23 PRĄD STAŁY. CZĘŚĆ 2

Transkrypt

1 Włodzimiez Wolczyński 23 PĄD STAŁY. CZĘŚĆ 2 zadanie 1 Tzy jednakowe oponiki, każdy o opoze =30 Ω i opó =60 Ω połączono ze źódłem pądu o napięciu 15 V, jak na ysunku obok. O ile zwiększy się natężenie pądu po włączeniu wyłącznika pądu W? Odpowiedź: o 14 ma zadanie Tzy jednakowe oponiki, o opoze 1 = 2 = 3 = = 100 Ω połączono ze źódłem pądu o napięciu 15 V. Oblicz o ile zmieni się moc wydzielona na opoze 3, po usunięciu oponika 2. Odpowiedź: Zmaleje o 0,44 W zadanie 3 V A W celu wyznaczenia siły elektomotoycznej ogniwa zastosowano układ jak na ysunku. Badano zależność napięcia w zależności od natężenia pądu, pzy óżnych obciążeniach akumulatoa i otzymano wykes zależności jak poniżej. U[V] 20 E, Na podstawie wykesu okeśl watość siły elektomotoycznej ogniwa i jego opó wewnętzny. I[A] Odpowiedź: o E = 20 V, = 2Ω Włodzimiez Wolczyński - 23 PĄD STAŁY. CZĘŚĆ 2 Stona 1

2 zadanie 4 Na ysunku na następnej stonie pzedstawiono liniowy mostek Wheatstone a, służący do pomiau nieznanego opou. Pomia polega na ustawieniu suwaka w takie położenie, by pzez miliampeomiez nie popłynął żaden pąd. Wówczas mówimy, że mostek jest w ównowadze. ysunek 1 ysunek 2 ysunki pochodzą z: Włodzimiez Wolczyński - 23 PĄD STAŁY. CZĘŚĆ 2 Stona 2

3 1. Udowodnij, że gdy mostek jest w ównowadze, to zachodzi popocja: gdzie x i y, to długości dutu (patz ysunek 2). 2. Jeśli opó = 120 Ω, a długości x = 25 cm, y = 75 cm, to jaką watość ma opó x? 3. Jakie są watości natężeń pądów płynących pzez oponiki, x, a i b? Napięcie zasilania U = 4,5 V, opó wewnętzny ogniwa pominąć. Opó właściwy dutu ρ = 5, Ωm, a śednica pzekoju popzecznego d = 1 mm. Odpowiedzi: 1. I pawo Kichhoffa dla punktu B, to I = I x + I a gdzie I, to pąd całkowity, I x, to pąd płynący pzez opó x, a I a, to pąd płynący pzez opó a. Skoo pąd płynący pzez ampeomiez wynosi 0, to I pawo Kichhoffa dla punktu A jest I + I b = I gdzie I, to pąd całkowity, I, to pąd płynący pzez opó, a I b, to pąd płynący pzez opó b. Pądy nie ozgałęziają się w punktach A i B, więc I = I x = I góne, oaz I a = I b = I dolne. Skoo pąd płynący pzez ampeomiez jest 0, to wynika stąd ówność potencjałów V c = V D, a także napięć: U = U b, po lewej stonie i U x = U A,po pawej. A więc: I = I b b oaz I x x = I a a. I góne = I dolne b oaz I góne x = I dolne a. Po podzieleniu ostatnich ównań stonami mamy: Ale A więc: a gdzie S pole pzekoju popzecznego dutu. Włodzimiez Wolczyński - 23 PĄD STAŁY. CZĘŚĆ 2 Stona 3

4 2. x = 40 Ω 3.Pzez oponiki 120 Ω i 40 Ω - I góne = 0,028 A, Pzez dut opoowy - I dolne = 6,793 A. zadanie 5 Czajnik elektyczny ma moc P = 3 kw pzy napięciu U = 230 V. Pzyjmij ciepło właściwe wody jako 4200 J/kg K, a jej gęstość 1000 kg/m Jak długo będzie twało zagotowanie 0,5 l wody o tempeatuze 18 o C? 2. Jak długo twałoby gotowanie tej wody, gdyby napięcie spadło do 200 V? 3. Ile wynosiłaby moc gzałki, jeśli jej spialę pzecięłoby na połowę i dwa kawałki spięto ównolegle, nie zmieniając napięcia zasilania? Odpowiedzi: 1. t = 57,4 s 2. t = 75,9 s 3. P = 12 kw zadanie 6 Jak zmieni się wskazanie ampeomiezy A 1 i A 2 oaz woltomieza po pzesunięciu suwaka potencjometu z położenia a do b. Punkt a to położenie w połowie długości, a b, w całej długości dutu opoowego. Opó potencjometu na całej długości dutu opoowego wynosi, tyle co i opou. Obecność ampeomieza i woltomieza w obwodzie pominąć. E, = 0 A 1 b a A 2 V Włodzimiez Wolczyński - 23 PĄD STAŁY. CZĘŚĆ 2 Stona 4

5 Odpowiedź: Wskazania ampeomieza A 2 oaz woltomieza nie zmienią się, natomiast ampeomiez A 1 wskaże natężenie mniejsze 1,5 azy. zadanie 7 Natężenie pądu elektycznego pzepływającego pzez pzekój popzeczny pzewodnika metalowego wyaża się wzoem: n koncentacja elektonów (ich liczba w 1 m 3 ) e ładunek elektonu v pędkość nośna S pole pzekoju popzecznego pzewodnika Oblicz pędkość nośną elektonów w pzewodniku miedzianym o powiezchni pzekoju popzecznego S = 0,1 mm 2, jeśli płynie pze niego pąd o natężeniu 1 A. Gęstość miedzi ρ = 8960 kg/m 3. OZWIĄZANIE Należy pzyjąć, że miedź w pzewodniku metalowym wykazuje watościowość w = 1. A więc każdy atom kystalizując daje jeden elekton swobodny. Obliczmy koncentację. W 1 molu jest N A = 6, jonów. Ma on objętość: μ = 0,064 kg / mol masa molowa Koncentacja: 8, Pędkość nośna: 7,4 10 0,74 Włodzimiez Wolczyński - 23 PĄD STAŁY. CZĘŚĆ 2 Stona 5