Термоисточник

Источник состоит из соединенных последовательно идеального источника постоянного напряжения и терморезистора, сопротивление которого зависит от температуры по закону

где — сопротивление резистора при температуре , — установившаяся температура резистора, — постоянный коэффициент.

Рис. 7. Источник с терморезистором

На графике приведена нагрузочная кривая источника, т. е. зависимость установившегося напряжения между его клеммами от силы протекающего через него тока .

Рис. 8. Нагрузочная кривая источника

При протекании тока цепь разрывается, т.к. резистор плавится. Температура плавления известна и равна . Мощность тепловых потерь в окружающую среду от нагретого до температуры резистора равна

где — постоянный неизвестный коэффициент. Считайте, что температура окружающей среды .

Определите:

1. напряжение идеального источника;

2. сопротивление ;

3. напряжение между клеммами и , если к ним подключить резистор сопротивлением ;

4. величину ;

5. какую силу тока гарантированно не сможет пропускать аналогичный резистор, имеющий те же значения параметров и , но очень высокую температуру плавления.

Войдите, чтобы проверять ответы
Ответ

Решение.

При протекании через резистор тока он нагревается до температуры . В стационарном режиме, выделяющаяся электрическая мощность равна мощности тепловых потерь. Следовательно,

где — коэффициент тепловых потерь. Откуда

Установившееся напряжение между клеммами и задается выражением:

Решая систему уравнений, получим:

При . Из графика найдем

При малых выражение (*) упрощается до:

Проведем касательную к начальному участку графика. Из углового коэффициента определяем

Напряжение на клеммах и , при подключении к ним резистора с сопротивлением , найдем графически. Построим ВАХ резистора на графике с нагрузочной кривой.

Построение ВАХ резистора на нагрузочной кривой

Пересечение графиков даст искомый ответ .

График пересекает ось абсцисс при силе тока . При этом

следовательно, . Аналогичное значение получается при подстановке других точек.

При температуре плавления

откуда

Выразим ток в зависимости от температуры

При ,

Значит любой ток более резистор гарантированно не сможет пропустить ни при какой температуре плавления.

1

Утверждение, что при нулевом токе

0.2
2

Обоснование (засчитывается только при его наличии)

0.5
3

Значение из графика

0.3
4

Записана зависимость при малых токах: или указано, что при малых токах

1
5

Корректный способ определения из графика: по касательной или по близким точкам на прямолинейном участке

0.5
6

Составлена система аналитических уравнений, позволяющая найти

1
7

Использование хотя бы точек графика с хорошо определяемыми координатами

0.5
8

Значение

1
9

Построение ВАХ резистора поверх нагрузочной кривой

1
10

Получено аналитическое уравнение на точку пересечения ВАХ и нагрузочной кривой

1
11

Значение напряжения на резисторе

0.5
12

Использование точки (точек) графика с хорошо определяемыми координатами

0.5
13

Записаны необходимые уравнения для определения по координатам выбранной точки

1
14

Значение

1.5
15

Значение попало в ворота, но не указана верная размерность:

1
16

Значение не найдено или не попало в ворота

0.5
17

Зависимость : или тождественная

1
18

Идея или идея поиска возможных значений

0.5
19

Найдена связь между и или найдено числовое значение

1
20

Значение

1
21

Указан весь диапазон недопустимых токов: . Примечание: засчитывается только при явно выписанном верном неравенстве на недопустимые токи

1
Максимум: 12

Похожие задачи

Конденсатор Глюка

В самом начале карьеры экспериментатора Глюк увлекался разработкой новых устройств. Одним из них был конденсатор довольно необычной конструкции. На двух поверхностях прямоугольной стеклянной пластинки толщиной h = 0,5 мм было нанесено металлическое покрытие (П), игравшее роль обкладок конденсатора.

Холодильник

В тонкостенном цилиндрическом сосуде внутреннего радиуса R под поршнем находится столб воды высотой h1 при температуре t0=0circC. Поршень и дно цилиндра теплоизолированные. Мощность тепловых потерь через боковые стенки пропорциональна площади контакта и разности темп

Неизвестная жидкость под поршнем

В атмосфере с давлением p0=105,Па расположен вертикальный цилиндрический сосуд сечения S=0,01,м2 и высоты 2H (H=1,м). Вдоль стенок сосуда может перемещаться без трения герметичный поршень. Стенки сосуда и поршень не проводят тепло. Изначально поршень покоится на небо

Нелинейная картина

В сосуд кладут кусок льда массой mл и заливают порцией воды массой mв. На диаграмме показаны области с указанием конечного состояния содержимого сосуда в зависимости от температуры куска льда tл ∈ [-100,circC; 0,circC] и температуры порции воды