Длина перпендикуляра, проведенного от оси вращения до линии действия силы, называется плечом силы.

Произведение модуля силы F на плечо d называется моментом силы M. Положительными считаются моменты тех сил, которые стремятся повернуть тело против часовой стрелки (рис. 1.14.2).

Правило моментов: тело, имеющее неподвижную ось вращения, находится в равновесии, если алгебраическая сумма моментов всех приложенных к телу сил относительно этой оси равна нулю:

M1 + M2 +... = 0.

В Международной системе единиц (СИ) моменты сил измеряются в ньютон-метрах (Н∙м).

Второе условие равновесия:

тело, имеющее неподвижную ось вращения, находится в равновесии, если алгебраическая сумма моментов всех приложенных к телу сил относительно этой оси равна нулю:

M1 + M2 +... = 0.

2 Задача

Электрон движения в вакууме со скоростью 3 ×10⁶ м/с в однородном магнитном поле с магнитной индукцией 0,1 Тл. Чему равна сила, действующая на электрон, если угол между направлением скорости электрона и линиями индукции равен 90°?

Дано: υ= 3 ×106 м/с В=0,1 Тл α=90° qе=1,6 ×10-19Кл	Решение: F= Вqеυsinα F= 0,1×1,6 ×10-19×3 ×106H= 4,8×10-14H Ответ:4,8×10-14H
F =?

 

Билет №23

 

1 Последовательное, параллельное, смешанное соединение проводников

Последовательным называют такое соединение элементов, при котором элементы включаются последовательно друг за другом так, что через них протекает один и тот же ток.

На схеме рисунка 4 показано последовательное соединение резистивных элементов.

 

Рисунок 4-Последовательное соединение резистивных элементов

 

Для такого соединения: I₁= I₂= …=I_n= I.

Для расчетов часто требуется заменить последовательно подключенные элементы одним эквивалентным с сопротивлением R

В общем виде:

R = R₁ + R₂ + R₃ ….

Для п последовательно включенных проводников

R = R₁ + R₂ + R₃ + …R_n.

Если все они имеют одинаковое сопротивление R_; то

R_э = nR.

Напряжения на последовательно соединенных проводниках прямо пропорциональны их сопротивлениям.

Приемники электрической энергии включаются последовательно редко, т.к. при этом исключается возможность независимого их включения, а при выходе из строя одного из приемников отключаются также остальные.

Такое соединение элементов применяется, если необходимо включить под большое напряжение приемники электрической энергии, рассчитанные на меньшие напряжения. Например, лампочки елочной гирлянды.

 

Параллельное соединение резистивных элементов

При параллельном соединении начала всех проводников соединяют в одной точке, а их концы - в другой (рисунок5).

Рисунок 5-Параллельное соединение резистивных элементов

В этом случае сила тока I в неразветвленной це­пи равна сумме сил токов в параллельно соединенных проводниках:

Напряжение на концах всех проводников одинаково:

по закону Ома (для случая трех проводников).

где R_x, R₂, R₃ - сопротивления проводников, Ом;

R - общее сопротивление участка.

откуда

или g = g₁+ g₂ + g₃ ,

где g, g₁, g₂, g₃ – проводимости.

При параллельном соединении величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям всех проводников.

Если имеется п одинаковыхпараллельно соединенных проводников, то:

В ряде случаев бывает полезным знать некоторые соотношения между величинами для двух параллельно включенных резистивных элементов:

, откуда R_э= ,

I = , U_AB= I ·R_Э,

I₁ = U_AB / R₁ = I · R_Э / R₁ = I · ,

I ₂ = U_AB / R₂ = I ·R_Э / R₂ = I · .

Параллельно соединяются приемники электрической энергии и другие элементы электрической цепи, рассчитанные на одно и то же напряжение. При таком соединении возможно включение и отключение любых приемников независимо от остальных, а при выходе из строя какого-либо режим работы не изменяется.

Смешанное соединение представляет собой комбинацию параллельного и последовательного соединений.

2 Задача

Тело падает с некоторой высоты. В момент падения на землю его скорость равна 30м/с.С какой высоты упало тело?

Дано: V0= 30м/c q= 9,8 м/с2

h =?

Решение:

Примем за точку отсчета высоты ту точку, откуда упало тело. В этой точке кинетическая энергия тела равна нулю, а потенциальная энергия равна mqh.

В момент падения тела на землю потенциальная энергия равна нулю, а кинетическая энергия равна

mV₀² / 2. Согласно закону сохранения энергии получаем: mqh.= mV₀² / 2. Отсюда:h = V₀²/2q

h = (30)²/2×9,8=45,9(м)

Ответ: 45,9(м)

 

Билет №24

 

1 Измерение тока, напряжения и сопротивления

Измерение тока

Для измерения силы электрического тока применяются амперметры, mA и mkA. Они включаются в электрическую цепь последовательно, и через обмотки этих приборов течет весь рабочий ток цепи. Поэтому приборы для измерения тока должны иметь малое внутреннее сопротивление, чтобы при их включении не изменялась сила тока в цепи. Для расширения пределов измерения силы тока применяются шунты – постоянные резисторы с малым электрическим сопротивлением.

Схема подключения шунта изображена на рисунке 3:

Рисунок 3 - Включение амперметра с шунтом

 

R_A – сопротивление амперметра;

R_Ш – сопротивление шунта;

J – измерительный ток;

J_Ш – ток, протекающий через шунт;

J_А – максимально-допустимый ток, протекающий через прибор.

I= то

I=I_A+I_A ; I= I_A(I+ ) (1)

если (2)

n – коэффициент расширения пределов измерения, число, показывающее во сколько раз необходимо расширить предел измерения прибора.

Шунты, как правило, используются с приборами магнитоэлектрической системы. Шунты приборов магнитоэлектрической системы, рассчитанные на небольшие токи, помещают внутрь приборов и называются внутренними. Шунты, используемые в цепях с большими токами (сотни и тысячи ампер), имеют большие размеры, располагаются вне корпуса и называются наружными.

Измерение напряжения

Напряжение измеряется вольтметром. Этот прибор включается параллельно тому участку цепи, напряжение на котором нужно измерить.

Для того, чтобы при включении вольтметра не изменился ток в цепи, вольтметр должен иметь обмотки с большим сопротивлением.

Для расширения приделов измерения вольтметров применяются добавочные сопротивления, которые изготавливаются чаще всего в виде катушек, намотанных из провода с высоким удельным сопротивлением.

Добавочное сопротивление всегда включается последовательно с вольтметром (рисунок4).

R_доб – добавочное сопротивление;

R_V – сопротивление вольтметра;

U – измеряемое напряжение;

U_max – максимально допустимое напряжение вольтметра;

J_V – ток, протекающий через вольтметр.

 

Рисунок 4- Включение вольтметра с добавочным сопротивлением.

 

U=I_V(R_V+R_доб); I_V R_V=U_V;

; ;

обозначим =m – коэффициент расширения пределов измерения вольтметром:

m-1 = ;

R_доб = R_V (m-1).

Добавочное сопротивление при измерении низкого напряжения часто монтируется внутрь вольтметра.

В высоковольтных цепях измерение напряжения производятся вольтметрами, включенными с трансформатором напряжения.

Измерение электрических сопротивлений

Метод измерения сопротивления омметром

При измерении омметром величина сопротивления определяется непосредственно по шкале приборов, проградуированной в Омах.

Основой омметра служит магнитоэлектрическая система с расположенным внутри прибора источником постоянного тока и добавочным переменным резистором r_g.

На рисунке 6 показана схема включения прибора. Перед измерением сопротивления, следует убедиться в том, что стрелка омметра находится против деления шкалы со знаком «∞». В противном случае ее следует совместить с указанным делением при помощи стрелочного корректора.

Далее зажим r_x омметра закорачивают, и, с помощью переменного резистора r_g, устанавливают стрелку прибора в «0» (рукоятка переменного резистора смонтирована на корпусе омметра и обозначена надписью «Установка 0»).

 

Рисунок 6.- Схема включения омметра

 

При разомкнутом ключе сопротивление цепи (r_g.+ r_вн), т.е. J_max=

и стрелка прибора отклоняется на угол, указывая нулевое сопротивление r_х=0.

После этого неизвестное сопротивление подключается к зажимам и производится измерение.

У некоторых омметров имеется не два зажима для подключения, а несколько, например 5, один из которых является общим «-», а остальные имеют значения х1, х10, х100, х1000.

Это дает возможность пользуясь одной шкалой, измерять сопротивление величиной от нескольких Ом до сотен или тысяч кОм.

Пример:

Пусть измеряемое сопротивление подключено к общему зажиму и к Х зажиму х10. Если стрелка остановилась против деления 25, то r_х =25 х1=25 (Ом).

Если сопротивление подключено к общему зажиму и к зажиму х100 и прибор показывает 37, то величина измеренного сопротивления будет равна 37х100=37 (кОм).

При переходе с одного предела измерения на другой необходимо проверить установку нуля.

2 Задача

Луч света падает на поверхность воды под углом 40°. Под каким углом должен упасть луч на поверхность стекла, чтобы угол преломления оказался тем же, что и в первом случае?

Дано: ∠α= 40°; nводы = 1,33; ncт= 1,6; ∠β1 = ‹β2; ∠α2 _-?

Решение:

Среда 1 – вода: n₁ = sinα₁ / sinβ₁

Среда 2 – стекло: n₂ = sinα₂ / sinβ₂

По условию задачи ∠β₁ = ∠β₂ , значит, sin β₁₌ sin β_2. Из первой формулы: sin β₁ = sinα₁/n₁

Аналогично sinβ₂= sinα₂/n₂

Приравнивая оба выражения, получаем: sinα₁/n₁ = sinα₂/n₂

Отсюда находим: sin α₂ =n₂× sinα₁/n₁; sinα₂ = 1,6×sin40° / 1,33 = 0,77

По таблице синусов находим: ∠α= 50°.

Ответ: ∠α= 50°.

 

Билет №25

 

1 Электрический ток в полупроводниках. Электронно-дырочный переход