Вопрос:

ПД.01 Физика. Специальность 13.02.11 Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования (по отраслям). Экзаменационный билет №26. Инструкция. Внимательно прочитайте задание. Время выполнения задания — 30 минут. 1. Электрические цепи. Последовательное и параллельное соединения проводников, их закономерности. 2. Конденсатор в цепи переменного тока. Катушка индуктивности в цепи переменного тока. Резонанс в электрической цепи. 3. Задача: На рисунке представлен график проекции напряженности электрического поля электромагнитной волны по заданному направлению в данный момент времени. Найти частоту колебаний.

Ответ:

Решение:

1. Электрические цепи. Последовательное и параллельное соединения проводников, их закономерности.

Последовательное соединение:

  • Ток во всех элементах одинаков: \( I = I_1 = I_2 = ... = I_n \)
  • Общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных участков: \( R = R_1 + R_2 + ... + R_n \)
  • Напряжение на отдельных участках пропорционально их сопротивлению: \( U_1 = IR_1 \), \( U_2 = IR_2 \), ...
  • Общее напряжение равно сумме напряжений на отдельных участках: \( U = U_1 + U_2 + ... + U_n \)

Параллельное соединение:

  • Напряжение на всех параллельных участках одинаково: \( U = U_1 = U_2 = ... = U_n \)
  • Общий ток равен сумме токов, протекающих по отдельным участкам: \( I = I_1 + I_2 + ... + I_n \)
  • Величина, обратная общему сопротивлению, равна сумме величин, обратных сопротивлениям отдельных участков: \( \frac{1}{R} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + ... + \frac{1}{R_n} \)
  • Для двух параллельных участков: \( R = \frac{R_1 R_2}{R_1 + R_2} \)
  • Ток в отдельных участках обратно пропорционален их сопротивлению: \( I_1 = \frac{U}{R_1} \), \( I_2 = \frac{U}{R_2} \), ...

2. Конденсатор в цепи переменного тока. Катушка индуктивности в цепи переменного тока. Резонанс в электрической цепи.

Конденсатор в цепи переменного тока:

  • Реактивное сопротивление конденсатора (ёмкостное сопротивление) определяется формулой: \( X_C = \frac{1}{\omega C} = \frac{1}{2 \pi f C} \), где \( \omega \) — циклическая частота, \( C \) — ёмкость, \( f \) — частота.
  • Ток опережает напряжение на \( \frac{\pi}{2} \) (или на 90°)
  • \( I_C = \frac{U_C}{X_C} \)

Катушка индуктивности в цепи переменного тока:

  • Реактивное сопротивление катушки индуктивности (индуктивное сопротивление) определяется формулой: \( X_L = \omega L = 2 \pi f L \), где \( L \) — индуктивность.
  • Напряжение опережает ток на \( \frac{\pi}{2} \) (или на 90°)
  • \( I_L = \frac{U_L}{X_L} \)

Резонанс в электрической цепи (последовательный LC-контур):

  • Резонанс наступает, когда индуктивное сопротивление равно ёмкостному: \( X_L = X_C \)
  • При резонансе \( \omega_0 L = \frac{1}{\omega_0 C} \)
  • Резонансная циклическая частота: \( \omega_0 = \frac{1}{\sqrt{LC}} \)
  • Резонансная частота: \( f_0 = \frac{1}{2 \pi \sqrt{LC}} \)
  • При резонансе ток в цепи максимален, а сопротивление цепи минимально и равно активному сопротивлению \( R \).

3. Задача: На рисунке представлен график проекции напряженности электрического поля электромагнитной волны по заданному направлению в данный момент времени. Найти частоту колебаний.

(Для решения этой задачи необходим рисунок с графиком, который отсутствует в исходном изображении. Предполагая, что на графике представлена синусоидальная зависимость напряженности электрического поля от времени, например: \( E(t) = E_0 \sin(\omega t + \phi) \) или \( E(t) = E_0 \cos(\omega t + \phi) \), для нахождения частоты колебаний \( f \) (или циклической частоты \( \omega = 2 \pi f \)) необходимо определить период колебаний \( T \) по графику. Период \( T \) — это время, за которое происходит одно полное колебание (например, от одного максимума до следующего максимума, или от одного нуля до следующего нуля с тем же направлением движения). После определения периода \( T \), частота колебаний находится по формуле: \( f = \frac{1}{T} \).

Пример: Если по графику видно, что период колебаний \( T = 0.02 \) с, то частота колебаний составит \( f = \frac{1}{0.02 \text{ с}} = 50 \text{ Гц} \).

Ответ: Для решения задачи №3 требуется график, который отсутствует.