Содержание
Определить ток короткого замыкания источника питания, если при тока 15 А он отдает
Условие задачи:
Определить ток короткого замыкания источника питания, если при токе 15 А он отдает во внешнюю цепь мощность 135 Вт, а при токе 6 А – мощность 64,8 Вт.
Задача №7.4.36 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»
Дано:
\(I_1=15\) А, \(P_1=135\) Вт, \(I_2=6\) А, \(P_2=64,8\) Вт, \(I_{кз}-?\)
Решение задачи:
Ток короткого замыкания \(I_{кз}\) определяют по формуле:
\[{I_{кз}} = \frac{{\rm E}}{r}\;\;\;\;(1)\]
В этой формуле \(\rm E\) – ЭДС источника питания, а \(r\) – его внутреннее сопротивление.
Запишем формулы для определения мощностей \(P_1\) и \(P_2\):
\[\left\{ \begin{gathered}
{P_1} = {U_1}{I_1} \hfill \\
{P_2} = {U_2}{I_2} \hfill \\
\end{gathered} \right.\]
Напряжения на внешней цепи \(U_1\) и \(U_2\) можно найти по закону Ома для полной цепи:
\[\left\{ \begin{gathered}
{U_1} = {\rm E} – {I_1}r \hfill \\
{U_2} = {\rm E} – {I_2}r \hfill \\
\end{gathered} \right. 2}}}{{64,8 \cdot 15 – 135 \cdot 6}} = 60\;А\]
Ответ: 60 А.
Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.
Смотрите также задачи:
7.4.35 На сколько градусов поднимется температура медного стержня, если по нему в течение 0,5 с
7.4.37 ЭДС батареи аккумуляторов 12 В. Сила тока короткого замыкания 5 А. Какую наибольшую
7.4.38 В электрочайник с сопротивлением 140 Ом налита вода массой 1,5 кг при температуре 20 С
Полная цепь | СПАДИЛО
теория по физике 🧲 постоянный ток
Полная цепь содержит источник тока — элемент электрической цепи, который поддерживают энергию с заданными параметрами. При этом энергоснабжение цепи не зависит от характеристик элементов, входящих в её состав, в частности, сопротивления.
Определения
В полной цепи действует электродвижущая сила, или ЭДС — скалярная физическая величина, которая характеризует работу сторонних сил, действующих в электрических цепях постоянного и переменного тока.
Сторонние силы — это силы любой природы (кроме электрической), которые разделяют заряды внутри источника тока. Виды сторонний сил:
- механические;
- магнитные;
- химические;
- световые;
- тепловые.
Принято считать, что сторонние силы переносят положительные заряды в направлении от «–» к «+».
Электродвижущая сила обозначается как ε. Единица измерения — Вольт (В). Численно ЭДС равна отношению работы сторонних сил по перемещению заряда к величине этого заряда:
ε=Aстq..
Aст (Дж) — работа сторонних сил по перемещению заряда q (Кл).
Не следует путать напряжение и ЭДС. Напряжение характеризует работу электрического поля, а ЭДС — работу сторонних сил.
Определение
Сила тока прямо пропорциональна сумме ЭДС цепи, и обратно пропорциональна сумме сопротивлений источника и цепи:
I=εR+r..
R (Ом) — полное сопротивление внешней цепи, r (Ом) — внутреннее сопротивление источника тока.
Пример №1. Рассчитайте силу тока в замкнутой цепи, состоящей из источника тока, у которого ЭДС равна 10 В, а внутреннее сопротивление равно 1 Ом. Сопротивление резистора равно 4 Ом.
I=εR+r..=101+4..=2 (А)
Напряжение на внешней цепи
Напряжение на внешней цепи — это напряжение на клеммах источника, или падение напряжения на внешней цепи. Оно равно:
U=IR
Выразим сопротивление через ЭДС:
R=εI..−r
Следовательно, напряжение на внешней цепи равно:
U=I(εI..−r)=ε−Ir
КПД источника тока
Не вся работа сторонних сил идет непосредственно на перемещение зарядов. Для выражения доли, которая идет именно на перемещение зарядов, вводится понятие КПД (коэффициента полезного действия).
КПД источника тока равен:
η=Uε..100%=RR+r..100%
Пример №2. Напряжение на внешней цепи равно 6 В, ЭДС источника тока равно 12 В. Определить КПД источника тока.
η=Uε..100%=612..=50%
Короткое замыкание
Рассмотрим простую электрическую цепь:
Она состоит из источника тока (1), ключа (2) и потребителя (3).
Теперь поговорим о том, что же произойдет, если цепь замкнуть проводником так, как показано на рисунке ниже.
Соединив точки А и В напрямую, мы заставим течь ток, минуя потребитель тока, поскольку сопротивление проводника АВ много меньше сопротивления потребителя. А ток всегда течет по пути наименьшего сопротивления.
В результате соединения точек А и В сопротивление в электрической цепи резко упадет, что приведет к резкому скачку силы тока. Такое явление называется коротким замыканием.
Определение
Короткое замыкание — соединение концов участка цепи проводником, сопротивление которого очень мало по сравнению с сопротивлением участка цепи.
Если полное сопротивление внешней цепи R стремится к нулю, то сила тока при коротком замыкании равна:
Iк.з.=εr
.
Задание EF22543
В цепи, изображённой на рисунке, идеальный амперметр показывает 1 А. Найдите ЭДС источника, если его внутреннее сопротивление 1 Ом.
Ответ:
а) 23 В
б) 25 В
в) 27 В
г) 29 В
Алгоритм решения
1.Записать исходные данные.
2.Записать закон Ома для полной цепи.
3.Выполнить решение в общем виде.
4.Подставить известные данные и вычислить искомую величину.
Решение
Запишем исходные данные:
• Сила то на первом резисторе: I1 = 1 А.
• Внутреннее сопротивление источника тока: r = 1 Ом.
• Сопротивление первого резистора: R1= 3 Ом.
• Сопротивление первого резистора: R2= 1 Ом.
• Сопротивление первого резистора: R3= 5 Ом.
Закон Ома для полной цепи:
I=εR+r..
R — полное сопротивление внешней цепи. Цепь состоит из последовательно соединенного третьего резистора с параллельным участком цепи, состоящим из первого и второго резисторов. Вычислим сопротивление параллельного участка цепи:
1R12.
.=1R1..+1R2..
R12=R1R2R1+R2..
Полное сопротивление внешней цепи равно:
R=R12+R3=R1R2R1+R2..+R3
Следовательно, ЭДС источника тока равен:
ε=I(R+r)=I(R1R2R1+R2..+R3+r)
Полная сила тока равна силе тока параллельного участка цепи, так как I = I3 = I12. А сила тока параллельного участка цепи равна сумме силы тока на первом и втором резисторе:
I12=I1+I2=I
Сначала найдем напряжение на первом резисторе, используя закон Ома для участка цепи:
U1=I1R1
Так как это параллельный участок, то:
U1=U2=U12
Следовательно, сила тока на втором резисторе равна:
I2=U2R2..=I1R1R2..
Сила тока на всем участке цепи равна:
I=I12=I1+I1R1R2..=I1(1+R1R2..)
Теперь можем вычислить ЭДС источника тока:
ε=I1(1+R1R2..)(R1R2R1+R2..+R3+r)
ε=1(1+31..)(3·13+1..+5+1)=6,75·4=27 (В)
Ответ: в
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить
Задание EF17511
Конденсатор ёмкостью С = 2 мкФ присоединён к батарее с ЭДС ε = 10 В и внутренним сопротивлением r = 1 Ом.
В начальный момент времени ключ К был замкнут (см. рисунок). Какой станет энергия конденсатора через длительное время (не менее 1 с) после размыкания ключа К, если сопротивление резистора R = 10 Ом? Ответ округлите до сотен.
Ответ:
а) 100 нДж
б) 200 нДж
в) 100 мкДж
г) 200 мкДж
Алгоритм решения
1.Записать исходные данные и перевести единицы измерения в СИ.
2.Записать закон Ома для полной цепи и формулу для нахождения энергии конденсатора.
3.Выполнить решение задачи в общем виде.
4.Подставить исходные данные и вычислить искомую величину.
Решение
Запишем исходные данные:
• Емкость конденсатора: C = 2 мкФ.
• ЭДС батареи: ε = 10 В.
• Внутреннее сопротивление источника тока: r = 1 Ом.
• Сопротивление резистора: R = 10 Ом.
2 мкФ = 2∙10–6 Ф
Запишем закон Ома для полной цепи:
I=εR+r.
.
Энергия конденсатора определяется формулой:
W=CU22..
Напряжение внешней цепи связано с ЭЛС источника формулой:
U=ε−Ir
Используя закон Ома для полной цепи, получаем:
U=ε−εrR+r..=εR+εr−εrR+r..=εRR+r..
Тогда энергия конденсатора через длительное время станет равной:
W=12..C(εRR+r..)2
Округлим ответ до сотен и получим 100 мкДж.
Ответ: в
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить
Задание EF17550
Реостат R подключен к источнику тока с ЭДС E и внутренним сопротивлением r (см. рисунок). Зависимость силы тока в цепи от сопротивления реостата представлена на графике. Найдите сопротивление реостата, при котором мощность тока, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника, равна 8 Вт.
Алгоритм решения
1.Записать исходные данные.
2.Записать формулу для определения мощности тока, выделяемой на внутреннем сопротивлении источника, и выразить из нее сопротивление.
3.С помощью закона Ома для полной цепи найти неизвестные величины.
4.Выполнить решение в общем виде.
5.Выполнить вычисления, подставив известные и найденные данные.
Решение
Запишем исходные данные:
• Внутренне сопротивление источника тока: r.
• ЭДС источника тока: ε.
• Мощность тока, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника: Pвнутр = 8 Вт.
Мощность тока, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника, определяется формулой:
Pвнутр=(εR+r..)2r
Выразим отсюда сопротивление реостата:
R=ε√rPвнутр..−r
Запишем закон Ома для полной цепи:
I=εR+r..
Согласно графику, при нулевом сопротивлении реостата, сила тока, равна 6 Амперам. Следовательно:
I(0 Ом)=εr..=6
Но при сопротивлении реостата в 4 Ом сила тока равна 2 Амперам. Следовательно:
I(4 Ом)=ε4+r..=2
Получили систему уравнений:
{.εr..=6..ε4+r..=2.)
ε=6r
6r4+r.
.=2
6r=8+2r
4r=8
r=2 (Ом)
ε=6·2=12 (В)
Теперь можем вычислить искомое сопротивление:
R=12√28..−2=4 (Ом)
Ответ: 4
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить
Задание EF18414
Конденсатор подключён к источнику тока последовательно с резистором R=20 кОм (см. рисунок). В момент времени t=0 ключ замыкают. В этот момент конденсатор полностью разряжен. Результаты измерений силы тока в цепи представлены в таблице.
Внутренним сопротивлением источника и сопротивлением проводов пренебречь. Выберите два верных утверждения о процессах, наблюдаемых в опыте.
Ответ:
а) Ток через резистор в процессе наблюдения увеличивается.
б) Через 6 с после замыкания ключа конденсатор полностью зарядился.
в) ЭДС источника тока составляет 6 В.
г) В момент времени t = 3 с напряжение на резисторе равно 0,6 В.
д) В момент времени t = 3 с напряжение на конденсаторе равно 5,7 В.
Алгоритм решения
1.Проверить истинность каждого утверждения.
2.Записать в ответе только истинные утверждения.
Решение
Согласно утверждению «а», ток через резистор в процессе наблюдения увеличивается. Но это не так, поскольку в таблице с течением времени сила тока уменьшается. Утверждение «а» неверно.
Согласно утверждению «б», через 6 с после замыкания ключа конденсатор полностью зарядился. Если это было бы так, то сила тока была бы равна 0. Но в момент времени t = 6 с она равна 1 мкА. Следовательно, утверждение «б» неверно.
Согласно утверждению «в», ЭДС источника тока составляет 6 В. Напряжение в цепи в начальный момент времени равно ЭДС источника. Следовательно:
ε=U(при t=0 c)=IR=300 мкА ·20 кОм=0,3·10−3А·20·103Ом=6 (В)
Вывод: утверждение «в» верное.
Согласно утверждению «г», в момент времени t = 3 с напряжение на резисторе равно 0,6 В.
Чтобы проверить это, нужно умножить соответствующую силу тока на сопротивление резистора:
U=IR=15 мкА ·20 кОм=0,015·10−3А·20·103Ом=0,3 (В)
Вывод: утверждение «г» неверное.
Согласно утверждению «д», в момент времени t = 3 с напряжение на конденсаторе равно 5,7 В. Чтобы проверить это, нужно из ЭДС в этот момент времени вычесть напряжение на внешней цепи. Его мы уже нашли. Оно равно 0,3 В. ЭДС мы тоже нашли. Она равна 6 В. Их разность равна 5,7 В. Следовательно, утверждение «д» верно.
Ответ: вд
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить
Задание EF18453
На рис. 1 изображена зависимость силы тока через светодиод D от приложенного к нему напряжения, а на рис. 2 – схема его включения. Напряжение на светодиоде практически не зависит от силы тока через него в интервале значений 0,05 А<I<0,2 А. Этот светодиод соединён последовательно с резистором R и подключён к источнику с ЭДС E1=6 В.
При этом сила тока в цепи равна 0,1 А. Какова сила тока, текущего через светодиод, при замене источника на другой с ЭДС E2=4,5 В? Внутренним сопротивлением источников пренебречь.
Алгоритм решения
1.Записать исходные данные.
2.С помощью закона Ома для участка и для полной цепи определить сопротивление на светодиоде.
3.Выполнить решение задачи в общем виде.
4.Подставить известные данные и вычислить искомую величину.
Решение
Запишем исходные данные:
• ЭДС первого источника тока: ε1=6 В.
• Сила тока, проходящая через светодиод, подключенный к первому источнику тока: I1 = 0,1 А.
• ЭДС второго источника тока: ε2=4,5 В.
Из рисунка 1 следует, что при силе тока, равной I1= 0,1 А напряжение на светодиоде равно UD = 3 В. По закону Ома для участка цепи напряжение на резисторе, будет равно:
U1=I1R
По закону Ома для полной (замкнутой) цепи, имеем:
ε1=U1+UD
Следовательно:
U1=ε1−UD
Тогда сопротивление резистора равно:
R=ε1−UDI1.
.
Напряжение на светодиоде не зависит от силы тока, проходящего через него в интервале значений (это следует из графика рис. 1), поэтому U2=ε2−UDдля любой силы тока из этого интервала значений, следовательно, сила тока в цепи при изменении ЭДС источника:
I2=U2R..=ε2−UDR..=I1ε2−UDε1−UD..
I2=0,14,5−36−3..=0,05 (А)
Ответ: 0,05
pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить
Алиса Никитина | Просмотров: 2.1k | Оценить:
Обрыв цепи и короткое замыкание
Абсолютная электроника: проектирование и анализ практических схем
≡
Оглавление
«
2.16
Суперпозиция
»
2.18
Эквивалентные цепи Thevenin и Norton
Особое поведение при двух крайних значениях сопротивления: нуле и бесконечности.
4 мин чтения
Обрыв цепи и короткое замыкание — это два специальных термина, которые обозначают противоположные крайние точки числовой линии сопротивления.
Мы можем посмотреть на цепь, взглянув на любую пару открытых клемм:
Глядя на пару терминалов
Circuitlab.com/c4wpp4yf95t92
Править
—
Моделирование
В контексте любых двух клемм цепи:
Короткое замыкание означает, что две клеммы внешне подключен с сопротивлением R=0
, то же, что идеальный провод. Это означает, что при любом значении тока существует нулевая разность напряжений. (Обратите внимание, что настоящие провода имеют ненулевое сопротивление!)
Разомкнутая цепь подразумевает, что две клеммы являются точками, разъединены извне , что эквивалентно сопротивлению R=∞
. Это означает, что между двумя выводами может протекать нулевой ток, независимо от разницы напряжений.
(Обратите внимание, что очень высокое напряжение может привести к протеканию дуги тока даже через большие воздушные или вакуумные зазоры!)
Разомкнутая цепь и короткое замыкание
Circuitlab.com/c3789td79s3zr
Править
—
Моделирование
Концепция изучения двух клемм схемы и наблюдения за поведением этих двух крайних точек является мощной.
Как в теории, так и на практике слово «внешний» не имеет конкретного значения. Это произвольная граница, отделяющая «исходное» поведение схемы от нового поведения, когда мы вносим определенные изменения в любую пару узлов. Эта искусственная граница считает остальную часть схемы, внутренние части черного ящика, неизмененными. Сделав такое предположение, мы можем сделать всего одно небольшое внешнее по отношению к черному ящику изменение и увидеть, как оно повлияет на черный ящик.
Идеальный вольтметр имеет разомкнутую цепь.
Разомкнутая цепь является предельным приближением для реального вольтметра, который будет иметь некоторое большое (но не бесконечное) сопротивление.
Идеальный амперметр — короткое замыкание. Короткое замыкание является предельным приближением для реального амперметра, который будет иметь некоторое малое (но не нулевое) сопротивление.
Дополнительную информацию см. в разделе «Мультиметры и измерения».
Так же, как вольтметр и амперметр измеряют, подключая два щупа к цепи, теоретический анализ часто выполняется, рассматривая только два узла цепи.
Обрыв и короткое замыкание обеспечивают две полезные точки на кривой V-I.
В частности:
- Напряжение холостого хода — это разность напряжений, измеренная между двумя клеммами, когда ток не потребляется и не подается.
- Ток короткого замыкания — это ток, который протекает, когда на клеммах принудительно устанавливается нулевая разность напряжений.
Мы будем использовать эти два значения в эквивалентных цепях Thevenin и Norton.
При практическом проектировании мы хотели бы, чтобы схемы, которые мы создаем, выдерживали как нормальные условия, для которых они предназначены, так и некоторые необычные условия, которые случаются время от времени, но не должны вызывать необратимых повреждений.
Размыкание цепи происходит даже тогда, когда это нежелательно. Например, всякий раз, когда что-то отключено или отключено, у нас есть состояние разомкнутой цепи.
Короткие замыкания случаются даже тогда, когда они нежелательны. Например, если разъем на мгновение замыкает две клеммы при вставке, или крошечная металлическая стружка оказывается не в том месте, у нас будет короткое замыкание.
Там, где это возможно, мы должны предусмотреть обрывы и короткие замыкания в различных местах цепи, особенно на открытых входах и выходах. Мы должны проектировать так, чтобы любые отказы были временными и/или устранимыми, например, с автоматическим выключателем.
Преднамеренно R=0 Ом
резисторы (короткое замыкание) иногда добавляются к печатной плате, потому что разработчику нужна гибкость для изменения значения без необходимости перепроектировать печатную плату позже, если они хотят добавить некоторое ненулевое последовательное сопротивление (или другой последовательный компонент) в будущем .
Точно так же иногда добавляются преднамеренные площадки для перемычек (разомкнутая цепь), потому что разработчику нужна гибкость для подключения секции позже, возможно, для добавления параллельного сопротивления.
Оба они позволяют вносить гибкие изменения при одинаковых производственных накладных расходах. Это снижает затраты на единицу продукции и позволяет избежать затратного времени на перепроектирование.
В следующем разделе, Эквивалентные схемы Thevenin и Norton, мы увидим, как концепция двух терминалов может быть применена к упрощенному приближению того, что находится в «схеме черного ящика», обозначенной выше.
≡
Оглавление
«
2.16
Суперпозиция
»
2.18
Эквивалентные цепи Thevenin и Norton
Роббинс, Майкл Ф. Абсолютная электроника: проектирование и анализ практических схем.
CircuitLab, Inc., 2021, Ultimateelectronicsbook.com. Доступ . (Авторское право © 2021 CircuitLab, Inc.)
электрическое сопротивление — какое условие должно быть выполнено для короткого замыкания в цепи?
Я видел несколько определений. Пойду от самого простого к самому сложному. Скорее всего хватит простых.
Наиболее распространенным определением короткого замыкания является любой случай, когда уравнения для модели вашей цепи предполагают, что один провод должен иметь два разных напряжения. Как известно, идеальный провод имеет одинаковый потенциал во всех точках провода. Если ваши уравнения предполагают, что провод должен находиться под двумя разными напряжениями одновременно, у вас короткое замыкание.
Наиболее очевидным примером может быть простая петля с проводом, идущим от положительной стороны батареи 5 В к отрицательной стороне. Для удобства возьмем опорное напряжение (земля) на отрицательной стороне батареи. Провод подключен к отрицательной стороне, поэтому его напряжение также должно быть 0В.
Однако, поскольку провод также подключен к положительной стороне, напряжение на проводе должно быть 5 В. Провод не может быть обоими — это короткое замыкание.
В этих случаях происходит то, что ваша идеальная модель не работает, и фактическое физическое поведение зависит от множества неидеальных поведений, которые вы обычно игнорируете. Например, у батареи есть «внутреннее» сопротивление, и у провода тоже есть сопротивление. Когда вы рассмотрите их, вы увидите, что провод на самом деле будет больше похож на длинный резистор, а не на идеальный идеальный провод.
Это подводит нас ко второму определению, которое вы увидите позже. Если вы займетесь проектированием схем, вы можете в конечном итоге моделировать схемы с точностью до такой, что вы на самом деле можете моделировать то, что происходит, когда вы соединяете два провода, которых у вас не должно быть. В этих случаях более простое определение «провода с двумя напряжениями» не работает, потому что вы построили свою модель с учетом этих эффектов. В этих случаях короткое замыкание определяется как любой путь с низким сопротивлением, из-за которого схема ведет себя не так, как ее технические характеристики. Например, в радиочастотных цепях вы найдете много частотно-зависимого поведения. Вы должны моделировать их тщательно. Вы можете найти резонансную частоту вашей схемы, которая вкладывает столько энергии в одну часть вашей схемы, что вы просто не планировали этого, даже если у вас были модели для этого.
Наконец, нетерминальная версия. Иногда мы будем использовать слово «короткий», чтобы описать очень преднамеренный путь с низким сопротивлением. В электротехнике есть много случаев, когда вам могут сказать «замкнуть провод на землю», и это было в спецификациях проекта. Одним из примеров являются шины с подтягивающими резисторами. Очень распространенная конструкция шины состоит в том, что между двумя микросхемами проходит провод связи, который имеет «подтягивающий» резистор, соединяющий его с питанием (5 В). Эта конструкция гарантирует, что на проводе будет напряжение 5 В, которое видят обе микросхемы. Если вы «замкнули его на землю», это означает, что вы подключаете провод напрямую к земле.
Если вы увидите такой сценарий, вы поймете, что здесь нет «короткого замыкания», описанного в первых двух определениях. У вас просто есть подключение от 5В через резистор к земле, а весь провод шины держится на 0В. Ничего особенного в этой связи нет. Однако мы все равно будем называть это «коротким замыканием». Почему? Что ж, язык работает таинственным образом. Однако, если бы мне пришлось рискнуть предположить, я бы сказал, что это потому, что подключение к земле чего-то, что еще не было подключено таким образом, является одним из тех действий, на которые обращает внимание инженер-электрик. Мы создавали короткие замыкания таким образом раньше. В данном случае это соединение предназначено. Называя его «коротким», человек, пишущий инструкции, дает понять рабочему, что да, действительно, это будет путь на землю, и да, они понимают, что такое соединение было бы плохим, если бы не соображения.
Добавить комментарий