Как найти заряд прошедший через проводник

При
перемещении электрического заряда q
из точки 1 в точку 2 электрическое поле
совершает работу

,
(7.1)

где

– разность потенциалов или напряжение

.

Как известно,
сила тока определяется, как заряд,
протекающий через поперечное сечение
провода за единицу времени, т.е.

. (7.2)

Если известна
зависимость силы тока

,
то из (7.2) можно выразить заряд, протекающий
за малый промежуток времени:

, (7.3)

и преобразовать
формулу (7.1) следующим образом:

, (7.4)

где


– электрическая мощность.

Используя
закон Ома для однородного участка цепи

,
и подставляя его в (7.4), получим закон
Джоуля-Ленца:

(7.5)

В формуле
(7.5) учтено то обстоятельство, что работа
электрического поля, совершенная над
электрическими зарядами, не приводит
к увеличению их кинетической энергии,
а выделяется в виде тепла

.

Таким образом,
из (7.5) можно рассчитать тепло, выделившееся
в сопротивлении

за любой промежуток времени:

(7.6)

Задача 9.

По проводу
сопротивлением

= 20 Ом течет переменный электрический
ток. Сила тока изменяется по закону

,

где А = 3
А,  = 1 с. Чему равно
количество теплоты, выделившейся в
проводе за промежуток времени от

до

= 2 с?

Решение:

Подставим
функцию силы тока от времени в формулу
(7.6):

Дж

Ответ: Q = 18 МДж

Задача 10.

По проводу
сопротивлением

= 20 Ом течет переменный электрический
ток. Сила тока изменяется по закону

,

где А = 3
А/с,

рад/с. Чему равно количество теплоты,
выделившейся в проводе за промежуток
времени от

до

= 2 с?

Решение:

Подставим
функцию силы тока от времени в формулу
(7.6):

Ответ: Q = 180 Дж

7.1 По проводу сопротивлением

течет переменный электрический ток.
Сила тока изменяется по закону

а)

;
б)

;
в)

;
г)

;

д)

;
е)

;
ж)

.

А,

Ом,

с,  = 1 с.

Чему равно
количество теплоты, выделившейся в
проводе за время

?

Ответы: а) 0,33
Дж; б) 0,20 Дж; в) 0,14 Дж; г) 0,11 Дж;

д) 250 мДж; е) 167 мДж; ж) 50 мДж;

7.2 По
проводу сопротивлением

течет переменный электрический ток.
Сила тока изменяется по закону

а)

;
б)

.

Чему равно
количество теплоты, выделившейся в
проводе за время

?

А,

Ом,

рад/с,

с

Ответы: а) 500 мДж; б) 500 мДж

7.3 По
проводу сопротивлением

течет переменный электрический ток.
Сила тока изменяется по закону

.
Чему равно количество теплоты, выделившейся
в проводе за время

?

А,

Ом,

с^–1,

с

Ответ: 432 мДж

7.4э. Напряженность
электрического поля в проводнике
увеличили в 2 раза. Как изменилась
удельная тепловая мощность (тепло,
выделяющееся за единицу времени в
единице объема)?

а) увеличилась
в 2 раза; б) увеличилась в 4 раза;

в) увеличилась
в 8 раз; г) уменьшилась в 2 раза.

8. Заряд, прошедший через поперечное сечение проводника

Используя
формулу (7.3), можно найти количество
электричества, т.е. электрический заряд,
прошедший через поперечное сечение
провода за любой промежуток времени

(8.1)

Задача 11.

Используя
условие задачи 9, найти полный заряд,
прошедший через поперечное сечение
провода за промежуток времени от

до

 с.

Решение:

Используем
формулу (8.1):

Кл.

Ответ: q
= 559 Кл

Задача 12

Используя
условие задачи 10, найти полный заряд,
прошедший через поперечное сечение
провода за промежуток времени от

до

 с.

Решение:

Используем
формулу (8.1):

Кл.

Ответ: q
= 3,82 Кл

8.1 По проводу сопротивлением

течет переменный электрический ток.
Сила тока изменяется по закону

а)

;
б)

;

в)

г)

.

Чему равен
заряд, прошедший через поперечное
сечение провода за время

?

А,

А,

Ом, t₁ = 
= 1 с

Ответы: а) 833 мКл б) 750 мКл; в) 583 мКл; г) 367
мКл

8.2 По
проводу сопротивлением

течет переменный электрический ток.
Сила тока изменяется по закону

а)

;б)

.

Чему равен
заряд, прошедший через поперечное
сечение провода за время

?

А,

рад/с,

Ом,

с

Ответы: а) 477 мКл; б) 0,83 Кл

8.3 По
проводу сопротивлением

течет переменный электрический ток.
Сила тока изменяется по закону

а)

;
б)

.
Чему равен заряд, прошедший через
поперечное сечение провода за время

?

А,

рад/с,

Ом,

с

Ответы: а) 500 мКл; б) 0,50 Кл

8.4 По
проводу сопротивлением

течет переменный электрический ток.
Сила тока изменяется по закону

.
Чему равен заряд, прошедший через
поперечное сечение провода за время

?

А,

с^–1,

Ом,

с

Ответ: 632 мКл

8.5э. Сила тока, текущего по проводнику,
меняется во времени, как показано на
рисунке. Какой заряд протечет сквозь
поперечное сечение проводника в
промежуток времени

о
т
t₁ = 1 c
до t₂ = 3 c?

а) 7 Кл; б) 12 Кл; в) 10,5 Кл; г) 1,5 Кл.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Электричество. Закон сохранения электрического заряда,

закон Кулона, конденсатор, сила тока,

закон Ома для участка цепи, последовательное и параллельное соединение

проводников, работа и мощность тока,

закон Джоуля – Ленца

В. З. Шапиро

     В задании 14 проверяются знания по теме «Постоянный электрический ток». Это задание базовому уровня. Задачи носят, в основном, расчетный характер. Их решение основывается на знаниях законов и закономерностей постоянного электрического тока, умении «читать» электрические схемы, работать с графическими зависимостями.

1. На графике показана зависимость силы тока I в проводнике от времени t. Определите заряд, прошедший через проводник за Δt = 60 с с момента начала отсчёта времени.

Ответ: _____________________ Кл.

Необходимая теория: Постоянный электрический ток

Используя зависимость силы тока от времени, электрический заряд можно определить как площадь геометрической фигуры под графиком. В данной задаче требуется рассчитать площадь трапеции Применяя геометрическую формулу площади трапеции  и подставляя значения физических величин, получим  (Кл).

Ответ: 180 Кл.

Секрет решения. Подобный прием нахождения значения физической величины через площадь под графиком применяется во многих разделах физики: в «Механике», «МКТ и термодинамике», «Электродинамике». Здесь важно правильно выделить геометрическую фигуру, так как иногда требуется найти площадь не всей фигуры, а только ее части. Как всегда, в расчетах требует особого внимания система единиц (СИ).  Пренебрежение одним из перечисленных моментов приведет к потере «легкого» балла.

2. Пять одинаковых резисторов с сопротивлением 3 Ом соединены в электрическую цепь, через которую течёт ток I (см. рисунок). Идеальный вольтметр показывает напряжение 9 В. Чему равна сила тока I?

Ответ: __________________________ А.

Необходимая теория: Соединения проводников

Резисторы, подключенные к вольтметру, соединены между собой последовательно. Отсюда следует, что сумма напряжений на каждом резисторе равна значению напряжения, которое показывает вольтметр. Запишем это в виде формулы   Используя закон Ома, выразим значения напряжений  и

Здесь учтено, что в указанной точке (см. схему) ток I разделяется на две равные части из-за равенства сопротивлений в разветвленных частях цепи.

Деление силы тока на две равные части

Таким образом,

Подставляя численные значения, получим

Ответ: 2А.

Секреты решения. В задачах со схемами необходимо уметь выделять виды соединения проводников. После этого можно использовать известные закономерности для силы тока, напряжения и сопротивления. Ввиду того, что в задачах может быть большое количество проводников, решение в общем виде бывает громоздким, что может привести к математической ошибке. Поэтому лучше подставлять численные значения на ранних этапах решения.

3. На плавком предохранителе счётчика электроэнергии указано: «15 А, 380 В». Какова максимальная суммарная мощность электрических приборов, которые можно одновременно включать в сеть, чтобы предохранитель не расплавился?

Ответ: _________________________Вт.

Необходимая теория: Работа и мощность тока

Формулы для расчета мощности электрического тока имеют вид:

В зависимости от условия задачи, надо применять ту или иную формулу. Так как в задаче дается сила тока и напряжения, необходимо воспользоваться формулой

Подставляя численные значения, проведем расчет:

(Вт).

Ответ: 5700 Вт.

    Секреты решения.

Формулы для расчета мощности лучше изучать как следствия формул для расчета работы тока или количества теплоты, выделяющейся в проводнике с током.

При делении этих формул на время t получим формулы для расчета мощности.

Времена, когда ток обнаруживался с помощью личных ощущений ученых, пропускавших его через себя, давно миновали. Теперь для этого применяют специальные приборы, называемые амперметрами.

Амперметр — это прибор, служащий для измерения силы тока. Что понимают под силой тока?

Обратимся к рисунку 21, б. На нем выделено поперечное сечение проводника, через которое проходят заряженные частицы при наличии в проводнике электрического тока. В металлическом проводнике этими частицами являются свободные электроны. В процессе своего движения вдоль проводника электроны переносят некоторый заряд. Чем больше электронов и чем быстрее они движутся, тем больший заряд будет ими перенесен за одно и то же время.

Силой тока называется физическая величина, показывающая, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за 1 с.

Пусть, например, за время t = 2 с через поперечное сечение проводника носители тока переносят заряд q = 4 Кл. Заряд, переносимый ими за 1 с, будет в 2 раза меньше. Разделив 4 Кл на 2 с, получим 2 Кл/с. Это и есть сила тока. Обозначается она буквой I:

I — сила тока.

Итак, чтобы найти силу тока I, надо электрический заряд q, прошедший через поперечное сечение проводника за время t, разделить на это время:

I = q/t      (10.1)

Единица силы тока называется ампером (А) в честь французского ученого А. М. Ампера (1775—1836). В основу определения этой единицы положено магнитное действие тока, и мы на нем останавливаться не будем.

Если сила тока I известна, то можно найти заряд q, проходящий через сечение проводника за время t. Для этого надо силу тока умножить на время:

q = It.      (10.2)

Полученное выражение позволяет определить единицу электрического заряда — кулон (Кл):

1 Кл = 1 А · 1 с = 1 А·с.

1 Кл — это заряд, который проходит за 1 с через поперечное сечение проводника при силе тока 1 А.

Помимо ампера на практике часто применяются и другие (кратные и дольные) единицы силы тока, например миллиампер (мА) и микроампер (мкА):

1 мА = 0,001 А, 1 мкА = 0,000001 А.

Как уже говорилось, измеряют силу тока с помощью амперметров (а также милли- и микроамперметров). Демонстрационный гальванометр, о котором упоминалось выше, представляет собой обычный микроамперметр.

Существуют разные конструкции амперметров. Амперметр, предназначенный для демонстрационных опытов в школе, изображен на рисунке 28. На этом же рисунке приведено его условное обозначение (кружок с латинской буквой «А» внутри).

При включении в цепь амперметр, как и всякий другой измерительный прибор, не должен оказывать заметного влияния на измеряемую величину. Поэтому амперметр устроен так, что при его включении сила тока в цепи почти не изменяется.

В зависимости от назначения в технике используют амперметры с разной ценой деления. По шкале амперметра видно, на какую наибольшую силу тока он рассчитан. Включать его в цепь с большей силой тока нельзя, так как прибор может испортиться.

Для включения амперметра в цепь ее размыкают и свободные концы проводов присоединяют к клеммам (зажимам) прибора. При этом необходимо соблюдать следующие правила:

1) амперметр включают последовательно с тем элементом цепи, в котором измеряют силу тока;

2) клемму амперметра со знаком «+» следует соединять с тем проводом, который идет от положительного полюса источника тока, а клемму со знаком «–» — с тем проводом, который идет от отрицательного полюса источника тока.

При включении амперметра в цепь не имеет значения, с какой стороны (слева или справа) от исследуемого элемента его подключать. В этом можно убедиться на опыте (рис. 29). Как видим, при измерении силы тока, проходящего через лампу, оба амперметра (и тот, что слева, и тот, что справа) показывают одно и то же значение.

??? 1. Что такое сила тока? Какой буквой она обозначается? 2. По какой формуле находится сила тока? 3. Как называется единица силы тока? Как она обозначается? 4. Как называется прибор для измерения силы тока? Как он обозначается на схемах? 5. Какими правилами следует руководствоваться при включении амперметра в цепь? 6. По какой формуле находится электрический заряд, проходящий через поперечное сечение проводника, если известны сила тока и время его прохождения?

Вычислить величину электрического заряда, проходящего через поперечное сечение проводника площадью 2 мм² за 10 секунд, при этом плотность тока равномерно возрастает от 0 до 10⁶ а/м².

Дано: S=2×10^-6м² t=10 с; j₁=0; j₂=10⁶ а/м².
Найти: q-?

Решение:

Определяем количество электричества q, прошедшее через поперечное сечение проводника за время t, по следующей формуле:

q=I_ср×t,

где I_ср — среднее значение величины тока.

Из формулы I=j×S определяем среднее значение величины тока:

Тогда электрический заряд равен:

k

Ответ: величина электрического заряда равна 10 кулонам