книги / Общая физика. Электричество и магнетизм

Источник тока с электродвижущей силой в создает в замкнутой цепи ток, сила которого определяется законом Ома:

При протекании тока по замкнутой цепи на сопротивлениях Я и

г выделяется тепловая энергия, мощность которой определяется за­ коном Джоуля - Ленца. Мощность, выделяемая во внешнем сопро­ тивлении Р,., носит название внешней и часто является полезной

Мощность Р{, выделяемая во внутреннем сопротивлении, - внут­ ренняя мощность. Она чаще всего расходуется бесполезно - тепло

рассеивается в пространстве.

ходятся на планшете МО-3, источник переменного напряжения на 12 В - на вертикальной стенке модуля).

2. Изменяя сопротивление Я2, проведите необходимое количест­

во измерений силы тока (10 измерений) и соответствующее каждому значению тока напряжение. Силу тока изменяйте так, чтобы от мак­ симального до минимального значения ток изменялся через пример­ но равные промежутки.

Максимальный ток получите, соединив клеммы 1 и 2 на план­ шете проводником (см. рис. 2). При измерении ЭДС необходимо ра­

где г,- - каждое очередное значение г ;п - количество измерений,

((а,я) - коэффициент Стьюдента.

6.Результат запишите в стандартном виде: г = (< г > ± Аг) Ом;

е=Дг/<г> , при а = 0,95.

7.Постройте графики зависимостей:

а) полной, полезной и внутренней мощности от силы тока I (на одном графике);

б) полной, полезной и внутренней мощности от внешнего со­ противления Я (на другом графике);

в) КПД от силы тока и от сопротивления Я (на третьем графике).

8.Из графиков определите максимальную полезную мощность Ре^

9.Из графика Ре от Я определите внутреннее сопротивление источника тока г. Сравните полученное значение г со средним из таблицы.

Задания для отчета

1. Характеристики электрического тока: сила и плотность тока, ЭДС, напряжение, разность потенциалов, сопротивление однород­ ного проводника, удельное сопротивление и удельная проводимость.

2.Закон Ома в интегральной и дифференциальной форме. Закон Ома для участка цепи и для замкнутой цепи.

3.Закон Джоуля - Ленца в интегральной и дифференциальной формах. Полная, внутренняя и полезная мощность. КПД источника тока. Зависимость полезной мощности и КПД от силы тока / и от сопротивления нагрузки Я .

4.Эффективное и мгновенное напряжение. Вывод эффективного значения при гармонической форме напряжения.

5.Две электрические лампочки включены в сеть параллельно. Со­ противление первой лампочки 360 Ом, сопротивление второй 240 Ом. Какая из лампочек поглощает большую мощность? Во сколько раз?

6.Сколько надо заплатить за пользование электрической энер­ гией в месяц (30 дней), если ежедневно по 6 ч горят две электриче­

ские лампочки, потребляющие при 220 В ток 1 А. Кроме того, еже­ дневно кипятится З л воды (начальная температура воды 10 °С). КПД нагревателя принять равным 80 %.

7. Определить: 1) полную мощность, 2) полезную мощность,

3)КПД батареи, ЭДС которой равна 240 В, если внешнее сопротив­ ление равно 23 Ом и сопротивление батареи 1 Ом.

8.Найти внутреннее сопротивление генератора, если известно, что мощность, выделяемая во внешней цепи, одинакова при двух значениях внешнего сопротивления Я\ = 5 Ом и Я2 = 0,2 Ом. Найти КПД генератора в каждом из этих случаев.

9.Элемент с ЭДС 2 В и внутренним сопротивлением 0,5 Ом замкнут на внешнее сопротивление Я. Построить графики зависимо­ сти от сопротивления: 1) силы тока; 2) разности потенциалов на концах внешней цепи; 3) мощности, выделяемой во внешней цепи,

4)полной мощности. Сопротивление Я взять в пределах 0 < Я < 4 Ом через каждые 0,5 Ом.

8. Рассчитайте среднее значение горизонтальной составляюще магнитного поля Земли, абсолютную и относительную погрешность по формулам:

где В1- каждое очередное значение Вг, /(а,и) - коэффициент Стьюдента (для 5 измерений /(а,«) = 2,78); п - число измерений.

Результат запишите в стандартном виде:

Вг - <ВГ> ±АВ; 8 =АВ/<Вг>, при а = 0,95.

Задания для отчета

1.Магнитное поле Земли. Его составляющие. Понятие о маг­ нитном меридиане.

2.Магнитное поле и его характеристики. Закон Био - Савара - Лапласа.

3.Магнитное поле прямого и кругового токов.

4.Рамка с током в магнитном поле. Магнитный момент кошура с током.

5.Ось прямой катушки, имеющей 400 витков диметром 4 см, расположена горизонтально в плоскости магнитного меридиана. По катушке идет ток 6 А. Определите действующий на нее вращаю­ щийся момент, если напряженность магнитного поля Земли равна 40 А/м, а угол наклонения равен 70°.

6.Период небольших колебаний маленькой магнитной стрелки во­ круг вертикальной оси в магнитном поле Земли равен 0,7 с. Период ко­ лебаний той же стрелки, помещенной внутри соленоида, по которому идет ток, равен 0,1 с. Затухание колебаний в обоих случаев невелико. Горизонтальная составляющая магнитного поля Земли равна 14,3 А/м. Определите напряженность магнитного поля внутри соленоида.

7.Заряд д падает в магнитном поле Земли, индукция которого

В= (0, В, 0). В начальный момент времени г(0) = (0,0,Л), у(0) = 0. Найти границы области движения заряда по оси л, направленной вертикально вверх.

П Р И Л О Ж ЕН И Е 1

Коэффициенты Стьюдента (при а = 0,95)

П Р И Л О Ж ЕН И Е 2

Обработка экспериментального графика методом наименьших квадратов

Зависимость измеряемой величины у от условий опыта х может быть найдена графически, если нанести значения х и у на миллимет­ ровую бумагу и построить плавную кривую так, чтобы точки равно­ мерно распределились по обе стороны кривой (рис. 1). Задача состо­ ит в том, чтобы по результатам опытов построить такую кривую у =

=АХ)>относительно которой разброс (отклонения) эксперименталь­ ных точек был бы минимальным.

Втеория вероятности показано, что наилучшее приближение

кистинной зависимости у —

=flx) дает прямая линия, по­ строенная методом наи­ меньш их квадратов. В этом случае сумма квадратов от­ клонений экспериментальных значений у, от кривой у =Дх)

будет минимальна. Отсюда и происходит название данного метода обработки результа­ тов эксперимента.

1.Рассмотрим примене­