Найти полезную мощность батареи с эдс 24 в
Электродинамика. Расчетная задача
В. З. Шапиро
Как правило, это задание по теме «Электродинамика». Оно требует умения читать электрические схемы и применять теоретические знания при решении задач. На каждом этапе необходимо проводить анализ выведенных формул, вводить дополнительные обоснования в процессе решения. Так как это задание высокого уровня сложности, то в них могут появляться ситуации, которые не встречались ранее в сборниках задач.
1. К аккумулятору с ЭДС 50 В и внутренним сопротивлением 4 Ом подключили лампу сопротивлением 10 Ом и резистор сопротивлением 15 Ом, а также конденсатор ёмкостью 100 мкФ (см. рисунок). Спустя длительный промежуток времени ключ К размыкают. Какое количество теплоты выделится после этого на лампе?
Необходимая теория:
Соединения проводников
Конденсатор. Энергия электрического поля
ЭДС. Закон Ома для полной цепи
Решение:
До размыкания ключа электрический ток протекает через параллельно соединённые лампу и резистор. Найдем их общее сопротивление.
Проведем расчет общего сопротивления.
По закону Ома для полной цепи определим общую силу тока.
Таким образом, до размыкания ключа в конденсаторе была накоплена энергия (Дж) = 45 (мДж).
После размыкания ключа вся энергия, накопленная в конденсаторе, будет выделяться на параллельно включенных лампе и резисторе. Согласно закону Джоуля – Ленца, количество теплоты, выделяющееся в промежуток времени обратно пропорционально сопротивлению, поскольку напряжение u на лампе и резисторе в любой момент времени одно и то же.
Ответ: 27 мДж.
Секрет решения. Понимание схемы является ключом к решению данной задачи. Так как конденсатор заряжен, то после размыкания ключа происходит распределение накопившейся энергии между лампочкой и сопротивлением. С учетом того, что лампочка и резистор соединены параллельно, здесь необходима формула Если бы они были соединены последовательно, то надо было пользоваться формулой Выбор формулы определяется видом соединения и постоянством либо напряжения, либо силы тока. Задачу удобнее решать, проводя промежуточные вычисления.
2. На рисунке показана схема электрической цепи, состоящей из источника тока с ЭДС mathcal E=12 В и внутренним сопротивлением r = 1 Ом, двух резисторов с сопротивлениями Ом и Ом, конденсатора электроёмкостью С = 4 мкФ и катушки с индуктивностью L = 24 мкГн. В начальном состоянии ключ К длительное время замкнут. Какое количество теплоты выделится на резисторе R_{2} после размыкания ключа К? Сопротивлением катушки пренебречь.
Необходимая теория:
Соединения проводников
Конденсатор. Энергия электрического поля
ЭДС. Закон Ома для полной цепи
Дано: «СИ»
E = 12 В;
r = 1 Ом;
R1 = 8 Ом;
R2 = 3 Ом;
С = 4 мкФ; Ф;
L = 24 мкГн. Гн.
Найти: Q – ?
Решение:
До размыкания ключа электрический ток протекает через последовательно соединённые резисторы и катушку L.
Направление тока I на схеме указано стрелками.
По закону Ома для полной цепи можно определить значение силы тока.
Проведем расчет значения силы тока.
(А).
Так как конденсатор соединен параллельно с резистором то напряжения у них будут одинаковыми.
– напряжение на конденсаторе, – напряжение на резисторе
По закону Ома для участка цепи можно записать, что
(В).
(В).
Таким образом, до размыкания ключа в конденсаторе была накоплена энергия (Дж)=18 (мкДж).
В катушке индуктивности накапливается энергия магнитного поля, которую можно рассчитать по формуле:
(Дж)=12 (мкДж).
После размыкания ключа вся накопленная в элементах цепи энергия выделится в виде тепла на резисторе
(Дж)=30(мкДж).
Ответ: 30 мкДж.
Секрет решения. Умение читать электрические схемы является ключом к решению подобных задач. Становится очевидным, что конденсатор и резистор соединены параллельно, их напряжения одинаковые, при этом ток через конденсатор не протекает. Пространство между пластинами конденсатора разделено слоем диэлектрика, поэтому на пластинах накапливается электрический заряд, но ток через него не течет.
При протекании тока через катушку в ней накапливается энергия магнитного поля. При этом надо понимать, что сопротивление катушки не влияет на значение тока в цепи, оно по условию равно нулю. Соответственно, напряжение на концах катушки по закону Ома также равно нулю.
После размыкания ключа накопленные энергии (электрического и магнитного полей) выделяются в виде тепла на резисторе
3. В цепи, изображённой на рисунке, сопротивление диода
в прямом направлении пренебрежимо мало, а в обратном многократно превышает сопротивление резисторов. При подключении к точке А положительного полюса, а к точке В отрицательного полюса батареи с ЭДС 12 В и пренебрежимо малым внутренним сопротивлением, потребляемая мощность равна 14,4 Вт. При изменении полярности подключения батареи потребляемая мощность оказалась
равной 21,6 Вт. Укажите, как течёт ток через диод и резисторы в обоих случаях, и определите сопротивления резисторов в этой цепи.
Необходимая теория:
Соединения проводников
Работа и мощность тока
Дано:
Е = 12 В;
Вт;
Вт.
Найти:
– ?
Решение:
Если при подключении батареи потенциал точки А оказывается выше, чем потенциал точки В, то ток через диод не течёт, и эквивалентная схема цепи имеет вид, изображённый на рис. 1. Потребляемую мощность можно рассчитать по формуле:
(1), отсюда
Проведем расчет для
(Ом).
Рис. 1
При изменении полярности подключения батареи диод открывается и подключает резистор параллельно резистору Эквивалентная схема цепи в этом случае изображена на рис. 2.
Рис. 2
При этом потребляемая мощность увеличивается:
(2). Эта формула для расчета мощности с учетом того, что резисторы и во втором случае соединены параллельно. Общая мощность, выделяемая в цепи, равна сумме мощностей на каждом из резисторов.
Выразим из формулы (2) сопротивление резистора
Подставим численные значения и проведем расчет.
(Ом).
Ответ: 20 Ом, 10 Ом.
Секрет решения. В этой задаче может возникнуть сложность с пониманием и принципом работы диода. Для решения задач, встречающихся в ЕГЭ по физике, не требуется глубоких знаний по устройству этого полупроводникового прибора. Достаточно знать, что диод обладает односторонней проводимостью. На схемах направление пропускания тока обозначено стрелкой. При обратном подключении диод закрыт, то есть ток через него не течет.
В остальном задача является стандартной и базируется на известных закономерностях. Если формула (2) очевидна не сразу, то общую мощность, выделяемую в цепи, можно рассмотреть, как мощность на сопротивлении Rобщ, а его можно рассчитать по формуле:
Тогда, общая мощность для второго случая будет равна:
Используя полученное значение для из последней формулы можно вычислить сопротивление резистора
Задачи по физике (рус)
Задачі з фізики (укр)
Вопросы по физике:
6 класс
Приглашаем к сотрудничеству
Витамины для ума
Лучшая книга о разуме
два эдс каждой соединить параллельно внутреннее сопротивление цепь батарея сила тока внешний определить
задача 10243
ЭДС батареи ε = 80 В, внутреннее сопротивление Ri = 5 Ом, Внешняя цепь потребляет мощность Р = 100 Вт. Определить силу тока I в цепи, напряжение U, под которым находится внешняя цепь, и ее сопротивление R.
задача 10243
Внешняя цепь, подключенная к батарее с ЭДС ε = 80 В и внутренним сопротивлением Ri = 5 Ом, потребляет мощность Р = 100 Вт. Найдите силу тока I в цепи, напряжение U на внешней цепи и ее сопротивление R.
задача 10246
ЭДС батареи ε = 24 В. Наибольшая возможная сила тока батареи Imax = 10 А. Определите максимальную мощность Рmax, которая может выделиться во внешней цепи.
задача 10246
Максимальная сила тока, которую может дать батарея с ЭДС ε = 24 В, Imax = 10 А. Какая наибольшая мощность Рmax может выделяться во внешней цепи?
задача 10718
Э. д. с. батареи ε = 8 В. При силе тока I = 2 А к. п. д. батареи η = 0,75. Определить внутреннее сопротивление ri батареи.
задача 11740
Имеется N одинаковых гальванических элементов с ЭДС ε и внутренним сопротивлением ri каждый. Из этих элементов требуется собрать батарею, состоящую из нескольких параллельно соединенных групп, содержащих по n последовательно соединенных элементов. При каком значении n сила тока I во внешней цепи, имеющей сопротивление R, будет максимальной? Чему будет равно внутреннее сопротивление Ri батареи при этом значении n?
задача 11741
Даны 12 элементов с ЭДС ε = 1,5 В и внутренним сопротивлением r = 0,4 Ом. Как нужно соединить эти элементы, чтобы получить от собранной из них батареи наибольшую силу тока во внешней цепи, имеющей сопротивление R = 0,3 Ом? Определить максимальную силу тока Imax.
задача 11742
Два одинаковых источника тока с ЭДС ε = 1,2 В и внутренним сопротивлением r = 0,4 Ом соединены, как показано на рисунке. Определить силу тока I в цепи и разность потенциалов U между точками А и В в первом и втором случаях.
задача 11751
При силе тока I1 = 3 А во внешней цепи аккумулятора выделяется мощность Р1 = 18 Вт, при силе тока I2 = 1 А — соответственно Р2 = 10 Вт. Определить ЭДС — ε и внутреннее сопротивление r батареи.
задача 11938
Две группы из трех последовательно соединенных элементов соединены параллельно. ЭДС ε каждого элемента равна 1,2 В, внутреннее сопротивление r = 0,2 Ом. Полученная батарея замкнута на внешнее сопротивление R = 1,5 Ом. Найти силу тока I во внешней цепи.
задача 11950
ЭДС батареи аккумуляторов ε = 12 В, сила тока I короткого замыкания равна 5 А. Какую наибольшую мощность Рmax можно получить во внешней цепи, соединенной с такой батареей?
задача 12043
Найти силу тока I на участке цепи, состоящем из последовательно соединенных сопротивления R = 1 Ом и аккумулятора с эдс ε = 11,1 В и внутренним сопротивлением r = 0,3 Ом, если при подключении этого участка цепи к источнику постоянного напряжения U = 15 В происходит зарядка аккумулятора.
задача 12045
Батарея из n = 50 последовательно соединенных аккумуляторов заряжается от источника постоянного напряжения U = 120 В током I = 11 А. Найти величину добавочного сопротивления R, которое необходимо ввести в цепь, если эдс аккумулятора ε = 1,85 В и его внутреннее сопротивление r = 0,02 Ом.
задача 12046
Два последовательно соединенных источника тока с эдс ε1 = 4,5 В, ε2 = 6 В и внутренними сопротивлениями r1 = 0,3 Ом и r2 = 0,2 Ом включены согласованно. Найти силу I тока в цепи и сопротивление R нагрузки, если разность потенциалов на клеммах первого источника тока U1 = 3,5 В.
задача 12104
Батарея состоит из пяти последовательно соединенных элементов ЭДС по 1,5 В и внутренним сопротивлением по 0,3 Ом. При какой силе тока мощность, отдаваемая во внешнюю цепь, будет наибольшей?
задача 12152
Батарея составлена из N = 600 одинаковых элементов, так, что n групп соединены последовательно и в каждой из них содержится по m элементов, соединенных параллельно. ЭДС каждого элемента Е = 2 В и внутренние сопротивления r = 0,4 Ом. При каких значениях n и m батарея, будучи замкнута на внешнее сопротивление R = 0,6 Ом, отдаст во внешнюю цепь максимальную мощность? Определить при этом ток во внешней цепи.
задача 12293
Катушка индуктивностью L = 10 мГн соединена последовательно с резистором R = 47 Ом. Их подключают к источнику ЭДС. Определить постоянную времени цепи, и время в течении которого ток через катушку достигнет значения 0,95 от максимального значения.
задача 12409
Батарея, состоит из трех включенных параллельно одинаковых источников тока с ЭДС ε = 12,2 В и внутренним сопротивлением r = 3 Ом каждый. Соединенная с ней внешняя электрическая цепь имеет сопротивление R = 24 Ом. Определить: 1) полезную мощность; 2) наибольшую мощность, которую можно получить во внешней цепи.
задача 12416
Батарея состоит из n = 8 последовательно соединенных элементов. ЭДС каждого ε = 1,9 В, внутреннее сопротивление r = 0,3 Ом. При каком токе полезная мощность батареи равна Р = 3 Вт? Определить наибольшую полезную мощность батареи.
задача 12534
Два источника с ЭДС ξ1 = 30 В, ξ2 = 16 В и внутренними сопротивлениями r1 = 1 Ом, r2 = 2 Ом включены параллельно (рис. 11) иработают на общую нагрузку сопротивлением R = 25 Ом. Определить силы тока во всех ветвях и мощность, потребляемую нагрузкой.
задача 13489
Четыре элемента имеют ЭДС ε = 1,5 В и внутреннее сопротивление r = 0,2 Ом. Как соединить эти элементы для получения от собранной батареи наибольшей силы тока во внешней цепи сопротивлением R = 0,2 Ом? Определить максимальную силу тока.
задача 13489
Как соединить четыре элемента с внутренними сопротивлениями r = 0,2 Ом и ЭДС ε = 1,5 В, чтобы получить максимальную силу тока во внешней цепи, сопротивление которой R = 0,2 Ом? Найти максимальную силу тока.
задача 13493
Два источника тока с ЭДС ε1 = 2 В и ε2 = 1,5 В и внутренними сопротивлениями r1 = 0,5 Ом и r2 = 0,4 Ом включены параллельно сопротивлению R = 2 Ом. Определите силу тока через это сопротивление.
задача 13969
Два одинаковых источника тока с ЭДС ε = 1,2 В, внутренним сопротивлением r1 = 1 Ом и r2 = 0,4 Ом, соединены по схеме. Определить силу токов цепи.
задача 13971
При силе тока 3 А во внешней цепи батареи аккумуляторов выделяется мощность 14 Вт, при силе тока 1 А выделяется мощность 10 Вт. Определить ЭДС и внутреннее сопротивление батареи.
задача 13972
Две группы из трех последовательно соединенных элементов соединены параллельно. ЭДС каждого элемента равна 1,2 В, внутреннее сопротивление 1,5 Ом. Найти силу тока во внешней цепи.
задача 13983
Внешняя электрическая цепь потребляет мощность Р = 200 Вт. ЭДС батареи Е = 150 В, внутреннее сопротивление r = 5 Ом. Определить силу тока I в цепи, напряжение U, под которым находится внешняя цепь, и ее сопротивление R.
задача 15060
Источник тока с внутренним сопротивлением r и ЭДС ε соединён с внешней нагрузкой. Определить сопротивление внешней нагрузки R, при котором полезна мощность тока будет максимальной Pmax. Определить значение КПД η при этой нагрузке.
задача 15544
ЭДС батареи 30 В. Наибольшая сила тока, которую может дать батарея Imax = 12 А. Определить максимальную мощность Рmax, которая может выделяться во внешней цепи.
задача 16262
Батарея из двух параллельных источников с ЭДС 2 и 1,8 В и внутренним сопротивлением 50 мОм каждый замкнута на сопротивление 2 Ом. Найти величину тока, проходящего через сопротивление и через источники.
задача 16309
Два плоских конденсатора емкостью С = 6 пФ каждый соединены параллельно и подключены к источнику с ЭДС Е = 8 В. Определить заряд на каждом конденсаторе и энергию данной системы конденсаторов.
задача 16380
Два источника с ЭДС ε1 = 30 B, ε2 = 16 B и внутренними сопротивлениями r1 = 1,0 Ом и r2 = 2,0 Ом включены параллельно сопротивлению с R = 25 Ом (рис.3.11). Определите: 1) величины токов во всех ветвях; 2) мощность, потребляемую нагрузкой. 
задача 17812
Батарея состоит из пяти последовательно соединенных одинаковых элементов с ЭДС 1,4 В и внутренним сопротивлением 0,3 Ом каждый. При каком токе полезная мощность батареи равна 8 Вт?
задача 17923
ЭДС батареи 20 В. При сопротивлении внешней цепи 4 Ом сила тока 4 А. Какую наибольшую мощность можно получить от этой батареи?
задача 19551
Электрическая цепь (см. рис. 58) состоит из катушки с индуктивностью L = 0,25 Гн и резистора сопротивлением R = 8,0 Ом, которые соединены параллельно и подключены к источнику ЭДС через ключ К. В некоторый начальный момент времени ключ К размыкают. Определить величину тока в резисторе R через 1 с. Величина ЭДС источника равна 12 В, внутреннее сопротивление источника r = 1 Ом.
задача 20099
Два источника тока с ЭДС 4 и 6 В и одинаковыми внутренними сопротивлениями 4 Ом включены параллельно с резистором сопротивлением 4 Ом. Определить силы токов, идущих через резистор и элементы.
задача 20804
Некоторое число n одинаковых источников тока, соединенных параллельно, подключены к внешнему сопротивлению. Если переключить полярность одного источника, то сила тока во внешнем сопротивлении уменьшится в 2 раза. Определить значение n.
задача 21013
Два элемента с одинаковыми ЭДС ε1 = ε2 = 4 В и внутренними сопротивлениями r1 = r2 = 0,5 Ом замкнуты на внешнее сопротивление R (рис. 16). Через элемент с ЭДС ε1 течет ток I1 = 2 А. Найти сопротивление R и ток I2, текущий через элемент с ЭДС ε2. Определить силу тока через сопротивление R.
задача 21289
Два источника тока: один с ЭДС 6 В и внутренним сопротивлением 0,2 Ом, другой с ЭДС 12 В и сопротивлением 0,4 Ом соединены одноименными полюсами. К точкам их соединения подключено сопротивление 10 Ом. Определить силы токов в каждом разветвлении.
задача 21414
Три источника с ЭДС ε1 = 10,0 В, ε2 = 5,0 В, ε3 = 6,0 В и внутренними сопротивлениями r1 = 0,1 Ом, r2 = 0,2 Ом, r3 = 0,1 Ом соединены, как показано на рисунке. Определить напряжение на резисторах сопротивлениями R1 = 5,0 Ом, R2 = 1,0 Ом, R3 = 3,0 Ом.
задача 21474
Найти силу тока в цепи (рис. 18.24), если у каждого элемента ЭДС 2,2 В и внутреннее сопротивление 20,0 мОм, а R1 = R2 = 2,0 Ом, R3 = 6,0 Ом, R4 = 4,0 Ом и R5 = 0,9 Ом.
задача 21592
Определить силу тока короткого замыкания для аккумуляторной батареи, если при токе нагрузки 5А она отдает во внешнюю цепь мощность 9,5 Вт, а при токе нагрузки в 8 А — 14,4 Вт. Какую наибольшую мощность можно получить во внешней цепи?
задача 21593
Батарея, состоит из трех одинаковых включенных последовательно источников тока с ЭДС ε = 2,2 В и внутренним сопротивлением r = 1 Ом каждый. Соединенная с ней внешняя электрическая цепь имеет сопротивление R = 48 Ом. Определить: 1) полезную мощность; 2) наибольшую мощность, которую можно получить во внешней цепи.
задача 21729
Имеется N = 5 одинаковых гальванических элементов с ЭДС 1,2 В и внутренним сопротивлением 0,1 Ом каждый, соединенные последовательно. Какую максимальную мощность можно получить от этой батареи элементов. Какова при этом будет сила тока.
задача 26277
Батарея из 50 последовательно соединенных элементов дает ток во внешнюю цепь, состоящую из железного провода длиной 20 км и с площадью сечения 3 мм2 и аппарата с сопротивлением 90 Ом. ЭДС и внутреннее сопротивление каждого из элементов равны 1,4 В и 0,4 Ом. Определить ток.
задача 60274
Батарея состоит из n = 5 последовательно соединенных источников тока с ЭДС ε = 1,4 В и внутренним сопротивлением r = 0,3 Ом каждого. При какой силе тока мощность, выделяющаяся во внешней цепи, Р = 8 Вт? Чему равна наибольшая мощность Рmaх во внешней цепи?
задача 60274
5 источников тока с внутренним сопротивлением r = 0,3 Ом и ЭДС ε = 1,4 В соединили последовательно. Найти силу тока, если во внешней цепи выделяется мощность Р = 8 Вт. Найти наибольшую мощность Рmaх во внешней цепи.
задача 60435
При каком внешнем сопротивлении потребляемая мощность будет максимальна, если два одинаковых источника с ЭДС 6 В и внутренним сопротивлением 1 Ом каждый соединены параллельно? Чему равна эта мощность?
задача 60435
К двум одинаковым соединенным параллельно источникам тока с ЭДС 6 В и внутренним сопротивлением 1 Ом подсоединено такое внешнее сопротивление, что потребляемая мощность максимальна. Найти эту мощность и внешнее сопротивление.
задача 60536
Генератор с ЭДС ε1 = 24 В и внутренним сопротивлением r1 = 0,10 Ом заряжает батарею аккумуляторов с ЭДС ε2 = 20 В и внутренним сопротивлением r2 = 0,30 Ом. Параллельно батареи включена лампа с сопротивлением R = 1,5 Ом. Какие токи I1, І2, І3 протекают через генератор, батарею и лампу?