ЭДС. Закон Ома для полной цепи.

ЭДС. Закон Ома для полной цепи.

Замкнутая (полная) электрическая цепь состоит из источника тока и сопротивления.

Источник тока имеет ЭДС () и сопротивление (r), которое называют внутренним. ЭДС (электродвижущая сила) — работа сторонних сил по перемещению положительного заряда по замкнутой цепи (физический смысл аналогичен напряжению, потенциалу). Полное сопротивление цепи — R+r.

1) Напряжение на зажимах источника, а соответственно и во внешней цепи

,
где величина  — падение напряжения внутри источника тока.

2) Если внешнее сопротивление замкнутой цепи равно нулю, то такой режим источника тока называетсякоротким замыканием.

3) Для полной цепи закон Джоуля-Ленца

Коэффициент полезного действия

Мощность, выделяемая на внешнем участке цепи, называется полезной

При условии R=r мощность, выделяемая во внешней цепи, максимальная для данного источника и равна

Полная мощность — сумма полезной и теряемой мощности

Коэффициент полезного действия источника тока — отношение полезной мощности к полной

Для существования постоянного тока в цепи необходимо непрерывно разделять электрические заряды, которые под действием сил Кулона стремятся соединиться. Для этого необходимы сторонние силы. ЭДС характеризует действие этих сторонних сил. А сама эта работа осуществляется внутри источников ЭДС. Электрические заряды внутри источников ЭДС движутся против кулоновских сил под воздействием сторонних сил.

Сравнивая электрический ток с течением жидкости в трубах, можно сказать, что источник работает, как насос, который подает воду из нижнего резервуара в верхний, из которого она под действием силы тяжести стекает в нижний резервуар.

В быту «источником тока» часто неточно называют любой источник электрического напряжения (батарею, генератор, розетку), но в строго физическом смысле это не так, более того, обычно используемые в быту источники напряжения по своим характеристикам гораздо ближе к источнику ЭДС, чем к источнику тока из-за наличия внутреннего сопротивления.

В настоящее время выпускают множество различных источников ЭДС — от маленьких батареек для часов до генераторов.

Внутри источника тока происходит разделение зарядов из-за процессов, происходящих внутри источника, например, химических процессов.

Гальванический элемент — химический источник тока, основанный на взаимодействии двух металлов и (или) их оксидов в электролите (батарейки, аккумуляторы).

Генераторы — создают ток за счет расходования механической энергии.

Термоэлементы — используют энергию теплового движения заряженных частиц.

Фотоэлементы — создают ток за счет энергии света.

???Вопросы

1. Что называют ЭДС? 
2. Записать формулу ЭДС?Единица измерения ЭДС?
3. Что называют сторонними силами?
4. Какую природу имеют сторонние силы?
5. Закон Ома для полной цепи?
6. В каких случаях напряжение равно ЭДС?  Напряжение меньше ЭДС?
7. Единицы измерения I, U, R, r?
8. Как называется этот прибор? Какова цена деления прибора?

ПРОВЕРЬ СЕБЯ

Подписаться на: Сообщения (Atom)

Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи

Похожие презентации:

Влияния состава и размера зерна аустенита на температуру фазового превращения и физико-механические свойства сплавов

Газовая хроматография

Геофизические исследования скважин

Искусственные алмазы

Трансформаторы тока и напряжения

Транзисторы

Воздушные и кабельные линии электропередач

Создание транспортно-энергетического модуля на основе ядерной энергодвигательной установки мегаваттного класса

Магнитные аномалии

Нанотехнологии

1.

Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепиЛюбой источник тока характеризуется электродвижущей силой
(ЭДС). Так, на круглой батарейке для карманного фонарика
написано: 1,5 В. Что это значит?
Соединим
проводником
два
металлических шарика, несущих
заряды противоположных знаков.
Под влиянием электрического
поля этих зарядов в проводнике
возникает электрический ток.
Но этот ток будет очень
кратковременным.
Заряды быстро нейтрализуются,
потенциалы шариков станут
одинаковыми, и электрическое
поле исчезнет.

4. Сторонние силы

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 неэлектрического
происхождения.
Одно лишь электрическое поле заряженных частиц (кулоновское поле) не способно
поддерживать постоянный ток в цепи.
Сторонние силы приводят в движение заряженные частицы
внутри всех источников тока: в генераторах на электростанциях,
в гальванических элементах,
аккумуляторах и т.д.
Генератор
переменного
тока, Россия
Гальванические
элементы, СССР
Аккумулятор,
Тюмень
При замыкании цепи создаётся
электрическое поле во всех
проводниках цепи.
Внутри источника тока заряды движутся под действием
сторонних сил против кулоновских сил (электроны от
положительного заряженного электрода к отрицательному), а
во всей остальной цепи их приводит в движение электрическое поле.

7. Природа сторонних сил

Источники тока
Сторонняя сила
Генератор электростанции
Сила, действующая со
стороны магнитного поля на
электроны в движущимся
проводнике
Гальванический элемент
(элемент Вольта)
Химические силы,
растворяющие цинк в
растворе серной кислоты

8.

Электродвижущая сила Действие сторонних сил характеризуется важной физической
величиной, называемой электродвижущей силой (сокращённо
ЭДС).
Электродвижущая сила в замкнутом контуре представляет
собой отношение работы сторонних сил при перемещении
заряда вдоль контура к заряду:

English     Русский Правила

Инструменты и задачи обслуживания (интерактивные)

Перейти к содержимому

Закон Ома

Ток, протекающий через большинство веществ, прямо пропорционален приложенному к нему напряжению V. Немецкий физик Георг Симон Ом (1787–1854) первым экспериментально продемонстрировал, что ток в металлической проволоке

прямо пропорционален приложенному напряжению : I ∝ В.

Это важное соотношение известно как закон Ома. Его можно рассматривать как причинно-следственную связь, где напряжение является причиной, а ток — следствием. Это эмпирический закон, аналогичный закону трения — экспериментально наблюдаемому явлению. Такая линейная зависимость не всегда имеет место.

Сопротивление и простые схемы

Если напряжение управляет током, что этому препятствует? Электрическое свойство, препятствующее току (грубо похожее на трение и сопротивление воздуха), называется сопротивлением R. Столкновения движущихся зарядов с атомами и молекулами в веществе передают энергию веществу и ограничивают ток. Сопротивление определяется как обратно пропорциональное току, или I ∝ .

Так, например, ток уменьшается вдвое, если сопротивление удваивается. Сочетание отношений тока к напряжению и тока к сопротивлению дает I = .

Это соотношение также называют законом Ома. Закон Ома в этой форме действительно определяет сопротивление для определенных материалов. Закон Ома (как и закон Гука) не является универсальным. Многие вещества, для которых выполняется закон Ома, называются омическими. К ним относятся хорошие проводники, такие как медь и алюминий, и некоторые плохие проводники при определенных обстоятельствах.

Омические материалы имеют сопротивление R, не зависящее от напряжения V и тока I. Объект, имеющий простое сопротивление, называется резистором , даже если его сопротивление невелико. Единицей измерения сопротивления является ом, который обозначается символом Ω (греческая омега в верхнем регистре). Преобразование I = дает R = , поэтому единицами сопротивления являются 1 Ом = 1 вольт на ампер: 1 Ом = 1 .

На рисунке показана схема простой цепи. Простая схема имеет один источник напряжения и один резистор. Провода, соединяющие источник напряжения с резистором, можно считать имеющими пренебрежимо малое сопротивление, или их сопротивление можно включить в R.

Простая электрическая цепь, в которой замкнутый путь для протекания тока обеспечивается проводниками (обычно металлическими проводами), соединяющими нагрузку с клеммами батареи, представленными красными параллельными линиями. Зигзагообразный символ представляет одиночный резистор и включает любое сопротивление в соединениях с источником напряжения.

Установление связей: связи в реальном мире

Закон Ома (V=IR) представляет собой фундаментальное соотношение, которое может быть представлено линейной функцией, где наклон линии представляет собой сопротивление. Сопротивление представляет собой напряжение, которое необходимо приложить к резистору, чтобы создать ток силой 1 А в цепи. На графике (на рисунке ниже) показано это представление для двух простых цепей с резисторами, которые имеют разные сопротивления и, следовательно, разные наклоны.

На рисунке показано соотношение между током и напряжением для двух разных резисторов. Наклон графика представляет значение сопротивления, которое составляет 2 Ом и 4 Ом для двух показанных линий.

Материалы, которые следуют закону Ома, имея линейную зависимость между напряжением и током, известны как омические материалы. С другой стороны, некоторые материалы демонстрируют нелинейную зависимость напряжения от тока и поэтому известны как неомические материалы. На рисунке ниже показаны соотношения тока и напряжения для двух типов материалов.

                                

Рисунок №. Показана зависимость между напряжением и током для омических и неомических материалов.

Очевидно, что сопротивление омического материала (показанного на (а)) остается постоянным и может быть рассчитано путем нахождения наклона графика, но это неверно для неомического материала (показанного на (б)).

Диапазон сопротивлений превышает многие порядки. Некоторые керамические изоляторы, например те, которые используются для поддержки линий электропередач, имеют сопротивление 1012 Ом и более. У сухого человека сопротивление рук и ног может составлять 105 Ом, тогда как сопротивление человеческого сердца составляет около 103 Ом. Метровый отрезок медного провода большого диаметра может иметь сопротивление 10-5 Ом, а сверхпроводники вообще не имеют сопротивления (они неомические). Сопротивление связано с формой объекта и материалом, из которого он состоит, как будет показано в разделе «Сопротивление и удельное сопротивление».

Дополнительное понимание достигается путем решения I = для V, что дает V = IR.

Это выражение для V можно интерпретировать как падение напряжения на резисторе, создаваемое током I. Фраза IR падение часто используется для этого напряжения. Например, фара в Примере имеет падение ИК-излучения 12,0 В. Если измерить напряжение в различных точках цепи, будет видно, что оно увеличивается на источнике напряжения и уменьшается на резисторе. Напряжение аналогично давлению жидкости. Источник напряжения подобен насосу, создающему перепад давления, вызывающему ток — поток заряда. Резистор подобен трубе, которая снижает давление и ограничивает поток из-за своего сопротивления. Сохранение энергии имеет здесь важные последствия. Источник напряжения поставляет энергию (вызывая электрическое поле и ток), а резистор преобразует ее в другую форму (например, в тепловую энергию). В простой схеме (одна с одним простым резистором) напряжение, подаваемое источником, равно падению напряжения на резисторе, поскольку PE=qΔV, и через каждый протекает одно и то же q. Таким образом, энергия, подаваемая источником напряжения, и энергия, преобразуемая резистором, равны. (См. рис.)

Падение напряжения на резисторе в простой цепи равно выходному напряжению батареи.

Установление связей: сохранение энергии

В простой электрической цепи единственный резистор преобразует энергию, поступающую от источника, в другую форму. О сохранении энергии здесь свидетельствует тот факт, что вся энергия, подаваемая источником, преобразуется в другую форму одним только резистором. Мы обнаружим, что закон сохранения энергии имеет и другие важные применения в цепях и является мощным инструментом анализа цепей.

Резисторы последовательно и параллельно

Большинство цепей имеют более одного компонента, называемого резистором, который ограничивает поток заряда в цепи. Мера этого предела потока заряда называется сопротивлением. Простейшими комбинациями резисторов являются последовательное и параллельное соединения, показанные на рис. Общее сопротивление комбинации резисторов зависит как от их отдельных значений, так и от того, как они соединены.

На изображении показано (а) последовательное соединение резисторов. (б) Параллельное соединение резисторов.

Когда резисторы соединены параллельно, от источника протекает больший ток, чем от каждого из них по отдельности, поэтому общее сопротивление меньше.

Закон Джоуля

Энергия у многих ассоциируется с электричеством. Зная, что мощность — это скорость использования или преобразования энергии, каково выражение для электрической мощности? На ум могут прийти линии электропередач. Мы также думаем о лампочках с точки зрения их номинальной мощности в ваттах. Сравним 25-ваттную лампочку с 60-ваттной. (См. Рисунок (а).) Поскольку обе лампы работают при одинаковом напряжении, лампочка мощностью 60 Вт должна потреблять больший ток, чтобы иметь большую номинальную мощность. Таким образом, сопротивление лампочки мощностью 60 Вт должно быть меньше, чем у лампы мощностью 25 Вт. Если мы увеличиваем напряжение, мы также увеличиваем мощность. Например, когда лампочка мощностью 25 Вт, рассчитанная на работу от сети 120 В, подключается к сети 240 В, она короткое время очень ярко светится, а затем перегорает. Как именно напряжение, ток и сопротивление связаны с электроэнергией?

Электрическая энергия зависит как от задействованного напряжения, так и от перемещенного заряда. Проще всего это выражается как PE = qV , где q — пройденный заряд, а q — напряжение (или, точнее, разность потенциалов, через которую проходит заряд). Мощность — это скорость, с которой перемещается энергия, поэтому электрическая мощность равна P = = .

Учитывая, что ток равен I = ( обратите внимание, что здесь Δt=t), выражение для мощности становится равным П = IV.

Электроэнергия ( P ) — это просто произведение тока на напряжение. Мощность имеет привычные единицы измерения ватт. Поскольку единицей СИ для потенциальной энергии (PE) является джоуль, мощность измеряется в джоулях в секунду или ваттах. Таким образом, 1 А⋅В = 1 Вт. Например, в автомобилях часто есть одна или несколько дополнительных розеток, с помощью которых можно заряжать сотовый телефон или другие электронные устройства. Эти розетки могут быть рассчитаны на 20 А, чтобы цепь могла выдавать максимальную мощность P = IV = (20 А) (12 В) = 240 Вт. В некоторых приложениях электрическая мощность может быть выражена в вольт-амперах или даже в киловольт-амперах 1 кА⋅В = 1 кВт.

Чтобы увидеть зависимость мощности от сопротивления, соединим закон Ома с P = IV. Замена I = V/R дает P = ()V = V ² /R . Аналогично, замена V = IR дает P = I(IR) = I ² R . Для удобства здесь перечислены вместе три выражения для электрической мощности:

П = IV

Р = В ² /Р

П = И ² Р.

Обратите внимание, что первое уравнение справедливо всегда, а два других можно использовать только для резисторов. В простой схеме с одним источником напряжения и одним резистором мощность, подаваемая источником напряжения, и мощность, рассеиваемая резистором, идентичны. (В более сложных схемах P может быть мощностью, рассеиваемой одним устройством, а не общей мощностью в цепи.)

Из трех разных выражений для электроэнергии можно получить разные выводы. Например, P = V ² /R подразумевает, что чем ниже сопротивление, подключенное к данному источнику напряжения, тем больше отдаваемая мощность. Кроме того, поскольку напряжение находится в квадрате в P = V ² /R , эффект приложения более высокого напряжения, возможно, больше, чем ожидалось. Таким образом, когда напряжение удваивается до 25-ваттной лампы, ее мощность увеличивается почти в четыре раза до примерно 100 Вт, что приводит к ее перегоранию. Если бы сопротивление лампочки оставалось постоянным, ее мощность была бы ровно 100 Вт, но при более высокой температуре ее сопротивление также выше.

 

Закон Джоуля

Лицензия

Поделиться этой книгой

Поделиться в Твиттере

Как применять закон Ома

Как применять закон Ома

Национальный электротехнический кодекс 2017 года

Автор: Wes Gubitz | 07 августа 2019 г.

Электричество работает в предсказуемых пределах. Мы пришли к тому, чтобы определить эти границы как закон Ома. Закон Ома был разработан как средство объяснения того, как электричество работает в замкнутой цепи. Формула закона Ома помогает установить взаимосвязь между различными свойствами в электрической цепи. Мы можем использовать закон Ома, чтобы объяснить, что произошло, а также что произойдет, когда определенные условия накладываются на электрическую цепь.

Основные свойства электрической цепи: Напряжение, Ток и Сопротивление . Они специфичны, определены и не меняются — при условии, что все свойства остаются постоянными. Однако если изменить значение только одного из этих свойств, все свойства изменятся соответствующим образом.

Закон Ома — это самая основная электрическая формула, которая была разработана путем простого наблюдения за свойствами электричества в электрической цепи. Электричество ведет себя иначе из-за ограничений, налагаемых формулой закона Ома; формула просто представляет наши наблюдения за поведением, уже происходящим в электрической цепи.

В то время как Закон Ома является лишь вводной ступенью на лестнице науки об электричестве, базовое понимание электрической цепи необходимо для понимания того, как закон Ома, как формула, применяется к простой цепи. Простая цепь состоит из источника питания, нагрузки, проводников, устройства максимального тока и устройства управления. В этой простой цепи будет течь ток, если присутствует достаточное напряжение, чтобы преодолеть любое сопротивление цепи.
Напряжением считается давление в электрической цепи; это правильно называется Электродвижущей Силой. Это давление или «сила» возникает из-за того, что разнородные электрические полюса стремятся уравновесить себя. Толчок и притяжение, воздействующие на электроны в проводнике, соединенном с этими разными полюсами, заставят электроны двигаться, если для них существует полный путь. Единственное, что может остановить движение электронов, — это сопротивление, приложенное сверх напряжения, заставляющего их двигаться, или разрыв в цепи, который нарушает поток этих электронов. Требуется один вольт (В) этой электродвижущей силы, чтобы протолкнуть один ампер (А) тока через сопротивление в один ом (Ом) — это закон Ома. Напряжение (E или V) равно току (I), умноженному на сопротивление (R). Или, другими словами, E(или V)=IR.

Символы

• Вольты (E или V) = Электродвижущая сила, опять же, это давление, которое заставляет электроны двигаться вдоль проводника (и через нагрузку) в полной цепи.
• Ток(I) = Интенсивность, представляет ток, протекающий в цепи. Помните, что «интенсивность» тока в цепи измеряется в амперах.
• Сопротивление (R) = Ом, сопротивление протеканию тока. Сопротивление может быть преднамеренным или случайным, но в любом случае оно является сопротивлением свободно протекающему току в цепи и отображается в омах на вашем электрическом счетчике. Ноль Ом или близко к нему означает буквально отсутствие сопротивления току. Медь имеет очень низкое значение сопротивления в омах на фут и является превосходным материалом для изготовления эффективных проводников.

Давайте посмотрим на символы закона Ома в треугольнике закона Ома.

Помните, что вольты (E или V) равны току (I), умноженному на сопротивление (R)

Нередко используется треугольник закона Ома в качестве наглядного пособия при запоминании трех уравнений закона Ома.

Чтобы найти отсутствующее значение в реальном уравнении закона Ома, просто закройте букву, обозначающую отсутствующее значение, в треугольнике и используйте оставшиеся два значения для расчета этого отсутствующего значения.

Например: если вы знаете, что лампа на 120 вольт (E или V) измеряет силу тока 0,625 ампер (I) во время использования, сколько ом сопротивления обеспечивает лампа?

120 вольт (E) разделить на 0,625 ампер (I) равно 192 Ом (R) сопротивления.