Задача по физике. Сила тока в электрической цепи, содержащей проводник сопротивлением 12 Ом, равна 10 А. После того как к проводника последовательно присоединили стальной провод площадью поперечного сечения 1 мм², сила тока в цепи стала 5 А. Чему равна длина провода? Удельное сопротивление стали 0,1 (Ом * мм²)/м
Поскольку стальной провод присоединен последовательно, общее сопротивление будет равно:
[ R_{total2} = R_1 + R_2 ]
где ( R_1 = 12 \, Ом ) - сопротивление первоначального проводника, ( R_2 ) - сопротивление стального провода. Подставим известные значения:
[ 24 = 12 + R_{steel} ]
Таким образом:
[ R_{steel} = 24 - 12 = 12 \, Ом ]
Теперь найдём длину стального провода. Сопротивление проводника рассчитывается по формуле:
[ R = \rho \frac{L}{S} ]
где:
( R ) - сопротивление (12 Ом),( \rho ) - удельное сопротивление (0,1 (Ом * мм²)/м),( L ) - длина проводника (в метрах),( S ) - площадь поперечного сечения (1 мм² = 1 * 10^{-6} м²).
Подставим известные значения и найдем ( L ):
[ 12 = 0.1 \cdot \frac{L}{1 \cdot 10^{-6}} ]
Умножим обе стороны на ( 1 \cdot 10^{-6} ):
[ 12 \cdot 1 \cdot 10^{-6} = 0.1 \cdot L ]
[ L = \frac{12 \cdot 1 \cdot 10^{-6}}{0.1} = \frac{12 \cdot 10^{-6}}{0.1} = 120 \cdot 10^{-6} = 0.00012 \, м = 0.12 \, м ]
Таким образом, длина стального провода равна 0.12 метра или 12 см.
Для решения задачи нам нужно использовать закон Ома и формулу для расчета сопротивления проводника.
Сначала находим общее сопротивление цепи до добавления стального провода:[
R_{total1} = \frac{U}{I} = \frac{U}{10 \, А}
]
где ( U ) - напряжение в цепи. Но мы ещё его не знаем, и пока не будем его вычислять.
Сопротивление 12 Ом уже дано, поэтому:
[
После того как к проводнику добавили стальной провод, сила тока в цепи стала 5 А. Теперь общее сопротивление цепи будет:R_{total1} = 12 \, Ом
]
[
R_{total2} = \frac{U}{I} = \frac{U}{5 \, А}
]
Мы знаем, что напряжение ( U ) остается постоянным. Теперь можем выразить ( R_{total2} ):
[
Поскольку стальной провод присоединен последовательно, общее сопротивление будет равно:R{total2} = \frac{U}{5} = \frac{10 \, \cdot \, R{total1}}{5} = 2 \cdot R_{total1} = 2 \cdot 12 = 24 \, Ом
]
[
R_{total2} = R_1 + R_2
]
где ( R_1 = 12 \, Ом ) - сопротивление первоначального проводника, ( R_2 ) - сопротивление стального провода. Подставим известные значения:
[
24 = 12 + R_{steel}
]
Таким образом:
[
Теперь найдём длину стального провода. Сопротивление проводника рассчитывается по формуле:R_{steel} = 24 - 12 = 12 \, Ом
]
[
R = \rho \frac{L}{S}
]
где:
( R ) - сопротивление (12 Ом),( \rho ) - удельное сопротивление (0,1 (Ом * мм²)/м),( L ) - длина проводника (в метрах),( S ) - площадь поперечного сечения (1 мм² = 1 * 10^{-6} м²).Подставим известные значения и найдем ( L ):
[
12 = 0.1 \cdot \frac{L}{1 \cdot 10^{-6}}
]
Умножим обе стороны на ( 1 \cdot 10^{-6} ):
[
12 \cdot 1 \cdot 10^{-6} = 0.1 \cdot L
]
[
L = \frac{12 \cdot 1 \cdot 10^{-6}}{0.1} = \frac{12 \cdot 10^{-6}}{0.1} = 120 \cdot 10^{-6} = 0.00012 \, м = 0.12 \, м
]
Таким образом, длина стального провода равна 0.12 метра или 12 см.