Для электрической цепи постоянного тока (рис. 1.1) определить общий ток I, токи I1, I2, I3, I4 в ветвях резисторов и ток I23 в перемычке 2–3 цепи при разомкнутом и замкнутом выключателе B, а также напряжение U23 между узлами 2 и 3 при разомкнутом выключателе. Сделать проверку решения, используя I закон Кирхгофа и уравнение баланса мощностей.
Дано: U=220 В; R1=R2=R3=R4=R7=20 Ом; R5=5 Ом; R6=10 Ом.
Рис. 1.1
Решение
1) Выключатель замкнут.
Сопротивление участка цепи между узлами 5 и 2:
R52=R2+R3∙R4R2+R3+R4=20+20∙2020+20+20=13,333 Ом
Сопротивление участка цепи между узлами 1 и 3:
R13=R1+R52∙R5R1+R52+R5=20+13,333∙520+13,333+5=4,348 Ом
Сопротивление участка цепи между узлами 3 и 4:
R34=R6∙R7R6+R7=10∙2010+20=6,667 Ом
Эквивалентное сопротивление цепи:
Rэкв=R13+R34=4,348+6,667=11,014 Ом
Ток в неразветвленной части электрической цепи:
I=URэкв=22011,014=19,974 А
Напряжение между узлами 1 и 3:
U13=I∙R13=19,974∙4,348=86,842 В
Токи в ветвях резисторов:
I1=U13R1+R52=86,84220+13,333=2,605 А
I2=U13R5=86,8425=17,368 А
Напряжение между узлами 3 и 4:
U34=I∙R34=19,974∙6,667=133,158 В
Токи в ветвях резисторов:
I3=U34R6=133,15810=13,316 А
I4=U34R7=133,15820=6,658 А
Ток в перемычке 2–3:
I23=I4-I2=6,658-17,368=-10,711 А
Проверяем по 1-му закону Кирхгофа:
I-I1-I2=19,974-2,605-17,368=0
-I+I3+I4=-19,974+13,316+6,658=0
Составляем баланс мощностей:
Pи=U∙I=220∙19,974=4394,2 Вт
Pн=I12∙R1+R52+I22∙R5+I32∙R6+I42∙R7=2,6052∙20+13,333+17,3682∙5+13,3162∙10+6,6582∙20=4394,2 Вт
Pи=Pи
4394,2 Вт=4394,2 Вт
1) Выключатель разомкнут.
Эквивалентное сопротивление цепи:
Rэкв=R1+R52+R6∙R5+R7R1+R52+R6+R5+R7=20+13,333+10∙5+2020+13,333+10+5+20=15,854 Ом
Ток в неразветвленной части электрической цепи:
I=URэкв=22015,854=13,877 А
Токи в ветвях резисторов:
I1=I3=UR1+R52+R6=22020+13,333+10=5,077 А
I2=I4=UR5+R7=2205+20=8,8 А
Т.к