Файл: Работы Индивидуальное задание вариант 76. Номер варианта по дисциплине Прикладная физика в электроэнергетике Наименование учебной дисциплины.docx

Отсюда найдём



Подставив выражение lв формулу (1), сократив на t и выразив площадь S сечения проводника через диаметр d, найдём среднюю скорость направленного движения электронов:

(5)

Произведём вычисления по этой формуле:


Таблица 2.1. Характеристики материалов

№	Металл или сплав	Плотность, *103 кг/м3	Молярная масса *10-3 кг/моль
1	Алюминий	2,71	27
2	Дюралюминий	2,79	28
3	Железо	7,8	55,85
4	Золото	19,3	196,97
5	Инвар	8,7	114,8
6	Иридий	22,4	192,2
7	Латунь	8,6	67,3
8	Магннй	1,74	24,31
9	Медь	8,9	63,54
10	Платина	21,5	195,1
11	Свинец	11,34	207,2
12	Серебро	10,5	107,87
13	Титан	4,5	47,9
14	Цинк	7,1	65,38

---

Пример 2.2. В цепь источника постоянного тока с ЭДС ε = 6В включён резистор сопротивлением R = 80Ом. Определить:

1) плотность тока в соединительных проводах площадью поперечного сечения S = 2мм²;

2) вначале, при определении плотности тока согласно пункту 1), сопротивлением источника тока r_iи сопротивлением соединительных проводов R₁ пренебречь, затем вычислить плотность тока, если сумма сопротивлений источника тока и соединительных проводов равна R₁+r₁ = 5Ом;

3) число N электронов, проходящих через сечение проводов за время

t = 1 сек.

Решение. 1. Плотность тока по определению есть отношение силы тока I к площади поперечного сечения провода:

j = I/S. (1)

Силу тока в этой формуле выразим по закону академика Петрова-Ома для всей цепи:

I = ε/(R+R₁+r₁) (2)

где R - сопротивление резистора; R₁- сопротивление соединительных проводов; r_i- внутреннее сопротивление источника тока.

Пренебрегая сопротивлениями R_lи r_iиз (2), получим

I = ε/R.

Подставив это выражение силы тока в (1), найдём

j = ε/(RS).

Произведя вычисления по этой формуле, получим j = 37,5 кA/м.

2. С учётом сопротивления источника тока r_i и сопротивления соединительных проводов R₁ плотность тока равна

j = 35,29 кA/м.

3. Число электронов, проходящих за время t через поперечное сечение, найдём, разделив заряд Q, протекающий за это время через сечение, на элементарный заряд

N = Q/e,

или с учётом того, что Q = It и I = ε/R, получим

.

Подставим сюда числовые значения величин и вычислим (элементарный заряд: e = 1,60*10^-19 Кл):

N = 4,69*10¹⁷ электронов.
Пример 2.3. Пространство между пластинами плоского конденсатора имеет объём V= 375 см³ и заполнено водородом, который частично ионизирован. Площадь пластин конденсатора S = 250 см². При каком напряжении U между пластинами конденсатора сила тока I, протекающего через конденсатор, достигнет значения 2 мкА, если концентрация

---

n ионов обоих знаков в газе равна 5,3*10⁷ см^-3. Принять подвижность ионов b₊ = 5,4*10^-4м²/(В*с), b_– = 7,4*10^-4 м²/ (В*с).

Решение. Напряжение U на пластинах конденсатора связано с напряжённостью Е электрического поля между пластинами и расстоянием d между ними соотношением

U = Ed. (1)

Напряжённость поля может быть найдена из выражения плотности тока

j = Qn(b₊+b_-)E,

где Q - заряд иона.

Отсюда напряжённость поля равна



Расстояние dмежду пластинами, входящее в формулу (1), найдём из условия, что объём V между пластинами плоского конденсатора равен произведению площади пластин конденсатора S на расстояние dмежду пластинами. Имеем

d = V/S.

Подставив выражения для напряжённости Е и для расстояния dмежду пластинамиконденсатора в формулу (1), получим

(2)

Проверим, дает ли правая часть полученной расчётной формулы единицу напряжения:



Подставим в формулу (2) значения величин из условия задачи и произведём вычисления:


Задача 2.1

Вариант №	Материал	Ток I, А	Диаметр d, мм
1	1	17,87	0,64
2	2	17,49	1,2
3	3	16,84	1,23
4	4	16,77	0,73
5	5	16,98	1,59
6	6	17,15	0,74
7	7	17,67	1,48
8	8	16,1	0,78
9	9	17,78	0,85
10	10	16,61	0,85
11	11	16,14	1
12	12	17,11	1,46
13	13	16,54	1,14
14	14	17,69	1,28
15	1	16,06	0,93
16	2	16,64	1,57
17	3	17,35	0,99
18	4	17,02	1,27
19	5	16,51	1,23
20	6	16,2	0,97
21	7	16,54	1,49
22	8	16,43	0,64
23	9	16,2	1,49
24	10	16,97	0,82
25	11	16,67	1,6
26	12	17,41	0,69
27	13	16,8	1,59
28	14	16,33	0,94
29	1	16,08	0,94
30	2	16,14	1,34
31	3	16,41	1,11
32	4	17,87	0,61
33	5	17,14	1,21
34	6	16,53	0,96
35	7	16,08	0,74
36	8	17,74	1,04
37	9	17,22	1,05
38	10	16,86	1,27
39	11	17,66	1,59
40	12	16,9	0,79
41	13	17,48	1,5
42	14	17,53	1,22
43	1	17,93	0,91
44	2	16,09	0,72
45	3	17,64	1,07
46	4	16,08	1,48
47	5	16,52	1,5
48	6	16,53	1,35
49	7	17,06	0,9
50	8	17,45	1,54
51	9	17,46	1,11
52	10	16,51	1,18
53	11	17,84	1,54
54	12	17,03	1,16
55	13	17,49	1,4
56	14	17,45	0,61
57	1	17,37	0,76
58	2	16,3	1,56
59	3	16,57	1,24
60	4	17,58	1,21
61	5	16,98	1,37
62	6	17,91	0,67
63	7	16,1	1,44
64	8	17,2	1,14
65	9	16,74	0,76
66	10	16,26	1,27
67	11	16,3	1,33
68	12	17,17	1,01
69	13	17,69	1,59
70	14	16,44	0,64
71	1	17,42	0,85
72	2	16,64	0,8
73	3	16,36	0,99
74	4	16,19	1,44
75	5	16,58	1,06
76	6	17,48	0,7
77	7	16,76	1,37
78	8	16,57	1,16
79	9	16,06	0,77
80	10	16,42	0,79
81	11	16,41	0,82
82	12	17,06	0,66
83	13	17,6	1,49
84	14	17,26	0,74
85	1	17,81	0,91
86	2	17,9	1,5
87	3	17,1	0,9
88	4	16,09	0,73
89	5	17,48	1,43
90	6	17,46	1,31
91	7	16,36	1,39
92	8	16,57	0,91
93	9	17,33	1,17
94	10	16,99	1,39
95	11	16,75	1,32
96	12	17,26	1,45
97	13	17,01	1,47
98	14	17,38	0,82
99	1	17,91	0,81
100	2	17,66	1,19

---

---

Задача 2.2

Вариант №	ЭДС, В	Резистор R, Ом	Сечение S, мм2	Время t, с
1	6,64	83,8	2,89	1,12
2	6,46	83,53	2,45	1,37
3	7,12	83,26	2,65	1,3
4	6,22	84,09	2,59	1,44
5	7,42	82,02	2,02	1,93
6	6,12	80,32	2,04	1,25
7	6,86	82,52	2,89	1,65
8	6,8	80,06	3	1,18
9	6,83	80,9	2,81	1,35
10	6,17	80,81	2,31	1,25
11	6,63	81,36	2,22	1,15
12	6,84	80,86	2,63	1,19
13	7,5	81,97	2,6	1,5
14	7,2	82,88	2,52	1,87
15	7,04	80,02	2,27	1,87
16	6,07	81,94	2,38	1,34
17	6,37	81	2,47	1,62
18	7,42	84,22	2,13	1,26
19	6,37	82,12	2,96	1,48
20	6,48	83,13	2,53	1,16
21	7,27	80,01	2,5	1,63
22	7,47	80,8	2,34	1,06
23	6,97	83,12	2,45	1,66
24	6,55	80,79	2,79	1,54
25	6,16	80,78	2,47	1,82
26	7,79	81,58	2,53	1,9
27	6,07	82,09	2,27	1,45
28	6,22	81,63	2,65	1,42
29	7,09	84,88	2,27	1,43
30	7,35	81,44	2,66	1,43
31	7,73	84,91	2,49	1,57
32	6,76	83,96	2,46	1,24
33	7,41	81,43	2,33	1,25
34	7,61	80,22	2,88	1,73
35	7,97	83,47	2,79	1,51
36	7,88	83,79	2,3	1,82
37	6,65	84	2,31	1,15
38	6,35	84,99	2,86	1,58
39	7,2	82,65	2,52	1,07
40	7,76	84,81	2,9	1,6
41	7,58	80,37	2,63	1,46
42	7,4	81,12	2,37	1,37
43	7,09	83,88	2,86	1,14
44	7,38	81,21	2,85	1,28
45	6,81	81,48	2,71	1,87
46	7,66	81,51	2,65	1,81
47	6,97	82,98	2,07	1,25
48	7,74	82,75	2,13	1,31
49	6,35	81,23	2,42	1,72
50	7,24	80,65	2,66	1,33
51	6,99	83,65	2,46	1,83
52	6,94	84,37	2,35	1,67
53	6,37	81,96	2,64	1,71
54	6,26	84,58	2,5	1,78
55	7,41	81,99	2,48	1,23
56	6,68	81,51	2,44	1,42
57	7	84,93	2,08	1,3
58	7,96	81,77	2,8	1,83
59	7,88	83,57	2,57	1,98
60	6,35	84,83	2,64	1,64
61	6,26	81,96	2,68	1,11
62	6,42	81,74	2,77	1,05
63	7,55	81,64	2,7	1,37
64	7,07	82,67	2,54	1,27
65	6,79	84,79	2,35	1,77
66	7,43	83,57	2,61	1,71
67	7,78	81,74	2,54	1,88
68	6	83,82	2,22	1,11
69	7,33	80,16	2,59	1,18
70	7,8	84,25	2,72	1,6
71	7,51	84,24	2,19	1,88
72	7,03	83,79	2,16	1,69
73	6,39	83,92	2,53	1,05
74	6,98	80,86	2,12	1,46
75	7,65	83,75	2,67	1,08
76	6,93	84,11	2,54	1,44
77	6,96	84,95	2,44	1,42
78	6,24	84,95	2,94	1,57
79	6,63	83,93	2,9	1,41
80	7,84	84,58	2,39	1,69
81	7,94	82,93	2,98	1,62
82	6,86	81,02	2,18	1,75
83	7,15	81,26	2,86	1,65
84	6,2	80,26	2,9	1,8
85	7,84	83,95	2,73	1,77
86	7,18	83,15	2,2	1,47
87	7,88	81,19	2,18	1,86
88	7,72	82,2	2,21	1,84
89	6,81	83,71	2,2	1,61
90	6,54	82,01	2,79	1,3
91	6,48	84,65	2,29	1,53
92	6,76	80,01	2,36	1,21
93	6,4	83,88	2,49	1,3
94	7,71	83,45	2,2	1,35
95	7,15	80,14	2,03	1,55
96	6,28	84,33	2,98	1,32
97	7,21	82,87	2,43	1,83
98	6,7	80,15	2,34	1
99	6,17	83,27	2,99	1,29
100	7,01	84,98	2,2	1,36

---