Закон Джоуля-Ленца

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, по оче­ре­ди за­мы­ка­ют клю­чи К₁ – К₅, вы­жи­дая каж­дый раз до­ста­точ­но дли­тель­ное вре­мя до окон­ча­ния про­цес­сов за­ряд­ки кон­ден­са­то­ров. Ка­кое ко­ли­че­ство теп­ло­ты вы­де­лит­ся в ре­зи­сто­ре по­сле за­мы­ка­ния клю­ча К₅? До его за­мы­ка­ния все осталь­ные клю­чи уже были за­мкну­ты. Па­ра­мет­ры цепи: Ом, мкФ,

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 элек­три­че­ской схе­ме, по­ка­зан­ной на ри­сун­ке, ключ К дли­тель­ное вре­мя за­мкнут. ЭДС ба­та­рей­ки от­но­ше­ние вну­трен­не­го со­про­тив­ле­ния ба­та­рей­ки к со­про­тив­ле­нию ре­зи­сто­ра . По­сле раз­мы­ка­ния клю­ча К в ре­зуль­та­те раз­ря­да кон­ден­са­то­ра на ре­зи­сто­ре вы­де­ля­ет­ся ко­ли­че­ство теп­ло­ты мкДж. Най­ди­те за­ряд кон­ден­са­то­ра до раз­мы­ка­ния клю­ча.

В цепи, изоб­ра­жён­ной на ри­сун­ке, со­про­тив­ле­ние ди­о­да в пря­мом на­прав­ле­нии пре­не­бре­жи­мо мало, а в обрат­ном мно­го­крат­но пре­вы­ша­ет со­про­тив­ле­ние ре­зи­сто­ров. При под­клю­че­нии к точ­ке A по­ло­жи­тель­но­го по­лю­са, а к точ­ке B 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.

Элек­три­че­ская цепь со­сто­ит из ис­точ­ни­ка тока с ко­неч­ным вну­трен­ним со­про­тив­ле­ни­ем и рео­ста­та. Со­про­тив­ле­ние рео­ста­та мож­но из­ме­нять в пре­де­лах от 1 Ом до 5 Ом. Мак­си­маль­ная мощ­ность тока вы­де­ля­ю­ща­я­ся на рео­ста­те, рав­на 4,5 Вт и до­сти­га­ет­ся при со­про­тив­ле­нии рео­ста­та Ка­ко­ва ЭДС ис­точ­ни­ка?

В цепи, изоб­ра­жён­ной на ри­сун­ке, ЭДС ба­та­реи рав­на 100 В, со­про­тив­ле­ния ре­зи­сто­ров Ом и Ом, а ём­ко­сти кон­ден­са­то­ров мкФ и мкФ. В на­чаль­ном со­сто­я­нии ключ К разо­мкнут, а кон­ден­са­то­ры не за­ря­же­ны. Че­рез не­ко­то­рое вре­мя по­сле за­мы­ка­ния клю­ча в си­сте­ме уста­но­вит­ся рав­но­ве­сие. Ка­кое ко­ли­че­ство теп­ло­ты вы­де­лит­ся в цепи к мо­мен­ту уста­нов­ле­ния рав­но­ве­сия?

Ме­тал­ли­че­ский стер­жень со­про­тив­ле­ние еди­ни­цы дли­ны ко­то­ро­го дви­жет­ся с по­сто­ян­ной ско­ро­стью пер­пен­ди­ку­ляр­ной за­мы­кая два иде­аль­ных про­вод­ни­ка и об­ра­зу­ю­щих друг с дру­гом угол Дли­на рав­на и Вся си­сте­ма на­хо­дит­ся в од­но­род­ном по­сто­ян­ном маг­нит­ном поле ин­дук­ции пер­пен­ди­ку­ляр­ном плос­ко­сти си­сте­мы. Най­ди­те пол­ное ко­ли­че­ство теп­ло­ты, ко­то­рое вы­де­лит­ся в цепи за вре­мя дви­же­ния пру­та от точ­ки до точ­ки

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.

Элек­три­че­ская цепь со­сто­ит из ис­точ­ни­ка тока и рео­ста­та. ЭДС ис­точ­ни­ка Со­про­тив­ле­ние рео­ста­та мож­но из­ме­нять в пре­де­лах от 1 Ом до 5 Ом. Мак­си­маль­ная мощ­ность тока вы­де­ля­е­мая на рео­ста­те, до­сти­га­ет­ся при про­ме­жу­точ­ном зна­че­нии его со­про­тив­ле­ния и рав­на 4,5 Вт. Чему рав­но со­про­тив­ле­ние рео­ста­та, ко­гда на нем вы­де­ля­ет­ся мак­си­маль­ная мощ­ность?

В схе­ме, пред­став­лен­ной на ри­сун­ке, при разо­мкну­том клю­че К ле­вый кон­ден­са­тор был за­ря­жен, а пра­вый — нет. Раз­ность по­тен­ци­а­лов меж­ду об­клад­ка­ми ле­во­го кон­ден­са­то­ра при этом рав­на В. Ка­кое мак­си­маль­ное ко­ли­че­ство теп­ло­ты мо­жет вы­де­лить­ся на ре­зи­сто­ре по­сле за­мы­ка­ния клю­ча К? Зна­че­ние элек­тро­ем­ко­сти пра­во­го кон­ден­са­то­ра рав­но мкФ.

Элек­три­че­ская лам­поч­ка под­клю­че­на к ис­точ­ни­ку тока че­рез со­про­тив­ле­ние, под­со­еди­нен­ное по­сле­до­ва­тель­но. Из­вест­но, что при ЭДС ис­точ­ни­ка В и под­со­еди­нен­ном со­про­тив­ле­нии Ом че­рез лам­поч­ку те­чет та­кой же ток, что и при ЭДС В и со­про­тив­ле­нии Ом. Най­ти мощ­ность вы­де­ля­ю­щу­ю­ся в лам­поч­ке. Вну­трен­ним со­про­тив­ле­ни­ем ис­точ­ни­ка тока пре­не­бречь.

Кон­ден­са­тор ем­ко­стью мкФ раз­ря­жа­ет­ся че­рез цепь из двух па­рал­лель­но вклю­чен­ных со­про­тив­ле­ний Ом и Ом. Ка­кое ко­ли­че­ство теп­ло­ты вы­де­лит­ся на мень­шем из со­про­тив­ле­ний, если кон­ден­са­тор был за­ря­жен до на­пря­же­ния В?

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.

В схе­ме, по­ка­зан­ной на ри­сун­ке, ключ К был за­мкнут в те­че­ние дли­тель­но­го вре­ме­ни. За­тем ключ раз­мы­ка­ют. Най­ти ко­ли­че­ство теп­ло­ты вы­де­лив­ше­е­ся на ре­зи­сто­рах и вну­трен­нем со­про­тив­ле­нии ис­точ­ни­ка тока за вре­мя пе­ре­за­ряд­ки кон­ден­са­то­ра по­сле раз­мы­ка­ния клю­ча. Со­про­тив­ле­ния ре­зи­сто­ров рав­ны кОм, вну­трен­нее со­про­тив­ле­ние ис­точ­ни­ка тока Ом, его ЭДС В, элек­тро­ем­кость кон­ден­са­то­ра мкФ.

К ис­точ­ни­ку по­сто­ян­но­го на­пря­же­ния под­со­еди­не­ны па­рал­лель­но два элек­тро­на­гре­ва­те­ля, име­ю­щие со­про­тив­ле­ния и со­от­вет­ствен­но. На пер­вой спи­ра­ли вы­де­ля­ет­ся теп­ло­вая мощ­ность а вто­рая спи­раль ис­поль­зу­ет­ся для на­гре­ва­ния не­боль­шо­го теп­ло­изо­ли­ро­ван­но­го со­су­да, со­дер­жа­ще­го од­но­атом­но­го иде­аль­но­го газа. Най­ти из­ме­не­ние тем­пе­ра­ту­ры в со­су­де за вре­мя Уни­вер­саль­ную га­зо­вую по­сто­ян­ную при­ми­те рав­ной Счи­тай­те, что всё вы­де­ля­е­мое спи­ра­лью теп­ло идет на мгно­вен­ный на­грев газа. От­вет вы­ра­зи­те в гра­ду­сах Кель­ви­на, округ­лив до це­ло­го чис­ла.

Квад­рат­ная рам­ка из мед­но­го про­во­да по­ме­ще­на в од­но­род­ное поле элек­тро­маг­ни­та. На ри­сун­ке при­ве­дён гра­фик за­ви­си­мо­сти от вре­ме­ни для про­ек­ции век­то­ра ин­дук­ции это­го поля на пер­пен­ди­ку­ляр к плос­ко­сти рам­ки. За вре­мя в рам­ке вы­де­ля­ет­ся ко­ли­че­ство теп­ло­ты Дли­на сто­ро­ны рам­ки Удель­ное со­про­тив­ле­ние меди Опре­де­ли­те пло­щадь по­пе­реч­но­го се­че­ния про­во­да

На ри­сун­ке по­ка­за­на цепь по­сто­ян­но­го тока, со­дер­жа­щая ис­точ­ник тока с ЭДС два ре­зи­сто­ра и рео­стат. Со­про­тив­ле­ния ре­зи­сто­ров и оди­на­ко­вы и рав­ны Со­про­тив­ле­ние рео­ста­та мож­но ме­нять. Как из­ме­нят­ся на­пря­же­ние на ре­зи­сто­ре и сум­мар­ная теп­ло­вая мощ­ность, вы­де­ля­е­мая во внеш­ней цепи, если умень­шить со­про­тив­ле­ние рео­ста­та от до 0? Вну­трен­ним со­про­тив­ле­ни­ем ис­точ­ни­ка пре­не­бречь.

Для каж­дой ве­ли­чи­ны опре­де­ли­те со­от­вет­ству­ю­щий ха­рак­тер из­ме­не­ния:

1. уве­ли­чи­ва­ет­ся
2. умень­ша­ет­ся
3. не из­ме­ня­ет­ся

За­пи­ши­те в та­бли­цу вы­бран­ные циф­ры для каж­дой фи­зи­че­ской ве­ли­чи­ны. Циф­ры в от­ве­те мо­гут по­вто­рять­ся.

К ак­ку­му­ля­то­ру с ЭДС под­клю­чи­ли лам­поч­ку со­про­тив­ле­ни­ем . Опре­де­ли­те вну­трен­нее со­про­тив­ле­ние ак­ку­му­ля­то­ра, если на лам­поч­ке вы­де­ля­ет­ся мощ­ность, рав­ная 18 Вт.

Кон­ден­са­тор элек­тро­ём­ко­стью за­ря­ди­ли от ак­ку­му­ля­то­ра с ЭДС За­тем за­ря­жен­ный кон­ден­са­тор под­клю­чи­ли к ба­та­рее из двух та­ких же ак­ку­му­ля­то­ров, со­еди­нён­ных по­сле­до­ва­тель­но. При этом по­ляр­ность об­кла­док за­ря­жен­но­го кон­ден­са­то­ра сов­па­да­ет с по­ляр­но­стью по­лю­сов ба­та­реи. Ка­кое ко­ли­че­ство теп­ло­ты вы­де­ли­лось на вну­трен­них со­про­тив­ле­ни­ях ба­та­реи ак­ку­му­ля­то­ров за вре­мя уста­нов­ле­ния на­пря­же­ния на кон­ден­са­то­ре?

Чему рав­ны ра­бо­та и мощ­ность элек­три­че­ско­го тока? Сфор­му­ли­руй­те за­кон Джо­уля-Лен­ца.