МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГБОУ СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
,
ПРАКТИКУМ
ПО ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМУ, ОПТИКЕ И АТОМНОЙ ФИЗИКЕ
Методические указания для студентов обучающихся по специальности 250203.65 – «Садово-парковое и ландшафтное строительство».
Ставрополь
2011
Рецензенты:
доцент, кандидат физико-математических наук
доцент, кандидат технических наук
,
Практикум по электромагнетизму, оптике, атомной физике: учебное пособие. – Ставрополь: , 2011. –
В настоящем учебно-методическом пособии приведён анализ и решения задач по электромагнетизму, оптике, атомной физике для выполнения самостоятельной работы при подготовке к практическим занятиям.
Предназначено для студентов вузов, обучающихся по специальности 250203.65 – «Садово-парковое и ландшафтное строительство».
ЗАКОНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Задача 2. Определить силу тока в резисторах сопротивлением R1=2Ом, R2=6Oм, R3=1Ом и напряжение на концах резисторов U1, U2, U3, если
(рис. 10.2). Внутренними сопротивлениями пренебречь.
Анализ и решение: выберем направление токов произвольно, направление
обхода контуров по часовой стрелке
(рис. 10.2). Составим систему уравнений по правилам Кирхгофа, т. к. неизвестных
Рис.10 .2 (токов) три, необходимо составить систе -
му из трех уравнений.
По первому правилу Кирхгофа можно составить (n-1) - линейно-независимых уравнений, в нашем случае одно уравнение, 2-1=1.
Для узла "В" запишем: -I1+I2-I3=0 (1)
По второму правилу Кирхгофа для контуров и 
имеем:
U1+U2=
-U1-U3= -
(2)
Объединяя все три уравнения (1) и (2), и пользуясь законом Ома для участка цепи, получим следующую систему уравнений
(3)
Решаем систему уравнений (3) методом Крамера. Для решения составляем главный определитель системы
(4)
и определители при неизвестных 
, путем замены соответствующих столбцов в главном определина столбец свободных членов.
Получаются следующие определители:
; 
; 
(5)
Искомые значения токов 
и 
вычисляются из выражений:
Напряжения находятся соответственно: U1=1B; U2=3B; U3=0B.
Проверка решения. Для узла "В" по первому правилу Кирхгофа имеем:
-I1+I2-I3=0, т. е. -0.5+0.5-0=0 0=0
Задача 4. Напряжение на зажимах элемента в замкнутой цепи U=2.1B,
сопротивления R1=5Ом , R2=6Ом , R3=3Ом (рис.10б).
Какой ток I показывает амперметр?
Анализ и решение: найдем эквивалентное сопротивление цепи состоящее
из двух последовательных цепочек сопротивлений: 
и 2-х параллельно соединенных сопротивлений R2 и R3 . Для параллельных сопротивлений R2 и R3 имеем:
; 
(1)
Тогда общее эквивалентное сопротивление
Рис.10.6 
(2)
Зная эквивалентное сопротивление цепи R123 и напряжение на зажимах элемента по закону Ома для участка цепи, имеем
(3)
Т. к. на зажимах элемента напряжение известно, а оно приложено ко всей внешней цепи, то имеем следующее равенство
U=UR1+UR2
отсюда получаем выражение для падения напряжения на сопротивлении R2
UR2=U-UR1=U-I1R1= (4)
Т. к. R2 и R3 подключены параллельно, то падение напряжения на сопротивлении R3 равно падению напряжения на сопротивлении R2:
UR3= =
= (5)
Величину тока прошедшего через амперметр можно выразить соотношением:
(6)
После подстановки числовых исходных данных в конечную формулу для расчета тока протекающего через амперметр, проведя вычисления, получаем его значение, равное 
.
РАБОТА И МОЩНОСТЬ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ
Задача 2. При силе тока I1 = 4 А во внешней цепи батареи аккумуляторов
выделяется мощность Р1 = 24 Вт; при силе тока I2= 2 А - соответственно
Р2 = 16 Вт. Определить ЭДС 
и внутреннее сопротивление r батареи.
Анализ и решение: мощность тока, т. е. работа, совершаемая током в единицу
времени, равна P=UI
Отсюда для нашего случая имеем
, и 
.
На основании закона Ома для замкнутой цепи можно записать следующие равенства:
и 
Преобразуя эти выражения, имеем:
, 
Так как U1=I1R1; U2=I2R2 , то получаем следующие уравнения:
P1=(I1R1)I1=(
-I1r)I1,
P2=(I2R2)I2=(-I2r)I2,
В результате получаем систему двух уравнений, где неизвестными величинами делаются ЭДС 
к внутреннее сопротивление батареи r:
Решаем систему уравнений относительно 
и r методом подстановки
и 
Подставляя численные значения известных величин P1 = 24 Вт, P2= 16 Вт,
I1= 4 А, I2 = 2 А, получаем r = 1 Ом; = 10 В.
РАСЧЕТ МАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ ПРОИЗВОЛЬНЫХ ТОКОВ
Задача 1. Прямой провод на одном из участков переходит в полуокружность радиуса
R= 2,5 см. Ток текущий по проводу I= 5A. Найти величину магнитного поля в центре полуокружности.
Анализ и решение: магнитное поле в любой точке
пространства можно рассматривать как результат Рис. 13.2
сложения полей элементов с током различной конфигурации. В рассматриваемых условиях (рис. 13.2) ток в бесконечном прямом проводе не дает вклада в магнитное поле в точке 0,
так как она лежит на оси провода (через нее нельзя провести силовую линию охватывающую этот проводник). Для полу окружности поле в точке 0 можно найти, если воспользоваться выражением для магнитной индукции в центре кругового витка вида
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 |
