5. Контрольное задание.

Вариант 1.

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

Вариант 2.

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

Вариант 3.

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

Вариант 4.

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

Вариант 5.

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

Вариант 6.

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

Вариант 7.

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

Вариант 8.

К зажимам батареи аккумуляторов присоединен нагреватель. ЭДС батареи 10 В, внутреннее сопротивление 1 Ом. Сопротивление нагревателя 1 Ом. Определить силу тока в цепи.

Контрольные вопросы.

1. Что называется замкнутой электрической цепью и из каких частей она состоит?

2. Сформулируйте закон Ома для всей цепи.

3. Что называется участком цепи?

4. Как выражается закон Ома для участка цепи?

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

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

7. Что называется падением напряжения на участке цепи?

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

9. Как определяется падение напряжения внутри источника электрической энергии?

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

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

12. Что такое явление короткого замыкания?

Лабораторная работа № 12. Взаимодействие параллельных токов.

1. Краткая теория

Электрический ток, текущий по бесконечно длинному проводу, создает вокруг себя магнитное поле, величина индукции B и напряженности H которого определяется выражениями:

,

где r – расстояние от центра провода до точки, где определяется магнитное поле. Индукция магнитного поля в этой точке – вектор, лежащий в плоскости, перпендикулярной к проводнику, и ориентированный по касательной к силовой линии, проведенной через эту точку, по “правилу буравчика”. Если направить поступательное движение буравчика по току, то направление вращения рукоятки укажет направление силовой линии и вектора магнитной индукции.

Основное свойство магнитного поля – действовать на токи (движущиеся заряды) с некоторой силой. Если проводник прямой, длиной l с током I, а индукция однородного магнитного поля B, то эта сила равна

(сила Ампера) .

Отсюда вытекает определение основной характеристики магнитного поля – магнитной индукции. Магнитная индукция B численно равна силе, действующей со стороны однородного магнитного поля на прямой проводник длиной 1м с силой тока в нем 1А, расположенный перпендикулярно к силовым линиям магнитного поля. Магнитная индукция измеряется в теслах (Тл).

Большинство веществ намагничивается в магнитном поле. Магнитная проницаемость вещества показывает, во сколько раз магнитное поле в веществе больше, чем в вакууме. Поэтому B зависит от свойств среды.

Для описания магнитного поля ввели также другую характеристику – напряженность магнитного поля , которая не зависит от свойств среды и в вакууме (и в воздухе, т.к. ) совпадает с . Между ними установлена связь:

,

где - магнитная постоянная. Физический смысл H такой же, как и B – это силовые характеристики магнитного поля. Измеряется H в А/м.

Если два параллельных проводника с токами I₁ и I₂ расположены на расстоянии r друг от друга, то между ними возникает магнитное взаимодействие, которое выражается формулой

,

где F - сила, действующая на единицу длины каждого из проводников. Причина ее в том, что магнитное поле одного проводника с током оказывает механическое воздействие на другой ток, стремясь вытолкнуть его или (в зависимости от направления тока) втянуть в область своего поля. Если токи направлены в одну сторону, то проводники притягиваются, при антипараллельных токах проводники отталкиваются.

Формула взаимодействия параллельных проводников с током лежит в основе определения одной из основных единиц системы СИ - ампера.

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

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

.

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

A = ₀I₁I₂ ln (r₂/r₁) /2