§24. Дізнаємось про силу струму і напругу

Зміст

Поміркуйте і дайте відповідь

Як змінилася напруга на кінцях провідника, якщо електричне поле, виконавши роботу, у 10 разів меншу, перемістило заряд, у 10 разів більший?

Напруга на кінцях провідника зменшилася у 100 разів. Згідно з визначенням, електрична напруга $U$ дорівнює відношенню роботи електричного поля $A$ з переміщення заряду до величини цього заряду $q$ ($U = \dfrac{A}{q}$). Оскільки робота зменшилася в 10 разів, а заряд одночасно збільшився в 10 разів, підсумкове значення напруги скоротилося в $10 \cdot 10 = 100$ разів.

Визначте ціну поділки шкали лабораторного вольтметра (мал. 24.3), укажіть межі його вимірювання і напругу, яку він показує.

Максимальне значення на шкалі — це верхня межа вимірювання:

$U_{\text{max}} = 6 \text{ В}$

Ціна поділки ($C_V$):

Підрахуємо кількість поділок (проміжків) між ними. Між цифрами 2 і 4 є 10 поділок.

$C_V = \dfrac{4 \text{ В}-2 \text{ В}}{10} = \dfrac{2 \text{ В}}{10} = 0,2 \text{ В}$

Покази приладу ($U$):

Стрілка приладу знаходиться праворуч від цифри 3. Вона відхилилася на 1 поділку.

$U = 3 \text{ В} + 1 \cdot C_V = 3 \text{ В} + 0,2 \text{ В} = 3,2 \text{ В}$

Відповідь: Ціна поділки $0,2 \text{ В}$; межі вимірювання до $6 \text{ В}$; прилад показує $3,2 \text{ В}$.

Перевірте себе

1. Які фізичні величини можна виміряти за допомогою приладів, зображених на мал. 24.5? Визначте ціну поділки шкали кожного приладу.

Перший прилад має позначку kA (кілоампери). Він вимірює силу електричного струму.

Другий прилад має позначку kV (кіловольти). Він вимірює електричну напругу.

Ціна поділки першого приладу (kA):

Оберемо два сусідні оцифровані штрихи, наприклад, 4 і 5.

Кількість поділок між ними: n = 10.

$C_1 = \dfrac{5 \text{ kA}-4 \text{ kA}}{10} = \dfrac{1 \text{ kA}}{10} = 0,1 \text{ kA}$ (або $100 \text{ А}$).

Ціна поділки другого приладу (kV):

Оберемо два сусідні оцифровані штрихи, наприклад, 0,4 і 0,6.

Кількість поділок між ними: n = 10.

$C_2 = \dfrac{0,6 \text{ kV}-0,4 \text{ kV}}{10} = \dfrac{0,2 \text{ kV}}{10} = 0,02 \text{ kV}$ (або $20 \text{ В}$).

2. Під час виконання лабораторної роботи потрібно якнайточніше виміряти електричну напругу. Відомо, що вона безпечна для людини. У вас є вольтметри, розраховані на вимірювання напруги 60 В, 30 В, 10 В, 6 В. Який з них ви використаєте?

Безпечною для людини вважається напруга до 36 В. Для найбільш точного вимірювання слід використовувати прилад, верхня межа якого максимально близька до вимірюваної величини, але не менша за неї. Оскільки напруга може сягати 36 В, найбільш універсальним варіантом серед запропонованих є вольтметр із межею 60 В. Якщо заздалегідь відомо, що напруга не перевищує 30  В, то для підвищення точності краще обрати прилад із межею 30  В.

3. Знайдіть помилки на схемі електричного кола (мал. 24.6).

На схемі вольтметр під’єднано послідовно, а він має бути паралельно до лампи. Амперметр під’єднано паралельно, хоча він вмикається послідовно. Також порушено полярність під’єднання приладів до джерела струму.

4. Електродвигун холодильника, увімкненого в мережу 220 В, виконав роботу 1,1 МДж. Визначте заряд, який за цей час перемістило електричне поле в обмотці двигуна.

Дано:

$U = 220$ В

$A = 1,1$ МДж $= 1 100 000$ Дж

Знайти:

$q - ?$

Розв’язання:

Використовуємо формулу для розрахунку заряду через напругу та роботу:

$q = \dfrac{A}{U}$

$q = \dfrac{1 100 000}{220} = 5000$ (Кл)

Відповідь: $q = 5000$ Кл.

5. Визначте роботу, яку виконує електричне поле за 1 годину світіння кожної з ламп (мал. 24.7), увімкнених у мережу 220 В, якщо сила струму в них дорівнює відповідно 0,45 А, 130 мА та 80 мА. Проаналізуйте отримані результати.

Дано:

$U = 220$ В

$t = 1$ год $= 3600$ с

$I_1 = 0,45$ А

$I_2 = 130$ мА $= 0,13$ А

$I_3 = 80$ мА $= 0,08$ А

Знайти:

$A_1, A_2, A_3 - ?$

Розв’язання:

Робота електричного поля обчислюється як $A = qU$.

Оскільки $q = It$, то $A = IUt$.

1. $A_1 = 0,45 \cdot 220 \cdot 3600 = 356 400$ (Дж)
2. $A_2 = 0,13 \cdot 220 \cdot 3600 = 102 960$ (Дж)
3. $A_3 = 0,08 \cdot 220 \cdot 3600 = 63 360$ (Дж)

Світлодіодна лампа (третя) споживає найменше енергії для виконання тієї ж функції, тому вона є найбільш енергоефективною.

Відповідь: $A_1 = 356 400$ Дж, $A_2 = 102 960$ Дж, $A_3 = 63 360$ Дж.