Изготовлены два типа нагревательных элементов в виде проволочных катушек с одинаковым числом витков. В нагревателе первого типа провод намотан на каркас с треугольным поперечным сечением, а в нагревателе второго типа - на каркас квадратного сечения. Площади поперечных сечений каркасов одинаковы. Нагревательные элементы поочередно подключают к источнику напряжения U. При этом мощность на нагревательном элементе рассчитывается по формуле P=U^2/R, где R - сопротивление нагревательного элемента. Мощность нагревателя какого типа (с каркасом треугольного или квадратного сечения) больше?
Решение
В данной задаче необходимо определить какое из сопротивлений больше, на треугольном каркасе или на квадратном. Сопротивление двух проводников из одинакового материала и одинакового сечения зависит только от длины проводника. Какого длина больше - того и сопротивление больше. Из данной формулы мы видим, что зависимость от сопротивления - обратная. Т.е. чем больше сопротивление, тем меньше мощность. Длину проводника мы можем определить из периметров фигур (треугольника и квадрата). Чей периметр больше, того длина проводника больше, значит сопротивление того проводника больше, а значит мощность на нагревательном элементе меньше. Учитывая, что площади поперечных сечений квадрата и треугольника равны, значит
Sкв=а^2
Sтр=а*в/2 (рассмотрим площадь прямоугольного треугольника)
т.е.
а*в/2=а^2
а*в=2*а^2
в=2*a
Ркв=4*а
Ртр=а+в+с=а+2*а+(а^2+(2*a)^2)^0.5=3*a+a*(5^0.5)
(5^0.5 - означает КОРЕНЬ КВАДРАТНЫЙ из 5)
(5^0.5)>1 --->3*a+a*5^0.5 > 4*a---> Ртр > Ркв
Мы видим, что две фигуры (квадрат и треугольник) с одинаковым поперечным сечением имеют разные периметры. И мы также видим, что периметр треугольника в данном случае больше периметра квадрата на величину:
(3*a+a*5^0.5)-4*а=1,24*а
А значит
длина проволоки на треугольном каркасе будет больше, из этого следует, что сопротивление этого нагревательного элемента будет больше. А так как сопротивление величина обратная - значит мощность на нагревателе с треугольным каркасом будет меньше.
К дуговой лампе с сопротивлением 5.0 Ом последовательно присоединен реостат с сопротивлением 4.5 Ом. Определить ток в лампе, если напряжение на зажимах генератора 127 В, а проводка выполнена медным проводом длиной 20 м и сечением 1.8 мм в квадрате.
Решение
1) определим сопротивление проводки:
Удельное сопротивление меди: (ро)(Cu)=0,017 Ом*мм^2/м
R=(ро)*L/S=0,017*20/1,8=0,19 Ом
2) опредлим сопротивление всей цепи:
Rобщ=Rл+Rр+Rпр=5,0+4,5+0,19=9,69 Ом
Закон Ома:
I=U/Rобщ
где
U - ЭДС источника тока (в нашем случае напряжение на зажимах генератора), В
Rобщ - сопротивление нагрузки, Ом
I=127/9,69=13,1 А
3) для последовательного соединения проводников:
Iобщ=I1=I2=...=In
Значит ток лампы = току общему = 13,1 А