Физика Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи
Материалы к уроку
Конспект урока
Соединим проводником два металлических шарика, несущих заряды противоположных знаков. Под влиянием электрического поля этих зарядов в проводнике возникает электрический ток. Но этот ток будет кратковременным. Заряды быстро нейтрализуются, потенциалы шариков станут одинаковыми, и электрическое поле исчезнет. Для того чтобы ток был постоянным, надо поддерживать постоянное напряжение между шариками. Для этого необходимо устройство (источник тока), которое перемещало бы заряды от одного шарика к другому в направлении противоположном направлению сил, действующих на эти заряды со стороны электрического поля шариков.
В таком устройстве на заряды, кроме электрических сил должны действовать силы и неэлектрического происхождения.
Одно лишь электрическое поле заряженных частиц (кулоновское поле) не способно поддерживать постоянный ток в цепи. Любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением сил электростатического происхождения (т.е. кулоновских), называют сторонними силами. Сторонние силы приводят в движение заряженные частицы внутри всех источников тока: в генераторах на электростанциях, в гальванических элементах, аккумуляторах.
Природа сторонних сил может быть разнообразной. В генераторах электростанций сторонняя сила – эта сила, действующая со стороны магнитного поля на электроны в движущемся проводнике.
В гальваническом элементе, например, в элементе Вольта, действуют химические силы.
Первая электрическая батарея появилась в 1799 году. Её изобрел итальянский физик Алессандро ВОльта (1745 — 1827) — итальянский физик, химик и физиолог, изобретатель источника постоянного электрического тока. Его первый источник тока – «вольтов столб» был построен в точном соответствии с его теорией «металлического» электричества. Вольта положил друг на друга попеременно несколько десятков небольших цинковых и серебряных кружочков, проложив меж ними бумагу, смоченную подсоленной водой.
До конца XVIII века все технические источники тока были основаны на электризации трением. Наиболее эффективным из этих источников стала электрофорная машина (диски машины приводятся во вращение в противоположных направлениях. В результате трения щеток о диски на кондукторах машины накапливаются заряды противоположного знака) Сторонние силы возникают в результате трения.
Прибор фотоэлемент.
При освещении некоторых веществ светом в них появляется ток, световая энергия превращается в электрическую.
В данном приборе заряды разделяются под действием света. Фотоэлементы применяются в солнечных батареях, световых датчиках, калькуляторах, видеокамерах.
Прибор термоэлемент.
Если две проволоки из разных металлов спаять с одного края, а затем нагреть место спая, то в них возникнет ток — заряды при нагревании спая разделяются. Термоэлементы применяются в термодатчиках и на геотермальных электростанциях в качестве датчика температуры.
Сторонние силы возникают под действием тепла.
Действие сторонних сил характеризуется важной физической величиной электродвижущей силой (сокращенно ЭДС). Электродвижущая сила в замкнутом контуре представляет собой отношение работы сторонних сил при перемещении заряда вдоль контура к заряду. Электродвижущую силу выражают в вольтах. Это удельная работа сторонних сил не во всем контуре, а только на данном участке, т.е. работа по перемещению единичного заряда.
Электродвижущая сила определяет силу тока в замкнутой электрической цепи с известным сопротивлением. Рассмотрим простейшую полную (замкнутую) цепь, состоящую из источника тока (гальванического элемента, аккумулятора или генератора) и резистора сопротивлением (эр большое) R .
Пример. ЭДС батареи 6,0 В, ее внутреннее сопротивление 0,5 Ом, сопротивление внешней цепи 11,5 Ом. Найдите силу тока в цепи, напряжение на зажимах батареи и падение напряжения внутри батареи.
Пусть R (эр большое) — сопротивление внешнего участка цепи, r (эр малое) — внутреннее сопротивление батареи.
Тогда по закону Ома для замкнутой цепи (формула), где ε(эпсилон) — ЭДС батареи, I (и)- сила тока в цепи. Так как сила тока I одинакова как для внешнего, так и для внутреннего участков цепи, то напряжение на зажимах батареи, т.
е. на внешнем участке цепи с сопротивлением R , по закону Ома для этого однородного участка есть формула.Подставляем значения и проводим расчеты.
Получаем ответ: сила тока в цепи равна 0,5 А; напряжение на зажимах батареи 5,75 В; падение напряжения на внутреннем сопротивлении 0,25В.
Внутреннее сопротивление источника тока не оказывает заметного влияния на силу тока, если оно мало по сравнению с сопротивлением внешней части цепи (R>>r). При этом напряжение на зажимах источника приблизительно равно ЭДС.
Для защиты от короткого замыкания принимают специальные меры.
Устанавливают токоограничивающие электрические реакторы, применяют распараллеливание электрических цепей, т.е. отключение секционных и шиносоединительных выключателей, используют понижающие трансформаторы с расщепленной обмоткой низкого напряжения; используют отключающее оборудование – быстродействующие коммутационные аппараты с функцией ограничения тока короткого замыкания – плавкие предохранители и автоматические выключатели; применяют устройства релейной защиты для отключения поврежденных участков цепи.
Знак ЭДС определяется произвольно по выбранному направлению обхода контура. Если при обходе переходим от отрицательного полюса к положительному, то ЭДС будет положительной.
Как вы думаете, какое напряжение может представлять опасность для жизни человека?
Опасная для жизни человека сила тока равна 0,05 ампер.
Остались вопросы по теме? Наши педагоги готовы помочь!
Подготовим к ЕГЭ, ОГЭ и другим экзаменам
Найдём слабые места по предмету и разберём ошибки
Повысим успеваемость по школьным предметам
Поможем подготовиться к поступлению в любой ВУЗ
Выбрать педагогаОставить заявку на подбор
Определите амплитуду ЭДС. Физика, 11 класс, параграф 27-36, 4 задача. Мякишев и Буховцев – Рамблер/класс
Определите амплитуду ЭДС. Физика, 11 класс, параграф 27-36, 4 задача. Мякишев и Буховцев – Рамблер/классИнтересные вопросы
Школа
Подскажите, как бороться с грубым отношением одноклассников к моему ребенку?
Новости
Поделитесь, сколько вы потратили на подготовку ребенка к учебному году?
Школа
Объясните, это правда, что родители теперь будут информироваться о снижении успеваемости в школе?
Школа
Когда в 2018 году намечено проведение основного периода ЕГЭ?
Новости
Будет ли как-то улучшаться система проверки и организации итоговых сочинений?
Вузы
Подскажите, почему закрыли прием в Московский институт телевидения и радиовещания «Останкино»?
Приветик.
Решить не получается, натолкните на мысль( Определите амплитуду ЭДС, наводимой в рамке, вращающейся в однородном магнитном поле, если частота вращения составляет 50 об/с, площадь рамки 100 см2 и магнитная индукция 0,2 Тл.
Лучший ответ
Драсть. Это не самая трудная задачка, смотри как решается!
Дано:
n = 50 об/с = 50 Гц
S = 100 см2 = 0,01 м2
B = 0,2 Тл
Em — ?
Решение:
еще ответы
ваш ответ
Можно ввести 4000 cимволов
отправить
дежурный
Нажимая кнопку «отправить», вы принимаете условия пользовательского соглашения
похожие темы
Юмор
Олимпиады
ЕГЭ
Компьютерные игры
похожие вопросы 5
Какой высоты должно быть плоское зеркало Физика 11 класс Мякишев Г.Я. 52-8
Ребята подскажите кто сможет:
Какой высоты должно быть плоское зеркало, висящее вертикально, чтобы человек, рост которого Н, видел (Подробнее.
..)
ГДЗ11 классФизикаМякишев Г.Я.
ГДЗ Тема 21 Физика 7-9 класс А.В.Перышкин Задание №476 Изобразите силы, действующие на тело.
Привет всем! Нужен ваш совет, как отвечать…
Изобразите силы, действующие на тело, когда оно плавает на поверхности жидкости. (Подробнее…)
ГДЗФизикаПерышкин А.В.Школа7 класс
Какой был проходной балл в вузы в 2017 году?
Какой был средний балл ЕГЭ поступивших в российские вузы на бюджет в этом году? (Подробнее…)
Поступление11 классЕГЭНовости
16. Расставьте все знаки препинания: укажите цифру(-ы), на месте которой(-ых)… Цыбулько И. П. Русский язык ЕГЭ-2017 ГДЗ. Вариант 13.
16.
Расставьте все знаки препинания: укажите цифру(-ы), на месте которой(-ых)
в предложении должна(-ы) стоять запятая(-ые). (Подробнее…)
ГДЗЕГЭРусский языкЦыбулько И.П.
ЕГЭ-2017 Цыбулько И.
П. Русский язык ГДЗ. Вариант 13. 18. Расставьте все знаки препинания: укажите цифру(-ы), на месте которой(-ых)…
18.
Расставьте все знаки препинания: укажите цифру(-ы), на месте которой(-ых)
в предложении должна(-ы) стоять запятая(-ые). (Подробнее…)
ГДЗЕГЭРусский языкЦыбулько И.П.
Важная тема физики: Формула ЭДС
Введение:Сила электрического поля ЭДС, например, представляет собой понятие, с которым большинство учащихся незнакомы. Однако оно неразрывно связано с более привычным понятием напряжения. Они понимают разницу между этими двумя понятиями и понимают, что означает ЭМП, чтобы предоставить нам инструменты, необходимые для решения многих физических и электронных проблем.
Также будет введено понятие внутреннего сопротивления батареи. ЭДС описывает напряжение батареи без учета внутреннего сопротивления, что снижает значение. Электрический потенциал, создаваемый гальваническим элементом или изменением магнитного поля, называется электродвижущей силой.
ЭДС — это сокращение от электродвижущей силы.
Заполните форму для экспертного академического руководства!
Класс
— Класс 6 Класс 7 Класс 8 Класс 9 Класс 10 Класс 11 Класс 12
Целевой экзамен
JEENEETCBSE
+91
Предпочтительный временной интервал для звонка 1:0012 pm1 pm2 pm3 pm4 pm5 pm6 pm7 pm8 pm9 pm10pm
Пожалуйста, укажите, что вас интересует
Живые занятияЗаписанные занятияСерии тестовСамообучение
Подтвердите OTP-код (обязательно)
Я согласен с условиями и политикой конфиденциальности.
Преобразование энергии из одной формы в другую осуществляется с помощью генератора или батареи. Один вывод в этих устройствах заряжается положительно, а другой — отрицательно.
В результате работа над единичным электрическим зарядом характеризуется как электродвижущая сила. Электродвижущая сила используется в электромагнитном расходомере на основе закона Фарадея.
Электродвижущая сила, или ЭДС, представляет собой количество энергии, выделяемой батареей или элементом на кулон (Q) проходящего через него заряда.
Когда по цепи не протекает ток, величина ЭДС равна V (разность потенциалов) на клеммах ячейки. Возможны отрицательные электродвижущие силы. Рассмотрим, где индуктор генерирует ЭДС, противодействующую входящей мощности. Затем создаваемая ЭДС интерпретируется как неблагоприятная, поскольку направление потока противоположно реальной мощности. В результате электродвижущая сила может быть отрицательной.
Электродвижущая сила элемента, также известная как электродвижущая сила элемента, представляет собой максимальную разность потенциалов между двумя электродами элемента. Он также известен как результирующее напряжение между окислительной и восстановительной половинами реакции. ЭДС элемента в основном используется для определения того, является ли гальванический элемент гальваническим.
Электрохимический элемент — это устройство, использующее химическую реакцию для выработки электроэнергии. По сути, это устройство, которое преобразует химическую энергию в электрическую.
Для работы электрохимической ячейки требуется химическая реакция, включающая обмен электронами. Такие реакции называются окислительно-восстановительными реакциями.
Напряжение ячейки определяет его. Независимо от размера ячейки, определенный тип ячейки генерирует одинаковое напряжение. При идеальных рабочих условиях единственное, что зависит от напряжения ячейки, — это химический состав ячейки.
Обычно напряжение ячейки отклоняется от этого идеального значения из-за различных факторов, таких как разница температур, изменение концентрации и т.д. Уравнение Нернста, разработанное Вальтером Нернстом, может рассчитать значение ЭДС данной ячейки, если известен стандартный потенциал ячейки.
ЭДС рассчитывается с использованием двух основных уравнений. Основное определение — это количество джоулей энергии, получаемых каждым кулоном заряда при прохождении через ячейку.
ε=E/Q
Если мы знаем количество заряда, прошедшего через клетку, и полученную энергию.
Это самый простой метод расчета ЭДС. Вместо этого мы можем использовать определение, более похожее на закон Ома, а именно V = IR. Таким образом, формула выглядит следующим образом:
ε=I(R+r)
ε=IR+Ir ε =V+Ir
Это показывает, что мы можем рассчитать ЭДС, зная напряжение на клеммах, протекающий ток и внутреннюю сопротивление.
Разность потенциалов и ЭДС клеткиЭДС – это количество энергии (любой формы), преобразованной в энергию (электрическую) на кулон заряда. Напротив, разность потенциалов представляет собой количество энергии (электрической), преобразованной в другие формы энергии на кулон заряда. К источникам ЭДС относятся элементы, солнечные элементы, батареи, генераторы, термопары, динамо-машины и т. д.
Разность потенциалов на клеммах в ячейке Напряжение на клеммах — это разность потенциалов между клеммами при включении цепи. С другой стороны, ЭДС — это самая высокая разность потенциалов, которую может производить ячейка или генератор, когда через них не протекает ток.
Когда напряжение на клеммах измеряется с помощью вольтметра, электродвижущая сила рассчитывается с помощью потенциометра.
Из-за падения потенциала, вызванного прохождением тока через внутреннее сопротивление элемента, напряжение на клеммах всегда ниже, чем ЭДС. Напряжение на клеммах не сохраняет постоянства, но ЭДС является характеристической константой ячейки. Конечная разность потенциалов клетки — это разность потенциалов между двумя ее электродами в замкнутой цепи.
При потреблении тока от элемента разность потенциалов на клеммах меньше ЭДС элемента (т. е. при разрядке элемента), при протекании тока внутреннее сопротивление r источника напряжения влияет на выходное напряжение.
Напряжение на выводе устройства V определяется выражением V = ЭДС Ir, где I — электрический ток, положительный при протекании от положительного вывода источника напряжения.
Разница между потенциалом ячейки и ЭДС:| Электродвижущая сила (ЭДС) | Разность потенциалов |
энергии, отдаваемой клеткой на единицу заряда. | Энергия, рассеиваемая при прохождении единичного заряда через компоненты, представляет собой разность потенциалов. |
| Причина — э.д.с. | Эффект — разность потенциалов. |
| Даже когда через батарею не проходит ток, ЭДС присутствует. | В отсутствие тока разность потенциалов на проводнике равна нулю. |
| Никогда не меньше разности потенциалов. | Никогда не меньше ЭДС. |
| Передает ток как внутри, так и вне ячейки. | Разность потенциалов при передаче тока между двумя точками в ячейке. |
Все источники напряжения имеют две основные составляющие: внутреннее сопротивление r и источник электрической энергии с характеристикой электродвижущей силы (ЭДС).
Итак, ЭДС — это разность потенциалов между источником, когда через него не протекает ток, и когда через него протекает ток. С другой стороны, внутреннее сопротивление r источника напряжения влияет на выходное напряжение, когда через него проходит ток. Из-за падения напряжения на внутреннем сопротивлении устройства напряжение на клеммах батареи меньше, чем электродвижущая сила (ЭДС), когда она разряжается. Если ток течет «назад» от положительного к отрицательному полюсу в батарее, напряжение на клеммах можно оценить, используя ЭДС батареи и падение напряжения на внутреннем сопротивлении.
Пусть E — ЭДС, а V — напряжение на клеммах. С нагрузкой R, протекающим током I и внутренним сопротивлением r уравнение можно записать в виде –
I=E/R+r
Разность потенциалов между напряжениями на клеммах вычисляется следующим образом:
V=I.R
=ER/R+r
Читайте также: Важная тема физики: потенциометр
Часто задаваемые вопросы (FAQ):В чем разница между напряжением и разностью потенциалов?
Электрический потенциал V положения в электрическом поле таков, что электрическая потенциальная энергия, необходимая для помещения частицы с зарядом q в это положение, является произведением заряда частицы q и потенциала положения V(t).
Что означает, если две точки имеют разность потенциалов 1 В?
Разность потенциалов между двумя точками составляет 1 В, если для переноса заряда в 1 Кл из одной точки в другую необходимо совершить работу в 1 Дж.
Что означает ЭДС батареи и какова связь между ЭДС и напряжением?
Электродвижущая сила – это количество работы, выполняемой при преобразовании (или преобразовании) энергии, и количество электричества, которое проходит через источник электроэнергии или генератор. Электродвижущая сила измеряется в вольтах (ЭДС). Напряжение источника не равно ЭДС источника. Напряжение определяется как разность потенциалов между потенциалами двух электродов батареи при любых условиях. ЭДС — важная тема в физике, потому что она связана с более сложными темами и их приложениями.
ЭДС ячеек Внутреннее сопротивление
Связанный контент
23.3 ЭДС движения — College Physics 2e
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете:
- Расчет ЭДС, силы, магнитного поля и работы, связанной с движением объекта в магнитном поле.
Как мы видели, любое изменение магнитного потока индуцирует противодействующую этому изменению ЭДС — процесс, известный как индукция. Движение является одной из основных причин индукции. Например, магнит, перемещаемый по направлению к катушке, создает ЭДС, а катушка, перемещаемая по направлению к магниту, создает аналогичную ЭДС. В этом разделе мы сконцентрируемся на движении в магнитном поле, стационарном относительно Земли, производя то, что условно называется ЭДС движения .
Одна ситуация, в которой возникает ЭДС движения, известна как эффект Холла и уже исследована. На заряды, движущиеся в магнитном поле, действует магнитная сила F=qvBsinθF=qvBsinθ, которая перемещает противоположные заряды в противоположных направлениях и создает ЭДС=Bℓvemf=Bℓv. Мы видели, что эффект Холла имеет приложения, включая измерения BB и vv. Теперь мы увидим, что эффект Холла является одним из аспектов более широкого явления индукции, и обнаружим, что ЭДС движения можно использовать в качестве источника энергии.
Рассмотрим ситуацию, показанную на рис. 23.10. Стержень движется со скоростью вв по паре проводящих рельсов, разделенных расстоянием ℓℓ в однородном магнитном поле BB. Рельсы неподвижны относительно ВВ и подключены к неподвижному резистору RR. Резистор может быть любым, от лампочки до вольтметра. Рассмотрим область, окруженную движущимся стержнем, рельсами и резистором. BB перпендикулярен этой области, и площадь увеличивается по мере движения стержня. Таким образом, магнитный поток, заключенный между рельсами, стержнем и резистором, увеличивается. При изменении потока индуцируется ЭДС в соответствии с законом индукции Фарадея.
Рисунок
23.10
(a) ЭДС движения=Bℓvemf=Bℓv индуцируется между рельсами, когда этот стержень движется вправо в однородном магнитном поле. Магнитное поле ВВ направлено внутрь страницы, перпендикулярно движущимся стержню и рельсам и, следовательно, ограниченной ими области. (b) Закон Ленца дает направления индуцированного поля и тока, а также полярность индуцированной ЭДС.
Поскольку поток увеличивается, индуцированное поле имеет противоположное направление или выходит за пределы страницы. RHR-2 дает показанное направление тока, и полярность стержня будет управлять таким током. RHR-1 также указывает на ту же полярность стержня. (Обратите внимание, что буквенный символ E, используемый в эквивалентной схеме в нижней части части (b), представляет ЭДС.)
Чтобы найти величину ЭДС, индуцированной вдоль движущегося стержня, воспользуемся законом индукции Фарадея без знака:
ЭДС=NΔΦΔt.ЭДС=NΔΦΔt.
23,7
Здесь и далее под «ЭДС» подразумевается величина ЭДС. В этом уравнении N=1N=1 и поток Φ=BAcosθΦ=BAcosθ. Имеем θ=0ºθ=0º и cosθ=1cosθ=1, так как BB перпендикулярна AA. Теперь ΔΦ=Δ(BA)=BΔAΔΦ=Δ(BA)=BΔA, так как BB однородна. Обратите внимание, что площадь, заметаемая стержнем, равна ΔA=ℓΔxΔA=ℓΔx. Ввод этих величин в выражение для ЭДС дает
ЭДС=BΔAΔt=BℓΔxΔt.ЭДС=BΔAΔt=BℓΔxΔt.
23,8
Наконец, обратите внимание, что Δx/Δt=vΔx/Δt=v, скорость стержня. Ввод этого в последнее выражение показывает, что
ЭДС = Bℓv (B, ℓ, и v перпендикулярно) ЭДС = Bℓv (B, ℓ, и v перпендикулярно)
23,9
— ЭДС движения. Это то же самое выражение, которое было дано ранее для эффекта Холла.
Установление связей: объединение сил
Существует много связей между электрической и магнитной силами. Тот факт, что движущееся электрическое поле создает магнитное поле и, наоборот, движущееся магнитное поле создает электрическое поле, является частью того, почему электрические и магнитные силы теперь считаются разными проявлениями одной и той же силы. Это классическое объединение электрических и магнитных сил в то, что называется электромагнитной силой, является источником вдохновения для современных усилий по объединению других основных сил.
Чтобы найти направление индуцируемого поля, направление тока и полярность индуктируемой ЭДС, мы применяем закон Ленца, как описано в Законе Фарадея об индукции: закон Ленца.
(См. рис. 23.10(b).) Поток увеличивается, так как площадь охвата увеличивается. Таким образом, индуцированное поле должно противостоять существующему и быть за пределами страницы. Таким образом, RHR-2 требует, чтобы I были направлены против часовой стрелки, что, в свою очередь, означает, что вершина стержня положительна, как показано на рисунке.
ЭДС движения также возникает, если магнитное поле движется, а стержень (или другой объект) неподвижен относительно Земли (или какого-либо наблюдателя). Мы видели пример этого в ситуации, когда движущийся магнит индуцирует ЭДС в неподвижной катушке. Важно относительное движение. В этих наблюдениях проявляется связь между магнитными и электрическими полями. Движущееся магнитное поле создает электрическое поле за счет ЭДС индукции. Мы уже видели, что движущееся электрическое поле создает магнитное поле — движущийся заряд подразумевает движущееся электрическое поле, а движущийся заряд создает магнитное поле.
ЭДС движения в слабом магнитном поле Земли обычно не очень велики, иначе мы заметили бы напряжение вдоль металлических стержней, таких как отвертка, при обычных движениях. Например, простой расчет ЭДС движения 1-метрового стержня, движущегося со скоростью 3,0 м/с перпендикулярно полю Земли, дает ЭДС=Bℓv=(5,0×10-5T)(1,0 м)(3,0 м/с)=150 мкВЭДС=Bℓv=(5,0×10-5T)(1,0 м)(3,0 м/с)=150 мкВ. Это небольшое значение соответствует опыту. Однако есть эффектное исключение. В 1992 и 19 гг.96, с помощью космического корабля «Шаттл» были предприняты попытки создать большие ЭДС движения. Привязанный спутник должен был быть выпущен по проводу длиной 20 км, как показано на рис. 23.11, для создания ЭДС 5 кВ за счет движения с орбитальной скоростью через поле Земли. Эту ЭДС можно было бы использовать для преобразования части кинетической и потенциальной энергии шаттла в электрическую энергию, если бы удалось создать полную цепь. Чтобы завершить цепь, неподвижная ионосфера должна была обеспечить обратный путь для протекания тока.
(Ионосфера — это разреженная и частично ионизированная атмосфера на орбитальных высотах. Она проводит ток из-за ионизации. Ионосфера выполняет ту же функцию, что и неподвижные рельсы и соединительный резистор на рис. 23.10, без которых не было бы полной цепи.) Перетащите на ток в кабеле за счет магнитной силы F=IℓBsinθF=IℓBsinθ совершает работу, которая уменьшает кинетическую и потенциальную энергию челнока и позволяет преобразовать ее в электрическую энергию. Оба теста оказались неудачными. В первом кабель болтался и его можно было протянуть только на пару сотен метров; во втором трос оборвался при почти полном вытягивании. Пример 23.2 указывает на принципиальную возможность.
Пример 23,2
Расчет большой ЭДС движения объекта на орбите
Рисунок
23.11
ЭДС движения как преобразование электроэнергии для космического челнока является мотивом для эксперимента с привязанным спутником. Было предсказано, что ЭДС 5 кВ будет индуцироваться в тросе длиной 20 км при движении с орбитальной скоростью в магнитном поле Земли.
