Постоянный электрический ток
2. 1. Сила тока в проводнике равномерно нарастает от I1 = 0 A до I2 = 2 А в течение времени t = 5 с. Определить заряд, прошедший в проводнике. Ответ: 5 Кл.
2. 2. Определить плотность тока, если за 2 с через проводник сечением 1,6 мм2 прошло 2·10-9 электронов. Ответ: 1 А/мм2.
2. 3. По медному проводнику сечением 0,8 мм2 течет ток 80 мА. Найти среднюю скорость упорядоченного движения электронов вдоль проводника, предполагая, что на каждый атом меди приходится один свободный электрон. Плотность меди ρ = 8,9 г/см3. Ответ: 7,41 мкм/с.
2. 4. Определить суммарный импульс электронов в прямом проводе длиной L = 500 м, по которому течет ток I = 20 А. Ответ: 5,69·10-8 кг·м/с.
2. 5. Вольтметр, включенный в сеть последовательно с сопротивлением R , показал напряжение U1 = 198 B, а при включении последовательно с сопротивлением R2 = 2R1, U2 = 180 В. Определить сопротивление R1 и напряжение в сети, если сопротивление вольтметра R = 900 Ом. Ответ: 100 Ом, 220 В.
2. 6. Лампа накаливания потребляет ток, равный 0,6 А. Температура вольфрамовой нити диаметром 0,1 мм равна 2200 °С. Ток подводится медным проводом сечением 6 мм2. Определить напряженность электрического поля: 1) в вольфраме (удельное сопротивление при 0° С ρ0 = 55 нОм·м, температурный коэффициент сопротивления α = 0,0045° С-1); 2) в меди (ρ = 17 нОм·м). Ответ: 1) 1,7 мВ/м; 2) 45,8 В/м.
2. 7. По алюминиевому проводу сечением S = 0,2 мм2 течет ток I =0,2 А. Определить силу, действующую на отдельные свободные электроны со стороны электрического поля. Удельное сопротивление алюминия ρ= 26 нОм·м. Ответ: 4,16· 10-21 Н.
2. 8. Электрическая плитка мощностью 1 кВт с нихромовой спиралью предназначена для включения в сеть с напряжением 220 В. Сколько метров проволоки диаметром 0,5 мм надо взять для изготовления спирали, если температура нити составляет 900° С? Удельное сопротивление нихрома при 0° С ρ0 = 1 мкОм·м, а температурный коэффициент сопротивления α = 0,4·10-3 К-1. Ответ: 6,99 м.
2. 9. Два цилиндрических проводника одинаковой длины и одинакового сечения, один из меди, а другой из железа, соединены параллельно. Определить отношение мощностей токов для этих проводников. Удельные сопротивления меди и железа равны соответственно 17 и 98 нОм·м. Ответ: 5,76.
2. 10.Сила тока в проводнике сопротивлением R = 120 Ом равномерно возрастает от I0 = 0 до Imах = 5 А за время t = 15 с. Определить выделившееся за это время в проводнике количество теплоты. Ответ: 15 кДж.
2. 11.Сила тока в проводнике сопротивлением R = 10 Ом равномерно убывает от I0 = 10 А до I = 0 за время τ= 30 с. Определить выделившееся за это время в проводнике количество теплоты. Ответ: 81 кДж.
2. 12.Определить напряженность электрического поля в алюминиевом проводнике объемом V = 10 см3, если при прохождении по нему постоянного тока за время t = 5 мин выделилось количество теплоты Q = 2,3 кДж. Удельное сопротивление алюминия ρ = 26 нОм·м. Ответ: 0,141 В/м.
2. 13.Плотность электрического тока в медном проводе равна 10А/см2. Определить удельную тепловую мощность тока, если удельное сопротивление меди ρ = 17нОм·м. Ответ: 170 Дж/м3-с.
2. 14.Определить ток короткого замыкания источника э. д. с., если при внешнем сопротивлении R1 = 50 Ом ток в цепи I1 = 0,2 А, а при R2 = 110 Ом I2 = 0,1 А . Ответ: 1,2 А.
2. 15.В цепь, состоящую из батареи и резистора сопротивлением R = 8 Ом, включают вольтметр, сопротивление которого RV = 800 Ом, один раз последовательно резистору, другой раз — параллельно. Определить внутреннее сопротивление батареи, если показания вольтметра в обоих случаях одинаковы. Ответ: 0,08 Ом.
2. 16.Определить: 1) э. д. с E; 2) внутреннее сопротивление R источника тока, если во внешней цепи при силе тока 4 А развивается мощность 10 Вт, а при силе тока 2 А мощность 8 Вт. Ответ: 1) E = 5,5 В; 2) R = 0,75 Ом.
2. 17.Даны четыре элемента с э. д. с. E = 1,5 В и внутренним сопротивлением R = 0,2 Ом. Как нужно соединить эти элементы, чтобы получить от собранной батареи наибольшую силу тока во внешней цепи, имеющей сопротивление R = 0,2 Ом? Определить максимальную силу тока. Ответ: 2 параллельно, 2 последовательно; 7,5 А.