Постоянный ток: сопротивления, закон Ома-2

Разберем в этой статье более сложные задачи. Все они связаны с применением закона Ома, а также применением формул пересчета последовательно и параллельно соединенных сопротивлений.

Задача 1. Амперметр А показывает силу тока $I = 1,6$ А при напряжении $U = 120$ В. Сопротивление $R_1 = 100$ Ом. Определить сопротивление $R_2$ и показания амперметров $A1$ и $A2$ .

К задаче 1

Амперметр показывает ток в неразветвленной части цепи: суммарный ток обеих ветвей. Вольтметр показывает напряжение на каждом из сопротивлений, поэтому

$I_1=\frac{U}{R_1}=\frac{120}{100}=1,2$

Следовательно, можем определить ток в сопротивлении 2:

$I_2=I-I_1=1,6-1,2=0,4$

Откуда

$R_2=\frac{U}{I_2}=\frac{120}{0,4}=300$

Ответ: $I_1=1,2$ A, $I_2=0,4$ A, $R_2=300$ Ом.
Задача 2. Медная и стальная проволоки одинаковой длины включены параллельно. Диаметр стальной проволоки вдвое больше диаметра медной. В медной проволоке сила тока $I_1 = 60$ мА. Какова сила тока в стальной проволоке?

Сопротивление медной проволоки

$R_m=\frac{\rho_m l}{S}$

Тогда напряжение равно

$U=R_m\cdot I_1$

Сопротивление стальной проволоки

$R_{st}=\frac{\rho_{st} l}{4S}$

В знаменателе появилась 4, так как площади относятся как квадрат коэффициента подобия, а коэффициент подобия задан отношением диаметров: 2.

Тогда ток в стальной проволоке будет равен

$I_2=\frac{U}{R_{st}}=\frac{\frac{\rho_m lI_1}{S}}{\frac{\rho_{st} l}{4S}}=\frac{4\rho_m I_1}{\rho_{st}}=\frac{4\cdot1,7\cdot10^{-8}\cdot60\cdot10^{-3}}{12\cdot10^{-8}}=0,034$

Ответ: $I_2=34$ мА.

Задача 3. Четыре лампы, рассчитанные на напряжение $U_0= 3$ В и силу тока $I = 0,3$ А каждая, надо включить параллельно и питать от источника напряжением $U= 5,4$ В. Резистор какого сопротивления надо включить последовательно с лампами?

На лампах будет падать 3 В, следовательно, на добавочном сопротивлении должно падать $U-U_0=2,4$ В. Так как лампы включены параллельно и через каждую протекает ток 0,3 А, то ток в неразветвленной части цепи равен 1,2 А. Таким образом,

$R=\frac{ U-U_0}{4I}=\frac{2,4}{1,2}=2$

Ответ: $R=2$ Ом.

Задача 4. В электрической цепи амперметр показывает силу тока $I_1= 2$ А, а сопротивления резисторов $R_1 = 2$ Ом, $R_2 = 10$ Ом, $R_3 = 15$ Ом, $R_4 = 4$ Ом. Определить силу тока и напряжение на каждом сопротивлении и общее напряжение цепи.

К задаче 4

Найдем напряжение между точками $a$ и $b$ , для этого умножим ток на сопротивление:

$U_{ab}=I_1R_3=2\cdot15=30$

Тогда ток через $R_2$ равен:

$I_2=\frac{ U_{ab}}{R_2}=\frac{30}{10}=3$

Ток в неразветвленной части цепи равен

$I=I_1+I_2=2+3=5$

Тогда падение напряжения на сопротивлениях $R_3$ и $R_4$

$U_{R1R4}=I(R_1+R_4)=5\cdot(2+4)=30$

Общее напряжение цепи равно:

$U_{AB}=U_{ab}+ U_{R1R4}=30+30=60$

Ответ: $U_{ab}=30$ B, $U_{R1R4}=30$ B, $U_{AB}=60$ B, $I_2=3$ A, $I=5$ A.
Задача 5. В цепь подано напряжение $U= 100$ В. Сопротивления всех резисторов одинаковы и равны $R = 21$ Ом каждый. Найти общее сопротивление цепи $R$ ‚ а также распределение токов и напряжений (т. е. силу тока и напряжение на каждом сопротивлении).

К задаче 5

Сложим сопротивления $R_3, R_4, R_5$ , соединенные последовательно:

$R_{345}= R_3+ R_4+ R_5=63$

Теперь пересчитаем параллельно соединенные сопротивления $R_3$ и $R_{345}$ :

$R_{ab}=\frac{ R_{345} R_3}{ R_{345}+ R_3}=\frac{63\cdot21}{84}=15,75$

Общее сопротивление цепи

$R=R_1+R_2+ R_{ab}=42+15,75=57,75$

Определим ток в неразветвленной части цепи:

$I=\frac{U}{R}=\frac{100}{57,75}=1,73$

Такой ток создаст между точками $a$ и $b$ падение напряжения

$U_{ab}=IR_{ab}=1,73\cdot15,75=27,3$

Тогда ток через $R_3$ равен

$I_1=\frac{ U_{ab}}{R_3}=\frac{27,3}{21}=1,3$

Тогда через $R_{345}$ протекает ток

$I_2=I-I_1=1,73-1,3=0,43$

Напряжения на каждом из сопротивлений $R_3, R_4, R_5$ равны

$U_3= U_4= U_5=R_3\cdotI_2=21\cdot0,43=9,03$

Напряжения на $R_1$ и $R_2$ равны

$U_{R_1}=U_{R_2}=IR_1=1,73\cdot21=36,33$

Ответ: общее сопротивление цепи $R=57,75$ Ом, $I=1,73$ A, $U_{ab}=27,3$ В, $I_1=1,3$ А, $I_2=0,43$ А, $U_3= U_4= U_5=9,03$ В, $U_{R_1}=U_{R_2}=36,33$ В.

Задача 6. К сети напряжением $U = 120$ В присоединяют два резистора. При их последовательном соединении сила тока $I_1 = 3$ А, а при их параллельном соединении сила суммарного тока $I_2 = 16$ А. Чему равны сопротивления этих резисторов?

$\begin{Bmatrix}{R_1+R_2=\frac{U}{I_1}}\\{ \frac{R_1R_2}{ R_1+R_2}=\frac{U}{I_2}}\end{matrix}$

$\begin{Bmatrix}{R_1+R_2=40}\\{ \frac{R_1R_2}{ R_1+R_2}=7,5}\end{matrix}$

Тогда, подставляя, получаем

$\frac{R_1R_2}{ 40}=7,5$

$R_1R_2=300$

Теперь подставим из первого уравнения

$R_2=40-R_1$

$R_1(40-R_1)=300$

$R_1^2-40R_1+300=0$

По Виету подбираем корни: $R_1=30$ , $R_2=10$ .

Ответ: $R_1=30$ , $R_2=10$ .

Задача 7. Какой ток проходит через каждое из сопротивлений, если $R_1 = R_2 = R_3 = R_4 = 1$ Ом, $R_5$ = 3 Ом, напряжение $U= 12$ В?

К задаче 7

Так как $R_1 = R_2 = R_3 = R_4 = 1$ , то падения напряжения на них одинаковы. Вследствие такой симметрии у точек $a$ и $b$ одинаковые потенциалы и через сопротивление $R_5$ ток протекать не будет: падение напряжения на нем равно 0.

Получаем две параллельные ветви, сопротивление каждой равно 2 Омам. Тогда токи равны

$I=\frac{U}{R_1+R_2}=\frac{12}{2}=6$

Ответ: $I_1=I_2=6$ A, $I_{R5}=0$ .

Пн	Вт	Ср	Чт	Пт	Сб	Вс
« Авг
						1
2	3	4	5	6	7	8
9	10	11	12	13	14	15
16	17	18	19	20	21	22
23	24	25	26	27	28	29
30

Постоянный ток: сопротивления, закон Ома-2

Для вас другие записи этой рубрики:

Добавить комментарий Отменить ответ

Поиск

ПОСЛЕДНИЕ КОММЕНТАРИИ

Рекомендую

Рубрики

Центр обучения Фоксфорд

Облако меток

Подписка

Введите Ваши данные:

Последние записи

Архивы

Центр обучения Фоксфорд

Облако меток

Подписка

Введите Ваши данные:

Последние записи

Архивы

Автор сайта

Авторские права

Календарь