Тесты для технологов
тест на тему

Профессиональное государственное бюджетное образовательное учреждение

                                                       Краснодарского края

                          “Краснодарский технический колледж”

Учебно-методическое пособие по дисциплине ОП.02 Электротехника и электроника

Для специальности  19.02.04 Технология сахаристых продуктов         (базовая подготовка)

Содержание

Введение

Тема 1  Электрическое поле.

Тема 2 Основные понятие электрических цепей. Закон Ома.

Тема 3 Расчет разветвленных электрических цепей постоянного тока.

Тема 4 Нелинейные цепи постоянного тока.

Тема 5 Магнитное поле.

Тема 6 Магнитная цепь.

Тема 1 Электрическое поле. Основные понятие электрических цепей. Закон Ома.

Тесты.

Вопрос №1.

Основная характеристика электрического поля является?

а) Электрическая сила.

б) Напряжение поля.

в) Сила тока.

г) Сопротивление заряженных частиц.

Вопрос №2.

Единица измерение заряда?

а) Кулон.

б) Ньютон.

в) Фарада.

г) Вольт.

Вопрос №3.

Ео это?

а) Напряженность поля.

б) Диэлектрическая постоянная вакуума.

в) Расстояние между частицами.

г) Сила действующая между зарядами.

Вопрос №4.

Работа совершаемая силами поля за счёт?

а) Энергии поля.

б) Взаимодействие положительных частиц.

в) Взаимодействие отрицательно заряженных частиц.

г) Прохождению тока по частицам.

Вопрос №5.

Единица электрического поля?

а) Джоуль.

б) Кулон.

в) Ньютон.

г) Вольт.

Вопрос №6.

Проводниковые материалы это?

а) Металлы.

б) Водные растворы.

в) Воздух.

г) Смола.

Вопрос №7.

Вещества, которые не проводят электрический ток?

а) Полупроводники.

б) Проводники.

в) Проводники 2 рода.

г) Диэлектрики.

Вопрос №8.

Емкость проводника это физическое свойство

а) Отдавать электрический заряд.

б) Принимать электрический заряд.

в) Накапливать электрический заряд.

г) Обменивается зарядами.

Вопрос №9.

Единица измерение емкости?

а) Кулон.

б) Генри.

в) Ом.

г) Фарада.

Вопрос №10.

Микроампер единица измерение?

а) Напряжение.

б) Тока.

в) Мощность.

г) Напряженность.

Вопрос №11.

Гальванические элементы преобразуют?

а) Механическую энергию в электрическую.

б) Электрическую энергию в химическую.

в) Отдавать ток после обработки.

г) Химическую энергию в электрическую.

Вопрос №12

Как называется закон, где сумма всех токов, сходящееся в узле равно нулю?

а) Закон Ома.

б) I Закон Кирхгофа.

в) Закон Джоуля-Ленца.

г) Закон Ньютона.

Тема 2. Расчет разветвленных электрических цепей постоянного тока.

Вопрос №1

Как принято называть цепи, содержащие последовательное соединение элементов?

а.) Последовательными;

б.) Сложными;

в.) Неразветвленными;

г.) Разветвленными.

Вопрос №2

Какой закон формулируется так: сумма токов, втекающих в узел, равна сумме токов, вытекающих из него?

а.) Закон Ампера;

б.) Первый закон Кирхгофа;

в.) Второй закон Кирхгофа;

г.) Закон Ома.

Вопрос №3

Как называется способ соединения резисторов при соединении трех ветвей, образующих замкнутый контур с тремя узлами?

а.) Последовательное;

б.) Параллельное;

в.) Звездой;

г.) Треугольником.

Вопрос №4

Как называется метод расчета, заключающийся в первоначальном упрощении схемы с последующим поэтапным возвращением к ее исходному виду?

а.) Метод «свертки»;

б.) Метод Гаусса;

в.) Метод двух узлов;

г.) Метод контурных токов.

Вопрос №5

Какая формула соответствует Первому закону Кирхгофа?

а.);

б.);

в);

г.).

Вопрос №6

Как называется метод последовательного исключения неизвестных при расчетах сложных электрических цепей?

а.) Метод Гаусса;

б.) Метод «свертки»;

в.) Метод наложения;

г.) Метод двух узлов.

Вопрос №7

Какой метод можно применить для расчета токов в цепи, где действует одновременно несколько ЭДС?

а.) Метод наложения;

б.) Метод контурных токов;

в.) Метод «свертки»;

г.) Метод двух узлов.

Вопрос №8

Место соединения ветвей электрической цепи, называемое точкой разветвления – это…

а.) Ветвь;

б.) Узел;

в.) Контур;

г.) Цепь.

Вопрос №9

Что в схемах электрических цепей изображается как контакт неразборного электрического соединения?

а.) Ветвь;

б.) Узел;

в.) Цепь;

г.) Контур.

Вопрос №10

Какой общий вид имеет математическая запись Первого закона Кирхгофа?

а.);

б.);

в.);

г.).

Вопрос №11

Что не относится к основным понятиям разветвленных цепей?

а.) Ветвь;

б.) Цепь;

в.) Узел;

г.) Контур.

Вопрос №12

Как какое соединение емкостей нельзя рассматривать в большинстве случаев системы заряженных проводников по отношению к источнику?

а.) Последовательное;

б.) Смешанное;

в.) Сложное;

г.) Параллельное.

Вопрос №13

15. Токи в двух параллельных ветвях как  пропорциональны их сопротивлениям?

а.) Прямо;

б.) Обратно;

в.) Не пропорциональны;

г.) Они равны.

Вопрос №14

Треугольник сопротивлений можно заменить эквивалентной(-ым) … и, наоборот.

а.) Звездой;

б.) Параллельным соединением;

в.) Прямым соединением;

г.) Сложным соединением.

Вопрос №15

Какой принцип расчета сложных электрических цепей заключается в следующем: ток в какой-либо ветви линейной цепи равен алгебраической сумме частичных токов, создаваемых в этой ветви всеми по отдельности действующими ЭДС источников?

а.) Принцип наложения;

б.) Метод Гаусса;

в.) Принцип двух узлов;

г.) Принцип контурных токов.

Вопрос №16

Как называется метод расчета сложных электрических цепей, особенность которого состоит в том, что вводится понятие вспомогательных «контурных» токов – токов, протекающих в замкнутых контурах электрической цепи?

а.) Метод контурных токов;

б.) Метод двух узлов;

в.) Метод Гаусса;

г.) Метод «свертки».

Вопрос №17

Какой метод расчета сложной цепи пригоден для цепей, имеющих только два узла при любом числе ветвей?

а.) Метод контурных токов;

б.) Метод двух узлов;

в.) Метод Гаусса;

г.) Метод «свертки».

Вопрос №18

С каким знаком пишется ЭДС, когда она направлена встречно выбранному направлению тока в ветви?

а.) «+»;

б.) «-»;

в.) «0»;

г.) «*».

Вопрос №19

Как называется соединение резисторов, при котором к одним и тем же двум узлам электрической цепи присоединены несколько ветвей (две или более)?

а.) Последовательное;

б.) Звездой;

в.) Параллельное;

г.) Треугольником.

Вопрос № 20

Закономерность какого соединения резисторов заключается в следующем: токи в параллельных ветвях с резисторами распределяются прямо пропорционально проводимостям ветвей или обратно пропорционально их сопротивлениям?

а.) Последовательного;

б.) Звездой;

в.) Параллельного;

г.) Треугольником.

Вопрос №21

Какой метод не относится к методам расчета сложных электрических цепей:

а.) Метод двух узлов;

б.) Метод контурных токов;

в.) Метод звездой;

г.) Метод наложения.

Вопрос № 22

На основе каких законов применяется метод контурных токов при расчете сложных электрических цепей?

а.) Закона Ампера и Закона Гука;

б.) Законов Кирхгофа;

в.) Закона Ома и Закона Бойля-Мариотта;

г.) Законов Ньютона.

Тема 3. Нелинейные цепи постоянного тока.

Вопрос №1

Как называется элемент электрической цепи, сопротивление которого или емкость зависит от тока в нем или от напряжения на его выходах?

а.) Линейный;

б.) Нелинейный;

в.) Разветвленный;

г.) Неразветвленный.

Вопрос №2

Что не относится к симметричным нелинейным элементам?

а.) Лампы накаливания;

б.) Бареттеры;

в.) Терморезисторы;

г.) Диоды.

Вопрос №3

При наличии каких одного или нескольких элементов электрическая цепь называется нелинейной?

а.) Линейных;

б.) Нелинейных;

в.) Сложных;

г.) Простых.

Вопрос №4

Какой более рациональный метод решения имеется для последовательного соединения линейного и нелинейного элементов?

а.) Наложения;

б.) Пересечений;

в.) Аналитический;

г.) Двух узлов.

Вопрос №5

Какой метод для расчета нелинейной цепи применяется при смешанном соединении элементов?

а.) Наложения;

б.) «Свертывания»;

в.) Пересечений;

г.) Гаусса.

Вопрос №6

Напряжение на параллельно соединенных участках цепи одинаково; общий ток равен сумме токов параллельных участков цепи – это особенности какого соединения элементов цепи?

а.) Прямого;

б.) Параллельного;

в.) Смешанного;

г.) Сложного.

Вопрос №7

Какой метод расчета нелинейных электрических цепей предоставляет возможность заменить нелинейные элементы эквивалентными схемами замещения с линейными элементами, после чего нелинейная цепь может быть рассчитана одним из методов, применяемых для расчета линейных цепей?

а.) Графический;

б.) Наложения;

в.) Пересечений;

г.) Аналитический.

Вопрос №8

Какой проводимость обладают нелинейные элементы?

а.) Электронной;

б.) Дырочной;

в.) Односторонней;

г.) Примесной.

Вопрос №9

Нелинейные элементы с какой проводимость называют симметричными?

а.) Односторонней;

б.) Двусторонней;

в.) Электронной;

г.) Примесной.

Вопрос №10

Принцип действия каких нелинейных элементов основан на явлениях прохождения токов в вакууме, газах и полупроводниках?

а.) Несимметричных;

б.) Симметричных;

в.) Гладких;

г.) Кусочно-линейных.

Вопрос №11

Статическим сопротивлением элемента в данной точке вольт-амперной характеристики называется отношение напряжения и … этой точки.

а.) Сопротивления;

б.) Тока;

в.) Прочности;

г.) Емкости.

Вопрос №12

Под каким сопротивлением в данной точке ВАХ элемента понимают отношение бесконечно малых приращений напряжения и тока?

а.) Статическим;

б.) Активным;

в.) Полным;

г.) Дифференциальным.

Вопрос №13

Для решения различных задач, относящихся к нелинейным цепям, применяют графический метод расчета, связанный с построением и дальнейшим использованием ВАХ заданного соединения элементов на основе законов …

а.) Ньютона;

б.) Ома и Кирхгофа;

в.) Кирхгофа;

г.) Ампера.

Тема 4. Магнитное поле.

Вопрос №1

Это закон, определяющий силу взаимодействия между проводниками с током:

а.) Закон Ампера.

б.) Закон Ома.

в.) Закон Био-Савара.

г.) Закон левой руки.

Вопрос №2

Как называется абсолютная магнитная проницаемость вакуума?

а.) Электрическая сила.

б.) Электростатическая индукция.

в.) Магнитная постоянная.

г.) Напряженность электрического поля.

Вопрос №3

Что является единицей измерения индуктивности?

а.) Ом/мм.

б.) Гн.

в.) Н/К.

г.) Н.

Вопрос №4

Магнитной проницаемостью называется отношение абсолютной магнитной проницаемости среды какого-либо вещества к …

а.) Магнитной постоянной.

б.) Магнитным доменам.

в.) Напряжению.

г.) Электрическому току.

Вопрос №5

Однородным называется поле, в различных точках которого векторы магнитной индукции имеют одинаковую величину и …

а.) Параллельны друг другу.

б.) Электрический потенциал.

в.) Противоположны между собой.

г.) Постоянный ток.

Вопрос №6

Выберите верное обозначение магнитного потока:

а.) S.

б.) Q.

в.) Ф.

г.) ω.

Вопрос №7

Чем определяется напряженность катушки известных геометрических фигур?

а.) Потенциалом.

б.) Ампер-витками.

в.) Полным током.

г.) Радиусом сердечника.

Вопрос №8

Единица измерения напряженности магнитного поля, это…

а.) А/м.

б.) Гн.

в.) Ф.

г.) В/м.

Вопрос №9

Как называется магнитное напряжение, если оно вычисляется по замкнутому контуру?

а.) Электризацией.

б.) Индукцией.

в.) Намагничивающей силой.

г.) Электрическим потенциалом.

Вопрос №10

Выберите верную формулу, определяющую полный ток:

а.)  .

б.) E=  .

в.) E= .

г.) I=  .

Вопрос №11

Какое название носит алгебраическая сумма токов, пронизывающих поверхность, ограниченную замкнутым контуром?

а.) Намагничивающая сила.

б.) Поперечный ток.

в.) Прямолинейный ток.

г.) Полный ток.

Вопрос №12

Какой ученый высказал гипотезу о существовании в веществе элементарных магнитов с неразрывно связанными полюсами?

а.) М. Фарадей.

б.) Э. Резерфорд.
в.) Ш. О. Кулон.

г.) Х. А. Лоренц.

Вопрос №13

Какой из перечисленных ученых высказал гипотезу об элементарных электрических токах?

а.) Б. Паскаль.

б.) А. М. Ампер.

в.) Н. Тесла.

г.) Ле Шателье.

Вопрос №14

Чьи открытия помогли установить природу элементарных магнитов?

а.) Х. К. Эрстед и А. М. Ампер.

б.) А. Сталетов.

в.) М. Фарадей и Р. Клаузиус.

г.) М. Планк.

Вопрос №15

Как называется величина, значение которой определяется как геометрическая сумма векторов магнитных моментов всех элементарных круговых токов?

а.) Магнитная проницаемость.

б.) Магнитный момент тела.

в.) Напряженность магнитного поля.

г.) Потенциал.

Вопрос №16

В ферромагнетиках образуются отдельные области, которые оказываются самопроизвольно намагниченными. Как называются эти области?

а.) Орбитальные моменты.

б.) Компаунды.

в.) Магнитные домены.

г.) Обкладки.

Вопрос №17

Какому из ученых принадлежит следующее объяснение опытов : « силы, с которыми магнитное поле действует на проводник с током, являются силами, действующими на движущиеся заряды, которые и составляют ток» ?

а.) Х.А. Лоренцу.

б.) Х.К. Эрстеду.

в.) А.М. Амперу.

г.) Кулону.

Вопрос №18

Устройство, представляющее из себя рамку из изоляционного материала, на которую намотано несколько витков:

а.) Соленоид.

б.) Катушка.

г.) Конденсатор.

Вопрос №19

Произведение числа витков катушки и сцепленного с этими витками магнитного потока называется…

а.) Потенциальная энергия.

б.) Потокосцепление.

г.) Вращающийся момент.

г.) Орбитальный момент.

Вопрос №20

Какая из единиц измерения является единицей индуктивности?

а.) Ф.

б.) Гн.

в.) Ом.

г.) В/м.

Вопрос №21

Взаимной индуктивностью называют коэффициент пропрорциональности между взаимным потокосцеплением и …

а.) Магнитным полем.

б.) Током.

в.) Напряженностью.

г.) Потенциалом.

Вопрос №22

Параметр, характеризующий конструктивные особенности всей системы контуров, это …

а.) Магнитная связь.

б.) Взаимная индуктивность.

в.) Магнитный поток.

г.) Потокосцепление.

Вопрос №23

На что определяющим образом влияет включение контуров ( согласное или встречное) ?

а.) На произведение безмерной величины.

б.) Напряжение.

в.) Никак не влияет.

г.) Совместную индуктивность.

Вопрос №24

Как называется устройство, позволяющее изменять направления взаимных потоков , а следовательно, индуктивность системы катушек?

а.) Барометр.

б.) Вариометр.

в.) Резистор.

г.) Вольтметр.

Вопрос №25

От чего зависит индуктивность?

а.) От магнитной проницаемости.

б.) Ёмкости.

в.) Формы.

г.) Величины.

Вопрос №26

Магнитная проницаемость ферромагнитных материалов зависит от …

а.) Направления тока.

б.) Смещения границ.

в.) Напряженности магнитного поля.

г.) Потенциальной энергии.

Тема 5. Магнитная цепь.

Вопрос №1

Явление, при котором уменьшение индукции «запаздывает»:

а.) Магнитное насыщение.

б.) Магнитный гистерезис.

в.) Коэрцитивная сила.

г.) Статическое значение.

Вопрос №2

Потерями от чего называется энергия, потраченная на процесс перемагничивания?

а.) От пропорциональной площади.

б.) Коэрцитивной силы.

в.) Гистерезиса.

г.) Остаточной индукции.

Вопрос №3

Что относится к группе магнитомягких материалов?

а.) Техническое железо и низкоуглеродистые стали.

б.) Лаки, смолы, компаунды.

в.) Кремний, Оксид меди.

г.) Водород, азот и железо.

Вопрос №4

Сплавы с различным процентным содержанием железа и никеля называются:

а.) Ферриты.

б.) Пермаллои.

в.) Компаунды.

Вопрос №5

Ферромагнитные материалы, получаемые из смеси оксидов железа, цинка и других элементов, носят название:

а.) Магнитодиэлектрики.

б.)Пермаллои.

в.) Ферриты.

Вопрос №6

Что называют совокупностью устройств, электромагнитные произведения которых могут быть описаны при помощи понятий магнитодвижущей силы, магнитного потока и разности магнитных потенциалов:

а.) Магнитная цепь.

б.) Магнитный гистерезис.

в.) Поляризация.

г.) Магнитное насыщение.

Вопрос №7

Если магнитная цепь выполнена из одного материала и имеет постоянное значение, то она называется…

а.) Разветвленной.

б.) Замкнутой.

в.) Однородной.

г.) Симметричной.

Вопрос №8

Если разветвленную цепь можно мысленно разделить на несколько неразветвленных цепей таким образом, что во всех неразветвленных цепях потоки будут одинаковые, то какой такая цепь считается?

а.) Однородной.

б.) Замкнутой.

в.) Параллельной.

г.) Симметричной.

Тема 6. Режимы работы электрической цепи.

Вопрос №1

Сила тока Iкз в цепи принимает максимальное значение Imax.

а)При этом, чем больше значение R0, тем меньше значение Imax

б)При этом, чем меньше значение R0, тем меньше значение Imax

в)При этом, чем меньше значение R0, тем больше значение Imax

г)При этом, чем больше значение R0, тем больше значение Imax

Вопрос №2

 Чему равна мощность потерь Р0 кз на внутреннем сопротивлении источника равна …

а)Максимальной мощности источника

б)Максимальной мощности напряжения

в)Минимальной мощности источника

г)Минимальной мощности потребителя

Вопрос №3

 Как называется режим работы цепи, при котором в потребители выделяется максимальная мощность?

а)Рабочий режим

б)Режим холостого хода

в)Режим согласованной нагрузки

г)Режим короткого замыкания

Вопрос №4

В каких цепях целесообразно выделять максимальную мощность?

а)В мощных цепях

б)В слабых цепях

в)В маломощных цепях

г)Нет правильного ответа

Вопрос №5

Какому режиму отдают предпочтение в мощных цепях?

а)Холостого хода

б)Короткого замыкания

в)Номинальному

г)Согласованной нагрузки

Вопрос №6

Чем характеризуются приемники электрической энергии, как и источники питания?

а)Номинальными значениями параметров

б)Нормальными значениями мощности

в)Напряжением между точками цепи

г)Силой тока

Тема 7. Расчет потенциалов точек электрической цепи.

Вопрос №1

Что достаточно рассчитать для расчета разности потенциалов между любыми двумя точками цепи?

а)Сопротивлением между ними

б)Разность потенциалов между ними

в)Силой тока между ними

г)Напряжение между ними

Вопрос №2

Потенциальная диаграмма замкнутой цепи…

а)Незамкнута

б)Разомкнута

в)Замкнута

Вопрос №3

На участках с источниками ЭДС линии диаграммы в общем случае между собой …

а)Не параллельны

б)Параллельны

в)Противоположны

г)Пересекаются

Вопрос №4

Что можно изобразить по виду потенциальной диаграммы?

а)Схему соленоида

б)Схему катушки

в)Схему конденсатора

г)Схема электрической цепи

Вопрос №5

 Какое резкое изменение наблюдается на участках цепи, содержащих источники?

а)Потенциала

б)Силы тока

в)Напряжения

г)Сопротивления

Вопрос №6

Сколько резисторов присутствует на данном изображении?

а)2

б)6

в)0

г)4

Тема 8.Источники ЭДС и тока.

Вопрос №1

Источником ЭДС называют

а)Источник тока

б)Источник сопротивления

в)Источник напряжения

г)Источник энергии

Вопрос №2

Источники ЭДС без внутреннего сопротивления (R0=0) называют …

а)Идеальными источниками ЭДС, или источниками заданного напряжения

б)Источниками заданного тока

в)Источниками заданного сопротивления

г)Источниками заданной энергии

Вопрос №3

Как называют источник тока в идеальном случае, когда R0 →∞

а)Идеальным источником ЭДС

б)Идеальным источником тока

в)Идеальным источником энергии

г)Идеальным источником напряжения

Вопрос №4

Как обозначается мощность?

а) R

б) U

в) I

г) P

Вопрос №5

В чем измеряется мощность?

а) Ом

б) А

в) Вт  

г) В

Вопрос №6

Реальный источник тока принято обозначать параллельным соединением идеального источника тока и внутренней проводимости источника …

а)G0=1/R0 

б)G0=1/R

в)G=1/R0  

г)R0=1/G

Вопрос №7

Как обозначается эквивалентный источник тока?

а)Rэ 

б)Jэ

в)Eэ

г)Gэ

Вопрос №8

С энергетической точки зрения ЭДС источника обеспечивает ток в цепи и энергию в потребителях, а внутреннее сопротивление характеризует потери энергии в самом источнике. Какой вывод правильный?

а)Чем меньше внутрннее сопротивление источника, тем меньше потери энергии внутри него.

б)Чем меньше внутреннее сопротивление источника, тем больше потери энергии внутри него.

в)Чем больше внутреннее сопротивление источника, тем меньше потери энергии внутри него.

г)Чем больше внутреннее сопротивление источника, тем больше потери энергии внутри него.

Вопрос №9

Как обозначается эквивалентный источник ЭДС?

а)Rэ

б)Jэ 

в)Eэ

г)Gэ

Вопрос №10

 Сколько узлов в цепи?

а)1

б)2

в)3

г)4

Практическая работа №1.

Название работы

Вариант задания выдается в виде числа, по которому выбираются номера задач для решения и строка исходных данных из таблицы 1.

Исходные данные РГР №1

По теме: Плоский конденсатор.

Задание №1

        Определить расстояние d между пластинами и запас прочности Kпр плоского конденсатора емкостью С= 1 770 пФ (1пФ= 10^ -12 Ф), если рабочее напряжение U=380 В, площадь каждой пластины S=5cм^2и в качестве диэлектрика применена слюда, относительная диэлектрическая проницаемость которой е = 6, а электрическая прочность (напряженность пробоя) Епр = 88-10^6 В/м (приложение 2).

        Определить размеры конденсатора (d и 5"), обеспечивающие ту же емкость С и запас прочности кпр конденсатора при неизменном рабочем напряжении U, если заменить слюду между пластинами конденсатора парафинированной бумагой (е = 4,3; Епр = 15 • 10^6 В/м). Оценить, как повлияет на размеры конденсатора увеличение его запаса прочности при неизменной емкости.

Решение. 1. Определение расстояния d между пластинами и запаса прочности Кпр плоского конденсатора при использовании в качестве диэлектрика слюды. Известно, что емкость плоского конденсатора определяется его параметрами:

С = Seeo       (1)

      d

откуда расстояние между пластинами

d= Seeo:С=5 • 10^-4 • 6 • 8,854 • 10^-12 = 0,015 мм

1770 • 10^-12

        Напряженность поля между пластинами плоского конденсатора согласно формуле

                   E= U=  _____380________ =  25,3 • 10^6 В/м

                                          d      0,015 •10^-3

        Запас электрической прочности диэлектрика согласно формуле

E=   Епр   = 88 • 10^6  =  3,5

Е        25,3•10^6

2. Определение размеров конденсатора при замене диэлектрика. Электрическая прочность при замене диэлектрика уменьшится в m раз, m = Епр. слюды /Епр бумаги. Сохранение запаса электрической прочности Кпр согласно формуле может быть обеспечено уменьшением во столько же раз напряженности поля: Е = Е m(здесь и далее штрихом обозначаются новые значения величин).

        Уменьшение напряженности поля при неизменном напряжении питания согласно выражению можно обеспечить увеличением расстояния d в m раз: d' = dm.

        При этом для обеспечения неизменной емкости конденсатора согласно формуле требуется увеличить произведение Se в m раз: S 's = Sem, откуда S ' = Sеm/е'.

        Тогда необходимые размеры конденсатора при замене слюды (е = 6) парафинированной бумагой (е' = 4,3) определяются следующим образом:

m=Епр.слюды = 88 •10^6 =5,87

                                               Епр.бумаги    15• 10^6

d' = dm = 0,015•5,87 - 0,088 мм;

S'=S E  =5 _6_ 5,87=40,93 см2

                                                                E'      4,3

        Таким образом, для обеспечения заданных условий при замене диэлектрика в конденсаторе необходимо увеличить толщину диэлектрика в 5,87 раз и площадь пластин в S '/S = 40,93/5 = = 8,186 раза.

3.Оценка влияния размеров конденсатора на его запас прочности. Как видно из выражения), запас прочности Кпр определяется пробивной напряженностью диэлектрика Епр и напряженностью поля Е между обкладками конденсатора . Следовательно, при неизменном диэлектрике увеличение Кпр достигается уменьшением напряженности Е поля во столько же раз.

        При неизменном напряжении источника энергии согласно выражению уменьшить напряженность Е, можно увеличением расстояния d между пластинами (обкладками) конденсатора во столько же раз.

         При увеличении расстояния d между пластинами конденсатора при неизменном диэлектрике согласно формуле емкость может сохранить свое прежнее значение при увеличении площади каждой из пластин во столько же раз.

        Например, в рассматриваемой задаче при использовании слюдяного диэлектрика увеличить Кпр в 2 раза (т. е. с 3,5 до 7) можно, соответственно увеличив расстояние d с 0,015 до 0,03 мм и площадь S с 5 до 10 см2.

        На практике конденсаторы выполняются в большинстве случаев с запасом прочности Кпр = 2...3. В редких случаях 1,5 < Кпр < 2,0 или 3 < Кпр < 10.

        Как мы убедились, увеличение запаса прочности приводит к увеличению размеров и, следовательно, стоимости конденсаторов, т. е. без особой необходимости не следует стремиться к увеличению запаса прочности конденсатора.

Практическая работа №2.

Название работы

Задание №1

Рис. 1. Неразветвленная цепь: а – схема с одним источником и несколькими потребителями; б – упрощенная схема цепи

В электрической цепи, показанной на рис. 1,а, протекает ток I=1,5 А. Резисторы цепи имеют следующие сопротивления: =3,3 Ом; =4,7 Ом; =8,2 Ом. Внутреннее сопротивление источника питания =0,5 Ом.

        Найти эквивалентное сопротивление внешнего участка рассматриваемой цепи, напряжение на выводах ее отдельных сопротивлений и напряжение на участке БД. Определить ЭДС источника питания и напряжение на его выводах. Найти мощность источника энергии, его КПД и мощности всех потребителей. Составить баланс мощностей цепи. Провести анализ показаний вольтметров на выводах источника и сопротивлениях цепи при возникновении неисправностей: обрыве одного из сопротивлений цепи и его коротком замыкании.

Решение. 1. Участки электрической цепи. Цепи с одним источником энергии принято разделять на два принципиально разных участка: внутренний и внешний.

        Внутренний участок включает в себя источник энергии, а внешний – всю остальную цепь, т.е. все потребители (приемники энергии). Так, внутренний участок цепи на рис. 1,а представляет собой последовательное соединение ЭДС источника и его внутреннего сопротивления (левая часть схемы между точками А и З), а внешний участок – последовательное соединение сопротивлений , ,  (правая часть схемы между точками А и З).

        В общем случае понятие участок (без уточнения внутренний или внешний) используется для названия любой части цепи. Например, участок БД цепи на рис. 1,а представляет собой последовательное соединение сопротивлений  и .

        2. Определение эквивалентного сопротивления внешнего участка рассматриваемой цепи. Так как внешний участок цепи представляет собой последовательное соединение сопротивлений , то их эквивалентное сопротивление относительно выводов А и З источника питания

                                              (2)

        Подставив числовые данные задачи в выражение (2), получим

        Заменив последовательное соединение сопротивлений  сопротивлением , получим упрощенную эквивалентную схему (рис. 1,б) заданной цепи с таким же значением силы тока: I=1,5 А.

        3. Определение напряжений на выводах отдельных сопротивлений, всего внешнего участка и участка БД. Напряжения или падения напряжений на участках цепи определяются по закону Ома для участка цепи:

В;  В;

 В;  В.

        Напряжение на внешнем участке цепи  можно определить и как сумму напряжений на отдельных сопротивлениях этого участка:

.                  (3)

        Подставив числовые данные задачи в выражение (3), получим

 В.

        Аналогично вычисляется напряжение на участке БД:

 В

        или

 В.

        4. Определение ЭДС источника энергии и напряжения на его выводах. Выражение для ЭДС источника энергии неразветвленной цепи (рис. 1, а) найдем из закона Ома для полной цепи:

,                                                     (4)

        откуда

.                                              (5)

        Согласно выражению (5) ЭДС источника энергии равна произведению силы тока в цепи на общее сопротивление этой цепи, т.е. ЭДС источника заданной цепи

 В.

        Напряжение U на выводах источника энергии равно напряжению на внешнем участке цепи :

 В,

т.е. напряжение на выводах источника энергии определяется как произведение силы тока на общее сопротивление внешнего участка цепи.

        Напряжение U можно найти и другим способом. Из выражения (4) следует, что

,                                                (6)

т.е. напряжение на выводах источника энергии можно определить как разность его ЭДС и падения напряжения на внутреннем сопротивлении.

        Подставив числовые данные задачи в формулу (6), получим

 В.

        5. Вычисление мощностей и КПД. Составление баланса мощностей. Мощность, развиваемая источником энергии,

 Вт.

        Мощность, расходуемая на внутреннем сопротивлении источника,

 Вт.

        Мощность, отдаваемая источником во внешнюю цепь,

 Вт.

        Однако мощность, потребляемую внешним участком цепи, можно определить по другой формуле:

 Вт.

        КПД источника энергии

.

        Вырабатываемая источником энергии мощность затрачивается в сопротивлениях пропорционально значениям сопротивлений участков цепи или падений напряжений на них:

 Вт;

 Вт;

 Вт.

        Баланс мощностей для цепи на рис. 1, а запишем в виде

.                                   (7)

        Убедимся в выполнении баланса мощностей. Мощность источника энергии, рассчитанная по формуле (7),

 Вт,

т.е. соответствует мощности источника, рассчитанной по формуле     .

Рис. 2. Схемы измерения напряжений в цепи: а – при обрыве сопротивления ; б – при коротком замыкании сопротивления

        6. Показания вольтметров при обрыве в сопротивлении . На рис. 2, а представлена схема измерения напряжений в цепи, приведенной на рис. 1, а. При обрыве сопротивления  цепь остается замкнутой через вольтметр V4. Однако ток в цепи при этом незначителен и им можно пренебречь (), так как обеспечиваемые на практике сопротивления вольтметров весьма велики по сравнению с сопротивлениями цепи.

        Вольтметры V2 и V3 измеряют соответственно напряжения  и  и при отсутствии тока в цепи согласно закону Ома для участка цепи покажут нуль: .

        Вольтметр V1 измеряет напряжение  на выводах источника, которое при обрыве в цепи, т.е. при отсутствии в ней тока, согласно формуле (6) будет равно ЭДС источника:

                                (8)

        Вольтметр V4 показывает напряжение , равное ЭДС:

                            (9)

        В этом можно убедиться и следующим образом. Так как напряжения  и  равны нулю и на сопротивлениях  и  не происходит изменения потенциалов, потенциал точки Г равен потенциалу точки А (), а потенциал точки Д равен потенциалу точки З (). Следовательно, , или .

        7. Показания вольтметров при коротком замыкании выводов В и Е. Короткое замыкание участка цепи может произойти либо при непосредственном замыкании, т.е. при касании металлических выводов участка, либо при соединении этих выводов проводником. При коротком замыкании сопротивления  (рис. 2, б) ток в цепи проходит через практически нулевое сопротивление перемычки ВЕ, минуя сопротивление  и подключенный к нему вольтметр V4, т.е. ; . При этом общее сопротивление короткозамкнутого участка , а значит, падение напряжения на нем  и вольтметр V4 покажет нуль.

        В результате короткого замыкания сила тока в цепи увеличится:

 А,

напряжения  и  (а соответственно и показания вольтметров V2   и V3) возрастут почти в 2 раза, а напряжение  на выводах источника (и соответственно показание вольтметра V1) уменьшится:

 В;  В;

 В.

Практическая работа №3.

Задание №1

        Электрон, влетев в однородное магнитное поле с магнитной индукцией В=50 мТл, движется по окружности радиусом R=15 см. Определите магнитный момент эквивалентного кругового тока.

Решение.  Движение электрона по окружности эквивалентно круговому току, поэтому магнитный момент кругового тока

 =IS= S ,                                              (10)

где e – заряд электрона; Т- период обращения электрона; S- площадь, которая ограничена окружностью, описываемой электроном.

Период обращения и площадь соответственно равны

T=  и  S=,                                          (11)

где R- радиус окружности,  – скорость электрона.

Согласно второму закону Ньютона,

=,                                                   (12)

где =  – нормальное ускорение, сообщаемое электрону силой Лоренца

                                                   (13)

Тогда

 =   ,                                               (14)

откуда скорость электрона

  .                                                 (15)

        Подставив выражения (13) для Т и (11) для S, найдем искомый магнитный момент эквивалентного кругового тока

  .

Ответ: = 15,8 пА *  .

Задание №2

Рис. 3

        Электрон влетает в однородное магнитное поле, индукция которого 2 мТл, со скоростью 7,6 Мм/с под углом  к  вектору индукции (рис. 3). Определите радиус витка и шаг спирали, по которой будет двигаться электрон.

Решение.  Если скорость  электрона направлена под углом  к вектору В, то его движение можно представить в виде суперпозиции: 1) равномерного прямолинейного движения вдоль вектора В со скоростью ;

2) равномерного движения со скоростью   по окружности в плоскости, перпендикулярной вектору В. В результате сложения движений возникает движение по спирали.

        Сила Лоренца F действует на электрон в плоскости, перпендикулярной вектору В, сообщая ему нормальное ускорение. В результате электрон описывает в этой плоскости окружность радиусом R. Согласно второму закону Ньютона,

                                                (16)

или

  ,                                   (17)

откуда искомое выражение для радиуса витка спирали имеет вид

        Шаг спирали равен расстоянию h, на которое смещается электрон вдоль В за один оборот:

 .                                       (18)

Так как Т=2, то

 ,

откуда находим искомое выражение для шага спирали

.

                                            (19)

.

Ответ: R=1,87 см; h= 6,79 см.

Задание №3

        Магнитный момент  соленоида (без сердечника) длиной l= 25см, если магнитный поток Ф сквозь площадь поперечного соленоида равен 1,5 мкВб.

Решение.  Магнитный момент соленоида, содержащего N витков,

                                               (20)

где I – сила тока, S – площадь поперечного сечения соленоида.

        Магнитный поток сквозь площадь поперечного сечения соленоида

Ф= BS ,                                                 (21)

где магнитная индукция поля внутри соленоида без сердечника

                                                (22)

Тогда

 ,                                             (23)

откуда

 .

        Подставив выражение (21) в формулу (20), найдем искомый магнитный момент соленоида

Ответ: 

Практическая работа №4.

Название работы: «Определение напряжения, тока и мощности источника энергии и потребителей во всех участках цепи».

Задание №1

        Составить схему замещения цепи и вычислить токи во всех участках цепи, напряжения на выводах потребителей и источника, а также мощности источника и всех потребителей. Для проверки правильности расчета цепи составить баланс мощностей.

        Ветвь исследуемой цепи содержит источник, ЭДС которого E=60 В, а внутренне сопротивление =1 Ом, и сопротивление R1=9 Ом. К концам ветви в точках А и Б присоединено два параллельных сопротивления: R2=50 Ом и R3=75 Ом.

Рис. 4. Два варианта схемы разветвленной цепи с одним источником: а – источник в левой ветви; б – источник во внутренней ветви

        Решение. Заданная цепь может иметь два варианта схемного изображения, показанные на рис. 4. Схемы, приведенные на рис. 4, а и рис. 4, б отличаются друг от друга только тем, что в варианте схемы (рис. 4, б) ветвь, содержащая источник, располагается в середине схемы. Расчет цепи (рис. 4, б) иногда вызывает затруднение у тех, кто не сразу замечает, что сопротивления R2 и R3 присоединены к одним и тем же узлам (А и Б), т.е. соединены параллельно. Таким образом, варианты схемы (рис. 4) – это различные схемные изображения одной и той же цепи, поэтому приведенный далее расчет одинаков для обеих схем.

        1. Вычисление общего тока. Упростим схему, заменив параллельно соединенные сопротивления R2 и R3 их общим сопротивлением:

 Ом.

        После замены получаем разветвленную цепь (рис. 5), расчет которой нам уже известен.

        В цепи по всем ее элементам протекает один общий ток I1, который легко определяется по закону Ому:

 А.

        2. Вычисление тока в ветвях цепи по общему току. После определения тока I1 возвращаемся к схеме (рис. 4) и находим токи I2 и I3 ветвях заданной цепи. Это можно выполнить двумя способами: по распределению общего тока между ветвями и по узловому напряжению:

        а.) определение тока в ветвях по распределению общего тока между ветвями. Общий ток I1 разделяется в узле А на два тока (I2 и I3), распределяясь обратно пропорционально их сопротивлениям.

  А.

        Ток I3 во второй параллельной ветви можно определить по той же формуле, но проще: по первому закону Кирхгофа:

 А;

        б.) вычисление токов в ветвях цепи по узловому напряжению UАБ. Указанное напряжение легко определить по упрощенной эквивалентной схеме (рис. 5):

 В.

        Из закона Ома для участка цепи следует:

 А.

        Ток I3 можно определить или по той же формуле, или по первому закону Кирхгофа:

 А.

        3. Вычисление напряжений в заданной цепи:

        а) напряжение на сопротивлениях R2 и R3 одинаково и вычислено ранее: UАБ=45 В;

        б) напряжение на сопротивления R1 и R0 определяем по закону Ома:

 В;

 В;

Рис. 5. Схема цепи после преобразования

        в) напряжение U на выводах источника:

 В;

        г) проверка правильности расчета цепи. Для заданной цепи можно составить уравнение по второму закону Кирхгофа:

 В.

        Рассчитанное значение ЭДС равно заданному значению E=60 В, что говорит о правильности расчета цепи.

        4. Вычисление мощностей заданной цепи:

        а) мощность, развиваемая источником:

 Вт;

        б) мощность потерь во внутреннем сопротивлении R0:

 Вт;

        в) мощность, потребляемая сопротивлением R1:

 Вт;

        г) мощность, потребляемая сопротивлением R2:

 Вт;

        д) мощность, потребляемая сопротивлением R3:

 Вт;

        е) мощность, отдаваемую источником во внешнюю цепь, можно вычислить по формуле:

 Вт.

        Мощность P равна сумме мощностей потребителей (R1, R2, R3), поэтому P можно определить еще и следующим образом:

 Вт.

        5. Составление баланса мощностей для заданной цепи. Составим баланс мощностей для проверки правильности расчета цепи:

 Вт,

        что соответствует вычисленному ранее значению Pист. Баланс мощностей сходится, что подтверждает правильность выполненных расчетов.