Присоединиться

Физика·Электричество·8–10 класс

Найдите ЭДС и внутреннее сопротивление источника по двум измерениям силы тока

Условие

К одному и тому же источнику тока сначала подключили резистор сопротивлением 4 Ом — амперметр показал силу тока 2 А, затем этот резистор заменили на резистор 9 Ом, и сила тока стала равна 1 А. Считая сопротивление амперметра и проводов пренебрежимо малым, найдите ЭДС источника, его внутреннее сопротивление и напряжение на клеммах источника во втором опыте.

Ответ

ε=10\varepsilon = 10 В, r=1r = 1 Ом, U2=9U_2 = 9 В

Решение по шагам

  1. Шаг 1. Закон Ома для полной цепи

    Внутри источника заряды тоже движутся через вещество, и оно тоже обладает сопротивлением rr — внутренним. Поэтому в замкнутой цепи

    I=εR+rI = \frac{\varepsilon}{R + r}

    где ε\varepsilon — ЭДС источника, RR — внешнее сопротивление.

    Удобнее переписать без дроби:

    ε=I(R+r)\varepsilon = I (R + r)

    Два неизвестных (ε\varepsilon и rr) — значит, одного опыта мало, нужны два уравнения. Их как раз и дают два измерения из условия.

  2. Шаг 2. Составляем систему уравнений

    Ключевая идея: источник один и тот же, поэтому ε\varepsilon и rr в обоих опытах одинаковые, меняются только RR и II.

    Первый опыт (R1=4R_1 = 4 Ом, I1=2I_1 = 2 А):

    ε=2(4+r)\varepsilon = 2 \cdot (4 + r)

    Второй опыт (R2=9R_2 = 9 Ом, I2=1I_2 = 1 А):

    ε=1(9+r)\varepsilon = 1 \cdot (9 + r)

    Слева в обоих уравнениях стоит одна и та же величина — значит, правые части можно приравнять.

Осталось ещё 3 шага — откроются после входа:

  • Шаг 3. Решаем систему и находим внутреннее сопротивление
  • Шаг 4. Находим ЭДС
  • Шаг 5. Напряжение на клеммах во втором опыте
Получить полное решение

Бесплатно · займёт минуту

Частые ошибки

  • Считать, что напряжение на клеммах равно ЭДС: они совпадают только при разомкнутой цепи, когда тока нет.

  • Забыть rr в знаменателе и посчитать ε=I1R1=8\varepsilon = I_1 R_1 = 8 В и ε=I2R2=9\varepsilon = I_2 R_2 = 9 В — два разных «ответа» как раз и сигнализируют, что внутреннее сопротивление учитывать обязательно.

  • Считать, что во втором опыте ЭДС другая: источник тот же, ЭДС — его собственная характеристика и от нагрузки не зависит.

  • Ошибиться при раскрытии скобок: 2(4+r)=8+2r2(4+r) = 8 + 2r, а не 8+r8 + r.

  • Подставлять внешнее и внутреннее сопротивление как параллельные — они соединены последовательно, поэтому складываются.

Другие задачи по теме «Электричество»