Катушка индуктивности

В цепи, по­ка­зан­ной на ри­сун­ке, ключ K дол­гое вре­мя за­мкнут. ЭДС ис­точ­ни­ка Вну­трен­нее со­про­тив­ле­ние ис­точ­ни­ка рав­но Ин­дук­тив­ность ка­туш­ки рав­на Ключ раз­мы­ка­ют. Опре­де­ли­те на­пря­же­ние на кон­ден­са­то­ре, ем­кость ко­то­ро­го рав­на в тот мо­мент вре­ме­ни, ко­гда сила тока в ка­туш­ке бу­дет рав­на

Кон­ден­са­тор ем­ко­стью за­ря­жен­ный до на­пря­же­ния раз­ря­жа­ет­ся на ка­туш­ку с ин­дук­тив­но­стью и со­про­тив­ле­ни­ем Ка­кое ко­ли­че­ство теп­ло­ты вы­де­лит­ся в ка­туш­ке к тому мо­мен­ту, ко­гда сила тока в ней до­стиг­нет наи­боль­ше­го зна­че­ния

Пе­ри­од сво­бод­ных элек­тро­маг­нит­ных ко­ле­ба­ний в иде­аль­ном ко­ле­ба­тель­ном кон­ту­ре, со­сто­я­щем из кон­ден­са­то­ра и ка­туш­ки ин­дук­тив­но­сти, ра­вен 6,3 мкс. Ам­пли­ту­да ко­ле­ба­ний силы тока В мо­мент вре­ме­ни сила тока в ка­туш­ке рав­на 3 мА. Най­ди­те за­ряд кон­ден­са­то­ра в этот мо­мент.

В та­бли­це при­ве­де­ны зна­че­ния силы тока в иде­аль­ном ко­ле­ба­тель­ном кон­ту­ре, со­сто­я­щем из кон­ден­са­то­ра и ка­туш­ки ин­дук­тив­но­сти, из­ме­рен­ные с точ­но­стью до 1 мА в по­сле­до­ва­тель­ные мо­мен­ты вре­ме­ни.

Ам­пли­ту­да на­пря­же­ния на кон­ден­са­то­ре Най­ди­те зна­че­ние элек­тро­ём­ко­сти кон­ден­са­то­ра.

Ка­туш­ка ин­дук­тив­но­стью с со­про­тив­ле­ни­ем об­мот­ки под­клю­че­на па­рал­лель­но с ре­зи­сто­ром со­про­тив­ле­ни­ем к ис­точ­ни­ку с ЭДС и вну­трен­ним со­про­тив­ле­ни­ем Ка­кое ко­ли­че­ство теп­ла вы­де­лит­ся в со­про­тив­ле­нии по­сле от­клю­че­ния ис­точ­ни­ка?

В цепи, схе­ма ко­то­рой изоб­ра­же­на на ри­сун­ке, вна­ча­ле за­мы­ка­ют ключ К на вре­мя, за ко­то­рое ток в ка­туш­ке ин­дук­тив­но­сти до­сти­га­ет мак­си­маль­но воз­мож­но­го зна­че­ния, а за­тем раз­мы­ка­ют его. Ка­кое ко­ли­че­ство теп­ло­ты вы­де­лит­ся по­сле это­го в ре­зи­сто­ре Па­ра­мет­ры цепи: Ак­тив­ное со­про­тив­ле­ние ка­туш­ки ин­дук­тив­но­сти очень мало.

В схе­ме, изоб­ра­жен­ной на ри­сун­ке, ЭДС ис­точ­ни­ка его вну­трен­нее со­про­тив­ле­ние со­про­тив­ле­ние ре­зи­сто­ра со­про­тив­ле­ние ка­туш­ки ин­дук­тив­но­сти рав­но Вна­ча­ле ключ К за­мы­ка­ют в по­ло­же­ние 1, а че­рез дли­тель­ное вре­мя пе­ре­клю­ча­ют в по­ло­же­ние 2. По­сле это­го в за­мкну­той ча­сти цепи спра­ва от клю­ча вы­де­ля­ет­ся ко­ли­че­ство теп­ло­ты Ка­кой по­ток век­то­ра маг­нит­ной ин­дук­ции су­ще­ство­вал в ка­туш­ке ин­дук­тив­но­сти пе­ред пе­ре­клю­че­ни­ем клю­ча в по­ло­же­ние 2?

В схе­ме, изоб­ра­жен­ной на ри­сун­ке, ключ К вна­ча­ле за­мы­ка­ют на до­ста­точ­но дол­гое вре­мя, пока ток в цепи не уста­но­вит­ся, а за­тем раз­мы­ка­ют. Ка­кое ко­ли­че­ство теп­ло­ты вы­де­лит­ся по­сле это­го в ре­зи­сто­ре Па­ра­мет­ры цепи: В, Ом, Ом, Ом, мГн.

Кон­ден­са­тор ем­ко­стью за­ря­жен­ный до на­пря­же­ния под­клю­ча­ют к ис­точ­ни­ку че­рез ка­туш­ку ин­дук­тив­но­сти как по­ка­за­но на ри­сун­ке.

1. Най­ди­те мак­си­маль­ное на­пря­же­ние до ко­то­ро­го за­ря­дит­ся кон­ден­са­тор.

2. Най­ди­те за­ви­си­мость за­ря­да на пра­вой пла­сти­не кон­ден­са­то­ра от вре­ме­ни. Изоб­ра­зи­те гра­фик

Ка­туш­ка, об­ла­да­ю­щая ин­дук­тив­но­стью со­еди­не­на с ис­точ­ни­ком пи­та­ния с ЭДС и дву­мя оди­на­ко­вы­ми ре­зи­сто­ра­ми Элек­три­че­ская схе­ма со­еди­не­ния по­ка­за­на на рис. 1. В на­чаль­ный мо­мент ключ в цепи разо­мкнут. В мо­мент вре­ме­ни ключ за­мы­ка­ют, что при­во­дит к из­ме­не­нию силы тока, ре­ги­стри­ру­е­мо­го ам­пер­мет­ром, как по­ка­за­но на рис. 2. Осно­вы­ва­ясь на из­вест­ных фи­зи­че­ских за­ко­нах, объ­яс­ни­те, по­че­му при за­мы­ка­нии клю­ча сила тока плав­но уве­ли­чи­ва­ет­ся до не­ко­то­ро­го но­во­го зна­че­ния Опре­де­ли­те зна­че­ние силы тока Вну­трен­ним со­про­тив­ле­ни­ем ис­точ­ни­ка тока пре­не­бречь.

На­мо­тан­ная на кар­кас про­во­лоч­ная ка­туш­ка со­про­тив­ле­ни­ем вы­во­ды ко­то­рой со­еди­не­ны друг с дру­гом, по­ме­ще­на в од­но­род­ное маг­нит­ное поле, ли­нии ин­дук­ции ко­то­ро­го пер­пен­ди­ку­ляр­ны плос­ко­сти вит­ков ка­туш­ки. Мо­дуль век­то­ра маг­нит­ной ин­дук­ции поля из­ме­ня­ет­ся с те­че­ни­ем вре­ме­ни так, как по­ка­за­но на гра­фи­ке. К мо­мен­ту вре­ме­ни че­рез ка­туш­ку про­тек элек­три­че­ский за­ряд Сколь­ко вит­ков со­дер­жит ка­туш­ка, если все вит­ки оди­на­ко­вые и име­ют пло­щадь

В элек­три­че­ской цепи, по­ка­зан­ной на ри­сун­ке, ЭДС ис­точ­ни­ка тока рав­на 12 В, ем­кость кон­ден­са­то­ра 2 мФ, ин­дук­тив­ность ка­туш­ки 5 мГн, со­про­тив­ле­ние лам­пы 5 Ом и со­про­тив­ле­ние ре­зи­сто­ра 3 Ом. В на­чаль­ный мо­мент вре­ме­ни ключ K за­мкнут. Ка­кая энер­гия вы­де­лит­ся в лам­пе по­сле раз­мы­ка­ния клю­ча? Вну­трен­ним со­про­тив­ле­ни­ем ис­точ­ни­ка тока и про­во­дов пре­не­бречь.

В цепи, по­ка­зан­ной на ри­сун­ке, кон­ден­са­тор ем­ко­стью вна­ча­ле за­ря­жен до на­пря­же­ния а кон­ден­са­тор ем­ко­стью раз­ря­жен. До ка­ко­го мак­си­маль­но­го на­пря­же­ния мо­жет за­ря­дить­ся кон­ден­са­тор в про­цес­се ко­ле­ба­ний, воз­ни­ка­ю­щих в цепи по­сле за­мы­ка­ния клю­ча? По­те­ря­ми в со­еди­ни­тель­ных про­во­дах и в ка­туш­ке ин­дук­тив­но­сти пре­не­бречь.

Ка­туш­ка ин­дук­тив­но­стью с со­про­тив­ле­ни­ем об­мот­ки и кон­ден­са­тор ем­ко­стью под­клю­че­ны па­рал­лель­но к ис­точ­ни­ку с ЭДС и вну­трен­ним со­про­тив­ле­ни­ем Ка­кое ко­ли­че­ство теп­ла вы­де­лит­ся в кон­ту­ре по­сле от­клю­че­ния ис­точ­ни­ка?

В цепи, схе­ма ко­то­рой изоб­ра­же­на на ри­сун­ке, ключ К в не­ко­то­рый мо­мент за­мы­ка­ют. На сколь­ко по­сле это­го из­ме­нит­ся за­ряд кон­ден­са­то­ра ем­ко­стью 10 мкФ? ЭДС ис­точ­ни­ка с ма­лым вну­трен­ним со­про­тив­ле­ни­ем рав­на со­про­тив­ле­ние ре­зи­сто­ра со­про­тив­ле­ние ка­туш­ки ин­дук­тив­но­сти со­про­тив­ле­ни­ем про­во­дов мож­но пре­не­бречь.

В цепи, пред­став­лен­ной на ри­сун­ке ниже, со­про­тив­ле­ние ре­зи­сто­ров, вну­трен­нее со­про­тив­ле­ние ба­та­реи, ин­дук­тив­ность ка­туш­ки и ём­кость кон­ден­са­то­ра рав­ны и со­от­вет­ствен­но, ам­пер­метр иде­аль­ный. Цепь под­клю­че­на к ба­та­рее с ЭДС че­рез ключ K. Сна­ча­ла ключ разо­мкнут.

a) (1 балл) Ключ за­мы­ка­ют. Най­ди­те по­ка­за­ния ам­пер­мет­ра сра­зу по­сле за­мы­ка­ния клю­ча. От­вет дай­те в ам­пе­рах, округ­ли­те до це­ло­го.

b) (1 балл) По­сле за­мы­ка­ния клю­ча ожи­да­ют до­ста­точ­но боль­шое вре­мя, так что в цепи уста­нав­ли­ва­ет­ся ста­ци­о­нар­ный ре­жим. Что по­ка­зы­ва­ет ам­пер­метр в ста­ци­о­нар­ном ре­жи­ме? От­вет дай­те в мил­ли­ам­пе­рах, округ­ли­те до це­ло­го.

с) (2 бал­ла) По­сле уста­нов­ле­ния ста­ци­о­нар­но­го ре­жи­ма ключ раз­мы­ка­ют. Ка­кое ко­ли­че­ство теп­ло­ты вы­де­ля­ет­ся на ре­зи­сто­рах (сум­мар­но на двух) за боль­шое вре­мя по­сле раз­мы­ка­ния клю­ча? От­вет дай­те в мкДж, округ­ли­те до це­ло­го.

В та­бли­це по­ка­за­но, как ме­ня­лось на­пря­же­ние на об­клад­ках кон­ден­са­то­ра иде­аль­но­го ко­ле­ба­тель­но­го кон­ту­ра при сво­бод­ных элек­тро­маг­нит­ных ко­ле­ба­ни­ях в этом кон­ту­ре.

Вы­чис­ли­те по этим дан­ным мак­си­маль­ную энер­гию кон­ден­са­то­ра, если ин­дук­тив­ность ка­туш­ки рав­на 4,3 мГн.

На ри­сун­ке по­ка­за­на схе­ма элек­три­че­ской цепи, со­сто­я­щей из ис­точ­ни­ка тока с ЭДС В и вну­трен­ним со­про­тив­ле­ни­ем Ом, двух ре­зи­сто­ров с со­про­тив­ле­ни­я­ми Ом и Ом, кон­ден­са­то­ра элек­тро­ем­ко­стью мкФ и ка­туш­ки с ин­дук­тив­но­стью мкГн. В на­чаль­ном со­сто­я­нии ключ дли­тель­ное вре­мя за­мкнут. Ка­кое ко­ли­че­ство теп­ло­ты вы­де­лит­ся на ре­зи­сто­ре по­сле раз­мы­ка­ния клю­ча К? Ак­тив­ным со­про­тив­ле­ни­ем ка­туш­ки пре­не­бречь.

В цепи, где мкГн, Ом, В, ключ К за­мы­ка­ют. По­сле того как ток в ка­туш­ке до­сти­га­ет уста­но­вив­ше­го­ся зна­че­ния, ключ раз­мы­ка­ют. Най­ти ко­ли­че­ство теп­ло­ты вы­де­лив­шей­ся в цепи по­сле раз­мы­ка­ния клю­ча. Вну­трен­ним со­про­тив­ле­ни­ем ис­точ­ни­ка пре­не­бречь.

К ис­точ­ни­ку элек­три­че­ства с ЭДС и вну­трен­ним со­про­тив­ле­ни­ем че­рез ключ под­клю­че­ны па­рал­лель­но кон­ден­са­тор ре­зи­стор и ка­туш­ка ин­дук­тив­но­сти с оми­че­ским со­про­тив­ле­ни­ем По­сле раз­мы­ка­ния клю­ча в схе­ме вы­де­ля­ет­ся ко­ли­че­ство теп­ло­ты Опре­де­ли­те ин­дук­тив­ность ка­туш­ки в мкГн.

На ри­сун­ке при­ве­де­на элек­три­че­ская цепь, со­сто­я­щая из галь­ва­ни­че­ско­го эле­мен­та, рео­ста­та, транс­фор­ма­то­ра, ам­пер­мет­ра и вольт­мет­ра. В на­чаль­ный мо­мент вре­ме­ни пол­зу­нок рео­ста­та уста­нов­лен по­се­ре­ди­не и не­по­дви­жен. Опи­ра­ясь на за­ко­ны элек­тро­ди­на­ми­ки, объ­яс­ни­те, как бу­дут из­ме­нять­ся по­ка­за­ния при­бо­ров в про­цес­се пе­ре­ме­ще­ния пол­зун­ка рео­ста­та вле­во. ЭДС са­мо­ин­дук­ции пре­не­бречь по срав­не­нию с

За­мкну­тое мед­ное коль­цо под­ве­ше­но на длин­ных ни­тях вбли­зи ка­туш­ки ин­дук­тив­но­сти, за­креп­лен­ной на сто­ле и под­клю­чен­ной к ис­точ­ни­ку по­сто­ян­но­го тока (см. ри­су­нок). В на­чаль­ном со­сто­я­нии элек­три­че­ская цепь ка­туш­ки за­мкну­та в те­че­ние дол­го­го вре­ме­ни. Как бу­дет дви­гать­ся коль­цо при раз­мы­ка­нии цепи? От­вет по­яс­ни­те, ис­поль­зуя фи­зи­че­ские за­ко­но­мер­ности.