Задания по физике для самостоятельной работы студентов. Раздел: "Электростатика. Постоянный ток". Дарибазарон Э.Ч - 10 стр.

UptoLike

Рубрика: 

Решение. Закон Джоуля-Ленца в виде Q=J
2
rt спра-
ведлив для случая постоян-
ного тока (J=const). Если же
сила тока в проводнике из-
меняется, то указанный за-
кон справедлив для беско-
нечно малого промежутка
времени и записывается в
виде
dQ=J
2
rdt (1)
Здесь сила тока J является некоторой функцией времени. В
нашем случае
J=kt (2)
где k - коэффициент пропорциональности, численно равный
приращению силы тока в единицу времени, т.е.
k=
Δ
Δ
J
t
==
6
2
3
А/с
С учетом (2) формула () примет вид:
dQ = k
2
rt
2
dt (3)
Для определения теплоты, выделившейся за конечный про-
межуток времени Δt, выражение (3) надо проинтегрировать
в пределах от t
1
до t
2
.
Qkrtdt
t
t
krt t==
=−
22
1
2
1
3
2
2
3
1
3
()
.
При определении теплоты, выделившейся за первую
секунду пределы интегрирования t
1
=0, t
2
=1 с и, следова-
тельно:
Q =⋅ =
1
3
3
2
20 1 0 60()
Дж
При определении теплоты Q
2
пределы интегрирова-
ния t
1
=1 с, t
2
=2 с, тогда
Q =⋅ =
1
3
3
2
20 8 1 420() Дж
Следовательно: Q
2
/Q
1
=420/60=7, т.е. за вторую секунду вы-
делится теплоты в 7 раз больше, чем за первую.
Пример 8. Электрическая цепь состоит из двух галь-
ванических элементов, трех сопротивлений и гальванометра
(рис.5). В этой цепи r
1
=100 Ом, r
2
=50 Ом, r
3
=20 Ом, э.д.с.
элемента ε
3
=2 В. Галь-
ванометр регистрирует
ток J
3
=50 мА, идущий в
направлении, указанном
стрелкой. Определить
э.д.с. ε
2
второго элемен-
та. Сопротивлением
гальванометра и внут-
ренним сопротивлением
элементов пренебречь.
Решение. Выбе-
рем направления токов,
как они показаны на рис.5 и условимся обходить контуры
по часовой стрелке.
По первому закону Кирхгофа для узла F имеем
J
1
- J
2
- J
3
= 0 (1)
По второму закону Кирхгофа имеем для контура
ABCDFA
-J
1
r
1
- J
2
r
2
= -ε
1
или после умножения обеих частей равенства на -1
J
1
r
1
+ J
2
r
2
= ε
1
(2)
Соответственно для контура AFGHA
23311
rJrJ
ε
=
+
(3)
После подстановки числовых значений в формулы
(1), (2), (3) получим:
0
1 2 t,с
J,A
6
3
Рис.4.
        Решение. Закон Джоуля-Ленца в виде Q=J2rt спра-                             1      2
  J,A                          ведлив для случая постоян-                      Q=       ⋅ 3 ⋅ 20(8 − 1) = 420 Дж
                                                                                    3
                               ного тока (J=const). Если же
   6                                                           Следовательно: Q2/Q1=420/60=7, т.е. за вторую секунду вы-
                               сила тока в проводнике из-
                                                               делится теплоты в 7 раз больше, чем за первую.
                               меняется, то указанный за-
   3                                                                   Пример 8. Электрическая цепь состоит из двух галь-
                               кон справедлив для беско-
                                                               ванических элементов, трех сопротивлений и гальванометра
   0                           нечно малого промежутка
                                                               (рис.5). В этой цепи r1=100 Ом, r2=50 Ом, r3=20 Ом, э.д.с.
            1      2      t,с  времени и записывается в
                                                                                                          элемента ε3=2 В. Галь-
                               виде
            Рис.4.                                                                                        ванометр регистрирует
                                         dQ=J2rdt        (1)
                                                                                                          ток J3=50 мА, идущий в
Здесь сила тока J является некоторой функцией времени. В
                                                                                                          направлении, указанном
нашем случае
                                                                                                          стрелкой.     Определить
                              J=kt                       (2)
где k - коэффициент пропорциональности, численно равный                                                   э.д.с. ε2 второго элемен-
приращению силы тока в единицу времени, т.е.                                                              та.      Сопротивлением
                                                                                                          гальванометра и внут-
                         ΔJ 6
                    k=     = = 3 А/с                                                                      ренним сопротивлением
                         Δt 2                                                                             элементов пренебречь.
С учетом (2) формула () примет вид:                                                                               Решение. Выбе-
                          dQ = k2 rt2 dt             (3)                                                  рем направления токов,
Для определения теплоты, выделившейся за конечный про-         как они показаны на рис.5 и условимся обходить контуры
межуток времени Δt, выражение (3) надо проинтегрировать        по часовой стрелке.
в пределах от t1 до t2.                                                По первому закону Кирхгофа для узла F имеем
                       t                                                              J1 - J 2 - J 3 = 0                        (1)
                     2 2 2         1 2 3       3
              Q = k r ∫ t dt = = k r ( t 2 − t 1 ) .                   По второму закону Кирхгофа имеем для контура
                       t1           3                          ABCDFA
       При определении теплоты, выделившейся за первую                                -J1r1 - J2r2 = -ε1
секунду пределы интегрирования t1=0, t2=1 с и, следова-        или после умножения обеих частей равенства на -1
тельно:                                                                               J1 r 1 + J 2 r 2 = ε 1                    (2)
                      1 2                                      Соответственно для контура AFGHA
                 Q = ⋅ 3 ⋅ 20(1 − 0) = 60 Дж                                           J 1r1 + J 3 r3 = ε 2                     (3)
                      3
       При определении теплоты Q2 пределы интегрирова-                 После подстановки числовых значений в формулы
ния t1=1 с, t2=2 с, тогда                                      (1), (2), (3) получим: