Физика /1.Теоретическая физика
К.п.н. Мищик С.А.
Государственный морской университет имени
адмирала Ф.Ф.Ушакова ,
Россия
Системные задачи электрического
постоянного тока
прикладной физики морского флота
Системные задачи электрического постоянного
тока прикладной физики морского флота
отражают целостно-системное моделирование основных элементов транспортных
объектов. При этом возникает ориентация на единство базисных характеристик
предметных и исполнительных условий относительно предмета содержания и способа
его реализации. Рассматриваются: пересчёты электрических
характеристик вольтметров и амперметров судовых систем электронного контроля; аналитический
прогноз электронных судовых систем; динамические параметры элементов судовых
энергетических систем на
морском флоте.
В процессе решения системных задач электрического
постоянного тока прикладной физики
морского флота необходимо применять основные положения теории деятельности,
системного анализа и теории формирования интеллекта.
Системный анализ предполагает
выполнение последовательности системных аналитических действий: выделить объект
анализа –задачу электрического постоянного тока прикладной физики морского флота
(ЗЭПТПФМФ) как систему; установить порождающую среду ЗЭПТПФМФ; определить
уровни анализа ЗЭПТПФМФ; представить целостные свойства ЗЭПТПФМФ относительно
пространственных, и временных характеристик и их комбинаций; выделить структуру
уровня анализа ЗЭПТПФМФ; установить структурные элементы уровня анализа ЗЭПТПФМФ;
определить системообразующие связи данного уровня анализа ЗЭПТПФМФ; представить
межуровневые связи анализа ЗЭПТПФМФ; выделить форму организации ЗЭПТПФМФ;
установить системные свойства и поведение ЗЭПТПФМФ.
Задача 1
В судовой системе непрерывного электронного контроля имеется
амперметр для измерения токов до I=10 А с сопротивлением RA=0,18 Ом,
шкала которого разделена на 100 делений. Какое сопротивление R
надо взять и как его включить в судовую систему непрерывного электронного контроля,
чтобы этим амперметром можно было измерять ток до I0=100 А? Как
изменится при этом цена деления шкалы амперметра?
Ответ:
параллельно
амперметру надо включить сопротивление R=0,02
Ом; цена деления шкалы амперметра изменится и вместо 0,1 А/дел станет равной 1
А/дел.
Задача 2
Ток I в проводнике судовой электронной
системе меняется со временем t по закону I=4+2t, где I —
в Aмперах и t — в секундах. Какое количество электричества q
проходит через поперечное сечение проводника судовой электронной системы за
время от t1=2 с до t2=6 с? При каком
постоянном токе I0 через поперечное сечение проводника судовой
электронной системы за то же время проходит такое же количество электричества?
Ответ: q=48 Кулон; I0 = 12A.
Задача 3
В судовой электронной системе определить падения напряжения
U
на сопротивлениях R1=4 Ом, R2=2 Ом и R3=4 Ом, если
амперметр показывает ток I1=3 А. Определить токи I2 и I3 на
сопротивлениях R2 и R3 судовой электронной
системы.
Ответ: U1=I2В, U2=U3=4
В; I2= 2 А, I3 =1 А.
Задача 4
Батарея судового контрольного электронного
комплекса с э.д.с. ε=20 В, амперметр и
реостаты е сопротивлениями R1 и R2 соединены
последовательно. При выведенном реостате R1 амперметр показывает
ток I=8 А,
при введенном реостате R1 - ток I=5 А.
Найти сопротивления R1 и R2 реостатов и на них падения
напряжения U1
и U2 ,
когда реостат R1 полностью включен.
Задача 4
Задача 5
Ответ: R1=1,5
Ом; R2 = 2,5 Ом; U1 = 7,5 В; U2=12,5
В.
Задача 5
Батарея судового контрольного электронного
комплекса с .э.д.с. ε = 10 В и внутренним сопротивлением
r = 1
Ом имеет к.п.д. η=0,8.
Падения потенциала на сопротивлениях R1 и R4 равны U1 = 4
В и U4
= 2 В. Определить силу тока I в показаниях амперметра.
Определить падение потенциала U2 на сопротивлении R2 судового контрольного
электронного комплекса.
Ответ: I
= 2 А; U2 =
2 В.
Задача 6
В судовой системе непрерывного электронного контроля имеется
предназначенный для измерения падения напряжения до U=30 В
вольтметр с сопротивлением Rv=2 кОм, шкала которого разделена
на 150
делений. Какое сопротивление R надо взять и как его включить,
чтобы этим вольтметром можно было измерять падение напряжения до U0 =75 В
? Определить изменения цены деления вольтметра судовой системы
непрерывного электронного контроля.
Ответ: последовательно
с вольтметром надо включить сопротивление R = 3 кОм; цена деления вольтметра
изменится и вместо 0,2 В/дел станет равной 0,5 В/дел.
Задача 7
Судовое помещение освещается электрической лампочкой
напряжением Uр
=120 В и мощностью Р=40
Вт. Какое добавочное сопротивление R надо включить последовательно с
лампочкой, чтобы в судовом помещении она давала нормальный накал при напряжении
в сети U0 =220
В? Какую длину ℓ
нихромовой проволоки диаметром d=0,3 мм надо взять, чтобы получить такое сопротивление? Удельное
сопротивление нихрома ρ=100 мкОм·м .
Ответ: R
= 300 Ом; ℓ = 21,2 м.
Задача 8
Определить внутреннее сопротивление r судового
электрического генератора, если известно, что мощность Р, выделяющаяся во
внешней цепи, одинакова при внешних сопротивлениях R1 = 5 Ом и R2
= 0,2 Ом. Найти к.п.д. η судового электрического
генератора в каждом из этих случаев.
Ответ: r = 1Ом; η1=83,3%; η2=16,7%;
Задача 9
От судового электрического генератора с э.д.с. ε =110 В требуется передать
энергию на расстояние ℓ = 250 м. Потребляемая мощность
Р
= 1 кВт. Определить минимальное сечение S медных подводящих
проводов, если потери мощности в сети судового электрического генератора, не
должны превышать 1%.? Удельное сопротивление меди ρ=0,017 мкОм·м .
Ответ:
S = 78 мм2.
Задача 10
Судовое помещение освещается тремя электрическими
лампочками напряжением Uр = 110 В,
мощности которых Р1 = Р2 = 40 Вт и Р3=80 Вт. Как
надо включить эти лампочки, чтобы они давали нормальный накал в судовом
помещении при напряжении в сети U0 =220 В?
Начертить схему. Найти токи I1 , I2
и I3 , проходящие
через лампочки при нормальном накале.
Ответ:
I1 = I2 = 0,365 А; I3 =0,73 А.
Задача 11
Судовой электрический элемент с э.д.с. ε
и внутренним сопротивлением r
замкнут на внешнее сопротивление R. Наибольшая мощность,
выделяющаяся во внешней цепи, Р=9 Вт. При этом в цепи следует ток I=3 А. Найти э.д.с. ε
и внутреннее сопротивление r элемента.
Ответ:
ε = 6
В; r =1 Ом.
Задача 12
Для отопления судовой
каюты применяют электрический воздухонагреватель, включенный в сеть
напряжением U =120 В.
Судовая каюта теряет в единицу времени количество теплоты Q = 87,08 МДж/сут.
Требуется поддерживать температуру судовой
каюты постоянной. Определить: а) сопротивление R электрического
воздухонагревателя судовой каюты; б) длину ℓ нихромовой проволоки диаметром d=1 мм, необходимой для изготовления
обмотки такого судового электрического
воздухонагревателя; в) мощность Р судового электрического воздухонагревателя. Удельное
сопротивление нихрома ρ=100 мкОм·м .
Ответ:
а) R = 14,4 Ом; б) ℓ = 11,3 м; в) Р = 1 кВт.
Задача 13
В элементах судовой автоматической системы управления
определить силу токов Ii в отдельных ветвях мостика Уитстона при условии, что через гальванометр следует
ток Iг=0.
Э.д.с. элемента ε =2 В, сопротивления
R1=30
Ом, R2=45 Ом и R3 = 200 Ом.
Ответ: I1
= I2 = 26,7 мА; I3 = I4 = 4 мА.