Эдс егэ физика

ЭДС. Закон Ома для полной цепи

  • Темы кодификатора ЕГЭ: электродвижущая сила, внутреннее сопротивление источника тока, закон Ома для полной электрической цепи.

  • Сторонняя сила

  • Закон Ома для полной цепи

  • КПД электрической цепи

  • Закон Ома для неоднородного участка

Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: электродвижущая сила, внутреннее сопротивление источника тока, закон Ома для полной электрической цепи.

До сих пор при изучении электрического тока мы рассматривали направленное движение свободных зарядов во внешней цепи, то есть в проводниках, подсоединённых к клеммам источника тока.

Как мы знаем, положительный заряд q:

• уходит во внешнюю цепь с положительной клеммы источника;

• перемещается во внешней цепи под действием стационарного электрического поля, создаваемого другими движущимися зарядами;

• приходит на отрицательную клемму источника, завершая свой путь во внешней цепи.

Теперь нашему положительному заряду q нужно замкнуть свою траекторию и вернуться на положительную клемму. Для этого ему требуется преодолеть заключительный отрезок пути — внутри источника тока от отрицательной клеммы к положительной. Но вдумайтесь: идти туда ему совсем не хочется! Отрицательная клемма притягивает его к себе, положительная клемма его от себя отталкивает, и в результате на наш заряд внутри источника действует электрическая сила vec{F_E}, направленная против движения заряда (т.е. против направления тока).

к оглавлению ▴

Сторонняя сила

Тем не менее, ток по цепи идёт; стало быть, имеется сила, «протаскивающая» заряд сквозь источник вопреки противодействию электрического поля клемм (рис. 1).

Рис. 1. Сторонняя сила

Эта сила называется сторонней силой; именно благодаря ей и функционирует источник тока. Сторонняя сила vec{F_{CT}} не имеет отношения к стационарному электрическому полю — у неё, как говорят, неэлектрическое происхождение; в батарейках, например, она возникает благодаря протеканию соответствующих химических реакций.

Обозначим через A_{CT} работу сторонней силы по перемещению положительного заряда q внутри источника тока от отрицательной клеммы к положительной. Эта работа положительна, так как направление сторонней силы совпадает с направлением перемещения заряда. Работа сторонней силы A_{CT} называется также работой источника тока.

Во внешней цепи сторонняя сила отсутствует, так что работа сторонней силы по перемещению заряда во внешней цепи равна нулю. Поэтому работа сторонней силы по перемещению заряда q вокруг всей цепи сводится к работе по перемещению этого заряда только лишь внутри источника тока. Таким образом, A_{CT} — это также работа сторонней силы по перемещению заряда по всей цепи.

Мы видим, что сторонняя сила является непотенциальной — её работа при перемещении заряда по замкнутому пути не равна нулю. Именно эта непотенциальность и обеспечивает циркулирование электрического тока; потенциальное электрическое поле, как мы уже говорили ранее, не может поддерживать постоянный ток.

Опыт показывает, что работа A_{CT} прямо пропорциональна перемещаемому заряду q. Поэтому отношение A_{CT}/q уже не зависит от заряда и является количественной характеристикой источника тока. Это отношение обозначается mathcal E:

mathcal E = frac{displaystyle A_{CT}}{displaystyle q vphantom{1^a}}. (1)

Данная величина называется электродвижущей силой (ЭДС) источника тока. Как видим, ЭДС измеряется в вольтах (В), поэтому название «электродвижущая сила» является крайне неудачным. Но оно давно укоренилось, так что приходится смириться.

Когда вы видите надпись на батарейке: «1,5 В», то знайте, что это именно ЭДС. Равна ли эта величина напряжению, которое создаёт батарейка во внешней цепи? Оказывается, нет! Сейчас мы поймём, почему.

к оглавлению ▴

Закон Ома для полной цепи

Любой источник тока обладает своим сопротивлением r, которое называется внутренним сопротивлением этого источника. Таким образом, источник тока имеет две важных характеристики: ЭДС и внутреннее сопротивление.

Пусть источник тока с ЭДС, равной mathcal E, и внутренним сопротивлением r подключён к резистору R (который в данном случае называется внешним резистором, или внешней нагрузкой, или полезной нагрузкой). Всё это вместе называется полной цепью (рис. 2).

Рис. 2. Полная цепь

Наша задача — найти силу тока I в цепи и напряжение U на резисторе R.

За время t по цепи проходит заряд q = It. Согласно формуле (1) источник тока совершает при этом работу:

A_{CT} = Eq = EIt. (2)

Так как сила тока постоянна, работа источника целиком превращается в теплоту, которая выделяется на сопротивлениях R и r. Данное количество теплоты определяется законом Джоуля–Ленца:

Q = I^2Rt + I^2rt = I^2(R + r)t. (3)

Итак, A_{CT} = Q, и мы приравниваем правые части формул (2) и (3):

mathcal E It = I^2(R + r)t.

После сокращения на It получаем:

mathcal E = I(R + r).

Вот мы и нашли ток в цепи:

I = frac{displaystyle mathcal E}{displaystyle R + r vphantom{1^a}}. (4)

Формула (4) называется законом Ома для полной цепи.

Если соединить клеммы источника проводом пренебрежимо малого сопротивления (R = 0), то получится короткое замыкание. Через источник при этом потечёт максимальный ток — ток короткого замыкания:

I_{K3} = frac{displaystyle mathcal E}{displaystyle r vphantom{1^a}}.

Из-за малости внутреннего сопротивления ток короткого замыкания может быть весьма большим. Например, пальчиковая батарейка разогревается при этом так, что обжигает руки.

Зная силу тока (формула (4)), мы можем найти напряжение на резисторе R с помощью закона Ома для участка цепи:

U = IR = frac{displaystyle mathcal E R}{displaystyle R + r vphantom{1^a}}. (5)

Это напряжение является разностью потенциалов между точками a и b (рис. 2). Потенциал точки a равен потенциалу положительной клеммы источника; потенциал точки b равен потенциалу отрицательной клеммы. Поэтому напряжение (5) называется также напряжением на клеммах источника.

Мы видим из формулы (5), что в реальной цепи будет Utextless mathcal E — ведь mathcal E умножается на дробь, меньшую единицы. Но есть два случая, когда U = mathcal E.

1. Идеальный источник тока. Так называется источник с нулевым внутренним сопротивлением. При r = 0 формула (5) даёт U = mathcal E.

2. Разомкнутая цепь. Рассмотрим источник тока сам по себе, вне электрической цепи. В этом случае можно считать, что внешнее сопротивление бесконечно велико: R = infty. Тогда величина R + r неотличима от R, и формула (5) снова даёт нам U = mathcal E.

Смысл этого результата прост: если источник не подключён к цепи, то вольтметр, подсоединённый к полюсам источника, покажет его ЭДС.

к оглавлению ▴

КПД электрической цепи

Нетрудно понять, почему резистор R называется полезной нагрузкой. Представьте себе, что это лампочка. Теплота, выделяющаяся на лампочке, является полезной, так как благодаря этой теплоте лампочка выполняет своё предназначение — даёт свет.

Количество теплоты, выделяющееся на полезной нагрузке R за время t, обозначим Q_{polezn}.

Если сила тока в цепи равна I, то

Q_{polezn} = I^2Rt.

Некоторое количество теплоты выделяется также на источнике тока:

Q_{ist} = I^2rt.

Полное количество теплоты, которое выделяется в цепи, равно:

Q_{poln} = Q_{polezn} + Q_{ist} = I^2Rt + I^2rt = I^2(R + r)t.

КПД электрической цепи — это отношение полезного тепла к полному:

eta = frac{displaystyle Q_{polezn}}{displaystyle Q_{poln} vphantom{1^a}} = frac{displaystyle I^2Rt}{displaystyle I^2(R+r)t vphantom{1^a}} = frac{displaystyle R}{displaystyle R+r vphantom{1^a}}.

КПД цепи равен единице лишь в том случае, если источник тока идеальный (r = 0).

к оглавлению ▴

Закон Ома для неоднородного участка

Простой закон Ома U = IR справедлив для так называемого однородного участка цепи — то есть участка, на котором нет источников тока. Сейчас мы получим более общие соотношения, из которых следует как закон Ома для однородного участка, так и полученный выше закон Ома для полной цепи.

Участок цепи называется неоднородным, если на нём имеется источник тока. Иными словами, неоднородный участок — это участок с ЭДС.

На рис. 3  показан неоднородный участок, содержащий резистор R и источник тока. ЭДС источника равна mathcal E, его внутреннее сопротивление считаем равным нулю (если внутреннее сопротивление источника равно r, можно просто заменить резистор R на резистор R + r).

Рис. 3. ЭДС «помогает» току: varphi_a - varphi_b + mathcal E = IR

Сила тока на участке равна I, ток течёт от точки a к точке b. Этот ток не обязательно вызван одним лишь источником mathcal E. Рассматриваемый участок, как правило, входит в состав некоторой цепи (не изображённой на рисунке), а в этой цепи могут присутствовать и другие источники тока. Поэтому ток I является результатом совокупного действия всех источников, имеющихся в цепи.

Пусть потенциалы точек a и b равны соответственно varphi_a и varphi_b. Подчеркнём ещё раз, что речь идёт о потенциале стационарного электрического поля, порождённого действием всех источников цепи — не только источника, принадлежащего данному участку, но и, возможно, имеющихся вне этого участка.

Напряжение на нашем участке равно: U = varphi_a - varphi_b. За время t через участок проходит заряд q = It, при этом стационарное электрическое поле совершает работу:

A_{POL} = Uq = UIt.

Кроме того, положительную работу совершает источник тока (ведь заряд q прошёл сквозь него!):

A_{CT} = mathcal Eq = mathcal EIt.

Сила тока постоянна, поэтому суммарная работа по продвижению заряда q, совершаемая на участке стационарным электрическим полем и сторонними силами источника, целиком превращается в тепло: A_{POL} + A_{CT} = Q.

Подставляем сюда выражения для A_{POL}, A_{CT} и закон Джоуля–Ленца:

UIt + mathcal EIt = I^2Rt.

Сокращая на It, получаем закон Ома для неоднородного участка цепи:

U + mathcal E = IR, (6)

или, что то же самое:

varphi a - varphi b + mathcal E = IR. (7)

Обратите внимание: перед mathcal E стоит знак «плюс». Причину этого мы уже указывали — источник тока в данном случае совершает положительную работу, «протаскивая» внутри себя заряд q от отрицательной клеммы к положительной. Попросту говоря, источник «помогает» току протекать от точки a к точке b.

Отметим два следствия выведенных формул (6) и (7).

1. Если участок однородный, то mathcal E = 0. Тогда из формулы (6) получаем U = IR — закон Ома для однородного участка цепи.

2. Предположим, что источник тока обладает внутренним сопротивлением r. Это, как мы уже упоминали, равносильно замене R на R + r:

varphi_a - varphi_b + mathcal E = I(R + r).

Теперь замкнём наш участок, соединив точки a и b. Получим рассмотренную выше полную цепь. При этом окажется, что varphi_a = varphi_b, и предыдущая формула превратится в закон Ома для полной цепи:

mathcal E = I(R + r).

Таким образом, закон Ома для однородного участка и закон Ома для полной цепи оба вытекают из закона Ома для неоднородного участка.

Может быть и другой случай подключения, когда источник mathcal E «мешает» току идти по участку. Такая ситуация изображена на рис. 4. Здесь ток, идущий от a к b, направлен против действия сторонних сил источника.

Рис. 4. ЭДС «мешает» току: varphi_a - varphi_b - mathcal E = IR

Как такое возможно? Очень просто: другие источники, имеющиеся в цепи вне рассматриваемого участка, «пересиливают» источник на участке и вынуждают ток течь против mathcal E. Именно так происходит, когда вы ставите телефон на зарядку: подключённый к розетке адаптер вызывает движение зарядов против действия сторонних сил аккумулятора телефона, и аккумулятор тем самым заряжается!

Что изменится теперь в выводе наших формул? Только одно — работа сторонних сил станет отрицательной:

A_{CT} = mathcal E q = mathcal EIt.

Тогда закон Ома для неоднородного участка примет вид:

varphi_a - varphi_b - mathcal E = IR, (8)

или:

U - mathcal E = IR,

где по-прежнему U = varphi_a - varphi_b — напряжение на участке.

Давайте соберём вместе формулы (7) и (8) и запишем закон Ома для участка с ЭДС следующим образом:

varphi_a - varphi_b pm mathcal E = IR.

Ток при этом течёт от точки a к точке b. Если направление тока совпадает с направлением сторонних сил, то перед mathcal E ставится «плюс»; если же эти направления противоположны, то ставится «минус».

Повторим основные понятия и определения по теме «Закон Ома».

Напомним, что напряжение измеряется в вольтах.

Сила тока измеряется в амперах.

Сопротивление измеряется в омах. Эта единица измерения названа в честь Георга Симона Ома, открывшего взаимосвязь между напряжением, сопротивлением цепи и силой тока в этой цепи.

Основные определения, которые мы используем в решении задач:

Источник тока – это устройство, способное создавать необходимую для существования тока разность потенциалов.

Можно сказать, что источник тока действует, как насос. Он «качает» электроны по проводникам, как водяной насос воду по трубам. Эту аналогию можно продолжить. При этом источник тока совершает работу, за счёт химических реакций, происходящих внутри него.

Если эту работу разделить на переносимый источником заряд q (суммарный заряд всех проходящих через источник электронов), то мы получим величину, которую называют электродвижущей силой или сокращённо ЭДС.

Измеряется эта ЭДС, как и разность потенциалов, в вольтах и имеет примерно тот же смысл.

По определению, сила тока равна отношению суммарного заряда электронов, проходящих через сечение проводника, ко времени прохождения. Измеряется сила тока в амперах (А).

Свойство проводника препятствовать прохождению по нему тока характеризуется величиной, которую назвали электрическим сопротивлением – R. Проходя через проводник, электрический ток нагревает его.

Сопротивление измеряют в омах (Ом).

Сам источник тока тоже обладает сопротивлением. Такое сопротивление принято называть внутренним сопротивлением источника  r (Ом).

Именно немецкому учёному Георгу Ому удалось установить, от чего может зависеть электрическое сопротивление проводника. Проведя многочисленные эксперименты, Ом сделал следующие выводы:

  1. Сопротивление проводника тем больше, чем больше его длина.
  2. Сопротивление проводника тем больше, чем меньше его толщина или площадь поперечного сечения.

Кроме того, Ом выяснил, что каждый материал обладает своим электрическим сопротивлением. Величина, которая показывает, каким сопротивлением будет обладать проводник единичной длины и единичной площади сечения из данного материала, называется удельным электрическим сопротивлением:  (Ом*мм2/м). Эта величина справочная. Таким образом, получается, что электрическое сопротивление проводника равно:

Рассмотрим задачи ЕГЭ по теме «Закон Ома» для полной цепи.

Задача 1. На ри­сун­ке приведён гра­фик за­ви­си­мо­сти на­пря­же­ния на кон­цах же­лез­но­го про­во­да пло­ща­дью по­пе­реч­но­го се­че­ния 0,05 мм2 от силы тока в нём. Чему равна длина провода? Ответ дайте в метрах. Удельное сопротивление железа 0,1 Ом*мм2/м.

Решение:

Из закона Ома для проводника или участка цепи без источника следует:

displaystyle I=frac{U}{R};

displaystyle R=frac{U}{I}.

По графику: при U=60 B, I=3 B.

Из формулы сопротивления выражаем и находим длину проводника:

Ответ: 10.

Задача 2. Через по­пе­реч­ное се­че­ние про­вод­ни­ков за 8 с про­шло 1020 элек­тро­нов. Ка­ко­ва сила тока в про­вод­ни­ке? Ответ дайте в амперах.

Решение:

По определению силы тока:

displaystyle I=frac{q}{t}.

Заряд всех электронов: q=Ncdot e, где е — модуль заряда электрона, e=1,6cdot 10^{-19} Кл.

Тогда displaystyle I=frac{Ncdot e}{t}=frac{10^{20}cdot 1,6cdot 10^{-19}}{8}=2 A.

Ответ: 2.

Задача 3. Иде­аль­ный ам­пер­метр и три ре­зи­сто­ра общим со­про­тив­ле­ни­ем 66 Ом вклю­че­ны по­сле­до­ва­тель­но в элек­три­че­скую цепь, со­дер­жа­щую ис­точ­ник с ЭДС рав­ной 5 В, и внут­рен­ним со­про­тив­ле­ни­ем r=4 Ом. Ка­ко­вы по­ка­за­ния ам­пер­мет­ра? (Ответ дайте в ам­пе­рах, округ­лив до сотых.)

Решение:

По закону Ома для полной цепи:

Тогда displaystyle I=frac{5}{66+4}=0,07 A.

Ответ: 0,07.

Задача 4. ЭДС источника тока равна 1,5 В. Определите сопротивление внешней цепи, при котором сила тока будет равна 0,6 А, если сила тока при коротком замыкании равна 2,5 А. Ответ дайте в Ом, округлив до десятых.

Решение:

Сила тока короткого замыкания определяется следующим образом:

Отсюда выражаем и находим внутреннее сопротивление источника:

При внешнем сопротивлении, не равном нулю, сила тока в цепи определяется законом Ома для полной цепи:

Отсюда выражаем сопротивление резистора и находим его:

Ответ: 1,9.

Задача 5. На ри­сун­ке изоб­ра­же­на схема элек­три­че­ской цепи, со­сто­я­щей из ис­точ­ни­ка по­сто­ян­но­го на­пря­же­ния с ЭДС 5 В и пре­не­бре­жи­мо малым внут­рен­ним со­про­тив­ле­ни­ем, ключа, ре­зи­сто­ра с со­про­тив­ле­ни­ем 2 Ом и со­еди­ни­тель­ных про­во­дов. Ключ за­мы­ка­ют. Какой заряд про­те­чет через ре­зи­стор за 10 минут? Ответ дайте в ку­ло­нах.

Решение:

Выражаем время в секундах: t = 10 минут = 600 с.

Определяем силу тока по закону Ома для полной цепи:

Внутреннее сопротивление пренебрежимо мало, поэтому r = 0.

По определению силы тока:

displaystyle I=frac{q}{t}.

Отсюда q=Icdot t=2,5cdot 600=1500 Кл.

Ответ: 1500.

Если вам нравятся наши материалы — записывайтесь на курсы подготовки к ЕГЭ по физике онлайн

Спасибо за то, что пользуйтесь нашими публикациями.
Информация на странице «ЭДС. Закон Ома для полной цепи» подготовлена нашими редакторами специально, чтобы помочь вам в освоении предмета и подготовке к ЕГЭ и ОГЭ.
Чтобы успешно сдать нужные и поступить в ВУЗ или техникум нужно использовать все инструменты: учеба, контрольные, олимпиады, онлайн-лекции, видеоуроки, сборники заданий.
Также вы можете воспользоваться другими статьями из разделов нашего сайта.

Публикация обновлена:
09.03.2023

Источник

в условии
в решении
в тексте к заданию
в атрибутах

Категория:

Атрибут:

Всего: 115    1–20 | 21–40 | 41–60 | 61–80 | 81–100 | 101–115

Добавить в вариант

Источник: Демонстрационная версия ЕГЭ—2021 по физике

В схеме, показанной на рисунке, ключ К замыкают в момент времени t=0. Показания амперметра в последовательные моменты времени приведены в таблице. Определите ЭДС источника, если сопротивление резистора R=100Ом. Сопротивлением проводов и амперметра, активным сопротивлением катушки индуктивности и внутренним сопротивлением источника пренебречь. (Ответ дайте в вольтах с точностью до целых.)

t, мс

 0 

 50 

 100 

 150 

 200 

 250 

 300 

 400 

 500 

 600 

 700 

 I, мA 

0

23

38

47

52

55

57

59

59

60

60

Идеальная катушка индуктивности может быть подключена к источнику постоянного напряжения с пренебрежимо малым внутренним сопротивлением через резистор с сопротивлением R  =  40 Ом (см. рис.).

В момент времени t  =  0 ключ К замыкают. Значения силы тока в этой электрической цепи, измеренные в последовательные моменты времени, представлены в таблице.

t, с 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
I, А 0 0,24 0,38 0,46 0,52 0,56 0,58 0,60 0,60

1)  Напряжение на резисторе в момент времени t  =  0,5 c равно по модулю 30 В.

2)  Модуль ЭДС самоиндукции катушки в момент времени t  =  0 c равен 12 В.

3)  ЭДС источника тока равна 24 В.

4)  Напряжение на катушке в момент времени t  =  0,15 c равно по модулю 5,6 В.

5)  Энергия катушки минимальна в момент времени t  =  0 c.

Катушка индуктивности подключена к источнику тока с пренебрежимо малым внутренним сопротивлением через резистор R  =  40 Ом (см. рис.). В момент t = 0 ключ K замыкают. Значения силы тока в цепи, измеренные в последовательные моменты времени с точностью ±0,01 А, представлены в таблице. Чему равна ЭДС самоиндукции катушки в момент времени t = 2,0 с? (Ответ дайте в вольтах.)

t, с 0 0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0
I, А 0 0,12 0,19 0,23 0,26 0,29 0,29 0,30 0,30

Катушка индуктивности подключена к источнику тока с пренебрежимо малым внутренним сопротивлением через резистор R  =  60 Ом (см. рис.). В момент t = 0 ключ K замыкают. Значения силы тока в цепи, измеренные в последовательные моменты времени с точностью ±0,01 А, представлены в таблице.

t, с 0 0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0
I, А 0 0,12 0,19 0,23 0,26 0,29 0,29 0,30 0,30

Выберите все верные утверждения о процессах, наблюдаемых в опыте.

1)  ЭДС самоиндукции в начальный момент времени равна 18 В.

2)  В момент времени t = 3,0 с ЭДС самоиндукции катушки равно 0,29 В.

3)  В момент времени t  =  6 с энергия магнитного поля катушки минимальна.

4)  ЭДС источника тока составляет 20 В.

5)  В момент времени t  =  1,0 с напряжение на резисторе равно 11,4 В.

Источник: ЕГЭ по физике 11.06.2021. Основная волна. Москва

Идеальная катушка индуктивности может быть подключена к источнику постоянного напряжения с пренебрежимо малым внутренним сопротивлением через резистор с сопротивлением R  =  50 Ом (см. рис.).

В момент времени t  =  0 ключ К замыкают. Значения силы тока в этой электрической цепи, измеренные в последовательные моменты времени, представлены в таблице.

t, с 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
I, А 0 0,24 0,38 0,46 0,52 0,56 0,58 0,60 0,60

1)  Напряжение на резисторе в момент времени t  =  0,5 c равно по модулю 30 В.

2)  Модуль ЭДС самоиндукции катушки в момент времени t  =  0 c равен 30 В.

3)  ЭДС источника напряжения равна 60 В.

4)  Напряжение на катушке максимально по модулю в момент времени t  =  0,6 c.

5)  Энергия катушки достигает максимума в момент времени t  =  0,5 c и после этого не изменяется.

Конденсатор подключен к источнику тока последовательно с резистором R = 10кОм (см. рис.). Результаты измерений напряжения между обкладками конденсатора представлены в таблице. Точность измерения напряжения Delta U = pm 0,1В. Оцените силу тока в цепи в момент t = 3с. Сопротивлением проводов и внутренним сопротивлением источника тока пренебречь. (Ответ дайте в мкА с точностью до 10 мкА.)

t, c

 0 

1

2

3

4

5

6

7

 U, В 

0

 3,8 

 5,2 

 5,7 

 5,9 

 6,0 

 6,0 

 6,0 

Катушка индуктивности подключена к источнику тока с пренебрежимо малым внутренним сопротивлением через резистор R  =  40 Ом (см. рис.). В момент t = 0 ключ K замыкают. Значения силы тока в цепи, измеренные в последовательные моменты времени с точностью ±0,01 А, представлены в таблице.

t, с 0 0,5 1,0 1,5 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0
I, А 0 0,12 0,19 0,23 0,26 0,29 0,29 0,30 0,30

Выберите все верные утверждения о процессах, наблюдаемых в опыте.

1)  Ток через резистор в процессе наблюдения уменьшается.

2)  Через 5 с после замыкания ключа ток через катушку равен 0,30 А.

3)  ЭДС источника тока составляет 16 В.

4)  В момент времени t = 3,0 с ЭДС самоиндукции катушки равна 0,4 В.

5)  В момент времени t = 1,0 с напряжение на резисторе равно 6,5 В.

Источник: РЕШУ ЕГЭ

Конденсатор подключен к источнику тока последовательно с резистором R = 10 кОм (см. рис.). Результаты измерений напряжения между обкладками конденсатора представлены в таблице. Точность измерения напряжения Delta U=pm 0,1 В. Оцените силу тока в цепи в момент t = 2 с. Сопротивлением проводов и внутренним сопротивлением источника тока пренебречь. (Ответ дайте в мкА с точностью до 10 мкА.)

t, с 0 1 2 3 4 5 6 7
U, В 0 3,8 5,2 5,7 5,9 6,0 6,0 6,0

В схеме, изображённой на рисунке, ЭДС источника E = 12 В, его внутреннее сопротивление r = 1 Ом, сопротивление резистора R1 = 10 Ом, сопротивление катушки индуктивности L равно R2 = 1 Ом. Вначале ключ К замыкают в положение 1, а через длительное время переключают в положение 2. После этого в замкнутой части цепи справа от ключа выделяется количество теплоты Q = 2 Дж. Какой поток Ф вектора магнитной индукции существовал в катушке индуктивности перед переключением ключа в положение 2?

Для электрической цепи, состоящей из источника постоянного напряжения, амперметра, вольтметра и реостата с переменным сопротивлением получены зависимости силы тока I и напряжения U от сопротивления R реостата. ЭДС источника равна 5 В, его внутреннее сопротивление 10 Ом. Измерительные приборы настолько хорошие, что их можно считать идеальными. Определите, какие две зависимости правильно изображены на рисунке (масштабы по осям, вдоль которых отложены значения сопротивлений, могут быть разными). Запишите выбранные номера установок.

При коротком замыкании клемм аккумулятора сила тока в цепи равна 20 А. При подключении к клеммам аккумулятора электрической лампы с электрическим сопротивлением нити 5,4 Ом сила тока в цепи равна 2 А. По этим результатам измерений определите ЭДС и внутреннее сопротивление аккумулятора.

Катушки А и Б с нулевым сопротивлением намотаны на железный стержень, как показано на рисунке. Цепь с катушкой А содержит источник напряжения с ЭДС ℰ и внутренним сопротивлением r и реостат. Цепь с катушкой Б содержит амперметр с малым сопротивлением. Ползунок реостата сдвигают влево. Укажите, в какую сторону протекает ток через амперметр в цепи с катушкой Б.

Источник: ЕГЭ по физике 2018. Урал. Часть С

При одном сопротивлении реостата вольтметр показывает 6 B, амперметр  — 1 A (см. рис.). При другом сопротивлении реостата показания приборов: 4 B и 2 A. Чему равно внутреннее сопротивление источника тока? Амперметр и вольтметр считать идеальными. Ответ приведите в омах.

На железный стержень намотаны две катушки изолированного медного провода: А и Б. Катушка А подключена к источнику с ЭДС mathcalE и внутренним сопротивлением r, как показано на рисунке. Катушка Б замкнута на амперметр малого сопротивления. Ползунок реостата передвигают влево. В каком направлении протекает при этом ток через амперметр, подключённый к катушке Б? Ответ обоснуйте, указав, какие явления и закономерности Вы использовали для объяснения.

Источник: Демонстрационная версия ЕГЭ−2019 по физике

Электрическая цепь состоит из источника тока и реостата. ЭДС источника mathcalE =6В, его внутреннее сопротивление r = 2Ом. Сопротивление реостата можно изменять в пределах от 1 Ом до 5 Ом. Чему равна максимальная мощность тока, выделяемая на реостате?

Всего: 115    1–20 | 21–40 | 41–60 | 61–80 | 81–100 | 101–115

Источник

Магнитный поток, проходящий через площадь S равен:

Ф = BScosα;

где:

Ф ― величина магнитного потока [Вб],

S ― площадь контура [м2],

B ― индукция магнитного поля [Тл],

α ― угол между нормалью к площади контура и вектором индукции магнитного поля .

Если вектор индукции магнитного поля перпендикулярен площади контура, то магнитный поток равен:

Ф = BScos90° = BS;

Максимальное значение потока будет тогда, когда косинус будет максимальным (cosα = 1), то есть угол между вектором и вектором нормали к пластинке равен 0°, чему соответствует картинка 3. Наименьшее же значение потока будет тогда, когда косинус будет равен нулю (cosα = 0), то есть угол между нормалью к пластинке и вектором индукции равен 90°, чему соответствует картинка 4.

Электромагнитная индукция ― явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через контур. Если контур разомкнут, то на его концах наблюдается разносность потенциалов, равная ЭДС индукции.

ЭДС электромагнитной индукции возникает только тогда, когда изменяется магнитный поток.

Закон Фарадея об электромагнитной индукции и гласит, что индуцируемая ЭДС прямо пропорциональна скорости изменения магнитного потока:

где:

― ЭДС электромагнитной индукции [B],

― скорость изменения магнитного потока [Вб/с],

∆Ф ― изменение магнитного потока [Вб],

∆t ― время, за которое происходит это изменение [c].

Кроме того, ЭДС индукции равна производной магнитного потока по времени:

где:

  • ― ЭДС электромагнитной индукции [B],
  • ― производная магнитного потока по времени [Вб/с].

Задача 1

Замкнутый контур площадью S из тонкой проволоки помещён в магнитное поле. Плоскость контура перпендикулярна вектору магнитной индукции поля. В контуре возникают колебания тока с амплитудой iм = 35 мА, если магнитная индукция поля меняется с течением времени в соответствии с формулой B = acos (bt), где a = 6 · 10-3Тл, b = 3500 c-1. Электрическое сопротивление контура R = 1,2 Ом. Чему равна площадь контура?

Решение:

Обратите внимание на величины, данные в условии. Они здесь совсем не такие, к которым вы привыкли, потому что не дано значение магнитного поля, а дана зависимость магнитного поля от времени. Посмотрим, как это скажется на решении задачи.

Поскольку магнитное поле, а вместе с ним и поток меняются, то будет возникать ЭДС индукции, именно это ЭДС и вызовет электрический ток, поэтому запишем закон электромагнитной индукции.

По закону электромагнитной индукции

ЭДС — это изменение магнитного потока за время. Ничего в определении ЭДС не сказано про это самое время. Дело в том, что изменение какой-то величины за небольшой промежуток времени называется производной по времени. То есть наше ЭДС, которое является изменением магнитного потока за небольшой промежуток времени, это просто производная магнитного потока по времени

И это очень важный момент, без которого мы не сможем решить такого рода задачу.

Теперь посчитаем ЭДС индукции.

Напишем, чему равен магнитный поток Ф = BS = acos (bt) · S.

ЭДС индукции — это производная магнитного потока по времени. Теперь придётся вспомнить немного математики. Множители “a” и “S” перед косинусом не зависят от времени, поэтому производная их не трогает, а вот у косинуса в скобочках стоит зависимость от времени, поэтому именно от косинуса производную и нужно взять.

Обратите внимание на полученную формулу магнитного потока. В ней стоит просто множитель aS перед сложной функцией косинуса

.

Взяв производную от этой функции, получаем Ф´ = –abS · sin (bt). А теперь, раз мы знаем производную магнитного потока, значит, знаем и ЭДС индукции, потому что

Подставив сюда значение производной, получим = abS · sin (bt).

Мы получили значение ЭДС. Кроме этого, мы знаем сопротивление и максимальную силу тока, поэтому запишем закон Ома.

По закону Ома , подставив сюда значение ЭДС, получаем .

Мы получили зависимость силы тока от времени.

Из-за синуса, который стоит в этой формуле, ток постоянно меняет своё значение, то он становится больше, то меньше, поскольку синус меняет своё значение от -1 до 1.

В условии дано максимальное значение силы тока, которое протекает по контуру. Когда эта величина будет максимальной? В тот момент, когда синус будет максимальным, то есть равный единице. Поэтому запишем sin (bt) = 1.

Максимальное значение тока будет в тот момент, когда будет максимальным значение ЭДС индукции, то есть когда, .

Отсюда можно легко выразить площадь контура , подставив сюда все значения, получим

Ответ: 0,002

Как видно из формулы магнитного потока Ф = BScosα, изменение магнитного потока может быть вызвано разными факторами:

Таким образом, изменение модуля или направление вектора магнитной индукции или площади контура неизбежно приводят к тому, что в контуре возникает электродвижущая сила.

Если нарисовать график зависимости магнитного потока, то он может выглядеть либо так: тогда поток не будет менятьсяи ЭДС не возникает.

Либо так, тогда будет меняться поток и возникать ЭДС:

Знак «минус» перед скоростью изменения магнитного потока в формуле отражает правило Ленца: индуцированный ток всегда направлен так, чтобы магнитное поле, которое он создает, препятствовало изменению магнитного потока.

Если магнитный поток, проходящий через площадь контура, уменьшается, то магнитное поле индуцированных токов будет стремиться его увеличить.

Если поток увеличивается ― магнитное поле индуцированных токов будет стремиться его уменьшить.

Задача 2

Два проводящих кольца расположены относительно проводника с током в одной плоскости, как это показано на рисунке. В каком направлении будет индуцироваться ток в этих кольцах, если начать двигать их в направлении проводника?

Решение:

Первым делом необходимо понять, как вообще может возникать индуцированный ток, если даже магнитного поля нет?

Его направление мы можем определить по правилу правого винта. Отметим это на рисунке.

Теперь эти два проводника начинают двигать. Разве от этого меняется поток? Ведь площадь остаётся та же самая, угол между нормалью и вектором тоже не меняется. Однако, чем ближе к проводнику с током, тем сильней поле, а чем дальше от него, тем слабее! Поэтому, когда мы двигаем кольца к проводнику, мы увеличиваем поток, ведь ближе поле сильнее. Значит, будет появляться ток, а его направление можно определить по правилу Ленца. Что нам говорит правило Ленца?

Раз поток увеличивается, то по правилу Ленца ток будет индуцироваться так, чтобы уменьшить поток, то есть магнитное поле в левом кольце будет направлено от нас, а в правом ─ на нас. А значит, по правилу правого винта мы можем определить, что ток будет течь по часовой стрелке слева и против часовой стрелки справа.

Движение проводников

Если к концам проводника, движущегося в магнитном поле, подключить вольтметр, то прибор покажет наличие разности потенциалов на концах проводника. Таким образом, когда проводник перемещается в области с магнитным полем, в нем возникает электромагнитная движущая сила (ЭДС).

Согласно закону Лоренца, в проводнике, движущемся в магнитном поле, создается ЭДС ;

где:

― ЭДС электромагнитной индукции [B],

B ― индукция магнитного поля [Тл],

l ― длина проводника [м],

v ― скорость движения проводника [м/с],

α ― угол между направлением вектора скорости и длиной проводника , если вектор индукции магнитного поля перпендикулярен проводнику и вектору скорости его движения:

Используя силу Лоренца, можно получить это определение ЭДС. Сила Лоренца ― это проявленное действие магнитного поля на заряженную частицу.

В проводнике присутствует большое количество свободных зарядов (именно это отличает проводники от диэлектриков), и на каждый из зарядов действует сила Лоренца, перемещая их по проводнику так, что в одной его части скапливается отрицательный заряд, а в другой, соответственно, положительный. Это распределение зарядов и является физической основой для возникновения электродвижущей силы.

На рисунке показано как сила Лоренца, действующая на каждый из зарядов проводника, создает ЭДС в проводнике. Если одиночный отрицательный заряд попадает в магнитное поле, направленное от нас, то, согласно правилу левой руки, направление его движения изменяется так, как показано на рисунке. Если в область с таким же магнитным полем входит проводник, суммарный заряд которого равен нулю, но внутри которого находятся электроны, способные свободно перемещаться в проводнике, то электроны стекаются в один конец проводника. Так как электроны переместились в один конец проводника, то этот конец приобретает отрицательный заряд, а противоположный ему ― положительный. Таким образом, в проводнике возникает разность потенциалов и электродвижущая сила.

В некоторых случаях удобно решать задачи, используя определение ЭДС через закон Лоренца (обычно это задачи о движении прямолинейного проводника в поле), в других ― через закон Фарадея.

В проводнике, движущемся в магнитном поле, образуется разность потенциалов U = lvBsinα;

где:

U — разность потенциалов [В],

l — длина проводника [м],

v — скорость движения проводника

B — индукция магнитного поля [Тл],

α — угол между направлением скорости и длиной проводника.

В случае, если есть какой-то замкнутый контур, то ЭДС в нём возникает только тогда, когда меняется магнитный потокчерез этот контур. В случае же тонкого стержня, для которого нельзя применить понятия магнитного потока, потому что у него просто нет площади, ЭДС возникает при движении в постоянном магнитном поле.

В случае, если в задаче дана проводящая рамка или контур, для определения ЭДС (напряжения) используем формулу

В случае, если в задачи дан проводник, движущейся в поле, для определения ЭДС (напряжения) используем формулу =U= lvBsinα.

Задача 3

В заштрихованной области на рисунке действует однородное магнитное поле, перпендикулярное плоскости рисунка с индукцией В = 0,1 Тл. Квадратную проволочную рамку, сопротивление которой 10 Ом и длина стороны 10 см, перемещают в этом поле в плоскости рисунка поступательно равномерно с некоторой скоростью υ. При попадании рамки в магнитное поле в положении 1 в ней возникает индукционный ток, равный 1 мА. Какова скорость движения рамки?

Решение:

Составим цепочку.

Зная силу тока и сопротивление, что можно найти? Мы сможем найти напряжение, то есть ЭДС, а ЭДС, уже можно легко связать со скоростью движения рамки.

Составим цепочку. Мы знаем магнитное поле (В), длину стороны (a), сопротивление (R) и силу тока (I), а найти нужно скорость(v).

Зная ток и сопротивление, что сразу можно найти? Напряжение, то есть ЭДС, которое мы сможем найти по закону Ома.

А связать ЭДС с индукцией поля, стороной рамки и скоростью движения очень легко, воспользовавшись той формулой, которую мы получили в прошлой задаче.

Пройдёмся вдоль этой цепочки.

Запишем закон Ома , подставив сюда формулу для ЭДС, которую мы получили в прошлой задаче, отбросив знак «минус» получим отсюда выразим скорость, и, подставив все величины, получим

Ответ: 1

Источник

За это задание ты можешь получить 2 балла. Уровень сложности: повышенный.
Средний процент выполнения: 55.3%
Ответом к заданию 17 по физике может быть последовательность цифр, чисел или слов. Порядок записи имеет значение.

Разбор сложных заданий в тг-канале

Задачи для практики

Задача 1

В колебательном контуре конденсатор подключён к источнику постоянного напряжения. В момент t = 0 переключатель K переводят из положения 1 в положение 2. Графики А и Б представляют изменения физических величин, характеризующих колебания в контуре после этого. T — период колебаний. Установите соответствие между графиками и физическими величинами, зависимости которых от времени изображены на этих графиках.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

Решение

Для данного колебательного контура справедливо, что А) заряд левой «+» обкладки конденсатора Б). Энергия магнитного поля катушки $W_L={LI^2}/{2}$, т.к. идеальный колебательный контур за период $W_L$ максимальна 2 раза.

Ответ: 13

Задача 2

Установите соответствие между графиками, изображёнными на рисунках, и законами (зависимостями), которые они могут представлять.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

Решение

А) Соответствует зависимости силы фототока от предложенного напряжения, где $U_{max}=U_{напряжения}$.

Б) Соответствует зависимость максимальной $E_к$ энергии фотоэлектронов от частоты света, где $hυ_{min}=A_{вых}$, а остальная энергия идет на $E_к$.

Ответ: 23

Задача 3

Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

Физические величины Формулы
А) напряжение на внешней цепи
Б) мощность тока на внутренней цепи		 1) $ε − Ir$
2) $I(R+r)$
3) ${ε^2}/{R+r}$
4) $({ε}/{R+r})^2r$
Решение

1) Напряжение на внешней цепи по 2 закону Кирхгофа $U=ε-I·r$.

2) Мощность тока на внутренней цепи $P=I^2·r=({ε}/{R+r})^2·r$.

Ответ: 14

Задача 4

Установите соответствие между графиками, представленными на рисунках, и законами (зависимостями), которые они могут выражать.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

Решение

Дано:

Решение:

Закон радиоактивного распада имеет такую форму, т.к. $N=N_0·2^{-t/{T_{полураспада}}}$

Зависимость энергии фотона от частоты света зависит $E=hυ$.

Ответ: 14

Задача 5

Идеальный колебательный контур состоит из конденсатора ёмкостью 400 мкФ и катушки индуктивностью 50 мГн. Заряд на пластинах конденсатора изменяется во времени в соответствии с формулой q(t) = 4 · 10−4 cos(2000 · t) (все величины выражены в СИ). Установите соответствие между физическими величинами и формулами, выражающими их зависимость от времени в условиях данной задачи.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

Физические величины Формулы
А) сила тока в колебательном контуре
Б) напряжение на конденсаторе		 1) −0,8 sin(2000 · t + π/2)
2) −0,8 sin(2000 · t)
3) cos(2000 · t)
4) 100 cos(2000 · t)
Решение

Дано:

$С=400$мкФ

$L=50$мГн

$g(t)=4·10^{-4}·cos(2000·t)$

Решение:

А) Сила тока в колебательном контуре $I(t)=q'(t)=-0.8·sin(2000·t)$.

Б) Напряжение в конденсаторе $U(t)=I'(t)=cos(2000·t)$

Ответ: 23

Задача 6

Частица массой m движется со скоростью v = 0,9c, где c — скорость света в вакууме. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

Физические величины Формулы
А) энергия частицы (E)
Б) импульс частицы (p)		 1) $mc^2$
2) ${mc^2}/{√{1-{v^2}/{c^2}}}$
3) ${mv}/{√{1-{v^2}/{c^2}}}$
4) ${mc}/{√{1-{v^2}/{c^2}}}$
Решение

Из теории о релятивистском движении частиц, очевидно: $E={mc^2}/{√{1-{υ^2}/{c^2}}}$, а импульс частицы $p↖{→}={mυ}/{√{1-{υ^2}/{c^2}}}$.

Ответ: 23

Задача 7

Источник тока, ЭДС которого ε, а внутреннее сопротивление r, замкнут на реостат. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под сооветствующими буквами.

Физические величины Формулы
А) мощность, развиваемая во внешней цепи
Б) КПД при изменении сопротивления R реостата		 1) ${ε^2}/{(R +r)^2}R$
2) ${ε^2}/{R+r}$
3) ${R}/{R+r}$
4) ${εR}/{R+r}$
Решение

Из теории о постоянном токе:

А) $P=U·I={ε^2}/{(R+r)^2}R$, где ${ε^2}/{(R+r)^2}=I^2$ — квадрат тока.

Б) $η={R}/{R+r}$, где $r$ — внутреннее сопротивление источника.

Ответ: 13

Задача 8

В катушке с индуктивностью L при равномерном увеличении силы тока на ∆I возникла ЭДС самоиндукции E. Графики А и Б представляют изменения физических величин во время изменения силы тока в катушке. Установите соответствие между графиками и физическими величинами, зависимости которых от времени эти графики могут представлять.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

Решение

А) Данному графику соответствует сила тока, т.к. ток равномерно увеличивают по условию.

Б) Данному графику соответствует энергия магнитного поля в катушке, $E_L={LI^2}/{2}$ зависимость тока квадратичная.

Ответ: 13

Задача 9

В цепь переменного тока включена катушка индуктивностью L. Частоту тока равномерно увеличивают. Графики А и Б представляют зависимости физических величин от частоты переменного тока. Установите соответствие между графиками и физическими величинами, зависимости которых от частоты они могут представлять.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

Решение

Дано:

$υ_2 > υ_1$

Решение:

Для графика А) соответствует индуктивное сопротивление $x_L=ω·L=2nυ·{h}/{2}$, а для графика Б) сила тока зависит квадратичную зависимость от частоты 3.

Ответ: 23

Задача 10

Как определяется направление следующих физических величин? К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

Физическая величина Правило определения направления
А) вектор магнитной индукции
Б) индукционный ток		 1) правило левой руки
2) правило буравчика
3) правило Ленца
Решение

Из основ магнетизма известно, что $B↖{→}$ (магн.индукция) по Буравчику определяется, а индукционный ток по правилу Ленца.

Ответ: 23

Задача 11

Конденсатор колебательного контура заряжен некоторым зарядом, после чего контур предоставлен сам себе. Графики А и Б представляют изменения физических величин, характеризующих колебания в контуре после того, как ток в катушке индуктивности в очередной раз достиг максимальной силы. Установите соответствие между графиками и физическими величинами, зависимости которых от времени эти графики могут представлять.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

Решение

В начальный момент времени графиков по условию сила тока в катушке имела максимальное значение. Следовательно, график А отражает изменение силы тока на катушке, а Б — заряд на конденсаторе (заряд на конденсаторе равен нулю в тот момент, когда сила тока максимальна). Графиком зависимости энергии от времени здесь нет, так как энергия успевает совершить два колебания за время одного колебания контура.

Ответ: 21

Задача 12

В электрической цепи, схема которой показана на рисунке, через резистор B течёт ток силой I0. Чему равна сила тока, текущего через резистор A и через резистор C? Установите соответствие между физическими величинами и их значениями. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

Физические величины Их значение
А) сила тока, текущего через резистор A
Б) сила тока, текущего через резистор C		 1) I0
2) 2I0
3) 3I0
4) 2I0/3
Решение

Для решения задачи необходимо вспомнить законы постоянного тока для последовательного и параллельного соединения. При параллельном соединении одинаково и в ветвях, а при последовательном, тогда в резисторе протекает ток $I_0$, а в резисторе $3I_0$.

Ответ: 31

Задача 13

На рисунке представлен график зависимости силы тока I в катушке индуктивностью 100 мГн от времени t. Установите соответствие между участками графика и значениями модуля ЭДС самоиндукции. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

Участок графика Модуль ЭДС самоиндукции
А) АБ
Б) БВ		 1) 0 В
2) 0,075 В
3) 0,5 мВ
4) 0,025 В
5) 2 мВ
Решение

Согласно закону электромагнитной индукции, ЭДС самоиндукции равна $|ε_i|=L{dI}/{dt}$. На участке БВ сила тока постоянна, поэтому $ε_i=0$, но на участке АБ $|ε_i|=|100·10^{-3}·{60-80}/{8-4}|=0.5$мВ.

Ответ: 31

Задача 14

Пучок света переходит из воздуха в стекло. Частота световой волны ν, скорость света в воздухе c, показатель преломления стекла относительно воздуха n. Чему равны длина волны и скорость света в стекле? Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

Физические величины Формулы
А) скорость света в стекле
Б) длина волны света в стекле		 1) $c · n$
2) $c · n · ν$
3) ${c}/{n}$
4) ${c}/{n · ν}$
Решение

Показатель преломления $n$ показывает во сколько раз скорость света в воздухе больше скорости света в стекле для нашего случая, т.е. $n={c}/{υ}$, откуда $υ={c}/{n}$. Длина волны света в стекле: $λ=υ·T={cT}/{n}={c}/{n·v}$, где $T$ — период колебаний, $v$ — частота света.

Ответ: 34

Задача 15

В катушке с индуктивностью L ток равномерно нарастает от нуля до величины I за время ∆t. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

Физические величины Формулы
А) модуль ЭДС самоиндукции в катушке
Б) энергия магнитного поля катушки в конце промежутка ∆t		 1) $LI ∆t$
2) ${LI}/{∆t}$
3) ${LI^2}/{2}$
4) $LI$
Решение

Дано:

$L, ∆t, J$

$ε-?W_м-?$

Решение:

А) Запишем закон электромагнитной индукции: $ε=|-{∆Ф}/{∆t}|=|-{LJ}/{∆t}|={LJ}/{∆t}$

Б) Запишем выражение энергии магнитного поля катушки в конце промежутка $∆t$: $W_м={LJ^2}/{2}$

Ответ: 23

Задача 16

Колебательный контур радиоприёмника, состоящий из катушки с индуктивностью L и конденсатора ёмкостью C, настроен на некоторую длину волны λ (c — скорость света). Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

Физические величины Формулы
А) резонансная частота контура ν
Б) длина волны λ, на которую настроен контур		 1) ${c}/{2π√{LC}}$
2) $2πc√{LC}$
3) $√{LC}$
4) ${1}/{2π√{LC}}$
Решение

Дано:

$L, C, λ, c, π$

$v-?λ-?$

Решение:

Период колебаний колебательного контура рассчитывается по формуле Томсона $T=2π√{LC}$. Учитывая, что резонансная частота контура $v={1}/{T}={1}/{2π√{LC}}$

Длина волны $λ={c}{T}=c·2π√{LC}$

Ответ: 42

Задача 17

Собирающая линза даёт на экране увеличенное в Γ раз изображение предмета, находящегося на расстоянии d от линзы. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

Физические величины Формулы
А) расстояние от изображения предмета до линзы
Б) оптическая сила линзы		 1) $Γ · d$
2) ${Γ}/{(Γ + 1) · d}$
3) ${Γ + 1}/{Γ · d}$
4) ${d}/{Γ}$
Решение

Учитывая, что $Г={f}/{d}$, где $f$ — расстояние от изображения предмета до линзы; имеем $f=Г·d$. Оптическая сила линзы $D={1}/{F}$, где $F$ — фокус линзы. Увеличение $Г$ равно: $Г={f-F}/{F}⇒Г·F=f-F⇒{Г·1}/{D}=f-{1}/{D}|·D⇒Г=f·D⇒fD=Г+1⇒D={Г+1}/{f}={Г+1}/{Г·d}$

Ответ: 13

Задача 18

В идеальном колебательном контуре происходят гармонические колебания с циклической частотой ω. Максимальное напряжение между обкладками конденсатора ёмкостью C равно Um . Каковы период колебаний в контуре и максимальное значение силы тока в катушке индуктивности? Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

Физические величины Формулы
А) период колебаний
Б) амплитуда силы тока		 1) ${1}/{ω}$
2) ${2π}/{ω}$
3) $U_{m}ωC$
4) ${U_m}/{ωC}$
Решение

Дано:

$ω, С, U_m$

$T-?J_m-?$

Решение:

Циклическая частота $ω$ связана с периодом колебаний соотношением: $ω={2π}/{T}$, откуда $T={2π}/{ω}$(1). Амплитуда силы тока по закону Ома равна: $J_m={U_m}/{x_c}$(2), где $x_c={1}/{ωc}$ — емкостное сопротивление, тогда имеем $J_m=U_m·ωc$(3)

Ответ: 23

Задача 19

Положительно заряженная пылинка (q > 0) массой m влетела со скоростью v в однородное электрическое поле напряжённостью E вдоль его силовых линий. Установите соответствие между величинами и формулами, по которым их можно рассчитать.

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

Физические величины Формулы
А) сила, действующая на пылинку со стороны поля
Б) скорость пылинки в момент времени t		 1) $qE$
2) $mE$
3) $υ + {qE}/{m}t$
4) ${qE}/{m}t$
Решение

Дано:

$q > 0, m, E$

$υ, t$

$F-?υ_к-?$

Решение:

Пылинка ускоряется под действием силы Кулона $F=qE$(1), тогда $ma=qE$ или $a={qE}/{m}$(2)

Скорость пылинки при равноускоренном движении определяется выражением: $υ_к=υ_0+at=υ+{qEt}/{m}$(3)

Ответ: 13

Задача 20

Положительно заряженная пылинка (q > 0) массой m влетела со скоростью v в однородное электрическое поле напряжённостью E вдоль его силовых линий. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым их можно рассчитать.

Физические величины Формулы
А) ускорение пылинки
Б) кинетическая энергия пылинки в момент времени t		 1) ${qE}/{m}$
2) ${mE}/{q}$
3) ${m(v + {qE}/{m}t)^2}/{2}$
4) ${qEt^2}/{2m}$

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию из второго столбца и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.

Решение

Дано:

$q > 0, m$

$υ, E, t$

$a-?E_k-?$

Решение:

Пылинка ускоряется под действием силы Кулона $F=qE$(1), тогда $ma=qE$ или $a={qE}/{m}$(2)

Кинетическая энергия пылинки определяется выражением: $E_k={mυ_k^2}/{2}$(3), учитывая, что скорость пылинки при равноускоренном движении определяется выражением: $υ_k=υ_0+at=υ+{qEt}/{m}$(4)

Подставим числовые значения (4) в (3): $E_k={mυ_k^2}/{2}={m(υ+{qEt}/{m})^2}/{2}$(5)

Ответ: 13

Рекомендуемые курсы подготовки

Источник

ЭДС индукции

Индуктивность. Подготовка к олимпиадам-2

Индуктивность. Подготовка к олимпиадам-2

Цепи с индуктивностями и ключами. Задачи похожи, но все разные. Можно найти много модификаций таких задач в рыжем пособии Александрова и др.
Задача 1.
В схеме, показанной на рисунке, все элементы можно считать идеальными. Параметры элементов указаны на рисунке. До замыкания ключа К ток в…

Индуктивность — подготовка к олимпиадам 1

Индуктивность - подготовка к олимпиадам 1

Задачи для подготовки к олимпиадам, связанные с наличием индуктивности и проявлением ею своих свойств.
Задача 1.
Из одного куска нихромовой проволоки спаяли прямоугольный треугольник с катетами и ….

31.08.2022 03:06:13 | Автор: Анна

|

|

Магнитное поле – подготовка к олимпиадам 5

Магнитное поле – подготовка к олимпиадам 5

Задачи, связанные с наведением ЭДС индукции меняющимся потоком в контуре.
Задача 1.
Медное кольцо радиусом соединено проводящими спицами с центром (рисунок). К центру и кольцу подключен резистор сопротивлением

29.08.2022 06:22:11 | Автор: Анна

|

|

Магнитное поле – подготовка к олимпиадам 4

Магнитное поле – подготовка к олимпиадам 4

Задачи, связанные с наведением ЭДС индукции меняющимся потоком в контуре.
Задача 1.
Из одного куска проволоки спаяна плоская фигура (рисунок), состоящая из трёх квадратов со стороной . В один из отрезков проволоки впаян небольшой по размерам…

27.08.2022 06:38:49 | Автор: Анна

|

|

Магнитное поле – подготовка к олимпиадам 3

Магнитное поле – подготовка к олимпиадам 3

При переменной индукции возникает поток, а его изменения порождают ЭДС, и тогда в цепи может возникнуть ток.  Вот все эти процессы и рассмотрены с разных сторон в статье.
Задача 1.
Контур в форме квадрата со стороной

25.08.2022 02:01:49 | Автор: Анна

|

|

Магнитное поле: рамки в поле — 4

Магнитное поле: рамки в поле - 4

Вот еще несколько задач, связанных с магнитным полем и движением проводящих перемычек в нем.
Задача 1.
Проводник может скользить по дуге радиусом

25.08.2019 06:21:48 | Автор: Анна

|

|

Магнитное поле: рамки в поле 3

Магнитное поле: рамки в поле 3

При подготовке к занятиям не только подбираешь задачи, но и, естественно, решаешь их. Вот несколько задач, связанных с магнитным полем и движением проводящих перемычек и рамок в нем.
Задача 1.
П-образный проводник расположен в горизонтальной плоскости и помещен вертикальное однородное магнитное поле с индукцией

23.08.2019 04:57:51 | Автор: Анна

|

|

Магнитное поле: снова рамки.

Магнитное поле: снова рамки.

В этой статье собраны задачи с рамками в поле. Ее можно вполне использовать для закрепления этого материала и самостоятельного решения. Статья является одиннадцатой и последней из серии «Магнитное поле». Конспект занятий Пенкина М.А.
Задача 1.
По гладкой горизонтальной поверхности стола скользит проволочная рамка массой  

22.09.2018 14:13:57 | Автор: Анна

|

|

Магнитное поле: электромагнитная индукция в неподвижных проводниках.

Магнитное поле: электромагнитная индукция в неподвижных проводниках.

В этой статье мы рассмотрим электро-магнитную индукцию в неподвижных проводниках.  Статья является десятой в серии «Магнитное поле».
Здесь уже причиной возникновения тока в проводнике будет не сила Лоренца, а вихревые токи. Магнитное поле будет теперь переменным. Переменное поле порождает вихревое электрическое поле, линии которого замкнуты. Такое…

20.09.2018 12:31:41 | Автор: Анна

|

|

Магнитное поле: рамки в поле 1

Магнитное поле: рамки в поле 1

В этой статье мы рассмотрим перемещающиеся в магнитном поле рамки различных форм.  Статья является седьмой в серии «Магнитное поле». Конспект занятий Пенкина М.А.
Задача 1.
По прямолинейному проводнику течет постоянный ток . В поле этого проводника, в плоскости…

11.09.2018 16:25:14 | Автор: Анна

|

|

Магнитное поле: перемычки на рельсах — 3

Магнитное поле: перемычки на рельсах - 3

В этой статье мы рассмотрим перемещающиеся по рельсам перемычки в магнитном поле .  Если две предыдущие статьи с перемычками вы уже изучили, то можно использовать эту в качестве домашнего задания – для закрепления материала. Статья является шестой в серии «Магнитное поле». Конспект занятий Пенкина М.А.
Задача…

06.09.2018 13:19:56 | Автор: Анна

|

|

Магнитное поле: перемычки на рельсах — 2

Магнитное поле: перемычки на рельсах - 2

В этой статье мы рассмотрим перемещающиеся по рельсам перемычки в магнитном поле .  Рельсы будут теперь не линейными, или расположены под углом друг к другу так, что длина перемычки будет меняться. Статья является пятой в серии «Магнитное поле». Конспект занятий Пенкина М.А.
Задача 1.
Дан идеальный…

04.09.2018 10:16:28 | Автор: Анна

|

|

Магнитное поле: колебания перемычки

Магнитное поле: колебания перемычки

В этой статье мы рассмотрим перемещающуюся по рельсам перемычку в магнитном поле .  Рельсы будут  горизонтальными,  замкнутыми на индуктивность. Вы увидите, что индуктивность — это колебания. Статья является четвертой в серии «Магнитное поле». Конспект занятий Пенкина М.А.
Задача. Два параллельных рельса, расположенных на расстоянии

02.09.2018 20:36:43 | Автор: Анна

|

|

Магнитное поле: частицы в поле-2

Магнитное поле: частицы в поле-2

В этой статье мы рассмотрим задачи, в которых частицы перемещаются в магнитном поле.  Частицы  будут двигаться по спиралям и окружностям, тормозиться и разгоняться электрическими полями. Эта статья — вторая из серии статей о магнитном поле. В этой серии мы не только рассмотрим движение частиц по сложным…

29.08.2018 17:34:46 | Автор: Анна

|

|

ЭДС индукции, наводимая в контуре

Здесь рассмотрены задачи, от простых до сложных, на расчет возникающей в контуре ЭДС индукции при изменении потока. Потребуется знание производной, в том числе производной сложной функции.
Задача 1.
За время мс  в соленоиде, содержащем

17.05.2018 11:26:56 | Автор: Анна

|

|

Магнитный поток и ЭДС индукции

Магнитный поток и ЭДС индукции

Продолжаем решать задачи на магнитный поток и ЭДС индукции. Здесь уже будет потяжелее: придется и производную, и первообразную находить. Но задачи интересные, и даже геометрические знания пригодились, а именно, формула площади треугольника.
Задача 1.
Плоский замкнутый металлический контур площадью

24.11.2017 11:37:16 | Автор: Анна

|

|

Источник

На этой странице вы узнаете

  • Где самое большое сопротивление в теле человека?
  • Какой ученый променял бильярд на физику?
  • К чему может привести авария среди электронов?

Весь современный мир держится на электричестве. Наряду с глобальной интернет-сетью, наш мир «опутан» сетью электрических проводов. Что такого происходит в этих тоненьких проводах, что от них зависит жизнь целого города? Давайте поближе познакомимся с электрическим током и узнаем, откуда он появляется.

Мы с вами уже познакомились с электрическими схемами в теме «Законы постоянного тока», где  выяснили, какие приборы существуют и как используются в схемах. В этой статье мы поговорим о том, как в элементарных электрических цепях появляется ток. Начало положено, сопротивление бесполезно.  

Источник тока

Как мы уже выяснили, электрические схемы не могут работать просто так. Представим, что вы хотите поехать на машине, в которой нет бензина. Конечно, машина не заведется, так как ее нужно заправить. Электрические схемы работают по такому же принципу. Если их не подпитывать током, то они не будут работать.

Электрический ток — это направленное, упорядоченное движение электрических зарядов. Поэтому, чтобы поддерживать в цепи ток длительное время, в нем должен быть участок, на котором будет происходить перенос зарядов против сил электростатического поля (поля, создаваемого неподвижными зарядами). То есть, то место, где электроны будут принудительно приходить в движение. 

Источник тока — элемент электрической цепи, в котором на заряды действует сторонняя сила, задающая направление движения зарядов (тока). 

Перемещение зарядов на этом участке возможно лишь с помощью сил неэлектростатического происхождения, называемых сторонними силами. Эти силы приводят заряды в движение. Благодаря этому поддерживается ток в цепи. Действие сторонних сил характеризуется величиной, называемой электродвижущей силой источника тока (ЭДС), о которой поговорим чуть позднее.

Примером источника тока может служить обычная батарейка. Вы наверняка замечали, что на пальчиковых батарейках с одной стороны пишется «плюс», а с другой — «минус». Это означает, что электрический ток пойдет от положительной части батарейки к отрицательной. А почему ток выходит из одной части, но заходит в другую?

Для объяснения этого явления рассмотрим картинку ниже. Главным критерием рабочей электрической цепи является ее замкнутость, то есть вся цепь неразрывно связана. Подключим нашу батарейку (источник тока) к электрической цепи, которую также называют внешней электрической цепью.

Как мы видим на этом рисунке, на заряды внутри источника тока действует сторонняя сила ((F_{ст})), от плюса к плюсу) и сила электростатического поля ((F)), которая направлена от плюса к минусу. Без действия сторонних сил внутри источника положительный заряд будет двигаться от «+» к «-» (по направлению силы (F)). 

Мы действуем сторонними силами так, чтобы он стал двигаться к «+» (по направлению (F_{ст})), то есть против сил электростатического поля. Тогда заряды вылетают из источника тока и далее по внешней цепи, уже под действием обычного электростатического поля, движутся по стандартным законам от «+» к «-». Это и есть наш долгожданный электрический ток – движущиеся заряды. Если бы мы не действовали сторонними силами, все заряды бы просто сидели на месте («+» окружили бы «-», и наоборот). То есть, сама сторонняя сила задает направление движения заряда. 

После того как заряд выходит из источника тока, на него действует только одна сила F. Поэтому он обходит всю цепь и возвращается в этот же источник тока. Там на него вновь действует сторонняя сила, ну а дальше вы уже знаете.

Если бы в источнике тока не было сторонних сил, то все положительные заряды застряли бы у минуса.

Основные параметры источника тока

Как и любой другой элемент электрической цепи, источник тока обладает своими характеристиками, которые могут меняться в зависимости от условий использования. Главными характеристиками являются ЭДС источника тока (электродвижущая сила) и его внутреннее сопротивление. 

ЭДС источника тока (ε) — это физический параметр, который характеризует работу сторонних сил ((А_{ст})), затраченную на перемещение зарядов (q) внутри источника.

(ε =frac{А_{ст}}{q}), где

(ε) – ЭДС источника тока (В);
(А_{ст})– работа сторонних сил (Дж);
(q) – заряд, помещенный внутри источника (Кл).

Внутреннее сопротивление определяет количество потерь энергии при прохождении тока через источник тока. 

Стоит понимать, что внутреннее сопротивление появляется из-за неидеальности реальных предметов. Только у идеальных источников тока отсутствует внутреннее сопротивление. 

Однако при расчете характеристик электрических схем никакой сложности не возникает, так как мы просто представляем, что в цепи появляется дополнительный резистор (на схемах обозначается прямоугольником и буквой R), сопротивление которого будет равняться внутреннему сопротивлению источника тока.

Раз уж мы затронули расчеты электрических схем, то пора вплотную к ним приблизиться.

Закон Ома для участка цепи

Какой ученый променял бильярд на физику?

Георг Ом рос в небогатой семье. Также он был довольно азартным человеком, любил играть в бильярд в компании друзей. В университетские годы Ом был лучшим игроком в бильярд среди студенческой молодежи, показывал прекрасные результаты в конькобежном спорте.

Но его очень манили точные науки: физика и математика. Однажды он смог собрать всю свою волю «в кулак» и начать проводить опыты в лаборатории обычной школы, где работал учителем. И так он окончательно вжился в статус ученого-физика. После этого он играл в бильярд только для получения удовольствия, а не использовал его как способ заработка.

Дальше мы с вами поговорим о напряжении на элементах электрической цепи, и, в частности, на источнике тока. Поэтому вспомним, что такое напряжение из темы «Законы постоянного тока». Напряжение – физическая величина, которая показывает, какую работу сторонние силы должны приложить, чтобы перенести заряд от одной точки до другой.

Так как у источника тока имеется внутреннее сопротивление, значит, внутри него также будет и напряжение. Чтобы найти его, воспользуемся законом Ома — умножим внутреннее сопротивление источника тока r на сам ток I и получим:

Ur = Ir.

Также мы можем найти напряжение, которое будет выделяться на внешней цепи. Для этого снова умножим ток I на общее сопротивление цепи R:

UR = IR.

Оказывается, что не вся энергия источника тока уходит в цепь. Как раз таки та часть энергии, которая уходит на преодоление внутреннего сопротивления, и будет характеризовать потери. Тогда мы можем записать еще одну формулу для нахождения ЭДС источника тока:

ε = UR+ Ur , где

ε – ЭДС источника тока (В);
UR – напряжение на самой электрической цепи (В);
Ur – напряжение внутри источника тока (В). 

Теперь давайте подставим вместо напряжений полученные формулы через токи и сопротивления и выразим силу тока. Так мы получим закон Ома для полной цепи: 

(I=frac{ε}{R + r}) , где

I – ток в цепи (А);
ε – ЭДС источника тока (В);
R – сопротивление в цепи (Ом);
r – внутреннее сопротивление источника (Ом).

Сила тока в цепи с заданным источником тока (при неизменной ЭДС и с постоянным внутренним сопротивлением) зависит только от сопротивления внешней цепи R.

Где самое большое сопротивление в теле человека?

Самое большое электрическое сопротивление на теле человека — поверхность верхнего рогового слоя кожи человека. Оно может достигать 40000–100000 Ом. Но это не значит, что можно хвататься за оголенные провода голыми руками! Этого сопротивления далеко не достаточно, чтобы защитить человека от опасного электрического тока.

Резко уменьшают сопротивление человека потливость кожного покрова, переутомление, нервное возбуждение. Значение снижается до 800–1000 Ом. Поэтому даже самое небольшое напряжение может вызвать ожог кожи.

Задачи на данную тему встречаются в №12 ЕГЭ. Давайте рассмотрим один пример.

Задача. Найдите внутреннее сопротивление источника ЭДС, если сопротивление в цепи R = 4 Ом, а ЭДС ε=10 В. Сила тока в цепи 2 А.

Решение.Воспользуемся законом Ома для полной цепи и выразим из него внутреннее сопротивление источника ЭДС:

(I=frac{ε}{R + r}),
(r=frac{ε}{I}-R=frac{10}{2}-4=1) (Ом).

Ответ: 1 Ом

Короткозамкнутая цепь

Рассмотрим частный случай электрической цепи, в котором источник тока будет подключен сам на себя. Иначе говоря, он будет короткозамкнутым.

В этом случае отсутствует сопротивление внешней цепи и закон Ома для цепи будет выглядеть так:

(I_{кз}=frac{ε}{r}) , где

(I_{кз}) – ток короткого замыкания (А);
(ε) – ЭДС источника тока (В);
(r) – сопротивление источника ЭДС (Ом).

Короткое замыкание — это такой случай соединения проводов, при котором практически весь ток проходит по пустому проводу и возвращается в источник тока. 

Короткое замыкание приводит к сильному нагреву, расплавлению металлов, а иногда и к пожарам. 

К чему может привести авария среди электронов?

Если сравнить поток электронов с потоком машин, то ток короткого замыкания – это авария на автодороге. Один поток машин решил влезть в другой. В результате на дороге образовалась авария. Но машины продолжают налетать одна на другую (как в метель в Норильске). 

При коротком замыкании сила тока будет увеличиваться до тех пор, пока отключающие механизмы не прекратят поступление силы тока.

Теперь, когда мы уже рассмотрели основные характеристики источника тока, можем перейти к мощности и КПД источника тока.

Мощность и КПД источника тока

Мы уже не раз говорили о том, что при протекании тока выделяется энергия. Источники тока не исключение. При подключении их к цепи на них выделяется энергия. При этом энергия выделяется и в самой цепи.

Чтобы найти мощность передачи энергии (P), выделяемой источником тока, необходимо умножить силу тока на ЭДС этого источника тока. Тогда получим:

(P_{ист}=εI), где

(P_{ист}) – мощность источника тока (Вт);
(ε) – ЭДС источника тока (В);
(I) – сила тока (А).

При этом часть этой мощности уходит на элементы внешней цепи, а другая часть – на преодоление внутреннего сопротивления источника тока:

(εI = I^2R + I^2r).

Тогда мощность, выделяемая на внешней цепи:

(P_R=I^2R).

А мощность, которая теряется на внутреннее сопротивление источника тока:

(P_r=I^2r).

Теперь давайте рассмотрим коэффициент полезного действия (КПД, ) источника тока. Как мы уже говорили ранее, часть ЭДС источника тока уходит на внутреннее сопротивление, а часть – на внешнюю цепь. При этом вспомним, что КПД – это отношение полезной мощности к затраченной.

Запишем формулы для мощности:

(P_{ист}=εI=I^2(R+r)),
(P_R=IU =I^2R).

Тогда КПД:

(eta=frac{IU}{εI}*100%=frac{U}{ε}*100%=frac{R}{R+r}*100%), где

(eta) – КПД источника тока;
(ε) – ЭДС источника тока (В);
(U) – напряжение на внешней цепи (В);
(I) – сила тока (А):
(R) – сопротивление на внешней цепи (Ом);
(r) – сопротивление источника тока (Ом).

Также задачи на тему ЭДС встречаются и в №16 ЕГЭ. Сложность данных задач заключается в установлении правильной зависимости величин друг от друга.

Задача.Определите, как изменятся сила тока (А) в цепи и сопротивление резистора (Б), если ЭДС источника тока заменить на такую же ЭДС, но с большим внутренним сопротивлением.
1) увеличится
2) уменьшится
3) не изменится

Решение.
Б) Внешнее сопротивление никак не зависит от источника тока. Поэтому оно не изменится — выбираем ответ 3.

А) Запишем закон Ома для полной цепи:
(I=frac{ε}{R + r})
При увеличении внутреннего сопротивления знаменатель увеличится. Следовательно, сила тока уменьшится, так что вариант 2 тоже нам подходит.

Ответ: 23

Мы с вами выяснили, что источники тока – элементы электрической цепи, без которых самой цепи не существовало бы. Хотя, конечно, она бы существовала, но была бы бесполезной. Однако и они «не без греха», так как существует опасное внутреннее сопротивление, которое является головной болью для многих инженеров. А все потому, что оно снижает КПД источников тока. Дальше вы можете ознакомиться с полноценными электрическими схемами и посмотреть, как ток ведет себя за пределами источника тока.

Термины

Напряжение – произведение сопротивления элемента и протекающего через него тока.

Резистор (или резистивный элемент) – элемент электрической цепи, который может только потреблять энергию и не может ее создавать.

Сторонние силы — это все внешние силы, воздействующие на заряд.

Электростатическое поле — невидимое поле, создаваемое постоянными электрическими зарядами.

Фактчек

  • ЭДС источника тока (ε) — это физический параметр, который характеризует работу, затраченную на перемещение зарядов внутри источника сторонними силами: (ε =frac{А_{cт}}{q}).
  • Внутреннее сопротивление (r) — определяет количество потерь энергии при прохождении тока через источник тока.
  • Закон Ома для полной цепи: Сила тока в замкнутой цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению: (I =frac{ε}{R + r}).
  • Предельное значение силы тока для данного источника тока называется током короткого замыкания: (I_{кз} =frac{ε}{r}).
  • Полная мощность цепи — это есть мощность источника тока: (P_ист=εI).

Проверь себя

Задание 1.
Как рассчитывается ЭДС источника тока?

  1. (ε =frac{А_{ст}}{q})
  2. (ε =frac{U}{q})
  3. (ε =frac{А_{ст}}{I})
  4. (ε =frac{А_{ст}}{qt})

Задание 2.
Короткое замыкание — это:

  1. Соединение концов участка цепи проводником, сопротивление которого очень мало по сравнению с сопротивлением участка цепи. 
  2. Соединение концов участка цепи проводником, сопротивление которого очень велико по сравнению с сопротивлением участка цепи. 
  3. Соединение концов участка цепи проводником, сопротивление которого не зависит от сопротивления участка цепи. 
  4. Отсутствие электрического тока в цепи.

Задание 3.
Чему равно ЭДС источника тока?

  1. (ε = U_R- U_r)
  2. (ε = U_R+ U_r)
  3. (ε = U_R U_r)
  4. (ε = U_R)

Задание 4.
От чего зависит сила тока в цепи с заданным источником тока?

  1. от внутреннего сопротивления цепи
  2. от внутреннего сопротивления источника тока
  3. от внешнего сопротивления цепи
  4. не зависит ни от каких величин

Задание 5.
Где самое большое сопротивление в человеке?

  1. в сердце
  2. в пищеварительной системе
  3. на коже
  4. в голове

Ответы: 1. — 1; 2. — 1; 3. — 2; 4. — 3; 5. — 3.

Источник

Электрический ток. Сила тока. Условия существования постоянного тока в цепи. Электродвижущая сила (ЭДС). Сопротивление. Напряжение. Измерение силы тока и напряжения.

  • Электрический ток — это направленное движение заряженных частиц, при котором происходит перенос заряда из одних областей пространства в другие.

  • Сила тока — количественная характеристика электрического тока. В случае постоянного тока абсолютная величина силы тока есть отношение абсолютной величины заряда (q), прошедшего через поперечное сечение проводника за время (t), к этому времени. [fbox{$I=dfrac{q}{t}$}]

    Единицы измерения: (displaystyle [text{А}]) (Ампер).

  • Условия существования постоянного тока в цепи:

    • наличие свободных заряженных частиц

    • наличие электрического поля (разности потенциалов на концах проводника)

  • Электродвижущая сила (ЭДС)

    Для того, чтобы ввести понятие ЭДС, разберемся сначала со сторонними силами.

    По цепи идёт ток, стало быть, имеется сила, «протаскивающая» заряд сквозь источник вопреки противодействию электрического поля клемм. Эта сила называется сторонней силой; именно благодаря ей и функционирует источник тока.

  • (R) — сопротивление цепи постоянному току, вызывающее безвозвратные потери энергии постоянного тока.

    Сторонняя сила (vec{F}_text{ст}) не имеет отношения к стационарному электрическому полю. Обозначим через (A_text{ст}) работу сторонней силы по перемещению положительного заряда q внутри источника тока от отрицательной клеммы к положительной. Эта работа положительна, так как направление сторонней силы совпадает с направлением перемещения заряда. Работа сторонней силы (A_text{ст}) называется также работой источника тока.

    Во внешней цепи сторонняя сила отсутствует, так что работа сторонней силы по перемещению заряда во внешней цепи равна нулю. Поэтому работа сторонней силы по перемещению заряда q вокруг всей цепи сводится к работе по перемещению этого заряда только лишь внутри источника тока. Таким образом, (A_text{ст}) — это также работа сторонней силы по перемещению заряда по всей цепи.

    Сторонняя сила является непотенциальной — её работа при перемещении заряда по замкнутому пути не равна нулю. Именно эта непотенциальность и обеспечивает циркулирование электрического тока; потенциальное электрическое поле не может поддерживать постоянный ток. Опыт показывает, что работа (A_text{ст}) прямо пропорциональна перемещаемому заряду (q). Поэтому отношение (displaystyle frac{A_text{ст}}{q}) уже не зависит от заряда и является количественной характеристикой источника тока. Это отношение обозначается (mathscr{E}): [fbox{$mathscr{E}=dfrac{A_text{ст}}{q}$}] Данная величина называется электродвижущей силой (ЭДС) источника тока.

    Единицы измерения: (displaystyle [text{В}]) (Вольт).

  • Электрическое напряжение между точками A и B электрической цепи или электрического поля — физическая величина, значение которой равно работе эффективного электрического поля, совершаемой при переносе единичного пробного заряда из точки A в точку B.

    Единицы измерения: (displaystyle [text{В}]) (Вольт).

  • Измерение силы тока и напряжения

    • Для измерения силы тока используется измерительный прибор — амперметр. Включается в цепь последовательно.

    • Для измерения напряжения используется измерительный прибор — вольтметр. Включается в цепь параллельно.

    • Источник

    Понравилась статья? Поделить с друзьями:
  • Эгэр мин тылсымчы булсам сочинение
  • Эгоист тургенев сочинение
  • Эгоизм это простыми словами сочинение
  • Эгоизм это определение для сочинения
  • Эгоизм что это сочинение