реферат. Авн Электроника. Тесты. Вопрос 1. Основная характеристика электрического поля является а Электрическая сила
 Скачать 0.75 Mb.
|
|
Название работы Задание №1  Рис. 1. Неразветвленная цепь: а – схема с одним источником и несколькими потребителями; б – упрощенная схема цепи В электрической цепи, показанной на рис. 1,а, протекает ток I=1,5 А. Резисторы цепи имеют следующие сопротивления:  =3,3 Ом;  =4,7 Ом;  =8,2 Ом. Внутреннее сопротивление источника питания  =0,5 Ом.Найти эквивалентное сопротивление внешнего участка рассматриваемой цепи, напряжение на выводах ее отдельных сопротивлений и напряжение на участке БД. Определить ЭДС источника питания и напряжение на его выводах. Найти мощность источника энергии, его КПД и мощности всех потребителей. Составить баланс мощностей цепи. Провести анализ показаний вольтметров на выводах источника и сопротивлениях цепи при возникновении неисправностей: обрыве одного из сопротивлений цепи и его коротком замыкании. Решение.1. Участки электрической цепи. Цепи с одним источником энергии принято разделять на два принципиально разных участка: внутренний и внешний. Внутренний участок включает в себя источник энергии, а внешний – всю остальную цепь, т.е. все потребители (приемники энергии). Так, внутренний участок цепи на рис. 1,а представляет собой последовательное соединение ЭДС источника и его внутреннего сопротивления (левая часть схемы между точками А и З), а внешний участок – последовательное соединение сопротивлений , , (правая часть схемы между точками А и З).В общем случае понятие участок (без уточнения внутренний или внешний) используется для названия любой части цепи. Например, участок БД цепи на рис. 1,а представляет собой последовательное соединение сопротивлений и .2. Определение эквивалентного сопротивления внешнего участка рассматриваемой цепи. Так как внешний участок цепи представляет собой последовательное соединение сопротивлений  , то их эквивалентное сопротивление относительно выводов А и З источника питания (2)Подставив числовые данные задачи в выражение (2), получим  Заменив последовательное соединение сопротивлений  сопротивлением  , получим упрощенную эквивалентную схему (рис. 1,б) заданной цепи с таким же значением силы тока: I=1,5 А.3. Определение напряжений на выводах отдельных сопротивлений, всего внешнего участка и участка БД. Напряжения или падения напряжений на участках цепи определяются по закону Ома для участка цепи:  В;  В; В;  В.Напряжение на внешнем участке цепи  можно определить и как сумму напряжений на отдельных сопротивлениях этого участка: . (3)Подставив числовые данные задачи в выражение (3), получим  В.Аналогично вычисляется напряжение на участке БД:  Вили  В.4. Определение ЭДС источника энергии и напряжения на его выводах. Выражение для ЭДС источника энергии неразветвленной цепи (рис. 1, а) найдем из закона Ома для полной цепи:  , (4)откуда  . (5)Согласно выражению (5) ЭДС источника энергии равна произведению силы тока в цепи на общее сопротивление этой цепи, т.е. ЭДС источника заданной цепи  В.Напряжение U на выводах источника энергии равно напряжению на внешнем участке цепи : В,т.е. напряжение на выводах источника энергии определяется как произведение силы тока на общее сопротивление внешнего участка цепи. Напряжение U можно найти и другим способом. Из выражения (4) следует, что  , (6)т.е. напряжение на выводах источника энергии можно определить как разность его ЭДС и падения напряжения на внутреннем сопротивлении. Подставив числовые данные задачи в формулу (6), получим  В.5. Вычисление мощностей и КПД. Составление баланса мощностей. Мощность, развиваемая источником энергии,  Вт.Мощность, расходуемая на внутреннем сопротивлении источника,  Вт.Мощность, отдаваемая источником во внешнюю цепь,  Вт.Однако мощность, потребляемую внешним участком цепи, можно определить по другой формуле:  Вт.КПД источника энергии  .Вырабатываемая источником энергии мощность затрачивается в сопротивлениях пропорционально значениям сопротивлений участков цепи или падений напряжений на них:  Вт; Вт; Вт.Баланс мощностей для цепи на рис. 1, а запишем в виде  . (7)Убедимся в выполнении баланса мощностей. Мощность источника энергии, рассчитанная по формуле (7),  Вт,т.е. соответствует мощности источника, рассчитанной по формуле  . Рис. 2. Схемы измерения напряжений в цепи: а – при обрыве сопротивления ; б – при коротком замыкании сопротивления 6. Показания вольтметров при обрыве в сопротивлении . На рис. 2, а представлена схема измерения напряжений в цепи, приведенной на рис. 1, а. При обрыве сопротивления цепь остается замкнутой через вольтметр V4. Однако ток в цепи при этом незначителен и им можно пренебречь ( ), так как обеспечиваемые на практике сопротивления вольтметров весьма велики по сравнению с сопротивлениями цепи.Вольтметры V2 и V3 измеряют соответственно напряжения  и  и при отсутствии тока в цепи согласно закону Ома для участка цепи покажут нуль:  .Вольтметр V1 измеряет напряжение  на выводах источника, которое при обрыве в цепи, т.е. при отсутствии в ней тока, согласно формуле (6) будет равно ЭДС источника: (8)Вольтметр V4 показывает напряжение  , равное ЭДС: (9)В этом можно убедиться и следующим образом. Так как напряжения и равны нулю и на сопротивлениях и не происходит изменения потенциалов, потенциал точки Г равен потенциалу точки А ( ), а потенциал точки Д равен потенциалу точки З ( ). Следовательно,  , или  .7. Показания вольтметров при коротком замыкании выводов В и Е. Короткое замыкание участка цепи может произойти либо при непосредственном замыкании, т.е. при касании металлических выводов участка, либо при соединении этих выводов проводником. При коротком замыкании сопротивления (рис. 2, б) ток в цепи проходит через практически нулевое сопротивление перемычки ВЕ, минуя сопротивление и подключенный к нему вольтметр V4, т.е.  ;  . При этом общее сопротивление короткозамкнутого участка  , а значит, падение напряжения на нем  и вольтметр V4 покажет нуль.В результате короткого замыкания сила тока в цепи увеличится:  А,напряжения и (а соответственно и показания вольтметров V2 и V3) возрастут почти в 2 раза, а напряжение на выводах источника (и соответственно показание вольтметра V1) уменьшится: В;  В; В.Практическая работа №3. Задание №1 Электрон, влетев в однородное магнитное поле с магнитной индукцией В=50 мТл, движется по окружности радиусом R=15 см. Определите магнитный момент эквивалентного кругового тока. Решение.Движение электрона по окружности эквивалентно круговому току, поэтому магнитный момент кругового тока  =IS=  S , (10)где e – заряд электрона; Т- период обращения электрона; S- площадь, которая ограничена окружностью, описываемой электроном. Период обращения и площадь соответственно равны T=  и S= , (11)где R- радиус окружности,  – скорость электрона.Согласно второму закону Ньютона,  = , (12)где  =  – нормальное ускорение, сообщаемое электрону силой Лоренца (13)Тогда  =  , (14)откуда скорость электрона  . (15)Подставив выражения (13) для Т и (11) для S, найдем искомый магнитный момент эквивалентного кругового тока  .Ответ:  = 15,8 пА *  .Задание №2 Рис. 3 Электрон влетает в однородное магнитное поле, индукция которого 2 мТл, со скоростью 7,6 Мм/с под углом  к вектору индукции (рис. 3). Определите радиус витка и шаг спирали, по которой будет двигаться электрон.Решение.Если скорость электрона направлена под углом к вектору В, то его движение можно представить в виде суперпозиции: 1) равномерного прямолинейного движения вдоль вектора В со скоростью  ;2) равномерного движения со скоростью  по окружности в плоскости, перпендикулярной вектору В. В результате сложения движений возникает движение по спирали.Сила Лоренца F действует на электрон в плоскости, перпендикулярной вектору В, сообщая ему нормальное ускорение. В результате электрон описывает в этой плоскости окружность радиусом R. Согласно второму закону Ньютона,  (16)или  , (17)откуда искомое выражение для радиуса витка спирали имеет вид  Шаг спирали равен расстоянию h, на которое смещается электрон вдоль В за один оборот:  . (18)Так как Т =2 , то ,откуда находим искомое выражение для шага спирали  . (19)  .Ответ:R=1,87 см; h= 6,79 см. Задание №3 Магнитный момент соленоида (без сердечника) длиной l= 25см, если магнитный поток Ф сквозь площадь поперечного соленоида равен 1,5 мкВб.Решение.Магнитный момент соленоида, содержащего N витков,  (20)где I – сила тока, S – площадь поперечного сечения соленоида. Магнитный поток сквозь площадь поперечного сечения соленоида Ф= BS , (21) где магнитная индукция поля внутри соленоида без сердечника  (22) Тогда  , (23)откуда  .Подставив выражение (21) в формулу (20), найдем искомый магнитный момент соленоида   Ответ:  Практическая работа №4. |