Лабораторная работа №10 (часть 2)


НазваниеЛабораторная работа №10 (часть 2)
страница3/11
Дата публикации03.07.2013
Размер1.15 Mb.
ТипЛабораторная работа
userdocs.ru > Физика > Лабораторная работа
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

I*r - произведение величины тока на величину внутреннего сопротивления (сопротивления источника электрической энергии) является падением напряжения U0 внутри источника электрической энергии.

Полученную нами формулу можно написать так:

E = U + U0,

т.е. электродвижущая сила источника электрической энергии равна сумме падений напряжений на внешнем и внутреннем участках цепи.

Отсюда же следует, что напряжение на зажимах источника электрической энергии (U) равно его ЭДС за вычетом падения напряжения внутри самого источника.

Рассмотрим теперь, какое практическое значение имеет полученное нами соотношение. Разберем три случая работы электрической цепи.

^ Первый случай. Соберем электрическую цепь, состоящую из лампы (потребитель электрической энергии - сопротивление R), аккумуляторной батареи (источник электрической энергии, имеющий ЭДС E и внутреннее сопротивление r), вольтметра В и рубильника.

Если цепь не замкнута,

bm232

то тока в цепи не будет. В этом случае U0 = I*r = 0*r = 0.

Тогда формула E = U + U0 примет вид E = U, т.е. при разомкнутой цепи напряжение на зажимах источника электрической энергии равно его электродвижущей силе. В этом можно убедиться, нажав кнопку "Счет".

^ Второй случай. В этой же схеме замкнем рубильник.

bm233

По цепи пойдет ток I. Вольтметр, включенный на зажимы источника электрической энергии, покажет величину напряжения U. Это напряжение уже не равно ЭДС, а меньше ее на величину падения напряжения внутри источника электрической энергии, т.е. на величину I*r.

Очевидно, что падение напряжения внутри источника электрической энергии тем больше, чем больше ток в цепи. Следовательно. чем больше ток в цепи. тем меньше напряжение на зажимах источника электрической энергии.

В этом можно убедиться, если включить более мощную лампу (уменьшить сопротивление R). Тогда показания вольтметра заметно уменьшатся. Проделайте это на схеме.

Таким образом, в замкнутой электрической цепи напряжение на зажимах источника электрической энергии тем меньше его ЭДС, чем больше ток в цепи и чем больше внутреннее сопротивление источника.

Исходя из этого все источники электрической энергии стремятся изготовлять с возможно меньшим внутренним сопротивлением.

^ Третий случай. Если в рассматриваемой схеме замкнуть накоротко выводы лампы проводником,
bm234
то сопротивление внешней цепи станет равным нулю (^ R=0). Тогда, применяя формулу закона Ома I = E / (R + r), получим I = E / r. Но так как внутреннее сопротивление источника электрической энергии обычно очень мало, в цепи возникает ток большой величины.

Такой случай носит название короткого замыкания.

При коротком замыкании падение напряжения во внешней цепи U = I*R = 0, следовательно, E = U + U0 = U0 ,т.е. ЭДС источника электрической энергии расходуется целиком на внутреннем сопротивлении.

Короткое замыкание - явление крайне опасное, так как возникающий при этом ток большой величины может привести в негодность как сам источник электрической энергии, так и включенные в цепь приборы.

^ 5. Контрольное задание.
Вариант 1.

Гальванический элемент с ЭДС, равной 1,4 В, и внутренним сопротивлением 1 Ом работает на цепь, в которую включена лампочка, рассчитанная на напряжение 1,5 В. Сопротивление лампочки 4,5 Ом. Определить напряжение, подаваемое на лампочку. Достаточно ли его для нормальной работы лампочки?

Вариант 2.

Гальванический элемент с внутренним сопротивлением в 1 Ом дает ток 0,25 А. Сопротивление внешней цепи 5 Ом. Определить ЭДС элемента и его рабочее напряжение.

Вариант 3.

Батарея, составленная из элементов, отдает во внешнюю цепь ток ^ 0,2 А. Сопротивление нагрузки в цепи 10 Ом. Внутреннее сопротивление батареи 1 Ом. Определить ЭДС и напряжение батареи.

Вариант 4.

Определить падение напряжения внутри гальванического элемента, если его внутреннее сопротивление равно 3,5 Ом, а в цепь он отдает ток 0,15 А.

Вариант 5.

Определить внутреннее сопротивление элемента, если при нагрузке в 10 Ом он дает ток 0,11 А. ЭДС элемента 1,2 В.

Вариант 6.

Электродвижущая сила источника тока равна 10 В, а напряжение на его зажимах при нагрузке током в 0,88 А равно 8,85 В. Определить внутреннее сопротивление источника тока и падение напряжения на нем.
Вариант 7.

ЭДС батареи 5 В, сила тока короткого замыкания ^ 5 А. Определить внутреннее сопротивление батареи.

Вариант 8.

К зажимам батареи аккумуляторов присоединен нагреватель. ЭДС батареи 10 В, внутреннее сопротивление 1 Ом. Сопротивление нагревателя 1 Ом. Определить силу тока в цепи.
Контрольные вопросы.
1. Что называется замкнутой электрической цепью и из каких частей она состоит?

2. Сформулируйте закон Ома для всей цепи.

3. Что называется участком цепи?

4. Как выражается закон Ома для участка цепи?

5. Как определить напряжение на участке цепи, зная ток, проходящий через этот участок, и сопротивление участка?

6. Как определить сопротивление участка цепи, зная величину тока, проходящего через этот участок, и напряжение на нем?

7. Что называется падением напряжения на участке цепи?

8. Чему равна сумма падений напряжения на всех участках цепи?

9. Как определяется падение напряжения внутри источника электрической энергии?

10. Какое существует соотношение между ЭДС источника электрической энергии и напряжением на его зажимах?

11. Почему желательно, чтобы внутреннее сопротивление источника электрической энергии было возможно меньшим?

12. Что такое явление короткого замыкания?

Лабораторная работа № 12.

Взаимодействие параллельных токов.


  1. Краткая теория


bm124
Электрический ток, текущий по бесконечно длинному проводу, создает вокруг себя магнитное поле, величина индукции и напряженности определяется выражением

,

где r – расстояние от центра провода до точки, где определяется магнитное поле. Индукция магнитного поля – вектор, лежащий в плоскости, перпендикулярной к проводнику, и ориентированной по “правилу буравчика”. Если направить поступательное движение буравчика по току, то направление вращения рукоятки укажет направление вектора магнитной индукции.

Если два параллельных проводника с токами bm125 и bm126 расположены на расстоянии r друг от друга, то между ними возникает магнитное взаимодействие, которое выражается формулой
bm127
где bm128bm129 - магнитная постоянная,bm130- сила, действующая на единицу длины каждого из проводников. Если токи направлены в одну сторону, то проводники притягиваются, при антипараллельных токах проводники отталкиваются.

Формула взаимодействия параллельных проводников с током лежит в основе определения четвертой основной единицы системы СИ - ампера.

Ампер - сила неизменяющегося тока, который проходя по двум параллельным тонким проводникам, расположенным на расстоянии 1 м один от другого, вызывает между этими проводниками силу, равную bm131Н на каждый метр длины.

Силы магнитного взаимодействия проводников с током подчиняются 3-му закону Ньютона

bm132

Работа на единицу длины проводников, совершаемая при увеличении расстояния от r1 до r2, равна

A = 0I1I2 ln (r2/r1) /2
^ 2. Изучение магнитного поля и силы взаимодействия двух параллельных проводников с токами
Сначала изучим магнитное поле, создаваемое линейными токами. Для измерения магнитного поля, создаваемого проводником с током, будем использовать настоящую компьютерную модель, у которой оставшийся проводник имеет нулевой ток и вектор магнитной индукции на оси этого проводника показывает величину и направление магнитной индукции, создаваемой проводником с током. При измерении магнитного поля, создаваемого двумя бесконечными прямолинейными проводниками с током, будем использовать принцип суперпозиции, согласно которому магнитное поле в некоторой точке есть сумма магнитного поля первого проводника в отсутствие второго и магнитного поля второго проводника в отсутствие первого.
^ Контрольное задание 1
Теперь вам необходимо выполнить вариант задания, указанный преподавателем, из следующего списка. Полученные результаты необходимо занести в лабораторную тетрадь.
Вариант 1.

По двум длинным параллельным проводам текут в одинаковых направлениях токи, причем I1 = 2I2. Расстояние между ними равно r = 1,5 м. На прямой, соединяющей оси проводников, определить положение точки, в которой магнитная индукция равна нулю.
Вариант 2.

По двум длинным параллельным проводам текут в одинаковых направлениях токи, причем I1 = I2. Расстояние между ними равно r = 1,4 м. На прямой, соединяющей оси проводников, определить положение точки, в которой магнитная индукция равна нулю.
Вариант 3.

Найти силу I1 бесконечного прямого тока, при котором индукция поля на расстоянии от провода r = 1 м равна B12 = 0,4 мкТл .
Вариант 4.

Два прямолинейных длинных проводника расположены параллельно на расстоянии r = 1 м друг от друга. По проводникам текут токи I1 = 1 А и I2 = -1 А в противоположных направлениях. Найти величину и направление магнитной индукции в точке, находящейся на прямой, соединяющей оси проводников, на расстоянии 0,5 м от каждого проводника.
Вариант 5.

По двум длинным проводам, расположенным параллельно друг другу на расстоянии r = 1,5 м, идут в одном направлении направлении токи I1 = 1 А и I2 = 2 А. Определить индукцию поля в точке, находящейся на прямой, соединяющей оси проводников и отстоящей на r1 = 0,5 м от первого из проводов и на r2 = 1 м от второго.
Вариант 6.

По двум длинным прямым проводникам, находящимся на расстоянии r = 1,2 м друг от друга, протекают токи силой I1 = I2 = 1 А в одном направлении направлении. Определить индукцию магнитного поля в точке, находящейся на прямой, соединяющей оси проводников, на расстоянии r1 = r2 = 0,6 м от каждого проводника.
Вариант 7.

Найти индукцию магнитного поля в точке, отстоящей на r1 = 1,5 м от бесконечно длинного прямого провода, по которому течет ток силой I1 = 2 А.
Вариант 8.

По двум длинным параллельным проводам, расстояние между которыми r = 1 м, текут в противоположных направлениях токи силой I1 = 2 А и I2 = - 2 А каждый. Определить индукцию магнитного поля в точке, находящейся на прямой, соединяющей оси проводников и расстояние которой от обоих проводов одинаково и равно r1 = r2 = 0,5 м.
Вариант 9.

По двум длинным параллельным проводам текут в одинаковых направлениях токи, причем I1 = 2I2. Расстояние между ними равно r = 0,9 м. На прямой, соединяющей оси проводников, определить положение точки, в которой магнитная индукция равна нулю.
Вариант 10.

Найти силу I1 бесконечного прямого тока, при котором индукция поля на расстоянии от провода r = 0,5 м равна B12 = 0,16 мкТл .
Теперь изучим силу взаимодействия параллельных проводников с током. Напомним, что модель показывает силу ^ F, действующую на единицу длины каждого из проводников. Следовательно, если каждый из проводников имеет длину l (в метрах), то результирующая сила получается перемножением силы, действующей на единицу длины, на длину l .
^ Контрольное задание 2
Вариант 1.

По прямому горизонтально расположенному проводу проходит ток I1 = 2 А. Под ним находится второй параллельный ему алюминиевый провод, по которому пропускают ток I2 = 1 А. Расстояние между проводами r = 0,5 м. Какова сила взаимодействия токов?
Вариант 2.

По двум параллельным прямым проводам длиной l = 2,5 м каждый текут одинаковые токи I1 = I2 = 1 А. Расстояние между проводами r = 0,5 м. Определить силу F взаимодействия токов.
Вариант 3.

Шины генератора представляют собой две параллельные медные полосы длиной по l = 2 м, отстоящие друг от друга на расстоянии r = 0,5 м. Определить силу F взаимного отталкивания шин в случае, когда по ним течет ток силой I1 = 2 А и I2 = - 2 А.
Вариант 4.

По двум параллельным проводам длиной l = 1 м каждый текут токи одинаковой силы. Расстояние между проводами r = 0,5 м. Сила взаимодействия токов F = 0,4 мкН. Какова сила тока в проводах?
Вариант 5.

Два параллельных длинных провода с током I1 = I2 = 1 А в каждом (токи направлены в одну сторону) удалили друг от друга так, что расстояние между ними стало в 2 раза больше первоначального, равного r = 0,5 м. Как изменилась сила взаимодействия и какую работу на единицу длины проводов совершили при этом силы Ампера?
Вариант 6.

Два прямолинейных длинных параллельных проводника находятся на расстоянии r1 = 0,5 м друг от друга. По проводникам течет ток в одном направлении I1 = 1,2 А и I2 = 1,8 А. Как изменится сила взаимодействия, если раздвинуть проводники до расстояния r2 = 1 м. Какую работу при этом надо совершить (на единицу длины проводников).
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

Похожие:

Лабораторная работа №10 (часть 2) iconЛабораторная работа №3
Цель занятия: Работа в программе Проводник. Работа в системе окон Мой компьютер; быстрый поиск объектов; настройки пользовательского...
Лабораторная работа №10 (часть 2) iconЛабораторная работа 2012. Фэф часть 1
Перед выполнением лабораторной работы необходимо изучить «Методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине «Статистика»,...
Лабораторная работа №10 (часть 2) iconЛабораторная работа №1
Работа в интегрированной среде borland pascal на примере программ линейной структуры
Лабораторная работа №10 (часть 2) iconЛабораторная работа Работа с почтовым клиентом
Майкрософт. Office Outlook 2010 помогает пользователям лучше распоряжаться временем и информацией, устанавливать любые контакты,...
Лабораторная работа №10 (часть 2) iconЛабораторная работа № Работа с массивами и записями
Получить представление о том, что такое массив и научиться разрабатывать алгоритмы решения задач с использованием массивов в среде...
Лабораторная работа №10 (часть 2) iconЛабораторная работа 3 Теоретическая часть
Оборотные средства — это совокупность оборотных производственных фондов и фондов обращения в денежном выражении. Эти составные части...
Лабораторная работа №10 (часть 2) iconЛабораторная работа №6 Работа с отчетами
Получить практические навыки работы с отчетами в бд microsoft Office Access 2003, научиться создавать отчеты и задавать параметры...
Лабораторная работа №10 (часть 2) iconЛабораторная работа №9 Тема: Построение модели межотраслевого баланса
Каждая отрасль является «чистой» − это условная отрасль, которая объединяет все производство данного продукта независимо от ведомственной...
Лабораторная работа №10 (часть 2) iconЛабораторная работа

Лабораторная работа №10 (часть 2) icon1 Работа в среде Visual Studio. Net 200 Часть II. Программирование на vb – первый уровень 200
Работа с мышью и клавиатурой 201 Часть III. Программирование на vb второй уровень 201
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница