- Запишите формулу для силы тока. Сделайте поясняющие рисунки.
I=\large \frac{Δq}{Δt};
где I~- сила тока текущего через поперечное сечение проводника,
Δq~- заряд, прошедший через это поперечное сечение проводника за время Δt.
Посмотрите на рис. 95.
Рис. 95. Электрический ток.
Горизонтальными линиями показаны верхняя и нижняя границы проводника,
вертикальный отрезок, их соединяющий изображает поперечное сечение.
Жирные точки, подписанные знаками минус, изображают свободные заряды (свободные заряды не обязательно отрицательные) в этом проводнике; а стрелочки от них идущие их скорости направленного движения.
а) Проводник с текущим в нём электрическим током в первый момент времени.
б) Этот проводник через время Δt после первого момента времени.
Видно, что за время Δt часть зарядов прошла через поперечное сечение проводника; суммарный заряд этой части зарядов и есть Δq из этой формулы. Поэтому в данном случае сила тока I отрицательная. В то же время, если отрицательные заряды движутся направо это то же самое, как если бы положительные заряды двигались налево. - В чём измеряется сила тока в системе СИ?
В системе СИ сила тока измеряется в Амперах: [А]. Ампер — это одна из основных единиц измерения СИ. - Что такое постоянный ток? Запишите, как можно обозначить то, что ток постоянный.
Постоянный ток, это ток, сила которого не изменяется с течением времени. То, что ток постоянный можно обозначить равенством: I=const, где I~- сила этого тока. - Запишите формулу, иллюстрирующую закон Ома для участка цепи.
(Цепью часто называют электрическую цепь – совокупность элементов, предназначенных для протекания электрического тока. Пример электрической цепи изображён на рис. 94-а (через такую цепь постоянный ток течь не может). Другие примеры электрических цепей будут приведены дальше).
I=\large \frac{U}{R};
где I~- сила тока, текущего через данный участок цепи,
U~- напряжение на этом участке цепи,
R~- электрическое сопротивление (часто его называют просто сопротивлением) этого участка цепи. Физический смысл сопротивления и раскрывается этой формулой. - В чём измеряется сопротивление в системе СИ?
Сопротивление в системе СИ измеряется в Омах: [Ом]. - Запишите формулу для определения сопротивления однородного проводника и сделайте поясняющий рисунок.
R=\large \frac{ρ\cdot l}{S};
где R~- сопротивление данного однородного проводника,
ρ~- удельное сопротивление вещества, из которого изготовлен этот проводник,
l~- длина этого проводника,
S~- площадь поперечного сечения этого проводника.
Цилиндрический однородный проводник в качестве примера однородного проводника изображён на рис 98.
Рис. 98. Цилиндрический однородный проводник.
Пунктирной штриховкой изображено поперечное сечение, то есть поверхность, образующаяся при разрезе проводника в направлении перпендикулярном проводнику (В случае цилиндрического проводника поперечное сечение будет являться кругом равным основаниям этого цилиндра).
1 — первая точка, в которой этот проводник подключается к цепи,
2 — вторая точка, в которой этот проводник подключается к цепи, (при таком подключении (когда основания не целиком подключаются к цепи) данная формула будет тем лучше выполняться, чем длиннее и тоньше проводник) (в задачах ЕГЭ на проводники, как правило, считаются подходящими для этой формулы),
l~- длина этого проводника,
S~- площадь поперечного сечения этого проводника. - От чего зависит удельное сопротивление вещества?
Удельное сопротивление вещества зависит от типа вещества и от других факторов. - В чём измеряется удельное сопротивление вещества в СИ?
Удельное сопротивление вещества в СИ измеряется в Омах, умноженных на метры: [Ом\cdot м]. - Проиллюстрируйте формулой что такое ЭДС.
ε=\large \frac{A_{ст}}{q};
где ε~- электродвижущая сила (ЭДС), внутренней части цепи,
A_{ст}~- работа сторонних сил по переносу заряда q в этой части цепи от минуса к плюсу. - В чём измеряется ЭДС в системе СИ?
В системе СИ ЭДС измеряется в вольтах: [В]. - Запишите формулу, иллюстрирующую закон Ома для полной цепи.
ε=I\cdot R+I\cdot r;
где ε~- ЭДС источника тока,
I~- сила тока, текущего в этой цепи,
R~- сопротивление внешней цепи,
r~- сопротивление этого источника тока (сопротивление внутренней цепи). - Изобразите параллельное соединение проводников и как его можно представить как один проводник.
Изобразим параллельное соединение проводников, например, для трёх проводников.
Посмотрите на рис. 101.
Рис. 101. Параллельное соединение проводников.
Буквой U обозначен источник постоянного напряжения (Эта же буква означает напряжение, которое даёт этот источник), места, в которых он присоединяется к проводам, обозначены точками, подписанными знаками.
Точки \mathrm{A} и \mathrm{B} изображают точки, к которым подключается параллельное соединение проводников.
I~- сила тока, текущего во всей этой цепи.
а) R_1, R_2~и~R_3~- сопротивления первого, второго и третьего проводников соответственно.
I_1, I_2~и~I_3~- силы тока, текущие через первый, второй и третий проводники соответственно.
б) R~- сопротивление проводника, на который можно заменить подключенное между точками \mathrm{A} и \mathrm{B} параллельное соединение проводников и при этом ничего в цепи снаружи этого промежутка (промежутка цепи между точками \mathrm{A} и \mathrm{B}) не изменится. - Запишите формулу для силы тока параллельного соединения проводников.
I=I_1+I_2+...+I_N;
где I~- сила тока текущего через параллельное соединение проводников (сила тока втекающего в это соединение в точке \mathrm{A} (смотри рис. 101-а) и вытекающего из него в точке \mathrm{B}; она же сила тока текущая через резистор которым можно представить это параллельное соединение проводников (смотри рис. 101-б)),
I_i~- сила тока, текущего через i-ый проводник этого соединения, (если мы выбираем за направление тока через это соединение направление от точки \mathrm{A} к точке \mathrm{B}, то и направления токов через каждый проводник по отдельности надо выбирать в том же направлении от точки \mathrm{A} к точке \mathrm{B}),
N~- количество проводников в этом параллельном соединении. - Запишите формулу для напряжения на параллельном соединении проводников.
U=U_1=U_2=⋯=U_N;
где U~- напряжение на параллельном соединении проводников (напряжение между точками \mathrm{A} и \mathrm{B} на рис. 101-а; оно же напряжение на резисторе, которым можно представить это параллельное соединение проводников (напряжение между точками \mathrm{A} и \mathrm{B} на рис. 101-б)),
U_i~- напряжение на i-ом проводнике из этого соединения, (если мы выбираем, например, точку \mathrm{A} за первую точку, а точку \mathrm{B} за вторую для определения напряжения на параллельном соединении проводников, то и для определения напряжения на каждом проводнике по отдельности надо так же выбрать \mathrm{A} за первую точку, а \mathrm{B} за вторую),
N~- количество проводников в этом параллельном соединении. - Запишите формулу для сопротивления параллельного соединения проводников.
\large \frac{1}{R}\normalsize =\large \frac{1}{R_1}\normalsize +\large \frac{1}{R_2}\normalsize +⋯+\large \frac{1}{R_N};
где R~- сопротивление параллельного соединения проводников (величина, определяемая по формуле R=\large \frac{U}{I}, где U~- напряжение на этом параллельном соединении, I~- сила тока, текущего через это параллельное соединение (причём, конечно, при определении этих силы тока и напряжения надо брать одни и те же точки за первую и вторую. То есть, если U это напряжение между точкой \mathrm{A} и точкой \mathrm{B}, то I~- сила тока, текущего от точки \mathrm{A} к точке \mathrm{B}); оно же сопротивление резистора, которым можно представить это параллельное соединение проводников (смотри рис. 101-б)),
R_i~- сопротивление i-го проводника из этого соединения,
N~- количество проводников в этом параллельном соединении. - Изобразите последовательное соединение проводников.
Изобразим последовательное соединение проводников, например, для трёх проводников.
Посмотрите на рис. 102.
Рис. 102. Последовательное соединение проводников.
Буквой U обозначен источник постоянного напряжения (Эта же буква означает напряжение, которое даёт этот источник), места, в которых он присоединяется к проводам, обозначены точками, подписанными знаками.
Точки \mathrm{A} и \mathrm{B} изображают точки, к которым подключается последовательное соединение проводников.
I~- сила тока, текущего во всей этой цепи.
а) R_1, R_2~и~R_3~- сопротивления первого, второго и третьего проводников соответственно.
б) R~- сопротивление проводника, на который можно заменить подключенное между точками \mathrm{A} и \mathrm{B} последовательное соединение проводников и при этом ничего в цепи снаружи этого промежутка (промежутка цепи между точками \mathrm{A} и \mathrm{B}) не изменится. - Запишите формулу для напряжения на последовательном соединении проводников.
U=U_1+U_2+⋯+U_N;
где U~- напряжение на последовательном соединении проводников; то есть напряжение между левым концом самого левого проводника и правым концом самого правого проводника (напряжение между точками \mathrm{A} и \mathrm{B} на рис. 102-а (оно же напряжение на резисторе, которым можно заменить это последовательное соединение проводников (напряжение между точками \mathrm{A} и \mathrm{B} на рис. 102-б)), или напряжение между правым концом самого правого проводника и левым концом самого левого проводника (напряжение между точками \mathrm{B} и \mathrm{A} на рис. 102-а (оно же напряжение на резисторе, которым можно заменить это последовательное соединение проводников (напряжение между точками \mathrm{B} и \mathrm{A} на рис. 102-б)),
U_i~- напряжение на i-ом проводнике из этого соединения, (если мы выбираем, например, что напряжение на последовательном соединении проводников это напряжение между левым концом самого левого проводника и правым концом самого правого проводника, то напряжение на каждом проводнике по отдельности рассматриваем между их левыми и правыми концами),
N~- количество проводников в этом последовательном соединении. - Запишите формулу для силы тока через последовательное соединение проводников.
I=I_1=I_2=⋯=I_N;
где I~- сила тока через последовательное соединение проводников – сила тока, текущего из точки \mathrm{A} в точку \mathrm{B} (или из точки \mathrm{B} в точку \mathrm{A}),
I_i~- сила тока, текущего через i-ый проводник из этого соединения, (если мы выбираем, например, направление от точки \mathrm{A} к точке \mathrm{B} для определения силы тока, текущего через последовательное соединение проводников, то такое же направление выбираем для определения силы тока через каждый проводник в этом соединении),
N~- количество проводников в этом последовательном соединении. - Запишите формулу для сопротивления последовательного соединения проводников.
R=R_1+R_2+...+R_N;
где R~- сопротивление последовательного соединения проводников (величина, определяемая по формуле R=\large \frac{U}{I}, где U~- напряжение на этом последовательном соединении, I~- сила тока, текущего через это последовательное соединение (причём, конечно, при определении этих силы тока и напряжения надо брать одни и те же точки за первую и вторую. То есть, если U это напряжение между точкой \mathrm{A} и точкой \mathrm{B}, то I~- сила тока, текущего от точки \mathrm{A} к точке \mathrm{B);} оно же сопротивление резистора, которым можно представить это последовательное соединение проводников (смотри рис. 102-б)),
R_i~- сопротивление i-го проводника из этого соединения,
N~- количество проводников в этом последовательном соединении. - Для чего используется амперметр? Как надо подключать амперметр к элементу цепи силу тока, текущего через который, мы хотим померять? Сделайте рисунок.
Амперметр используется для измерения силы тока.
Амперметр надо подключать последовательно к элементу цепи силу тока, текущего через который (через этот элемент цепи), мы хотим померять. Пусть, например мы хотим померять силу тока, текущего через некий резистор, посмотрите на рис. 103.
Рис. 103. Амперметр надо подключать последовательно.
R~- некий резистор, через который течёт ток (что обозначено на рисунке стрелочкой над этим резистором, подписанной буквой I).
Амперметр на электрической схеме изображается в виде кружка, в котором написана большая буква \mathrm{A}.
При таком подключении амперметр покажет силу тока, текущую чрез резистор R. (Амперметр показывает силу тока, текущую через него (через сам амперметр), а при таком подключении она будет равна силе тока, текущего через резистор R). - Что такое идеальный амперметр?
Идеальный амперметр, это амперметр, сопротивление которого равно нулю. (При последовательном подключении идеального амперметра к элементу электрической цепи, сила тока, текущего через этот элемент, не изменяется). - Для чего используется вольтметр? Как надо подключать вольтметр к элементу цепи напряжение, на котором, мы хотим померять? Сделайте рисунок.
Вольтметр используется для измерения напряжения.
Вольтметр надо подключать параллельно к элементу цепи, напряжение на котором (на этом элементе цепи), мы хотим померять. Пусть, например мы хотим померять напряжение на неком резисторе, посмотрите на рис. 104.
Рис. 104. Вольтметр надо подключать параллельно.
R~- некий резистор.
Вольтметр на электрической схеме изображается в виде кружка, в котором написана большая буква \mathrm{V}.
При таком подключении вольтметр покажет напряжение на резисторе R. (Вольтметр показывает напряжение на нём (на самом вольтметре), а при таком подключении оно будет равно напряжению на резисторе R). - Что такое идеальный вольтметр?
Идеальный вольтметр, это вольтметр, сопротивление которого бесконечно большое. (При параллельном подключении идеального вольтметра к элементу электрической цепи, напряжение на этом элементе не изменяется). - Запишите формулу для работы электрического тока.
A=I\cdot U\cdot t;
где A~- работа электрического тока (то есть работа, совершаемая электрическим полем) на некотором участке цепи,
I~- сила тока, текущего на этом участке цепи,
U~- напряжение на этом участке цепи,
t~- время, за которое совершается эта работа. - Запишите формулу, иллюстрирующую закон Джоуля-Ленца.
Q=I^2\cdot R\cdot t;
где Q~- количество теплоты, выделяющееся на некотором участке цепи в результате протекания тока,
I~- сила этого тока,
R~- сопротивление этого участка цепи,
t~- время, за которое выделяется это количество теплоты Q. - В каком случае можно применять закон Джоуля-Ленца?
Закон Джоуля-Ленца можно применять, если на этом участке цепи не совершается механическая работа (не считая конечно работы электрического поля над микроскопическими зарядами) и ток не производит химических действий.1 - Запишите две формулы, для мощности электрического тока.
P=\large \frac{ΔA}{Δt}\normalsize =I\cdot U;
где P~- мощность тока, текущего на некотором участке цепи,
ΔA~- работа, совершённая этим током (под работой, совершённой током имеется ввиду работа, совершённая электрическим полем над свободными носителями заряда), за время Δt,
I~- сила этого тока,
U~- напряжение на этом участке цепи. - Запишите две формулы, для мощности источника тока.
P_ε=\large \frac{ΔA_{ст}}{Δt}\normalsize =ε\cdot I;
где P_ε~- мощность источника тока, (то есть мощность совершения работы сторонними силами),
ΔA_{ст}~- работа, совершённая этим источником тока (под работой, совершённой источником тока имеется ввиду работа, совершённая сторонними силами над свободными носителями заряда), за время Δt,
ε~- ЭДС этого источника тока,
I~- сила тока, текущего через этот источник тока. - Изобразите два варианта включения полупроводникового диода в электрическую цепь и чему эквивалентен этот полупроводниковый диод в каждом случае.
Посмотрите на рис. 106.
Рис. 106. Закрытый и открытый полупроводниковый диод.
Точки \mathrm{A} и \mathrm{B}~- точки электрической цепи, к которым подключается полупроводниковый диод.
Плюс над точкой \mathrm{A} и минус над точкой \mathrm{B} показывают, что в данном случае потенциал точки \mathrm{A} больше потенциала точки \mathrm{B}.
а) Полупроводниковый диод (картинка сверху) подключен к плюсу концом, где находится полупроводник p-типа, а к минусу концом, где находится полупроводник n-типа. В этом случае полупроводниковый диод эквивалентен проводу с нулевым сопротивлением (картинка снизу).
(Полупроводниковый диод, ведущий себя таким образом, называется идеальным).
б) Полупроводниковый диод (картинка сверху) подключен к плюсу концом, где находится полупроводник n-типа, а к минусу концом, где находится полупроводник p-типа. В этом случае полупроводниковый диод эквивалентен разрыву цепи (картинка снизу).
(Полупроводниковый диод, ведущий себя таким образом, называется идеальным).
В случае, изображённом на рис. 106-а говорят, что диод открыт, а в случае, изображённом на рис. 106-б говорят, что диод закрыт.
Сноски:
- Получается, что закон Джоуля-Ленца можно сформулировать так, если работа электрического тока идёт только на выделение тепла, то вся она идёт на выделение тепла…