проводника длиной 140 см и площадью поперечного сечения 0,2 мм², в котором сила тока 250 мА.

В6.7. Длина провода, подводящего ток к потребителю, равна 60 м. Ка­кое сечение должен иметь медный провод, если при силе проте­кающего по нему тока 160 А потеря напряжения составляет 8 В?

В6.8. В кипятильнике емкостью 5 л с КПД 70% вода нагревается от 10 до 100 °С за 20 мин. Какой силы ток проходит по обмотке на­гревателя, если напряжение равно 220 В?

В6.9. Сколько времени будут нагреваться 1,5 л воды от 20 до 100 °С в электрическом чайнике мощностью 600 Вт, если КПД его 80% ?

В6.10. Определить силу тока короткого замыкания батареи, если при силе тока 2 А во внешней цепи выделяется мощность 24 Вт, а при силе тока 5 А — мощность 30 Вт.

В6.11. Найти ЭДС источника тока, если при силе тока 30 А мощность во внешней цепи равна 180 Вт, а при силе тока 10 А мощность 100 Вт.

В6.12. При подключении к источнику сопротивления 18 Ом сила тока в цепи была 1 А, а при под­ключении сопротивления 8 Ом сила тока 1,8 А. Найти ЭДС источника.

С3.1. Какой длины надо взять никелиновую проволоку сечением 0,84 мм², чтобы изготовить нагреватель на 220 В, при помощи которого можно было бы нагреть 2 л воды от 20 °С до кипения за 10 мин при КПД 80%?

С3.2. Электродвигатель подъемного крана работает под напряжением 380 В и потребляет ток силой 20 А. Определить сопротивление обмотки мотора, если груз массой 1 т кран поднимает на высоту 19 м за время 50 с.

С3.3. Определите удельное сопротивление сплава, если напряжение на концах проволоки сечением 0,5 мм² и длиной 4 м, равно 9,6 В, а сила тока в ней 2 А.

С3.4. Сопротивление медной проволоки 1 Ом, ее масса 1 кг. Какова длина проволоки и площадь ее поперечного сечения?

С3. 5. Найдите массу и сопротивление алюминиевых проводов, ис­пользуемых для изготовления электропроводки в жилом поме­щении, если сечение провода 0,6 мм², а длина проводки 80 м.

С3.6. Электрокипятильник со спиралью 160 Ом поместили в сосуд, содержащий 0,5 л воды при 20 С, и включили в сеть напряжением 220 В. Через 20 мин спираль выключили. Какое количество воды выкипело, если КПД спирали 80%?

№ 05 (v. 3) Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока графическим методом

Лабораторная работа № 05

Тема: Определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока графическим методом.

Цель работы: изучить измерения ЭДС, внутреннего сопротивления и тока короткого замыкания источника тока, основанный на анализе графика зависимости напряжения на выходе источника от силы тока в цепи.

Оборудование:

• гальванический элемент;
• амперметр;
• вольтметр;
• резистор R₁;
• переменный резистор;
• ключ;
• зажимы;
• металлический планшет;
• соединительные провода.

Теоретическая часть

Из закона Ома для полной цепи следует, что напряжение на выходе источника тока зависит прямо пропорционально от силы тока в цепи:
так как I = E/(R + r), то IR + Ir = Е, но IR = U, откуда U + Iг = Е или U = Е — Iг.

Если построить график зависимости U от I, то по его точкам пересечения с осями координат можно определить

Е, I_к.з. — силу тока короткого замыкания (ток, который потечет в цепи источника, когда внешнее сопротивление R станет равным нулю).

ЭДС определяют по точке пересечения графика с осью напряжений. Эта точка графика соответствует состоянию цепи, при котором ток в ней отсутствует и, следовательно, U = Е.

Силу тока короткого замыкания определяют по точке пересечения графика с осью токов. В этом случае внешнее сопротивление R = 0 и, следовательно, напряжение на выходе источника U = 0.

Внутреннее сопротивление источника находят по тангенсу угла наклона графика относительно оси токов. (Сравните формулу

U = Е — Iг с математической функцией вида y = ax + b и вспомните смысл коэффициента при x). 

Указания к работе

1. Исходя из перечня оборудования, рекомендованного для выполнения работы, составьте схему установки для исследования зависимости напряжения на выходе источника тока от силы тока в цепи.

2. Для записи результатов измерений подготовьте таблицу:

U, В	знач	знач	знач	знач	знач
I, А

3. После проверки схемы преподавателем соберите электрическую цепь. Ползунок переменного резистора установите в положение, при котором сопротивление цепи, подключенной к источнику тока, будет максимальным.

4. Определите значение силы тока в цепи и напряжение на зажимах источника при максимальной величине сопротивления переменного резистора. Данные измерений занесите в таблицу.

5. Повторите несколько раз измерения силы тока и напряжения, уменьшая всякий раз величину переменного сопротивления так, чтобы напряжение на зажимах источника уменьшалось на 0,1В. Измерения прекратите, когда сила тока в цепи достигнет значения в 1А.

6. Нанесите полученные в эксперименте точки на график. Напряжение откладывайте по вертикальной оси, а силу тока — по горизонтальной. Проведите по точкам прямую линию.

7. Продолжите график до пересечения с осями координат и определите величины Е и I_к.з..

8. Измерьте ЭДС источника, подключив вольтметр к его выводам при разомкнутой внешней цепи. Сопоставьте значения ЭДС, полученные двумя способами, и укажите причину возможного расхождения результатов.

9. Определите внутреннее сопротивление источника тока. Для этого вычислите тангенс угла наклона построенного графика к оси токов. Так как тангенс угла в прямоугольном треугольнике равен отношению противолежащего катета к прилежащему, то практически это можно сделать, найдя отношение Е /I_к.з..

 

Проверка электродвижущей силы и внутреннего сопротивления | MME

Электродвижущая сила и внутреннее сопротивление, редакция

Электродвижущая сила

Электродвижущая сила (ЭДС) ячейки представляет собой количество энергии , переданной на кулон заряда . Это дается уравнением:

\varepsilon = \dfrac{E}{Q}

• \varepsilon= ЭДС ячейки в вольтах \text{(V)}
• E= энергии , поставляемой в джоулях \text{(J)}
• Q= заряд в кулонах \text{(C)}

ЭДС можно измерить непосредственно в цепи, подключив вольтметр параллельно к клеммам батареи, не подключенной к цепи.

Клемма pd — это разность потенциалов , измеренная на клеммах источника питания, когда цепь находится под нагрузкой. Это максимальная разность потенциалов, которую фактически получает схема.

ЭДС всегда будет больше, чем на клемме pd при подключении к цепи, поскольку ячейка должна преодолевать собственное внутреннее сопротивление . Разница между EMF и клеммой pd известна как потерянных вольт (v).

Поскольку V=IR для клеммы pd , мы можем написать второе уравнение для потерянных вольт , вызванных внутренним сопротивлением , где:

v=Ir

• v= потерянных вольт в вольтах \text{(V)}
• I= ток в амперах \text{(A)}
• r= внутреннее сопротивление в омах (Омега)

Объединение этих двух уравнений дает нам третье уравнение:

\varepsilon = IR+Ir = I(R+r)

• \varepsilon= ЭДС в вольтах \text{(V)}
• I= ток в амперах \text{(A)}
• R= полное сопротивление в омах (Омега)
• r= внутреннее сопротивление в омах (Омега)

Уровень AAS УровеньAQA

Внутреннее сопротивление

Внутреннее сопротивление (r) — это сопротивление , вызванное материалами внутри батареи. Как и в случае обычного сопротивления в проводах и элементах элементов, внутреннее сопротивление батареи заставляет ее нагреваться при использовании. Тепловая энергия , равная рассеянной происходит от потерянных вольт (v) из-за внутреннего сопротивления внутри батареи.

В большинстве вопросов вам предлагается считать внутреннее сопротивление незначительным и, следовательно, игнорировать его влияние. Однако, когда вам задают вопрос о EMF и внутреннем сопротивлении , важно убедиться, что вы учитываете их влияние.

Пример: Цепь с клеммой pd 1,5 \text{ В} питается от батареи с внутренним сопротивлением 1,3 \text{ кОм}\Омега. Ток в цепи 0,6 \text{ мА}. Вычислите ЭДС. 93}) \\&= \bold{2.28} \textbf{V} \end{выровнено}.

Уровень AAS УровеньAQA

Требуемая Практическая 6

Исследование связи между внутренним сопротивлением и ЭДС.

Проведение эксперимента:

1. Настройте цепь, как показано на схеме выше.
2. При отсоединении одного из проводов от цепи запишите показание V на вольтметре .
3. Установить переменный резистор до максимального сопротивления.
4. Включите источник питания, снова подсоедините провод и запишите пару значений для V и I, затем выключите источник питания.
5. Повторить для 10 значений сопротивления во всем диапазоне переменного резистора и повторить 3 раза для каждого сопротивления. Это должно дать 10 пар показаний для V и I.

Анализ результатов:

Для лучшего анализа результатов можно построить график зависимости V от I, который должен быть похож на график справа.

На графике точка пересечения y представляет ЭДС , тогда как градиент представляет отрицательную величину внутреннего сопротивления .

Уровень AAS УровеньAQA

Примеры вопросов по электродвижущей силе и внутреннему сопротивлению

 Когда переключатель разомкнут, вольтметр показывает, что ЭДС элемента составляет \bold{12} \textbf{ В}. Это максимальное напряжение, которое ячейка способна выдавать в ненагруженном состоянии. Однако, когда цепь замыкается на замыкание переключателя, ячейка оказывается под нагрузкой. Ячейка имеет внутреннее сопротивление около , поэтому теряется некоторое напряжение, известное как потерянные вольты . Это связано с преодолением ячейкой внутреннего сопротивления материала внутри.

22 — 20,5 = \жирный{1,5} \textbf{В}

Энергия потерянных вольт нагревает батарею и рассеивается в окружающей среде.

\жирный{\varepsilon = ИК+Ir}

Поскольку V=IR, мы можем подставить V в уравнение, чтобы получить: 93) \\ &= \bold{17.5} \textbf{V} \end{выровнено}

Электродвижущая сила и внутреннее сопротивление

A. Электродвижущая сила

Когда заряд проходит через источник питания, он получает электрическую энергию. Говорят, что источник питания имеет электродвижущую силу или ЭДС. Электродвижущая сила измеряется в вольтах. Электродвижущая сила не является силой. Вместо этого это энергия, полученная зарядом, полученным из химической энергии батареи. В форме уравнения

B. Внутреннее сопротивление

Все источники питания имеют некоторое сопротивление между клеммами, называемое внутренним сопротивлением. Следовательно, часть заряда, циркулирующего в цепи, рассеивает часть энергии в самом источнике питания. Из-за тока, подаваемого блоком питания, он становится теплым.

Рассмотрим Рисунок 1 , приведенный ниже. Источник питания имеет ЭДС (E) и внутреннее сопротивление (r). Внешний резистор (R) (также называемый нагрузкой) подключен последовательно. По цепи протекает ток (I). Напряжение на резисторе (R) равно VR, а напряжение на внутреннем сопротивлении (r) равно Vr. 9Рис. 1. Схема, показывающая электродвижущую силу и внутреннее сопротивление элемента

Разность потенциалов на клеммах — это разность потенциалов на клеммах источника питания при подаче тока.

Можно отметить, что разность потенциалов на клеммах меньше, чем электродвижущая сила источника питания при протекании тока. Это связано с потерей потенциала на внутреннем сопротивлении. Потенциал на внутреннем резисторе называется потерянным вольтом.

Электродвижущая сила представляет собой конечную разность потенциалов, когда ячейка находится в разомкнутой цепи (ток не течет). ЭДС можно измерить, подключив высокоомный вольтметр к клеммам элементов, как показано на рис. 2 .

Рис. 2: Измерение ЭДС элемента

Эту схему можно использовать для демонстрации того, что чем больше ток, выдаваемый источником питания, тем меньше разность потенциалов на его клеммах. Чем больше ламп подключено к ячейке, тем больше ток. Потерянные вольты равны

Потеря напряжения также увеличивается с увеличением тока. Следовательно, конечная разность потенциалов уменьшается.

В соответствии с Рисунок 1 ЭДС может быть записана как:

Из приведенного выше уравнения можно отметить, что источник питания обеспечивает максимальный ток, когда он подключен к нагрузке с пренебрежимо малым сопротивлением (R=0 ). В этом случае конечная разность потенциалов равна нулю, поскольку разность потенциалов на внутреннем сопротивлении равна ЭДС ячейки.

C. Влияние внутреннего сопротивления на мощность, подаваемую от батареи

Мощность, подаваемая батареей на переменный нагрузочный резистор, определяется приведенной ниже схемой.

Рисунок 3: Схема для определения мощности, отдаваемой на нагрузку

Значения тока и напряжения снимаются с амперметра и вольтметра соответственно для различных значений сопротивления. Сопротивление находится по уравнению. Мощность рассчитывается по уравнению На рисунке ниже показано изменение рассеиваемой мощности в зависимости от сопротивления нагрузки.

На этом графике показано, что максимальная мощность выдается при одном значении нагрузки. Это значение является внутренним сопротивлением ячейки.

Рисунок 3: Изменение мощности в зависимости от сопротивления нагрузки

Батарея обеспечивает максимальную мощность в цепи, когда сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению батареи.

D. Резюме:

• Электродвижущая сила источника измеряет электрическую энергию, получаемую на единицу заряда, проходящего через источник.
• Напряжение на клеммах источника питания всегда меньше, чем ЭДС источника, когда источник выдает ток, из-за потерь вольт на внутреннем сопротивлении.
• Для источника ЭДС E, с внутренним сопротивлением r , E=I(r+R), , где R — сопротивление внешней цепи, а I — ток в источнике питания.
• Батарея обеспечивает максимальную мощность в цепи, когда сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению батареи.