Вопросы, тесты и задания по электротехнике
методическая разработка по технологии

Самостоятельная работа 8 класс

1. Как называется область техники, связанная с получением, распределением, преобразованием и применением электроэнергии?
2. Что представляет собой направленное движение электронов в металлах?
3. Как называются материалы, которые не проводят электрический ток?
4. Какое устройство преобразует механическую энергию в электрическую?
5. Что определяет количество зарядов, протекающих через поперечное сечение проводника за единицу времени?
6. Как называют устройства, в которых происходит преобразование электроэнергии в другие виды энергии?
7. Что представляют собой соединенные проводами источник тока и потребители?
8. Что называется условным графическим изображением элементов  электрической цепи?
9. Как называется свойство противодействия электрической цепи или отдельных ее участков прохождению электрического тока? Напишите составляющие формулы R=ρ L/S
10. Напишите составляющие формулы  P=IU.
11. Отчего зависят магнитные свойства электромагнита?
12. Как называется часть электродвигателя, обеспечивающее постоянное вращение якоря?
13. Что представляет собой трубчатый нагревательный  элемент (ТЭН)?
14. Начертите электросхему цепи, состоящую из источника тока, двухполюсного выключателя и двух электроламп.

Ответы.

1. Электротехника.
2. Электрический ток.
3. Диэлектрики или изоляторы.
4. Генератор.
5. Силу тока.
6. Потребители или приемники тока.
7. Электрическую цепь.
8. Электросхема.
9. Электрическое сопротивление.  R-сопротивление цепи, ρ-удельное сопротивление проводника, L-длина проводника, S-площадь поперечного сечения проводника.
10. P-мощность, I-сила тока, U- напряжение.
11. От величины тока, от обмотки (числа витков на катушке), от свойств сердечника.
12. Коллектор.
13. Стальную или латунную трубку, внутри которой находится нагревательная спираль, изолированная от стенок трубки.

14

Задачи по электротехнике.

1. Определите силу тока в электрочайнике, включенном в сеть с напряжением 220 вольт, если сопротивление нити накала  равно 39 ом.
2. Показания вольтметра, присоединенного к электролампе равно 120 вольт, а амперметра, измеряющего силу тока в лампе 0,5 ампер. Чему равно сопротивление лампы? Начертите схему включения лампы, вольтметра и амперметра.
3. Сила тока в паяльнике 4,6 А при напряжении 220 V. Определите мощность тока в паяльнике.
4. Рассчитайте силу тока, проходящего по медному проводу длиной 100 метров и площадью поперечного сечения 0,5 квадратных миллиметров при напряжении 6,8 вольт.
5. Какова масса медной проволоки длиной 2 км и сопротивлением 8,5 ом?

Задача  Длина алюминиевого провода 500 м, площадь его поперечного сечения 4 мм2 , Чему равно сопротивление провода?

Рассмотрим следующую задачу: надо определить силу тока в проводнике, длина которого 100 м, а сечение этого проводника – 0,5 мм2.

Этот проводник выполнен из меди и включен в цепь таким образом, что на его концах наблюдается напряжение 6,8 В. Стоит отметить, что в задаче дан материал, из которого сделан проводник. Значит, можно узнать значение удельного сопротивления из таблицы.

 Закон Ома – физическая закономерность, которая определяет взаимосвязь между током, напряжением и сопротивлением проводника. 

 Закон Ома для участка цепи

  Формулировка закона Ома для участка цепи – сила тока прямо пропорциональна напряжению, и обратно пропорциональна сопротивлению.

I-сила тока (измеряется в амперах-А). U-напряжение(измеряется в вольтах-В). R-сопротивление(измеряется в омах-Ом).

Мощность электрического тока- Р=IU (Измеряется в ваттах-Вт).

Схема подключения электроизмерительных приборов (амперметра и вольтметра).

Пример 1. Определить ток, который будет проходить по нити лампы накаливания, если нить имеет неизменное сопротивление 240 Ом, а лампа включена в сеть с напряжением 120в.

Пример 2. По спирали электрической плитки протекает ток в 5 А. Плитка включена в сеть с напряжением 220 В. Определить сопротивление спирали электрической плитки.

Пример 3. От генератора, напряжение на зажимах которого 115 В, электроэнергия передается электродвигателю по проводам, сопротивление которых 0,1 Ом. Определить напряжение на зажимах двигателя, если он потребляет ток в 50 А.

Очевидно, что на зажимах двигателя напряжение будет меньше, чем на зажимах генератора, так как в линии будет потеря напряжения. По формуле определяем, что потеря напряжения равна:

Пример 4  Допустим, на щитке домашнего электросчетчика приведены следующие параметры: Максимальное напряжение 250 в; Сила тока 10 А; Частота электросети 50Гц; 1 кВт ч=2500 оборотов диска. По этим данным можно вычислить максимальную электрическую мощность P=IU=10 А  250 В=2500 Вт. Параметрами счетчика допускается увеличение мощности на 20% (в1,2 раза), тогда максимально допустимая мощность нагрузки, которую можно к нему подключить, равна Р=1.2 2500=3000Вт.

В 1826 величайший немецкий физик Георг Симон Ом публикует свою работу «Определение закона, по которому металлы проводят контактное электричество», где дает формулировку знаменитому закону. Ученые того времени встретили враждебно публикации великого физика. И лишь после того, как другой ученый – Клод Пулье, пришел к тем же выводам опытным путем, закон Ома признали во всем мире.

  Закон Ома – физическая закономерность, которая определяет взаимосвязь между током, напряжением и сопротивлением проводника. Он имеет две основные формы.

 Закон Ома для участка цепи

   – сила тока прямо пропорциональна напряжению, и обратно пропорциональна сопротивлению.

I-сила тока (ампер);  U- напряжение на концах участка (вольт); R- сопротивление участка (Ом).

Сила тока i - количество электричества, проходящее через поперечное сечение проводника в одну секунду. I=q/t

 Напряжение характеризует электрическое поле, создаваемое током.

Напряжение ( U ) равно отношению работы электрического поля по перемещению заряда
к величине перемещаемого заряда на участке цепи. U=A/q

Электрическое напряжение - это величина, численно равная работе по перемещению единицы электрического заряда между двумя произвольными точками электрической цепи. 

Свойство материала проводника препятствовать прохождению через него электрического тока называется электрическим сопротивлением.   Сопротивление прямо пропорционально длине проводника и обратно пропорционально площади его поперечного сечения и зависит от вещества проводника. R = ρ L / S,
где ρ - удельное сопротивление, l - длина проводника, S - площадь поперечного сечения проводника.

I=u/R   U=IR  R=U/I

  Это простое выражение помогает на практике решать широчайший круг вопросов. Для лучшего запоминания решим задачу.

Задача 1.1

  Рассчитать силу тока, проходящую по медному проводу длиной 100 м, площадью поперечного сечения 0,5 мм2, если к концам провода приложено напряжение 12 B.

  Задачка простая, заключается в нахождении сопротивления медной проволоки с последующим расчетом силы тока по формуле закона Ома для участка цепи. Приступим. 

  Закон Ома для полной цепи 

  Формулировка закона Ома для полной цепи - сила тока прямо пропорциональна сумме ЭДС цепи, и обратно пропорциональна сумме сопротивлений источника и цепи , где E – ЭДС, R- сопротивление цепи, r – внутреннее сопротивление источника.

 В данной статье хотелось бы показать не только формулу этого закона, но и пояснить его суть. Закон Ома представляет собой формулу, что показывает зависимость основных характеристик электрической цепи, а именно — напряжения (электродвижущей силы), электрического тока (потока заряженных частиц) и сопротивления (противодействие течению электронов в твёрдом проводнике).

Для лучшего понимания закона Ома, вначале давайте чётче определимся с понятием «электрическая цепь». Говоря простыми словами, электрическая цепь представляет собой тот путь в электрической схеме, по которому протекают заряды (провода, электро - и радио - элементы, устройства и прочее). Электрическая цепь, естественно, начинается с источника электропитания. Электрические заряды представляют собой избыток электронов, что под действием внутренних факторов (электромагнитное поле, химические процессы, фотонные явления и т.д.) стремятся перейти на противоположную клемму этого источника электропитания.

Упрощенно выражаясь, силой стремления заряженных частиц перейти на противоположную сторону источника будет являться напряжение. Количество заряженных частиц (их поток), которое будет течь в электрической цепи — это электрический ток. А различные факторы, что создают преграды внутри проводников для потока заряженных частиц, препятствуя их движению, естественно будет сопротивлением. Кроме сопротивления общей внешней цепи существует и внутреннее сопротивление самого источника электропитания. Его также следует при необходимости учитывать в расчётах. Между этими электрическими характеристиками существует определённая, прямолинейная зависимость, которая и показана в законе Ома:

I=U⁄r+R, из которой можно вывести: U=I×(R+r); R+r=U⁄I; r=U/I−R

• I — ток в электрической цепи (Амперы)
• U — Напряжение (Вольты)
• R — Сопротивление цепи (Омы)
• r — внутреннее сопротивление источника питания (Омы)

Полный закон Ома для полной цепи звучит так: сила тока в электрической цепи будет прямо пропорциональна напряжению приложенному к этой цепи, и обратно пропорциональна сумме внутреннего сопротивления источника электропитания и общему сопротивлению всей цепи.

При помощи полного закона Ома для полной цепи можно вычислить общие значения напряжения на клеммах источника электропитания, общий ток (потребляемый этой цепью) и суммарное сопротивление всей цепи. А что же делать, если нам необходимо узнать эти основные электрические характеристики в определённых частях цепи? Применить этот закон к конкретной части цепи (выбросив из формулы внутреннее сопротивление источника электропитания):  I=U⁄R

Любую электрическую схему (любой сложности) можно представить в виде простых путей, по которым перемещаются электроны. Взяв любой такой участок и определив его двумя точками, к нему смело можно применять закон Ома. На этих точках будет своё падение напряжения, своё внутреннее сопротивление и свой ток. Зная значения любых двух характеристик, по закону Ома всегда можно вычислить третье.

Выше мы рассматривали закон Ома для постоянного тока. А какой вид примет формула для переменного тока? Прежде чем её привести, давайте охарактеризуем этот самый переменный ток. Это движение заряженных частиц, которое периодически изменяется в направлении и значении. В отличие от постоянного тока, переменному свойственно наличие дополнительных факторов, которые порождают ещё один вид сопротивления. Такое сопротивление называется реактивным (обычное сопротивление проводников является активным). Реактивное сопротивление свойственно емкостям (конденсаторам) и индуктивностям (катушкам).

Закон Ома для переменного тока будет иметь такой вид:  I=U⁄Z

• I — ток в электрической цепи
• U — Напряжение
• Z — Комплексное сопротивление

Комплексное сопротивление состоит из суммы активных и реактивных сопротивлений. Если в схеме с переменным током имеются только лишь активные сопротивления, то к ней применяют обычную формулу закона Ома, что приведена выше (для постоянного тока).

  Здесь могут возникнуть вопросы. Например, что такое ЭДС? Электродвижущая сила - это физическая величина, которая характеризует работу внешних сил в источнике ЭДС. К примеру, в обычной пальчиковой батарейке, ЭДС является химическая реакция, которая заставляет перемещаться заряды от одного полюса к другому. Само слово электродвижущая говорит о том, что эта сила двигает электричество, то есть заряд.

  В каждом источнике присутствует внутреннее сопротивление r, оно зависит от параметров самого источника. В цепи также существует сопротивление R, оно зависит от параметров самой цепи.

  Формулу закона Ома для полной цепи можно представить в другом виде. А именно: ЭДС источника цепи равна сумме падений напряжения на источнике и на внешней цепи.

  Для закрепления материала, решим две задачи на формулу закона Ома для полной цепи.

Задача 2.1

  Найти силу тока в цепи, если известно что сопротивление цепи 11 Ом, а источник подключенный к ней имеет ЭДС 12 В и внутреннее сопротивление 1 Ом.

  Теперь решим задачу посложнее.

 Задача 2.2

  Источник ЭДС подключен к резистору сопротивлением 10 Ом с помощью медного провода длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм2. Найти силу тока, зная что ЭДС источника равно 12 В, а внутреннее сопротивление 1,9825 Ом.

Приступим.

Мнемоническая диаграмма

  Для лучшего запоминания закона Ома существует мнемоническая диаграмма, благодаря которой можно всегда напомнить себе формулу. Пользоваться этой диаграммой очень просто. Достаточно закрыть искомую величину и две другие укажут, как её найти.

Практическая работа «Монтаж и сборка электрической цепи по схемам».

Задание.

1. Начертить схему электроцепи,  состоящей из источника тока, двух последовательно соединенных электроламп и выключателя. Собрать электроцепь и испытать ее.

2. Начертить схему электроцепи,  состоящей из источника тока, двух параллельно соединенных электроламп и выключателя. Собрать электроцепь и испытать ее.

3. Начертить схему с двумя параллельно соединенными лампами, каждая из которых включается своим выключателем. Собрать электроцепь и испытать ее.