Приклад 1. Резистор опором 5 Ом, вольтметр і джерело струму з'єднані паралельно. Вольтметр показує напруга 10 В. Якщо збільшити опір до 12 Ом, то вольтметр покаже напругу 12 В. Визначити е.р.с. і внутрішній опір джерела струму. Струмом через вольтметр знехтувати.
Дано:
R1 = 5 Ом
U1 = 10 В
R2 = 12 Ом
U2 = 12 В
ε – ? R0 – ?
Рисунок 10
Розв’язання. Насамперед необхідно зобразити електричну схему (рис.10).
Оскільки струмом через вольтметр можна знехтувати, то струм через резистор такий же, як і через джерело струму.
Позначимо цей струм через I. Він визначається за законом Ома для повного кола
, (1)
де r – внутрішній опір джерела;
R – опір зовнішнього навантаження.
Вольтметр вимірює спад напруги на навантаженні. При навантаженні R1 = 5 Ом струм у колі дорівнює I1, при навантаженні R2 струм дорівнює I2, тобто
. ( 2)
При цьому спади напруг відповідно рівні U1 й U2:
U1 = I1R1 , (3)
U2 =I 2R2. (4)
Знайдемо відношення лівих і правих частин рівнянь (1) і (2)
. (5)
Звільняючись від знаменників, одержуємо з рівняння (5)
I1R1 + I1r = I2R2 + I2r .
Поєднавши доданки з r, знаходимо
.
Або, врахувавши формули (3) і (4), одержуємо
.
Підставляючи в цю формулу дані з умови задачі, одержуємо
Значення е.р.с. можна знайти зі співвідношення (1) або (2)
В.
Приклад 2. Електричне коло складається із трьох джерел струму з е.р.с. ε1 = 6 В, ε2 = 2 В, ε3 = 4 В і резисторів з опорами R1 = 2 Ом й R2 = R3 = 4 Ом (рис. 11). Знайти силу струму в резисторі R2 і напругу на його затискачах.
Дано:
ε1 = 6 В Рисунок 11
ε2= 2 В
ε3= 4 В
R1 = 2 Ом
R2 = R3 = 4 Ом
I2 – ? U2 – ?
Розв’язання. Виберемо напрямки струмів, як зазначено на рис.11, і домовимося обходити контур АВС за годинниковою, а контур CDА проти годинникової стрілки.
За першим законом Кірхгофа для вузла С маємо
I1 - I2 - I3 = 0.
За другим законом Кірхгофа для контуру АВС маємо
I1R1 + I2R2 = ε1 + ε2.
Відповідно, для контуру CDА
I2R2 - I3R3 = ε1 + ε3 .
Після підстановки числових значень одержимо
I1 - I2- I3 = 0;
2I1 + 4I2 = 8;
4I2 - 4I3 = 6.
Цю систему 3-х рівнянь із трьома невідомими можна розв’язати, користуючись методом визначників.
Складемо й обчислимо визначник системи
= -16
і визначник I2
Звідси одержуємо силу струму
I2 = A.
Напруга на кінцях реостата R2 дорівнює
U2 = I2R2 = 2,75.4 = 11 В.
Приклад 3. Сила струму в провіднику опором 20 Ом рівномірно зростає протягом часу 2 с від 0 до 4 А. Визначити кількість теплоти, яка виділилася у провіднику за перші півтори секунди.
Дано:
R = 20 Ом
I1 = 0 А
I2 = 4 А
t1 = 0
t2 = 2 c
t3 = 1,5 c
Q - ?
Розв’язання. Відповідно до закону Джоуля-Ленца, теплова потужність, яка виділяється на опорі R, дорівнює
Р = I2R .
Кількість тепла dQ, що виділяється за час dt у цей момент часу t, дорівнює
dQ = Pdt = I2Rdt . (1)
За умовою задачі сила струму рівномірно наростає, тобто є лінійною функцією часу
I = at + b . (2)
У початковий момент t1 = 0 струм I1 дорівнює нулю, тому в рівнянні (2) маємо b = 0. Таким чином
I = at . (3)
Коефіцієнт а знайдемо з умови, що I2 = 4 А при t2 = 2 с
I2 = at2 .
Звідки одержуємо
A/c.
Підставляючи у формулу (1) вираз (3) і інтегруючи за часом від 0 до t3, знайдемо кількість тепла, яка виділилася у провіднику
. (4)
Підставляючи у формулу (4) значення вхідних параметрів, одержимо
Объяснение:
