Potențialul câmpului electrostatic într-un punct dat este egal. Recomandări pentru rezolvarea problemelor netradiționale pentru calcularea circuitelor electrice DC

Să avem o uniformă infinită câmp electric. O sarcină +q este plasată în punctul M. Lăsat la sine +q încărcare sub efect forte electrice câmpul se va deplasa în direcția câmpului pe o distanță infinit de mare. Energia va fi cheltuită pentru această mișcare de încărcare câmp electric.

Potențialul unui punct de câmp dat este munca cheltuită de un câmp electric atunci când mută o unitate de sarcină pozitivă dintr-un punct de câmp dat la un punct la infinit. Pentru a muta sarcina +q dintr-un punct la infinit înapoi în punctul M, forțele externe trebuie să producă lucru A, care merge spre depășirea forțelor electrice ale câmpului. Atunci pentru potențialul φ al punctului M obținem

În absența unui sistem de împământare neutru, a rețelei de substație și a unui loc la distanță, angajatorul poate folosi un loc temporar la locul de muncă. În plus, dacă angajații lucrează la un sistem trifazat, metoda de împământare trebuie să scurtcircuite toate cele trei faze. Scurtificarea tuturor fazelor permite o curățare mai rapidă și un curent redus prin cablul de masă care conectează linia moartă la masă, reducând astfel tensiunea pe acel cablu. Nu ar trebui să existe un scurtcircuit la locul de muncă; cu toate acestea, angajatorul trebuie să trateze orice conductor care nu este împământat la locul de muncă atunci când este pornit, deoarece conductorii neîmpământați vor fi alimentați la tensiunea de defect în timpul defecțiunii.

Dacă o sarcină egală cu 1 coulomb se mișcă dintr-un punct la infinit într-un punct din câmp al cărui potențial este de 1 volt, atunci se realizează 1 joule de lucru. Dacă 15 coulombi de electricitate se deplasează într-un punct de câmp cu un potențial de 10 V dintr-un punct infinit îndepărtat, atunci munca efectuată este 10⋅15 = 150 jouli.

Matematic, această dependență este exprimată prin formula

Asigurarea că diferențele potențiale dintre obiectele conductoare din zona de lucru a unui lucrător sunt cât mai mici posibil. Pentru a realiza cât mai mult posibil tensiune joasă pentru oricare două obiecte conductoare din zona de lucru, angajatorul trebuie să lege toate obiectele conductoare din zona de lucru. Angajatorul trebuie să folosească cabluri pentru conectarea obiectelor conductoare, cu excepția obiectelor metalice conectate prin contact metal-metal.

A = qφ jouli.

Pentru a muta 10 coulombi de electricitate din punctul A cu un potențial de 20 V în punctul B cu un potențial de 15 V, câmpul trebuie să facă lucru

A = 10⋅(20 - 15) = 50 jouli,

A = q(φ 1 - φ 2) jouli.

Diferența de potențial dintre două puncte ale câmpului φ 1 - φ 2 se numește tensiune, măsurată în volți și notată cu litera U.

Lucrul efectuat de forțele câmpului electric se poate scrie după cum urmează:

Angajatorul trebuie să se asigure că contactele metal-metal sunt strânse și lipsite de contaminare, cum ar fi oxidarea, care ar putea crește rezistența la nivelul conexiunii. De exemplu, o conexiune cu șuruburi între elementele rețelei de rețea metalică este acceptabilă atâta timp cât conexiunea este strânsă și lipsită de coroziune și alte contaminari. Figura 4 arată cum se creează o zonă echipotențială pentru turnurile cu zăbrele metalice.

Stâlpii de lemn sunt obiecte conductoare. Stâlpii pot absorbi umezeala și pot conduce electricitatea, în special atunci când distribuie și transmit tensiune. Prin urmare, angajatorul trebuie fie: să furnizeze o platformă conducătoare conectată la cablul de împământare pe care stă lucrătorul sau să folosească tije de grup pentru a lega stâlpii de lemn de cablul de împământare. Angajatorul trebuie să se asigure că angajații instalează panoul cluster sub și aproape de picioarele lor de lucru. Interiorul unui stâlp de lemn este mai conductiv decât carcasa exterioară, de aceea este important ca panoul grupului să fie în contact conductiv cu un vârf de metal sau un cui care pătrunde în lemn la o adâncime mai mare sau egală cu adâncimea la care conducta- muncitorii căţărători pătrund în lemn.

Pentru a muta o sarcină q de-a lungul liniilor câmpului dintr-un punct al unui câmp uniform în altul, situat la distanța l, trebuie să se lucreze *

* (Lucrul A este egal cu produsul dintre forța F și distanța parcursă l, dacă direcția forței F coincide cu direcția mișcării.)

deoarece A = qU, atunci U = εl,

de unde ε = U/l.

Aceasta este cea mai simplă relație între intensitatea câmpului electric și tensiune electrică pentru un câmp uniform.

De exemplu, un angajator poate instala un panou de grup pe un fir de pământ gol fixat de stâlp cu cuie sau capse care pătrund până la adâncimea necesară. În mod alternativ, angajatorul poate atașa temporar o curea conductivă la stâlp și poate conecta cureaua la panoul de grup. Figura 5 arată cum se creează o zonă echipotențială pentru stâlpii din lemn.

Angajatorii trebuie să împământăm firele de împământare care sunt la îndemâna angajatului. Cablul de împământare trebuie să fie cât mai scurt posibil; prin urmare, punctele de atașare dintre cablul de împământare și turn pot diferi de punctele de atașare prezentate în figură. Pentru sistemele subterane, angajatorii instalează de obicei plăcuțe la punctele de deconectare a cablurilor subterane. Aceste puncte de împământare sunt de obicei situate departe de căminul de vizitare sau de bolta subterană unde angajații vor lucra la cablu. Lucrătorii care intră în contact cu un cablu împământat într-o locație îndepărtată pot experimenta diferențe de potențial periculoase dacă cablul este activat sau dacă apare o defecțiune pe un cablu sub tensiune diferit, dar aflat în apropiere.

Locația punctelor cu potențial egal în jurul suprafeței unui conductor încărcat depinde de forma acestei suprafețe. Dacă luăm, de exemplu, o minge de metal încărcată, atunci punctele cu potențial egal din câmpul electric creat de minge se vor așeza pe o suprafață sferică care înconjoară bila încărcată. Suprafața cu potențial egal sau, așa cum este numită și suprafața echipotențială, servește ca o modalitate grafică convenabilă de a descrie câmpul. În fig. Figura 14 prezintă o imagine a suprafețelor echipotențiale ale unei bile încărcate pozitiv.

Curentul de defect provoacă gradienți de potențial în pământ și va exista o diferență de potențial între pământul unde stă lucrătorul și pământul unde este împământat cablul. Prin urmare, pentru a crea o zonă echipotențială pentru lucrător, angajatorul trebuie să furnizeze un mijloc de conectare a cablului deconectat la masă la locul de muncă dacă lucrătorul stătea pe un covoraș conductor asociat cablului deconectat. Dacă un cablu este tăiat, angajatorul trebuie să facă o conexiune printr-o deschidere a cablului sau să facă o conexiune pe fiecare parte a deschiderii pentru a se asigura că capetele individuale ale cablului sunt acelasi potential.

Pentru o idee clară despre cum se modifică diferența de potențial într-un anumit câmp, suprafețele echipotențiale ar trebui desenate astfel încât diferența de potențial dintre punctele aflate pe două suprafețe adiacente să fie aceeași, de exemplu egală cu 1 V. Să conturăm suprafața echipotențială inițială, zero, cu o rază arbitrară. Desenăm suprafețele rămase 1, 2, 3, 4 astfel încât diferența de potențial dintre punctele situate pe această suprafață și pe suprafețele învecinate să fie de 1 V. Conform definiției unei suprafețe echipotențiale, diferența de potențial dintre punctele individuale situate pe aceeași suprafață este zero.

Angajatorul trebuie să protejeze angajatul de orice diferențe periculoase de potențial în orice moment în care nu există nicio legătură între covoraș și cablu. Alte considerații de siguranță. Pentru a asigura un sistem de împământare sigur și eficient, angajatorul trebuie să ia în considerare și următorii factori.

Întreținerea echipamentelor de împământare. Este esențial ca angajatorul să întrețină în mod corespunzător echipamentul de împământare. Coroziunea în conexiunile dintre cablurile de împământare și cleme și pe suprafața clemei poate crește rezistența cablului, crescând astfel diferențele de potențial. În plus, suprafața de care este atașată clema, cum ar fi un conductor sau un element de turn, trebuie să fie curată și fără coroziune și oxidare pentru a oferi o conexiune cu rezistență scăzută. Cablurile trebuie să fie lipsite de daune care le-ar reduce capacitatea de purtare a curentului, astfel încât să poată transporta întregul curent de defect fără defecțiuni.

Din această figură este clar că, pe măsură ce ne apropiem de un corp încărcat, suprafețele echipotențiale sunt situate mai aproape una de cealaltă, deoarece potențialul punctelor de câmp crește rapid, iar diferența de potențial dintre suprafețele adiacente, conform condiției acceptate, rămâne aceleaşi. Și invers, pe măsură ce te îndepărtezi de un corp încărcat, suprafețele echipotențiale sunt localizate mai rar.

Fiecare clemă trebuie să aibă o conexiune strânsă la cablu pentru a se asigura rezistență scăzutăși asigurați-vă că clema nu se desprinde de cablu în timpul unei defecțiuni. Lungimea și cursa cablului de împământare. Forțele electromagnetice asupra cablurilor de masă în timpul unei defecțiuni cresc cu lungimea cablului. Aceste forțe pot face ca cablul să sufere o tranziție severă în timpul unei defecțiuni și pot fi suficient de mari pentru a deteriora cablul sau clemele și pentru a provoca defectarea cablului. În plus, cablurile zburătoare pot răni lucrătorii.

Prin urmare, lungimea cablului ar trebui să fie cât mai scurtă posibil și cablurile de împământare care pot transporta un curent mare scurt-circuit, trebuie să fie în poziții în care cablurile nu vor răni lucrătorii în timpul unei defecțiuni. Cu toate acestea, în acest caz, termenul „împământat” înseamnă o conexiune la pământ, indiferent dacă conexiunea este intenționată. În mod ideal, un sistem de împământare de protecție va crea o adevărată zonă echipotențială în care fiecare punct are același potențial electric. În practică, curentul care trece prin elementele de împământare și de legătură creează diferențe de potențial.

Liniile electrice de forță sunt perpendiculare pe suprafața echipotențială în orice punct.

Suprafața unui conductor încărcat în sine este, de asemenea, o suprafață echipotențială, adică toate punctele de pe suprafața conductorului au același potențial. Toate punctele din interiorul conductorului au același potențial.

Dacă luați doi conductori cu potențiale diferite și le conectați cu un fir metalic, atunci, deoarece există o diferență de potențial sau tensiune între capetele firului, un câmp electric va acționa de-a lungul firului. Electronii liberi ai firului sub influența câmpului vor începe să se miște în direcția creșterii potențialului, adică vor începe să treacă prin fir. curent electric. Mișcarea electronilor va continua până când potențialele conductorilor devin egale și diferența de potențial dintre ei devine zero.

Dacă aceste diferențe de potențial sunt periculoase, angajatorul nu poate trata zona ca pe o zonă echipotențială. În pragul vacanței, controlul curent al persoanei îi controlează mușchii. La acest nivel, angajatul care a capturat obiectul nu va putea elibera obiectul.

Pragul de vacanță poate varia de la persoană la persoană, dar valoarea recunoscută pentru muncitori este de 6 miliamperi. Angajatorul trebuie să ia în considerare alți factori atunci când selectează un sistem de împământare care este capabil să conducă curent maxim scurtcircuit, care poate apărea la punctul de împământare pentru timpul necesar eliminării defecțiunii, conform prevederilor § 269. Trebuie măsurat potențialul câmpului electric. Adică, trebuie să definiți locul specific în care îl definiți ca zero.

Pentru a înțelege mai bine acest lucru, să oferim o analogie dintr-o altă zonă a fizicii.

Dacă două vase cu niveluri diferite de apă sunt conectate de jos cu un tub, atunci apa va curge prin tub. Mișcarea apei va continua până când nivelurile apei din vase sunt stabilite la aceeași înălțime, iar diferența de niveluri devine egală cu zero.

Deoarece orice conductor încărcat conectat la pământ își pierde aproape toată sarcina, se presupune convențional că potențialul de masă este zero.

Dacă aveți o carcasă încărcată, atunci cea mai ușoară modalitate de a determina potențialul zero este la infinit. Deci, practic, spuneți „Ceva care este departe de a detecta ceva din carcasă” și acest lucru face foarte ușor să calculați cât de multă muncă este necesară pentru a conduce particulele de testat la infinit.

Alegerea valorii zero chiar la mijloc menține întreaga situație simetrică și fizica simetrică. Cu toate acestea, cele mai multe opțiuni sunt cu adevărat viabile: nu potențialul contează, ci diferența de potențial. Comparați-l cu înălțimea, cel mai simplu mod de a determina înălțimea unei stânci este să setați pur și simplu nivelul solului la 0 și apoi să găsiți distanța până la vârf.

Introducere

Rezolvarea problemelor este o parte integrantă a predării fizicii, deoarece în procesul de rezolvare a problemelor se formează și se îmbogățesc conceptele fizice, se dezvoltă gândirea fizică a elevilor și se îmbunătățește abilitățile lor în aplicarea cunoștințelor în practică.

În cursul rezolvării problemelor, următoarele obiective didactice pot fi stabilite și implementate cu succes:

Apoi, mai aproape de sarcina pozitivă, potențialul va fi mai mare de 5, iar mai aproape de sarcina negativă va fi mai mic. La urma urmei, câmpul electromagnetic „curge” de la potențial ridicat la potențial scăzut. Nu contează dacă merge de la 6 la 4 sau de la 1 la -1: diferența.

Deoarece ați cerut o scurtă explicație algebrică, puteți înțelege următoarele. Câmpul electric este setat. Dacă pur și simplu ignorăm toate direcțiile și ne concentrăm pe valorile de pe linia dintre cele două sarcini, obținem. Apoi avem afirmația că câmpul electric este proporțional cu diferența de potențial. Acest lucru duce la ceva foarte important: potențiale diferite pot duce la aceeași situație fizică. Ai putea argumenta că potențialul nu este în întregime real: cineva trebuie să aleagă ce benchmark să folosească, cineva trebuie să-l evalueze.

  • Ridicarea unei probleme și crearea unei situații problematice;
  • Rezumarea informațiilor noi;
  • Formarea deprinderilor practice;
  • Testarea profunzimii și forței cunoștințelor;
  • Consolidarea, generalizarea și repetarea materialului;
  • Implementarea principiului politehnicismului;
  • Dezvoltare creativitate elevii.

Odată cu aceasta, atunci când rezolvă probleme, școlarii dezvoltă munca grea, o minte curios, ingeniozitate, independență în judecată, interes pentru învățare, voință și caracter și perseverență în atingerea obiectivelor. Pentru a atinge obiectivele de mai sus, este deosebit de convenabil să folosiți sarcini netradiționale.

Acesta este motivul pentru care electromagnetismul este numit o teorie gauge. Dacă îl studiezi la nivel universitar, vei afla că senzori diferiți conduc la aceleași răspunsuri, dar calea către răspuns poate fi complet diferită dacă alegi metrica „greșită”.

Dacă în orice moment acest lucru te derutează, gândește-te la modul în care calculezi înălțimea: măsori diferența dintre partea de sus și de jos a stâncii, iar aceasta determină înălțimea stâncii. Diverse opțiuni, care duc toate la același răspuns, totuși cantitatea de calcule de care aveți nevoie depinde în mare măsură de alegerea pe care ați făcut-o. Același lucru poate fi măsurat.

§1. Sarcini pentru calcularea circuitelor electrice DC

Conform curriculum-ului școlar, este alocat foarte puțin timp pentru a lua în considerare această temă, astfel încât elevii stăpânesc mai mult sau mai puțin cu succes metode de rezolvare a problemelor de acest tip. Dar adesea aceste tipuri de probleme se găsesc în sarcinile olimpiadei, dar se bazează pe un curs școlar.

Metoda potențialului de nod poate fi utilizată pentru a calcula tensiunile într-un circuit. Și anume, tensiunea dintre nodurile circuitului pe nod de referință. Acest nod de referință este numit „nodul zero” și i se atribuie potențial electric zero. Astfel, tensiunile dintre alte noduri și nodul de referință corespund potențialelor nodului acestora.

Convertiți toate sursele de tensiune în surse echivalente, exprimând rezistențele ca conductanțe.

  • Numărul nodului.
  • Un nod de control este o matrice a valorilor comportamentului nodului.
Este prezentată următoarea diagramă. Pentru a putea folosi metoda potențialului nodului, sursa reală de tensiune trebuie mai întâi convertită într-o sursă de curent echivalentă.

La astfel de probleme de calcul non-standard circuite electrice curentul continuu poate include sarcini ale căror circuite:

2) simetric;

3) constau din compuși amestecați complecși de elemente.

ÎN caz general orice circuit poate fi calculat folosind legile lui Kirchhoff. Cu toate acestea, aceste legi nu fac parte programa școlară. Mai mult, este corect să rezolvi sistemul din număr mare ecuațiile cu multe necunoscute nu sunt posibile pentru mulți studenți, iar această cale nu este cel mai bun mod pierde timpul. Prin urmare, trebuie să puteți utiliza metode care vă permit să găsiți rapid rezistența și capacitatea circuitelor.

§2. Metoda circuitului echivalent

Metoda circuitelor echivalente este aceea ca circuitul original trebuie prezentat sub forma unor secțiuni succesive, pe fiecare dintre acestea elementele circuitului sunt conectate fie în serie, fie în paralel. Pentru o astfel de reprezentare, diagrama trebuie simplificată. Prin simplificarea circuitului înțelegem conectarea sau deconectarea oricăror noduri de circuit, îndepărtarea sau adăugarea de rezistențe, condensatoare, asigurându-ne că noul circuit de elemente conectate în serie și paralel este echivalent cu cel original.

Un circuit echivalent este un circuit astfel încât atunci când aceleași tensiuni sunt aplicate circuitelor originale și convertite, curentul din ambele circuite va fi același în secțiunile corespunzătoare. În acest caz, toate calculele sunt efectuate cu circuitul convertit.

Pentru a desena un circuit echivalent pentru un circuit complex compus mixt rezistențele pot fi utilizate în mai multe moduri. Ne vom limita să luăm în considerare în detaliu doar unul dintre ele - metoda nodurilor echipotențiale.

Această metodă constă în căutarea punctelor cu potenţiale egale în circuite simetrice. Aceste noduri sunt conectate între ele și, dacă o secțiune a circuitului a fost conectată între aceste puncte, atunci este aruncată, deoarece datorită egalității potențialelor la capete, nu trece curent prin ea și această secțiune nu trece în niciun fel. afectează rezistența totală a circuitului.

Astfel, înlocuirea mai multor noduri cu potențial egal duce la un circuit echivalent mai simplu. Dar uneori este mai convenabil să înlocuiți o unitate

mai multe noduri cu potențiale egale, care nu încalcă conditiile electrice in rest.

Să ne uităm la exemple de rezolvare a problemelor folosind aceste metode.

Datorită simetriei ramurilor lanțului, punctele C și D sunt echipotențiale. Prin urmare, putem exclude rezistența dintre ele. Conectăm punctele echipotențiale C și D într-un singur nod. Obținem un circuit echivalent foarte simplu:

a cărui rezistență este:

RAB=Rac+Rcd=r*r/r*r+r*r/r+r=r.

Sarcina nr. 2

În punctele F și F` potențialele sunt egale, ceea ce înseamnă că rezistența dintre ele poate fi eliminată. Circuitul echivalent arată astfel:

Rezistențe secțiuni DNB;F`C`D`; D`, N`, B`; FCD sunt egale între ele și egale cu R1:

1/R1=1/2r+1/r=3/2r

Ținând cont de acest lucru, se obține un nou circuit echivalent:

Rezistența sa și rezistența circuitului original RAB este egală cu:

1/RAB=1/r+R1+R1+1/r+R1+R1=6/7r

Sarcina nr. 3.

Punctele C și D au potențiale egale. Cu excepția rezistenței dintre ei. Obținem un circuit echivalent:

Rezistența necesară RAB este egală cu:

1/RAB=1/2r+1/2r+1/r=2/r

Sarcina nr. 4.

După cum se poate observa din diagramă, nodurile 1,2,3 au potențiale egale. Să le conectăm la nodul 1. Nodurile 4,5,6 au și ele potențiale egale să le conectăm la nodul 2. Obținem următorul circuit echivalent:

Rezistența din secțiunea A-1, R 1 este egală cu rezistența din secțiunea 2-B, R3 și este egală cu:

Rezistența din secțiunea 1-2 este: R2=r/6.

Acum obținem circuitul echivalent:

Rezistența totală RAB este egală cu:

RAB= R1+ R2+ R3=(5/6)*r.

Sarcina nr. 5.

Punctele C și F sunt echivalente. Să le conectăm într-un singur nod. Atunci circuitul echivalent va arăta astfel:

Rezistența la secțiunea AC:

Rezistenta in sectiunea FN:

Rezistență în secțiunea DB:

Rezultă un circuit echivalent:

Rezistența totală necesară este:

Problema #6


Să înlocuim nodul comun O cu trei noduri cu potențiale egale O, O 1, O 2. Obținem un sistem echivalent:


Rezistența la secțiunea ABCD:

Rezistenta in sectiunea A`B`C`D`:

Rezistenta in sectiunea ACB

Obținem un circuit echivalent:

Rezistența totală necesară a circuitului R AB este egală cu:

R AB = (8/10)*r.

Sarcina nr. 7.

„Împărțiți” nodul O în două unghiuri echipotențiale O 1 și O 2. Acum, circuitul poate fi imaginat ca o conexiune paralelă a două circuite identice. Prin urmare, este suficient să luați în considerare unul dintre ele în detaliu:


Rezistența acestui circuit R 1 este egală cu:

Apoi, rezistența întregului circuit va fi egală cu:

Sarcina nr. 8

Nodurile 1 și 2 sunt echipotențiale, așa că le conectăm într-un nod I. Nodurile 3 și 4 sunt, de asemenea, echipotențiale - le conectăm într-un alt nod II. Circuitul echivalent arată astfel:


Rezistența din secțiunea A-I este egală cu rezistența din secțiunea B-II și este egală cu:

Rezistența secțiunii I-5-6-II este egală cu:

Rezistența secțiunii I-II este egală cu:

Obținem circuitul echivalent final:

Rezistența totală necesară a circuitului este R AB = (7/12)*r.

Sarcina nr. 9

În ramura OS, înlocuim rezistența cu două rezistențe conectate în paralel de 2r. Acum nodul C poate fi împărțit în 2 noduri echipotențiale C 1 și C 2. Circuitul echivalent în acest caz arată astfel:

Rezistența în secțiunile OS I B și DC II B sunt aceleași și egale, deoarece este ușor de calculat 2r. Din nou desenăm circuitul echivalent corespunzător:

Rezistența din secțiunea AOB este egală cu rezistența din secțiunea ADB și este egală cu (7/4)*r. Astfel, obținem circuitul echivalent final a trei rezistențe conectate în paralel:

Rezistența sa totală este R AB = (7/15)*r

Sarcina nr. 10

Punctele COD au potențiale egale - să le conectăm într-un singur nod O eu.Circuitul echivalent este prezentat în figură:

Rezistența în secțiunea A O eu egal cu . Pe site-ul O eu Rezistența este egală cu . Obținem un circuit echivalent foarte simplu:

Rezistența sa este egală cu rezistența totală dorită

Problemele nr. 11 și nr. 12 sunt rezolvate într-un mod ușor diferit față de cele anterioare. Problema nr. 11 folosește o proprietate specială a lanțurilor infinite pentru a o rezolva, iar problema nr. 12 folosește o metodă de simplificare a lanțului.

Problema nr. 11


Să evidențiem o verigă care se repetă la infinit în acest lanț, în acest caz, este formată din primele trei rezistențe. Dacă aruncăm această legătură, atunci rezistența totală a circuitului infinit R nu se va schimba din această cauză, deoarece vom obține exact același circuit infinit. De asemenea, nimic nu se va schimba dacă conectăm legătura selectată înapoi la rezistența infinită R, dar ar trebui să fim atenți că o parte a legăturii și circuitul infinit cu rezistența R sunt conectate în paralel. Astfel obținem un circuit echivalent:

Se dovedește că ecuațiile

Rezolvând sistemul acestor ecuații, obținem:

§3. Instruire în rezolvarea problemelor de calcul al circuitelor electrice folosind metoda nodului echipotenţial

O problemă este o problemă care necesită ca elevul să folosească raționamentul logic și deducțiile pentru a le rezolva. Construit pe baza legilor și metodelor fizicii. Astfel, cu ajutorul sarcinilor, gândirea intenționată a elevilor este activată.

În același timp. Cunoștințele teoretice pot fi considerate dobândite doar atunci când sunt aplicate cu succes în practică. Problemele de fizică descriu probleme care se întâlnesc des în viață și la locul de muncă, care pot fi rezolvate folosind legile fizicii, iar dacă elevul rezolvă cu succes problemele, atunci putem spune că cunoaște bine fizica.

Pentru ca elevii să rezolve cu succes problemele, nu este suficient să existe un set de metode și metode de rezolvare a problemelor, de asemenea, este necesar să se învețe în mod specific elevilor cum să folosească aceste metode.

Să luăm în considerare un plan pentru rezolvarea problemelor pentru calcularea circuitelor electrice DC folosind metoda nodului echipotenţial.

  1. Citirea condițiilor.
  2. Scurtă descriere a stării.
  3. Conversia în unități SI.
  4. Analiza circuitului:
    1. determinați dacă circuitul este simetric;
    2. stabiliți puncte de potențial egal;
    3. alegeți ceea ce este mai convenabil de făcut - conectați puncte cu potențiale egale sau, dimpotrivă, împărțiți un punct în mai multe puncte cu potențiale egale;
    4. desenați un circuit echivalent;
    5. găsi zone cu numai secvenţial sau numai cu conexiune paralelăși calculați rezistența totală în fiecare secțiune conform legilor conexiunilor în serie și paralele;
    6. desenați un circuit echivalent, înlocuind secțiunile cu rezistențele lor calculate corespunzătoare;
    7. Repetați punctele 5 și 6 până când rămâne o singură rezistență, a cărei valoare va fi soluția problemei.
  5. Analiza realității răspunsului.

Aflați mai multe despre analiza schemei

a) determinați dacă circuitul este simetric.

Definiţie. Un circuit este simetric dacă o jumătate din el este o imagine în oglindă a celeilalte. Mai mult, simetria nu ar trebui să fie doar geometrică, ci și valorile numerice ale rezistențelor sau condensatoarelor ar trebui să fie simetrice.

Circuitul este simetric, deoarece ramurile ASV și ADV sunt simetrice geometric și raportul de rezistență într-o secțiune AC:AD=1:1 este același ca în cealaltă secțiune SD:DV=1:1.

Circuitul este simetric, deoarece raportul de rezistență în secțiunea AC: AD = 1: 1 este același ca în cealaltă secțiune NE: DV = 3: 3 = 1: 1

Circuitul nu este simetric, deoarece rapoartele de rezistență sunt numerice

nu simetric -1:2 și 1:1.

b) stabiliţi puncte de potenţial egal.

Din considerente de simetrie, concluzionăm că potențialele în punctele simetrice sunt egale. În acest caz, punctele simetrice sunt punctele C și D. Astfel, punctele C și D sunt puncte echipotențiale.

c) alegeți ce este potrivit de făcut - conectați puncte de potențial egal sau, dimpotrivă, împărțiți un punct în mai multe puncte de potențial egal.

Vedem în acest exemplu că între punctele de potențial egal C și D există o rezistență prin care curentul nu va circula. Prin urmare, putem elimina această rezistență și putem conecta punctele C și D într-un singur nod.

d) desenați un circuit echivalent.

Să desenăm un circuit echivalent. În acest caz, obținem o diagramă cu punctele C și D conectate la un punct.

e) găsiți zone cu conexiuni numai în serie sau numai în paralel și calculați rezistența totală în fiecare astfel de zonă conform legilor conexiunilor în serie și paralele.

Din circuitul echivalent rezultat se poate observa că în secțiunea AC avem două rezistențe conectate în paralel. Rezistența lor totală se găsește conform legii conexiunii în paralel:

1/ Rtotal=1/R1+1/R2+1/R3+...

Astfel 1/RAC=1/r+1/r=2/r, de unde RAC= r/2.

În secțiunea NE imaginea este similară:

1/RCB= 1/r+1/r =2/r, de unde RCB=r/2.

f) desenați un circuit echivalent, înlocuind secțiunile cu rezistențele lor calculate corespunzătoare.

Desenăm un circuit echivalent, înlocuind rezistențele calculate ale secțiunilor RAC și RCB în el:

g) punctele e) și f) se repetă până când rămâne o rezistență, a cărei valoare va fi soluția problemei.

Repetăm ​​punctul d): în secțiunea AB avem două rezistențe conectate în serie. Găsim rezistența lor totală conform legii conexiunii în serie:

Rtot= R1+R2+R3+... adică RAB=RAC+RCB = r/2+r/2 =2r/2 = r.

Repetăm ​​punctul e): desenați un circuit echivalent:

Am primit un circuit cu o rezistență, a cărui valoare este egală cu rezistența circuitului original. Astfel, am primit răspunsul RAB = r.

Literatură

  1. Balash. V.A. probleme de fizică și metode de rezolvare a acestora. - M: Iluminismul, 1983.
  2. Lukashik V.I. Olimpiada de Fizică.- M: Educație, 2007
  3. Usova A.V., Bobrov A.A. Formarea abilităților educaționale ale elevilor la lecțiile de fizică - M: Educație, 1988
  4. Khatset A. Metode de calcul a circuitelor echivalente // Quantum.
  5. Chertov A.G. Cartea cu probleme în fizică. – M.: Liceu, 1983
  6. Ziyatdinov Sh.G., Solovyanyuk S.G. (recomandări metodologice) Birsk, 1994
  7. Maron A.E., Maron E.A. Fizică. Materiale didactice. Moscova, „Bustard”, 2004


Vă recomandăm să citiți