Электротехника Законы Ома и Кирхгофа Постоянный электрический ток Молекулярная физика Колебания Термодинамика

К проводящему кольцу радиусом r = 2 м в точках, показанных на рисунке, подсоединен идеальный источник тока с ЭДС e = 4 В . Что произойдёт с кольцом, если оно изготовлено из проволоки с диаметром d = 2 мм и удельным сопротивлением r= 1×10 - 6 Ом м, сопротивление соединительных проводов считать равным нулю.

  Решение

 1.Проволочное кольцо представим в виде двух сопротивлений R1 и R2, включенных параллельно, если сопротивление всего кольца принять за R, то

  . (1)

 2. Определим величину R

 . (2)

 3. Величины параллельно включенных сопротивлений

  . (3)

 4. Общее сопротивление цепи R0

 . (4)

 5. Сила тока I0 через источник

 . (5)

 6. Мощность выделяемая при подключении кольца к источнику тока

 , (6)

другими словами, в первую секунду после подключения в кольце выделится энергия, преимущественно тепловая, около Q = 140 МВт. Кольцо при этом мгновенно нагреется и расплавится.

 7. Оценим количества тепла необходимое для нагревания и плавления стального кольца. Определим массу кольца с учётом того, что плотность стали rm @ 8×103 кг/м3

 . (7)

 8. Оценим количество тепла, необходимого для нагревания и плавления полученной массы стали. Удельная теплоёмкость стали составляет с = 500 Дж/кг×К, температура плавления Т1 @ 1800 К, удельная теплота плавления l = 2,7×105 Дж/кг

 . (8)

Как видно из проведенного оценочного расчёта, W >> Q, т.е. энергии выделяемой при нагреве стального кольца электрическим током вполне достаточно, чтобы расплавить кольцо.

 2.6.5. Спираль электрического нагревателя укоротили вдвое и подали на неё прежнее напряжение. Во сколько раз изменится потребляемая мощность?

 Решение

 1. Электрическую мощность, как известно, можно определять, используя уравнения: . В рассматриваемом случае целесообразно использовать формулу мощности, выраженную через напряжение и сопротивление, потому что напряжение в данном случае остаётся неизменным и при сравнении мощностей эта величина сократиться

  . (1)

 2. Запишем уравнения для R1 и R2

 , (2)

где r - удельное сопротивление материала, из которого изготовлена спираль, - длина проводника, s - площадь поперечного сечения спирали.

  3. Изменение мощности можно определить, подставив значения сопротивления спирали в уравнения (1), что даст отношение мощностей

 . (3)

 2.6.6. Застрявший в снегу автомобиль массой m = 1,5 т вытаскивают с помощью бортовой электрической лебёдки с напряжением питания постоянным током U = 12 В. Определить силу тока в обмотке электродвигателя лебёдки, коэффициент полезного действия которого составляет h =0×6 если на расстояние  = 5 м при коэффициенте сопротивления движению m = 0,8 автомобиль переместился за время t = 5 мин.

  Решение

 1. Определим величину механической работы, которую необходимо произвести для перемещения автомобиля на заданное расстояние, будем считать, что трос параллелен поверхности земли и автомобиль посредствам лебёдки движется прямолинейно и равномерно

 . (1)

 2. Электрическая мощность лебёдки определится уравнением

 , (2)

с учётом КПД электродвигателя предельное соотношение между необходимой работой и электрическими возможностями лебёдки представится следующим образом

 . (3)


Физика примеры решения задач