Меню

Как найти эдс источника тока при замкнутом ключе

Электростатика. Конденсаторы (страница 2)

Электрическая цепь, схема которой изображена на рисунке, состоит из конденсатора, резистора, источника тока и ключа. Первоначально ключ был разомкнут. Найти ЭДС источника, если известно, что сила тока через источник сразу после замыкания ключа в \(n = 2\) раза больше установившейся силы тока в цепи, а установившееся напряжение на конденсаторе \(U = 1,75\) В. Ответ дайте в В.

Сразу после замыкания ключа ток через резистор не течет, поэтому ток через источник paset \[I_<1>=\frac<\xi>\] После того, как ток установится, сила тока будет равна \[I_<2>=\frac<\xi>\]

так как по условию ток первоначально в \( n \) раз больше, то

\[\frac<\frac<\xi>><\frac<\xi>>=n \Rightarrow \frac=n \Rightarrow \frac=n-1\] Taк как конденсатор и резистор подключены параллельно, то напряжение на резисторе равно установившемуся напряжению на конденсаторе и равно \[U=I_ <2>R=\frac<\xi R>=\frac<\xi(n-1)>\] Откуда ЭДС источника равно \[\xi=\frac=2 U=3,5 \text< В>\]

Параллельно соединённые резистор с сопротивлением \(R = 50\) Ом и конденсатор ёмкостью \(C = 15\) мкФ соединены последовательно с параллельно соединёнными резисторами с сопротивлениями \(2R\) и \(3R\) (см. рисунок). Цепь подключена к сети с постоянным напряжением. В установившемся режиме заряд конденсатора \(q = 0,75\) мКл.
1) Найдите ток через резистор с сопротивлением \(R\) .
2) Kакая мощность выделяется на резисторе с сопротивлением \(2R\) ?
Ответ дайте в Амперах и Ваттах последовательностью цифр без разделения запятой и пробелов.

1) Ёмкость конденсатора равна \[C=\dfrac\] Отсюда напряжение на конденсаторе \[U_c=\dfrac \quad (1)\] Силу тока на резисторе найдем по закону Ома \[I=\dfrac\quad (2)\] Так как резистор и конденсатор подключены паралеллельно, то напряжение на резисторе равно напряжению на конденсаторе \(U_c=U_R\) . Значит можно подставить (1) в (2) \[I=\dfrac=\dfrac<0,75\cdot 10^<-3>\text< Кл>><15\cdot 10^<-6>\text< Ф>\cdot 50\text< Ом>>=1\text< А>\] 2) Так как ток на конденсаторе равен нулю, то сила тока участка “конденсатор + резистор \(R\) ” будет равна только силе тока на резисторе и она в свою очередь равна слие тока участка “резистор \(2R\) + резистор \(3R\) ” и эта сила тока равна \[I=1\text< А>\] Найдем общее сопротивление участка “резистор \(2R\) + резистор \(3R\) ” \[\dfrac<1>=\dfrac<1><2R>+\dfrac<1> <3R>\Rightarrow R=\dfrac<6R><5>\] Также резисторы \(2R\) и \(3R\) соединены параллельно, это значит, что напряжение на них равно и при этом равно напряжению участка \[U_<2R>=IR=1\text< А>\cdot \dfrac<6\cdot 50\text< Ом>><5>=60\text< В>\] а мощность равна \[P=\dfrac<2R>=\dfrac<3600\text< В>><100\text< Ом>>=36\text< В>\]

Конденсатор емкостью 2 мкФ присоединен к источнику постоянного тока с ЭДС 3,6 В и внутренним сопротивлением 1 Ом. Сопротивления резисторов \(R_1 =\) 4 Ом, \(R_2\) = 7 Ом, \(R_3\) = 3 Ом. Каков заряд на левой обкладке конденсатора? Ответ дайте в мкКл.

При установившемся токе в цепи ток через конденсатор не будет идти, а значит резистор \(R_3\) не будет включен в цепь.

По закону Ома для полной цепи, ток в цепи равен \[I=\frac<\xi>+R_<2>>\] Так как резистор \(R_ <2>\) и конденсатор подключены параллельно, то напряжение на конденсаторе напряжению на резисторе \[U_=U_>=I R_<2>=\frac<\xi R_<2>>+R_<2>>\] Заряд на конденсаторе и напряжение связаны фopмулой: \[q=C U_\] Найдем заряд на левой обкладке, ом будет равен заряду конденсатора, при этом он будет положительным. \[q=2 \cdot 10^ <-6>\Phi \frac <3,6 \text< В>\cdot 7 \text< Ом>><1 \text< Ом>+4 \text< Ом>+7 \text< Ом>>=4,2 \text< мкКл>\]

При замкнутом ключе K (см. рисунок) установившееся напряжение на конденсаторе \(U_1 = 27\) В.
1) Найти ЭДС источника тока.
2) Определить установившееся напряжение \(U_2\) на конденсаторе после размыкания ключа.
Ответ дайте в Вольтах последовательностью цифр без разделения запятой и пробелом.

1) 1. Так как резистор \(3R\) и конденсатор подключены паралеллельно, то напряжение на резисторе равно напряжению на конденсаторе и равно общему напряжению на участке \[U_<3R+C>=U_1 \quad (1)\] 2. Так как ток на конденсаторе равен нулю, то сила тока участка “конденсатор + резистор \(3R\) ” будет равна только силе тока на резисторе и она в свою очередь равна слие тока участка “резистор \(2R\) + резистор \(R\) ” и эта сила тока равна \[I=\dfrac<3R>\] 3. Найдем общее сопротивление участка “резистор \(2R\) + резистор \(R\) ” \[\dfrac<1>=\dfrac<1><2R>+\dfrac<1> \Rightarrow R=\dfrac<2R><3>\] 4. Теперь найдем общее напряжение участка “резистор \(2R\) + резистор \(R\) ” \[U_=IR=\dfrac<3R\cdot 3>=\dfrac<2U_1><9>\quad(2)\] 5. Так как источник тока и участок “резистор \(2R\) + резистор \(R\) ” соединены последовательно, то сила тока на источнике и сила тока на участке равна \(I\) , значит мы можем найти напряжение на внутреннем сопротивлении источника \[U_\text<ист>=IR=\dfrac<3>\quad (3)\] 6. ЭДС источника складывается из напряжени на участках и напряжения на источнике. Сложим (1), (2) и (3). \[U=U_<3R+c>+U_<2R+R>+U_\text<ист>=U_1+\dfrac<2U_1><9>+\dfrac<3>=27\text< В>+6\text< В>+9\text< В>=42\text< В>\] 2) 1. После установления равновесия в цепи тока черезе резистор \(R\) прекращается, а напряжение на конденсаторе равно напряжению на участке “резистор \(2R\) + резистор \(3R\) ”. 2. Так как ток течет только через участок “резистор \(2R\) + резистор \(3R\) ”, то сила тока в цепи по закону ОМа для полной цепи равна \[I’=\dfrac<\xi><5R+R>=\dfrac<\xi><6R>\] 3. Напряжение на участе “резистор \(2R\) + резистор \(3R\) ” равно \[U’=\dfrac<\xi\cdot 5R><6R>=\dfrac<5\xi><6>=\dfrac<5 \cdot 42\text< В>><6>=35\text< В>\]

Читайте также:  Вычислите силу тока короткого замыкания источника

В электрической схеме до замыкания ключа К показание идеального вольтметра 9 В. После замыкания ключа показание идеального амперметра 1 А. Найдите внутреннее сопротивление батарейки.

“Досрочная волна 2019 вариант 2”

1) Поскольку вначале ключ разомкнут, то вольтметр показывает ЭДС источника тока \(\xi=9\) В.
2) Найдём ток в цепи. Поскольку сопротивления 4 и 2 включены между собой параллельно, то напряжения на них равны друг другу. По закону Ома для участка цепи мы можем расписать каждое из напряжений и можем найти токи через резистор 2. При \[U_2=U_4 \Leftrightarrow I_2R_2=I_4R_4 \Leftrightarrow1\text< А>\cdot 4\text< Ом>=I_2\cdot 2\text< Ом>\Leftrightarrow I_2=2\text< А>\] 3) Общий ток в цепи — это сумма токов на резисторах 4 и 2: \[I=I_4+I_2=2\text< А>+1\text< А>=3\text< А>\] 4) Найдём общее сопротивление цепи. Оно будет равно сумме сопротивлений на участках 1–3–5 и 2–4. А на каждом из этих участков мы найдём сопротивления по закону параллельного сопротивления проводников. \[\dfrac<1>>=\dfrac<1>+\dfrac<1>+\dfrac<1>=\dfrac<1><1>+\dfrac<1><3>+\dfrac<1><5>=\dfrac<23><15>\Leftrightarrow R_<1-3-5>=\dfrac<15><23>\text< Ом>\] Найдем общее сопротивление: \[R_0=R_<1-3-5>+R_<2-4>=\dfrac<15><23>\text< Ом>+\dfrac<4><3>\text< Ом>=\dfrac<137><69>\text< Ом>\] 5) Внутреннее сопротивление можно найти через закон Ома для полной цепи: \[I=\dfrac<\xi> \Rightarrow r =\dfrac<\xi>-R=\dfrac<9\text< В>><3\text< А>>-\dfrac<137><69>\text< Ом>\approx 1,01 \text< Ом>\]

В цепи, изображённой на рисунке, ЭДС батареи \(\xi=200\) В, сопротивления резисторов \(R_1=10\) Ом и \(R_2=6\) Ом, а ёмкости конденсаторов \(C_1=20\) мкФ и \(C_2=60\) мкФ. В начальном состоянии ключ К разомкнут, а конденсаторы не заряжены. Через некоторое время после замыкания ключа в системе установится равновесие. Какую работу совершат сторонние силы к моменту установления равновесия? Ответ дайте в Дж.

Когда пройдет длительное время, конденсатор будет заряжен до напряжения \(U_1=\xi\) , второй конденсатор заряжен не будет (так как он накоротко соединен через резисторы со своими пластинами).
Заряд на первом конденсаторе: \[q_1=C_1U=C_1\xi,\] где \(q_1\) – заряд на первом конденсаторе, тогда работа сторонних сил равна \[A_<\text< ист>>=q_1\xi=C_1\xi\xi=C_1\xi^2=20\cdot10^<-6>\text< Ф>\cdot200^2\text< В$^2$>=0,8 \text< Дж>\]

Четыре конденсатора подключены к источнику тока, как показано на рисунке. ЭДС источника равно \(\xi=10\) В его внутреннее сопротивление \(r\) , ёмкости конденсаторов \(C_1=3C\) , \(C_2=2C\) , \(C_3=4C\) , \(C_4=C=100\) мкФ. Определите энергию на конденсаторе \(C_2\) . Ответ дайте в мДж.

Пусть потенциал между блоком из конденсаторов 1–3 и блоком конденсаторов 2–4 равен \(\phi\) , тогда напряжение на блоке 1–3 равно \(U_<13>=\xi-\phi\) , а напряжение на блоке 2–4 равно \(U_<24>=\phi-0=\phi\) . Найдем емкости блоков конденсаторов \[C_<13>=3C+4C=7C \hspace <10 mm>C_<24>=2C+C=3C\] Так как блок 1–3 и блок 2–4 подключены последовательно, то на них одинаковый заряд \[q_<13>=q_ <24>\Rightarrow 7C(\xi-\phi)=3C \phi \Rightarrow \phi=\dfrac<7\xi><10>\] Так как конденсаторы 2 и 4 подключены параллельно, то напряжение на втором конденсаторе равно напряжению 2–4, а значит энергия второго конденсатора равна \[Q_2=\dfrac<100\cdot 2>=\dfrac<49C\xi^2><200>=\dfrac<49 \cdot 200\cdot 10^<-6>\text< Ф>\cdot 100\text< В$^2$>><200>=4,9\text< мФ>\]

Источник

ИНФОФИЗ — мой мир.

Весь мир в твоих руках — все будет так, как ты захочешь

Весь мир в твоих руках — все будет так, как ты захочешь

  • Главная
  • Мир физики
    • Физика в формулах
    • Теоретические сведения
    • Физический юмор
    • Физика вокруг нас
    • Физика студентам
      • Для рефератов
      • Экзамены
      • Лекции по физике
      • Естествознание
  • Мир астрономии
    • Солнечная система
    • Космонавтика
    • Новости астрономии
    • Лекции по астрономии
    • Законы и формулы — кратко
  • Мир психологии
    • Физика и психология
    • Психологическая разгрузка
    • Воспитание и педагогика
    • Новости психологии и педагогики
    • Есть что почитать
  • Мир технологий
    • World Wide Web
    • Информатика для студентов
      • 1 курс
      • 2 курс
    • Программное обеспечение компьютерных сетей
      • Мои лекции
      • Для студентов ДО
      • Методические материалы
  • Физика школьникам
  • Физика студентам
  • Астрономия
  • Информатика
  • ПОКС
  • Арх ЭВМ и ВС
  • Методические материалы
  • Медиа-файлы
  • Тестирование
Читайте также:  Действующее значение тока через мгновенное

Как сказал.

Информация в чистом виде ‒ это не знание. Настоящий источник знания ‒ это опыт.

Альберт Эйнштейн

Вопросы к экзамену

Для всех групп технического профиля

Урок 31. Лабораторная работа № 08. Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока.

Лабораторная работа № 8

Тема: «Определение электродвижущей силы и внутреннего сопротивления источника тока ».

Цель: научиться определять электродвижущую силу и внутреннее сопротивление источника электрической энергии.

Оборудование: 1. Амперметр лабораторный;

2. Источник электрической энергии;

3. Соединительные провода,

4. Набор сопротивлений 2 Ом и 4 Ом;

5. Переключатель однополюсный; ключ.

Возникновение разности потенциалов на полюсах любого источника является результатом разделения в нем положительных и отрицательных зарядов. Это разделение происходит благодаря работе, совершаемой сторонними силами.

Силы неэлектрического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются сторонними силами.

При перемещении электрических зарядов по цепи постоянного тока сторонние силы, действующие внутри источников тока, совершают работу.

Физическая величина, равная отношению работы Aст сторонних сил при перемещении заряда q внутри источника тока к величине этого заряда, называется электродвижущей силой источника (ЭДС):

ЭДС определяется работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда.

Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах [В].

Чтобы измерить ЭДС источника, надо присоединить к нему вольтметр при разомкнутой цепи .

Источник тока является проводником и всегда имеет некоторое сопротивление, поэтому ток выделяет в нем тепло. Это сопротивление называют внутренним сопротивлением источника и обозначают r.

Если цепь разомкнута, то работа сторонних сил превращается в потенциальную энергию источника тока. При замкнутой цепи эта потенциальная энергия расходуется на работу по перемещению зарядов во внешней цепи с сопротивлением R и во внутренней части цепи с сопротивлением r , т.е. ε = IR + Ir .

Если цепь состоит из внешней части сопротивлением R и внутренней сопротивлением r, то, согласно закону сохранения энергии, ЭДС источника будет равна сумме напряжений на внешнем и внутреннем участках цепи, т.к. при перемещении по замкнутой цепи заряд возвращается в исходное положение , где IR – напряжение на внешнем участке цепи, а Ir — напряжение на внутреннем участке цепи.

Таким образом, для участка цепи, содержащего ЭДС:

Эта формула выражает закон Ома для полной цепи: сила тока в полной цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника и обратно пропорциональна сумме сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи.

ε и r можно определить опытным путем.

Часто источники электрической энергии соединяют между собой для питания цепи. Соединение источников в батарею может быть последовательным и параллельным.

При последовательном соединении два соседних источника соединяются разноименными полюсами.

Т.е., для последовательного соединения аккумуляторов, к ″плюсу″ электрической схемы подключают положительную клемму первого аккумулятора. К его отрицательной клемме подключают положительную клемму второго аккумулятора и т.д. Отрицательную клемму последнего аккумулятора подключают к ″минусу″ электрической схемы.

Получившаяся при последовательном соединении аккумуляторная батарея имеет ту же емкость, что и у одиночного аккумулятора, а напряжение такой аккумуляторной батареи равно сумме напряжений входящих в нее аккумуляторов. Т.е. если аккумуляторы имеют одинаковые напряжения, то напряжение батареи равно напряжению одного аккумулятора, умноженному на количество аккумуляторов в аккумуляторной батарее.

1. ЭДС батареи равна сумме ЭДС отдельных источников ε= ε 1 + ε 2 + ε 3

2 . Общее сопротивление батареи источников равно сумме внутренних сопротивлений отдельных источников r батареи= r 1 + r 2 + r 3

Если в батарею соединены n одинаковых источников, то ЭДС батареи ε= nε1, а сопротивление rбатареи= nr1

3. Сила тока в такой цепи по закону Ома

При параллельном соединении соединяют между собой все положительные и все отрицательные полюсы двух или n источников.

Т.е., при параллельном соединении, аккумуляторы соединяют так, чтобы положительные клеммы всех аккумуляторов были подключены к одной точке электрической схемы (″плюсу″), а отрицательные клеммы всех аккумуляторов были подключены к другой точке схемы (″минусу″).

Параллельно соединяют только источники с одинаковой ЭДС. Получившаяся при параллельном соединении аккумуляторная батарея имеет то же напряжение, что и у одиночного аккумулятора, а емкость такой аккумуляторной батареи равна сумме емкостей входящих в нее аккумуляторов. Т.е. если аккумуляторы имеют одинаковые емкости, то емкость аккумуляторной батареи равна емкости одного аккумулятора, умноженной на количество аккумуляторов в батарее.

Читайте также:  Какая сила тока в батарейке крона


1. ЭДС батареи одинаковых источников равна ЭДС одного источника. ε= ε 1= ε 2 = ε 3

2. Сопротивление батареи меньше, чем сопротивление одного источника r батареи= r 1/n
3. Сила тока в такой цепи по закону Ома

Электрическая энергия, накопленная в аккумуляторной батарее равна сумме энергий отдельных аккумуляторов (произведению энергий отдельных аккумуляторов, если аккумуляторы одинаковые), независимо от того, как соединены аккумуляторы — параллельно или последовательно.

Внутреннее сопротивление аккумуляторов, изготовленных по одной технологии, примерно обратно пропорционально емкости аккумулятора. Поэтому т.к.при параллельном соединении емкость аккумуляторной батареи равна сумме емкостей входящих в нее аккумуляторов, т.е увеличивается, то внутреннее сопротивление уменьшается.

Источник

Как найти эдс источника тока при замкнутом ключе

На рисунке изображена схема электрической цепи, включающей источник постоянного тока, идеальный вольтметр, ключ и резистор. Показание вольтметра при замкнутом ключе в 3 раза меньше, чем показание вольтметра при разомкнутом ключе.

Можно утверждать, что внутреннее сопротивление источника тока

1) в 3 раза больше сопротивления резистора

2) в 3 раза меньше сопротивления резистора

3) в 2 раза больше сопротивления резистора

4) в 2 раза меньше сопротивления резистора

Идеальным вольтметром называется вольтметр с бесконечным сопротивлением. Через такой вольтметр не может течь ток. Поэтому при разомкнутом ключе такой вольтметр измеряет ЭДС источника \varepsilon.Когда ключ замыкают, через сопротивление Rначинает течь ток, который можно найти из закона Ома для полной цепи: I= дробь, числитель — \varepsilon, знаменатель — r плюс R .При замкнутом ключе вольтметр показывает напряжение на выводах источника (оно отлично от ЭДС, так как часть напряжения теперь падает на внутреннем сопротивлении источника), или что то же самое, вольтметр измеряет напряжение на сопротивлении R.Таким образом, во втором случае, вольтметр показывает напряжение IR= дробь, числитель — \varepsilon R, знаменатель — r плюс R .Согласно условию, \varepsilon=3 умножить на дробь, числитель — \varepsilon R, знаменатель — r плюс R равносильно r=2R.Следовательно, 1=3 умножить на дробь, числитель — R, знаменатель — r плюс R равносильно r=2R.То есть, сопротивление источника тока в 2 раза больше сопротивления резистора.

Источник



Лаб. 4

= E/I — R; R = 4; 4.3/0.65 — 4 = 6.62 — 4 = 2.62 Ом.

№ опыта Измерено Вычислено
E, В I, А r, Ом
1 4,3 0,65
2 4,3 0,65
3 4,3 0,65
4 4,3 0,65
5 4,3 0,65
Среднее 4,3 0,65 2,62
  • ΔE = ΔиE + ΔоE; ΔE = 0.15 В + 0,18 В = 0,26 В;
  • ΔI = ΔиI + ΔоI; ΔI = 0.05 А + 0,025 А = 0,075 А.

Er = 0.25/4.3 + 0.075/0.65 + 0.1/4 = 0.06 + 0.12 + 0.025 = 0.21 В.

Δr = 0.21 В · 2,62 Ом = 0,55 Ом.

1. Почему вольтметр включают в цепь параллельно потребителю? Что произойдет, если вольтметр включить в цепь последовательно?

Вольтметр включают параллельно участку цепи, на котором измеряют напряжение. Напряжение на измеренном участке и напряжение на вольтметре будет одним и тем же, т.к. вольтметр и напряжение на вольтметре подключены к общим точкам.

Т.к. вольтметр обладает большим сопротивлением, то при его последовательном подключении к электрической цепи увеличится внешнее сопротивление цепи, а, значит, сила тока в цепи значительно уменьшится.

2. Почему сопротивление амперметра должно быть значительно меньше сопротивления цепи, в которой измеряют ток? Что произойдет, если амперметр включить параллельно потребителю?

Поскольку включение амперметра в электрическую цепь не должно изменять силу тока в ней, то сопротивление амперметра должно быть как можно меньше.

Сопротивление амперметра гораздо меньше сопротивления потребителя, поэтому при таком неправильном подключении почти весь ток пойдёт через амперметр. В итоге «зашкалит» и может перегореть, если вовремя не отключить. Такое включение амперметра недопустимо.

3. Почему показания вольтметра при разомкнутом и замкнутом ключе различаются?

Потому что у источника питания появляется нагрузка в виде резистора. Вольтметр, подключённый к полюсам источника питания ЭДС источника ε. При подключении нагрузки (резистора) напряжение на источнике будет падать, т.к. источник не идеальный.

4. Как можно повысить точность измерения ЭДС источника тока?

Самый простой способ — взять вольтметр с меньшей приборной погрешностью, т.е. более высокого класса точности.

Также повысить точность можно путём совершенствования методики измерения и обработки результатов, таким образом можно уменьшить систематические погрешности.

5. При каком значении КПД будет получена максимальная полезная мощность от данного источника тока? Каким должно быть при этом сопротивление внешней цепи по отношению ко внутреннему сопротивлению источника тока?

Коэффициент полезного действия источника тока определяется как отношение полезной мощности к полной, и зависит от сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления источника тока. Можно доказать, что КПД оказывается равным 50%.

Источник