 |
|
Основные теоретические сведения
Электрический ток в металлах представляет собой упорядоченное движение ________________________. При этом происходит взаимодействие их с ионами кристаллической решетки металла, что является причиной появления сопротивления – противодействия проводника протеканию в нем электрического тока.
Сопротивление проводника зависит от его размеров и природы материала, из которого он изготовлен (строения кристаллической решетки):
(1)
где l – длина проводника,
S – площадь его поперечного сечения,
ρ - удельное сопротивление.
Удельное сопротивление вещества – это сопротивление проводника, длиной _____ и площадью поперечного сечения _________, изготовленного из данного вещества.
Единицей измерения сопротивления проводника в СИ является ______ – сопротивление такого проводника, в котором при напряжении в 1 вольт, приложенном к нему, сила тока равна 1 амперу.
Кроме того, сопротивление проводника и его удельное сопротивление зависят от температуры:
(2)
(2а)
где t – температура проводника,
α – температурный коэффициент сопротивления,
ρ0 – удельное сопротивление при t = 00С,
– сопротивление проводника при t = 00С.
При низких температурах данной зависимостью можно пренебречь.
Расчет сопротивления проводников по формуле (1) не всегда возможен, поэтому зачастую для расчета сопротивлений простейших электрических цепей используется следствие из закона Ома в виде:
(3)
где I – сила тока на участке цепи,
U – напряжение на этом участке,
Однако на практике более широкое применение имеют сложные цепи, имеющие множественные ветви и узлы. Ветвьюназывают весь участок цепи между _______________________________________ в котором все элементы соединены последовательно. Узломэлектрической цепи называют место соединения ___________ или большего числа ветвей. Любой замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям, называют _________________ электрической цепи. Расчет параметров таких сложных электрических цепей с использованием только закона Ома, не всегда представляется возможным и поэтому в большинстве случаев применяются правила Кирхгофа.
Первое правило Кирхгофа - правило узлов: алгебраическая сумма токов в узловой точке равна ___________,или математически:
__________ (4)
| противоположно положительной |
При составлении уравнений, согласно первому правилу Кирхгофа, необходимо произвольно выбрать направления токов во всех ветвях и обозначить их на схеме стрелками. В каждом узле должны быть как входящие, которые принято брать положительными, так и выходящие, считающиеся отрицательными.
Например, для узловой точки, изображенной на рисунке 1: токи I1, I2, I4, будут иметь знак "____", а токам I3, I5, - приписываем знак "_____".
Тогда, записывая уравнение, получаем:
______________________=____ (5)
Обобщением закона Ома для разветвленных цепей является второе правило Кирхгофа: в любом замкнутом контуре разветвлённой электрической цепи алгебраическая сумма падений напряжений на сопротивлениях в любом контуре равна алгебраической сумме __________, действующих в этом контуре.
Математическая запись второго правила Кирхгофа:
ℰI (6)
Применяя правила Кирхгофа для расчета сложных цепей необходимо выполнить определенные операции:
1. Выбрать (выделить) в цепи независимые замкнутые контуры. Независимым называется замкнутый контур, если он содержит _________________элемент_______________________________________________________. При этом первый контур всегда независим.
2. Указать на схеме (произвольно) направление токов на отдельных участках выбранных контуров (с учетом особенностей применения первого правила).
3. Выбрать произвольно направление обхода независимых замкнутых контуров (по направлению часовой стрелки или против него), одинаковое для всех.
4. Определить знаки Э.Д.С и токов в выбранных контурах. При этом положительными считаются те токи, направление которых ________________________________, а отрицательными - токи, направление которых __________________________________________. Знак Э.Д.С принимается положительным, если при обходе контура переход внутри источника осуществляется от __________________.
В качестве примера рассмотрим схему, представленную на рисунке 2. Число уравнений, составленных по первому правилу Кирхгофа должно быть на 1 меньше, чем _________, тогда имея два узла (A и D), запишем для узла D уравнение:
_________________________
Для контура ABCD, второе правило Кирхгофа запишется в виде:
____________________________________ ,
а для контура ADEF:
______________________________________.
Решая полученную систему из трех уравнений, используя известные величины, можно рассчитать искомые параметры. Если указано внутреннее сопротивление источников, то его тоже необходимо учитывать при записи уравнений по второму правилу.
Правила Кирхгофа применяются в мостовых методах определения сопротивлений в цепях постоянного тока.
| № | Критерий оценки, % | Оценка |
| 1 | 0т 91до 100 | отлично |
| 2 | От 81 до 91 | хорошо |
| 3 | От 71 до 81 | удовлетворительно |
| 4 | От 0 до 71 | неудовлетворительно |
| Блок содержит 23 подготовленных пропусков |
Контрольные вопросы
Вопросы на «удовлетворительно»
1. Электрическим током называется...
2. Электрическим током в металлах называется...
3. Назовите условия существования электрического тока.
4. За направление электрического тока условно принимают...
5. Физическая величина электрическое сопротивление характеризует...
6. Электрическое сопротивление - это...
7. Поясните причину возникновения электрического сопротивления.
8. Единицей измерения электрического сопротивления в СИ является…
9. Ом - это...
10. Формула, выражающая зависимость электрического сопротивления проводника от его геометрических параметров и природы материала, из которого он изготовлен имеет вид…
11. Каков физический смысл удельного сопротивления?
12. Удельное сопротивление проводника показывает...
13. Единицей измерения удельного сопротивления в СИ является...
14. Какая формула выражает зависимость электрического сопротивления металлических проводников от температуры?
15. Сформулируйте первое правило Кирхгофа для разветвленных электрических цепей.
16. Сформулируйте второе правило Кирхгофа для разветвленных электрических цепей.
17. Какое число уравнений нужно записать по первому правилу Кирхгофа для решения задач с использованием правил Кирхгофа.
18. Какое число уравнений нужно записать по второму правилу Кирхгофа для решения задач с использованием правил Кирхгофа.
19. Независимым называется замкнутый контур разветвленной цепи, если...
Вопросы на «хорошо»
1. Почему в качестве гальванометра в установке для определения сопротивлений мостовыми методами может быть использован как вольтметр, так и амперметр.
2. Получите у преподавателя электрическую разветвленную схему и найдите в ней неизвестные величины, используя правила Кирхгофа или особенности параллельного и последовательного соединения проводников.
3. Произведите вывод формул для расчета погрешностей в данной работе.
Вопросы на «отлично»
1. Получите у преподавателя электрическую разветвленную схему и найдите в ней неизвестные величины, используя правила Кирхгофа или особенности параллельного и последовательного соединения проводников.
2. Докажите состоятельность или несостоятельность утверждения о том, что мостовые методы измерения сопротивлений являются более точными в сравнении с другими.
3. В чем заключается смысл явления сверхпроводимости и перспективы использования данного явления.
4. Докажите состоятельность или несостоятельность утверждения о том, что при включении лампочки в цепь постоянного тока сила тока в ней в первый момент меньше, чем после того, как она начнет светиться.
5. Несколько электронагревательных приборов, имеющих различные сопротивления, соединены между собой и включены в цепь постоянного тока. В приборе с каким сопротивлением выделится максимальное количество теплоты, если приборы соединить последовательно? Параллельно?