Электродвижущая сила, напряжение и разность потенциалов
Разность потенциалов
Понятно, что одно тело можно подогреть больше, а другое меньше. Степень нагрева тела именуется его температурой. Подобно этому, одно тело можно наэлектризовать больше другого. Степень электризации тела охарактеризовывает величину, именуемую электронным потенциалом либо просто потенциалом тела.
Что означает наэлектризовать тело? Это означает сказать ему электронный заряд , т. е. прибавить к нему некое количество электронов, если мы тело заряжаем негативно, либо отнять их от него, если мы тело заряжаем положительно. В том и другом случае тело будет владеть определенной степенью электризации, т. е. тем либо другим потенциалом, при этом тело, заряженное положительно, обладает положительным потенциалом, а тело, заряженное негативно, — отрицательным потенциалом.
Разность уровней электронных зарядов
2-ух тел принято именовать разностью электронных потенциалов
либо просто разностью потенциалов
.
Следует подразумевать, что если два схожих тела заряжены одноименными зарядами, но одно больше, чем другое, то меж ними также будет существовать разность потенциалов.
Не считая того, разность потенциалов существует меж 2-мя такими телами, одно из которых заряжено, а другое не имеет заряда. Так, к примеру, если какое-либо тело, изолированное от земли, имеет некий потенциал, то разность потенциалов меж ним и землей (потенциал которой принято считать равным нулю) численно равна потенциалу этого тела.
Итак, если два тела заряжены таким макаром, что потенциалы их неодинаковы, меж ними безизбежно существует разность потенциалов.
Всем известное явление электризации расчески при трении ее о волосы есть не что другое, как создание разности потенциалов меж расческой и волосами человека.
Вправду, при трении расчески о волосы часть электронов перебегает на расческу, заряжая ее негативно, волосы же, утратив часть электронов, заряжаются в той же степени, что и расческа, но положительно.
Сделанная таким макаром разность потенциалов может быть сведена к нулю прикосновением расчески к волосам. Этот оборотный переход электронов просто находится на слух, если наэлектризованную расческу приблизить к уху. Свойственное потрескивание будет свидетельствовать о происходящем разряде.
Говоря выше о разности потенциалов, мы имели в виду два заряженных тела, но разность потенциалов можно получить и меж разными частями (точками) 1-го и такого же тела.
Так, к примеру, разглядим, что произойдет в кусочке медной проволоки, если под действием какой-нибудь наружной силы нам получится свободные электроны, находящиеся в проволоке, переместить к одному концу ее. Разумеется, на другом конце проволоки получится недочет электронов, тогда и меж концами проволоки возникнет разность потенциалов.
Стоит нам закончить действие наружной силы, как электроны тотчас же, в силу притяжения разноименных зарядов, устремятся к концу проволоки, заряженному положительно, т. е. к месту, где их недостает, и в проволоке вновь наступит электронное равновесие.
Электродвижущая сила и напряжение
Д ля поддержания электронного тока в проводнике нужен некий наружный источник энергии, который всегда поддерживал бы разность потенциалов на концах этого проводника.
Такими источниками энергии служат так именуемые источники электронного тока , владеющие определенной электродвижущей силой , которая делает и долгое время поддерживает разность потенциалов на концах проводника.
Электродвижущая сила (сокращенно ЭДС) обозначается буковкой Е . Единицей измерения ЭДС служит вольт. У нас в стране вольт сокращенно обозначается буковкой «В», а в международном обозначении — буковкой «V».
Итак, чтоб получить непрерывное течение электронного тока, нужна электродвижущая сила, т. е. нужен источник электронного тока.
Первым таким источником тока был так именуемый «вольтов столб», который состоял из ряда медных и цинковых кружков, проложенных кожей, смоченной в подкисленной воде. Таким макаром, одним из методов получения электродвижущей силы является хим взаимодействие неких веществ, в итоге чего хим энергия преобразуется в энергию электронную.
Источники тока, в каких таким методом создается электродвижущая сила, именуются хим источниками тока
.
В текущее время хим источники тока — гальванические элементы и батареи — обширно используются в электротехнике и электроэнергетике.
Другим главным источником тока, получившим обширное распространение во всех областях электротехники и электроэнергетики, являются генераторы .
Генераторы инсталлируются на электростанциях и служат единственным источником тока для питания электроэнергией промышленных компаний, электронного освещения городов, электронных стальных дорог, трамвая, метро, троллейбусов и т. д.
Как у хим источников электронного тока (частей и аккумов), так и у генераторов действие электродвижущей силы совсем идиентично. Оно состоит в том, что ЭДС делает на зажимах источника тока разность потенциалов и поддерживает ее долгое время.
Эти зажимы именуются полюсами источника тока. Один полюс источника тока испытывает всегда недочет электронов и, как следует, обладает положительным зарядом, другой полюс испытывает излишек электронов и, как следует, обладает отрицательным зарядом.
Соответственно этому один полюс источника тока именуется положительным (+), другой — отрицательным (-).
Источники тока служат для питания электронным током разных устройств — потребителей тока. Потребители тока с помощью проводников соединяются с полюсами источника тока, образуя замкнутую электронную цепь. Разность потенциалов, которая устанавливается меж полюсами источника тока при замкнутой электронной цепи, именуется напряжением и обозначается буковкой U.
Единицей измерения напряжения, так же как и ЭДС, служит вольт.
Если, к примеру, нужно записать, что напряжение источника тока равно 12 вольтам, то пишут: U — 12 В.
Для измерения ЭДС либо напряжения применяется прибор, именуемый вольтметром.
Чтоб измерить ЭДС либо напряжение источника тока, нужно вольтметр подключить конкретно к его полюсам. При всем этом, если электронная цепь разомкнута, то вольтметр покажет ЭДС источника тока. Если же замкнуть цепь, то вольтметр уже покажет не ЭДС, а напряжение на зажимах источника тока.
ЭДС, развиваемая источником тока, всегда больше напряжения на его зажимах.
Если в проводнике создать электрическое поле и не принять мер для его поддержания, то перемещение носителей заряда приведет очень быстро к тому, что поле внутри проводника исчезнет и, следовательно, ток прекратится. Для того чтобы поддерживать ток достаточно длительное время, нужно от конца проводника с меньшим потенциалом j 2 (носители заряда предполагаются положительными) непрерывно отводить приносимые сюда током заряды, а к концу с большим потенциалом
j 1 j 2
Рис. 20.1. К понятию ЭДС.
Иными словами, необходимо осуществить круговорот зарядов, при котором они двигались бы по замкнутому пути. Циркуляция вектораэлектростатического поля к равна нулю . Поэтому в замкнутой цепи наряду с участками, на которых положительные заряды движутся в сторону убывания j , должны иметься участки, на которых перенос положительных зарядов происходит в направлении возрастания j , т.
е. против сил электростатического поля (см. изображенную пунктиром часть цепи на рис.20.1). Перемещение носителей на этих участках возможно лишь с помощью сил
Сторонние силы можно охарактеризовать работой, которую они совершают над перемещающимися по цепи зарядами. Величина, равная работе сторонних сил, отнесенной к единице положительного заряда, называется электродвижущей силой (ЭДС) Е, действующей в цепи или на ее участке. Следовательно, если работа сторонних сил над зарядом
Е = А/q.
(20.6)
Из сопоставления формул для потенциала и ЭДС вытекает, что размерность ЭДС совпадает с размерностью потенциала. Поэтому Е измеряется в тех же единицах, что и j — в вольтах (В).
Стороннюю силу f ст действующую на заряд q , можно представить в виде
Векторную величину Е ст называют напряженностью поля сторонних сил. Работу сторонних сил над зарядом
Разделив эту работу на q пр = +1, получим ЭДС, действующую в цепи:
Таким образом, ЭДС, действующая в замкнутой цепи, может быть определена как циркуляция вектора напряженности поля сторонних сил.
Электродвижущая сила, действующая на участке 1 — 2, очевидно, равна
Е 12 = (20.7)
Кроме сторонних сил на заряд действуют силы электростатического поля f Е = qЕ . Следовательно, результирующая сила, действующая в каждой точке цепи на заряд q, равна
.
Работа, совершаемая этой силой над зарядом q на участке цепи 1 — 2, дается выражением
= qЕ 12 + q(j 1 — j 2 ). (20.8)
Для замкнутой цепи работа электростатических сил равна нулю, так что A = qЕ ..
Величина, численно равная работе , совершаемой электростатическими и сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда, называется падением напряжения или просто напряжением U на данном участке цепи. В соответствии с формулой (20.8)
U 12 = j 1 — j 2 + Е 12 . (20.9)
При отсутствии сторонних сил напряжение U совпадает с разностью потенциалов j 1 — j 2 .
Электростатическое поле обладает энергией. Если в электростатическом поле находится электрический заряд, то поле, действуя на него с некоторой силой, будет его перемещать, совершая работу. Всякая работа связана с изменением какого — то вида энергии. Работу электростатического поля по перемещению заряда принято выражать через величину, называемую разностью потенциалов.
где q — величина перемещаемого заряда,
j 1 и j 2 — потенциалы начальной и конечной точек пути.
Для краткости в дальнейшем будем обозначать . V — разность потенциалов.
V = A/q. РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ МЕЖДУ ТОЧКАМИ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ — ЭТО РАБОТА, КОТОРУЮ СОВЕРШАЮТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИЛЫ ПРИ ПЕРЕМЕЩЕНИИ МЕЖДУ НИМИ ЗАРЯДА В ОДИН КУЛОН .
[V] = В. 1 вольт — это разность потенциалов между точками, при перемещении между которыми заряда в 1 кулон, электростатические силы совершают работу в 1 джоуль.
Разность потенциалов между телами измеряют электрометром, для чего одно из тел соединяют проводниками с корпусом электрометра, а другое — со стрелкой. В электрических цепях разность потенциалов между точками цепи измеряют вольтметром.
С удалением от заряда электростатическое поле ослабевает. Следовательно, стремится к нулю и энергетическая характеристика поля — потенциал. В физике потенциал бесконечно удалённой точки принимается за ноль. В электротехнике же считают, что нулевым потенциалом обладает поверхность Земли.
Если заряд перемещается из данной точки в бесконечность, то
A = q(j — O) = qj => j= A/q, т.е. ПОТЕНЦИАЛ ТОЧКИ — ЭТО РАБОТА, КОТОРУЮ НАДО СОВЕРШИТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СИЛАМ, ПЕРЕМЕЩАЯ ЗАРЯД В ОДИН КУЛОН ИЗ ДАННОЙ ТОЧКИ В БЕСКОНЕЧНОСТЬ .
Пусть в однородном электростатическом поле с напряженностью E перемещается положительный заряд q вдоль направления вектора напряженности на расстояние d. Работу поля по перемещению заряда можно найти и через напряженность поля и через разность потенциалов. Очевидно, что при любом способе вычисления работы получается одна и та же ее величина.
A = Fd = Eqd = qV. =>
Эта формула связывает между собой силовую и энергетическую характеристики поля. Кроме того, она дает нам единицу напряженности.
[E] = В/м. 1 В/м — это напряженность такого однородного электростатического поля, потенциал которого изменяется на 1 В при перемещении вдоль направления вектора напряженности на 1 м.
ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ.
Увеличение разности потенциалов на концах проводника вызывает увеличение силы тока в нем. Ом экспериментально доказал, что сила тока в проводнике прямо пропорциональна разности потенциалов на нем.
При включении разных потребителей в одну и ту же электрическую цепь сила тока в них различна. Значит разные потребители по — разному препятсявуют прохождению по ним электрического тока. ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА, ХАРАКТЕРИЗУЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ПРОВОДНИКА ПРЕПЯТСТВОВАТЬ ПРОХОЖДЕНИЮ ПО НЕМУ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА, НАЗЫВАЕТСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ . Сопротивление данного проводника — это постоянная величина при постоянной температуре. При повышении температуры сопротивление металлов возрастает, жидкостей — падает. [R] = Ом. 1 Ом — это сопротивление такого проводника, по которому течет ток 1 А при разности потенциалов на его концах 1В. Чаще всего используются металлические проводники. Носителями тока в них являются свободные электроны. При движении по проводнику они взаимодействуют с положительными ионами кристаллической решетки, отдавая им часть своей энергии и теряя при этом скорость.
Для получения нужного сопротивления используют магазин сопротивлений. Магазин сопротивлений представляет собой набор проволочных спиралей с известными сопротивлениями, которые можно включать в цепь в нужной комбинации.
Ом экспериментально установил, что СИЛА ТОКА В ОДНОРОДНОМ УЧАСТКЕ ЦЕПИ ПРЯМО ПРОПОРЦИОНАЛЬНА РАЗНОСТИ ПОТЕНЦИАЛОВ НА КОНЦАХ ЭТОГО УЧАСТКА И ОБРАТНО ПРОПОРЦИОНАЛЬНА СОПРОТИВЛЕНИЮ ЭТОГО УЧАСТКА.
Однородным участком цепи называется участок, на котором нет источников тока. Это закон Ома для однородного участка цепи — основа всех электротехнических расчетов.
Включая проводники разной длины, разного поперечного сечения, сделанные из разных материалов, было установлено: СОПРОТИВЛЕНИЕ ПРОВОДНИКА ПРЯМО ПРОПОРЦИОНАЛЬНО ДЛИНЕ ПРОВОДНИКА И ОБРАТНО ПРОПОРЦИОНАЛЬНО ПЛОЩАДИ ЕГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ. СОПРОТИВЛЕНИЕ КУБА С РЕБРОМ В 1 МЕТР, СДЕЛАННОГО ИЗ КАКОГО — ТО ВЕЩЕСТВА, ЕСЛИ ТОК ИДЕТ ПЕРЕПЕНДИКУЛЯРНО ЕГО ПРОТИВОПОЛОЖНЫМ ГРАНЯМ, НАЗЫВАЕТСЯ УДЕЛЬНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ ЭТОГО ВЕЩЕСТВА .
[r] = Ом м. Часто используется и несистемная единица удельного сопротивления — сопротивление проводника с площадью поперечного сечения 1 мм 2 и длиной 1 м. [r]=Ом мм 2 /м.
Удельное сопротивление вещества — табличная величина. Сопротивление проводника пропорционально его удельному сопротивлению.
На зависимости сопротивления проводника от его длины основано действие ползунковых и ступенчатых реостатов. Ползунковый реостат представляет собой керамический цилиндр с намотанной на него никелиновой проволокой. Подключение реостата в цепь осуществляется с помощью ползуна, включающего в цепь большую или меньшую длину обмотки. Проволока покрывается слоем окалины, изолирующей витки друг от друга.
А)ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ И ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ.
Часто в электрическую цепь включается несколько потребителей тока. Это связано с тем, что не рационально иметь у каждого потребителя свой источник тока. Существует два способа включения потебителей: последовательное и параллельное, и их комбинации в виде смешанного соединения.
а) Последовательное соединение потребителей.
При последовательном соединении потебители образуют непрерывную цепочку, в которой потребители соединяются друг за другом. При последовательном соединении нет ответвлений соединительных проводов. Рассмотрим для простоты цепь из двух последовательно соединенных потребителей. Электрический заряд, прошедший через один из потребителей, пройдет и через второй, т.к. в проводнике, соединяющем потребители не может быть исчезновения, возникновения и накапливания зарядов. q=q 1 =q 2 . Разделив полученное уравнение на время прохождения тока по цепи, получим связь между током, протекающим по всему соединению, и токами, протекающими по его участкам.
Очевидно, что работа по перемещению единичного положительного заряда по всему соединению слагается из работ по перемещению этого заряда по всем его участкам. Т.е. V=V 1 +V 2 (2).
Общая разность потенциалов на последовательно соединенных потребителях равна сумме разностей потенциалов на потребителях.
Разделим обе части уравнения (2) на силу тока в цепи, получим: U/I=V 1 /I+V 2 /I. Т.е. сопротивление всего последовательно соединенного участка равно сумме сопротивлений потебителей его составляющих.
Б) Паралельное соединение потребителей.
Это самый распространенный способ включения потребителей. При этом соединении все потребители включаются на две общие для всех потребителей точки.
При прохождении параллельного соединения, электрический заряд, идущий по цепи, делится на несколько частей, идущих по отдельным потребителям. По закону сохранения заряда q=q 1 +q 2 . Разделив данное уравнение на время прохождения заряда, получим связь между общим током, идущим по цепи, и токами, идущими по отдельным потребителям.
В соответствии с определением разности потенциалов V=V 1 =V 2 (2).
По закону Ома для участка цепи заменим силы токов в уравнении (1) на отношение разности потенциалов к сопротивлению. Получим: V/R=V/R 1 +V/R 2 . После сокращения: 1/R=1/R 1 +1/R 2 ,
т.
е. величина, обратная сопротивлению параллельного соединения, равна сумме величин, обратных сопротивлениям отдельных его ветвей.
Лестницы. Входная группа. Материалы. Двери. Замки. Дизайн
Появление разности потенциалов между концами прямолинейного проводника. Решение. Разность потенциалов между концами стержня будет равна по величине ЭДС индукции, возникающей в стержне за счёт вращения
Разность потенциалов между концами стержня будет равна по величине ЭДС индукции, возникающей в стержне за счёт вращения
. (1)
Для однородного магнитного поля и плоской поверхности dФ m =BdScosa, или, подставив в (1), получаем (знак минус опустим, так как необходимо найти только величину ЭДС)
. (2)
По условию задачи cosa =1, поэтому из выражения (2) следует
, (3)
dj = wdt = (2pn)dt . (4)
Подставляя (4) в (3), получим:
.
U = 10 –3 ×2p×2 (1,2 2 + 2×1,2×0,25)/2 = 0,0128 В = 12,8 мВ.
7.
Прямой проводник длиной l =10 см помещён в однородное магнитное поле с индукцией В =1 Тл. Концы проводника замкнуты гибким проводом, находящимся вне поля. Сопротивление внешней цепи R =0,4 Ом. Какая мощность потребуется для того, чтобы двигать проводник перпендикулярно линиям индукции с постоянной скоростью u=20 м/с?
Решение
Проведём анализ условия задачи. При движении проводник будет пересекать линии индукции. За счёт этого в проводнике возникнет ЭДС индукции
e = – dФ/dt , (1)
где в данном случае
dФ = BdS = Bludt . (2)
Подставляя (2) в (1), получаем:
e = – Blu .
Сила индукционного тока в цепи согласно закону Ома
I = e / R = – (Blv)/R .
Тепловая мощность, выделяемая на внешнем сопротивлении
P = I 2 R = B 2 l 2 u 2 /R .
Эта мощность будет равна мощности, которую необходимо подводить к системе за счёт внешней силы, действующей на проводник, для того, чтобы скорость движения проводника была постоянной.
Таким образом:
P = B 2 l 2 u 2 /R = 1×0,01×400/0,4 = 10 Вт.
8. Две катушки равномерно намотаны на цилиндрический сердечник, длина которого много больше диаметра. Индуктивность первой катушки 0,2 Гн, второй- 0,8 Гн. Сопротивление второй катушки 600 Ом. Какой ток потечёт по второй катушке, если ток в 0,3 А, текущий в первой катушке, выключить в течение времени 0,001 с.
Решение
Данная задача относится к разделу взаимной индукции. Сила тока во вторичной обмотке
I 2 = e 2 /R 2 . (1)
Величина e 2 зависит от взаимной индуктивности L 12 и быстроты изменения силы тока I 1
e 2 = –L 12 dI 1 /dt = –L 12 DI 1 /Dt = –L 12 (I 1 – I 01)/Dt . (2)
Взаимная индуктивность двух соленоидов, имеющих общий сердечник, рассчитывается по формуле
L 12 = mm 0 n 1 n 2 lS . (3)
Собственные индуктивности
L 1 = mm 0 n 1 2 lS , (4)
L 2 = mm 0 n 2 2 lS , (5)
поэтому, учитывая выражения (3), (4), (5), получаем
L 12 = .
(6)
Подставляя выражение (6) в выражение (2), а полученный результат — в выражение (1), получаем:
I 2 = (L 12 I 01)/R 2 = (I 01 )/R 2 Dt .
I 2 = = 0,2 А.
9. На тороид квадратного поперечного сечения намотано 1000 витков провода. Внутренний радиус тороида равен 0,1 см, внешний — 0,2 см. Магнитная проницаемость тороида равна100. По обмотке тороида протекает электрический ток силой 1 À. Определить энергию магнитного поля внутри тороида.
Решение
Решим задачу двумя способами.
1. Энергия магнитного поля – это энергия, запасённая в индуктивности:
где L — индуктивность, I — сила тока, протекающего в индуктивности.
Потокосцепление, согласно определению индуктивности, рассчитывается как
Y = LI, Y = NФ m ,
где Ф m — магнитный поток через поперечное сечение S тороида.
,
где r — расстояние от центра тороида до площадки dS , на которой определяется величина индукции магнитного поля.
Так как тороид квадратного сечения, то высота площадки h = (r 2 — r 1) , а ширина — dr . Поэтому
Тогда индуктивность тороида
L = = mm 0 N 2 (r 2 — r 1) ln .
Подставляя выражение для индуктивности в выражение для энергии, получаемm не задана, а указано, что тороид представляет собой железный, стальной или чугунный сердечник, то величина m находится по графику зависимости В = В(Н) (прил. 1) как
m = В/m 0 Н .
В качестве величины Н принять значение Н в центральной точке поперечного сечения тороида.
Задачи по физике, часть II
1. Электрон вращается по круговой орбите вокруг протона. Найти силу их электрического взаимодействия, если средний радиус орбиты электрона равен 10 -8 см. Кл.
2. Два маленьких
шарика с зарядами q 1 = 4нКл и q 2 = 2нКл находятся на расстоянии 60
см друг от
друга. Определить напряженность Е электростатического поля в точке,
лежащей посередине между ними.
3. Точечный заряд + q находится в центре сферической поверхности. Если увеличить ее радиус, то поток вектора через поверхность сферы: а) не изменится; б) увеличится; в) уменьшится
4. Напряженность электрического поля у поверхности Земли равна в среднем Е = 130 В/м . Определить заряд Земли, допустив, что она имеет форму шара радиусом 6400 км.
5. Какова разность потенциалов между двумя точками электростатического поля, если при перемещении между ними заряда q = 0,012 Кл полем была совершена работа А = 0,36 Дж ?
6. Электростатическое поле создано положительным точечным зарядом. Определить числовое значение и направление градиента потенциала этого поля, если на расстоянии r = 10 см от заряда потенциал
.
7. Пространство между пластинами плоского конденсатора заполнено стеклом (
).Расстояние
между пластинамиd = 5 мм ,
разность потенциалов U = 1 кВ .
Определить: 1) напряженность поля в
стекле; 2) поверхностную плотность заряда
на пластинах конденсатора.
8. Три конденсатора соединены, как показано на рисунке, гдеU АВ = 250 В , С 1 = 1,5 мкФ , С 2 = 3 мкФ , С 3 = 4 мкФ . Какой заряд и какая энергия накоплена этой батареей конденсаторов?
9. Сила тока в проводнике равномерно возрастает от 0 до 2А в течение 2 с . Определить заряд, прошедший по проводнику за это время.
10. Плотность тока в проводнике длиной25 м и удельным сопротивлением
Ом∙м рана 4 . Определить разность потенциалов на концах проводника.
11. В цепи на рисунке амперметр показывает силу тока
= 1,5А .
Сила тока, текущего через сопротивление R 1 ,
равна
= 0,5 А .
Сопротивления R 2 = 2 Ом , R 3 = 6 Ом .
Определить сопротивление R 1 ,
а также силу токов
и
через
сопротивления R 2 и R 3 .
12. Батареи аккумуляторов с ЭДС 11,2 В и внутренним сопротивлением 0,3Ом заряжается током 4 А . Что показывает вольтметр, присоединенный к полюсам батареи?
13. Электродвижущая сила батареи равна 20 В . Коэффициент полезного действия при силе тока 4 А равен 0,8 . Чему равно внутреннее сопротивление батареи?
14. Какое количество теплоты выделится в проводнике сопротивлением 100Ом за 30 сек , если сила тока в нем равномерно убывает от = 10А до = 0 ?
15. Плотность электрического тока в медном проводе равна 10 А/см 2 . Определить удельную тепловую мощность тока, если удельное сопротивление меди равно 17 нОм∙м .
16. По двум бесконечно
длинным прямым параллельным проводам
текут токи
= 40 А и
= 80 А одинакового направления. Расстояние
между проводами d = 20 см .
Определить магнитную индукцию В поля в точке, находящейся в середине
между проводами.
17. Электрон движется в однородном магнитном поле с индукцией 0,1 Тл по окружности. Определить угловую скорость вращения электрона.
кг,
Кл .
18. Прямой провод длиной 10 см , по которому течет ток силой 20А 0,01 Тл . Каков угол между направлением поля и направлением тока, если на провод действует сила 10 мН .
19. В однородное магнитное поле с индукцией 0,1 Тл . помещена квадратная рамка площадью 25 см 2 . Нормаль к плоскости рамки составляет с направлением магнитного поля угол 60 º . Определить вращающий момент, действующий на рамку, если по ней течет ток 1А .
20. Определить магнитную индукцию в центре кругового проволочного витка радиусом
10 см , по которому течет ток 1А .
21. По прямому
бесконечно длинному проводу течет ток 10А .
Определить, пользуясь теоремой о
циркуляции вектора
,
магнитную индукцию в точке, расположенной
на расстоянии10
см от провода.
22. Определить скорость заряженной частицы, движущейся по прямолинейной траектории перпендикулярно скрещенным под прямым углом электрическому (Е = 400 кВ/м ) и магнитному (В = 0,25 Тл ) полям.
23. Плоский контур, площадь которого 25 см 2 , находится в однородном магнитном поле с индукцией 0,04 Тл . Определить магнитный поток, пронизывающий контур, если плоскость его составляет с линиями поля угол 30 º .
24. Автомобиль едет со скоростью 120 км/ч . Определить разность потенциалов на концах передней оси машины, если длина оси 180 см , а вертикальная составляющая напряженности магнитного поля Земли равна 40 .
25. Индукция магнитного поля между полюсами двухполюсного генератора В = 0,8 Тл . Ротор имеет N = 100 витков площадью S = 400 см 2 . Сколько оборотов делает якорь, если максимальное значение ЭДС индукции ε max =200В ?
26. Рамка, содержащая 25 витков,
находится в магнитном поле. Определить
ЭДС индукции, возникающую в рамке при
изменении магнитного потока в ней от 0,093 Вб до 0,013 Вб за 0,16 сек .
27. На рисунке представлена зависимость магнитного потока, пронизывающего некоторый замкнутый контур, от времени. На каком интервале времени ЭДС индукции максимальна? Минимальна?
28. По соленоиду течет ток = 2А . Магнитный поток, пронизывающий поперечное сечение соленоида, равен
4 мкВб . Определить индуктивность соленоида, если он имеет 800 витков.
29. Две катушки с индуктивностями
L 1 = 0,12 Гн и L 2 = 3 Гн намотаны на один сердечник. Определить силу тока во второй катушке, если сила тока в первой катушке за 0,01 с . уменьшается от 0,5 А до нуля. Сопротивление второй катушки 300 Ом .
30. Тороид без
сердечника содержит 20 витков на 1
см длины. Определить объемную плотность энергии
магнитного поля в тороиде, если по его
обмотке протекает ток 3А .
Эта страница не была вычитана
Закон Ома
Причина, вызывающая движение электронов по проводнику, то есть появление электрического тока, это разность потенциалов между концами проводпика. Поэтому роль всякого источника электричества, дающего электрический ток, сводится к тому, чтобы поддерживать некоторую определенную разность потенциалов на концах проводника, присоединенного к источнику. Вместе о тем разность потенциалов определяет и силу электрического тока, протекающего непроводнику. Чем больше разность потенциалов на концах проводника, тем сильнее электрический ток в этом проводнике.
Сила электрического тока в проводнике зависит не только от рщиости потенциалов на концах его, но ц от свойств ■самого проводника, именно ог величины ею электрического сопротивления. Чем больше сопротивление проводника, тем меньше будет сила тока в нем при одной и той же разности потенциалов на кои- ц а х и р оводпи к а. Эти обе зависимости вместе связывают между собой три величины, характеризующие проводник с электрическим током-разность потенциалов на его концах, ее- сопротивление и силу тока в нем. Если две из этих величин известны, то опр — делить третью не составляет труда. Связь между разностью потенциалов, сопротивлением и силой тока установлена известным физиком Омом и поэтому называется «законом Ома».
Электрические единицы
Итак, закон Ома определяет ве шчнны разности потенциалов, сопротивления и силы тока, для какого-либо проводника. Но для того чтобы этим законом пользоваться, нужно уметь измерять те величины, которые он определяет. Другими словами, нужно выбрать единицы для измерения этих величин. Чаще всего для их измерения пользуются так называемой «практической системой» электрических единиц. В этой системе мерой (единицей) разности потенциалов служит
«вольт», мерой сопротивления «ом» п мерой силы тока «ампер» 1).
Выбраны эти единицы-вольт, ом н ампер-таким образом, что при разности потенциалов па концах проводника в 1 вольт и сопротивлении проводника в 1 ом сила тока в нем как раз равна 1 амперу. Определить какую-либо из этих величин для другого случая можно пользуясь законом Ома. Например если при разности потенциалов в 1 вольт, сопротивление проводника будет не 1 ом, а в И) раз больше, то есть 10 ом, то по закону Ома сила тока в проводнике будет в 10 раз меньше, то есть в Vio ампера. Если при том же сопротивлении в 10 ом мы увеличим разность потенциалов с 1 до 100 вольт, то есть в 100 раз, то и сила тока увеличится в 100 раз, то есть будет равна 10 амперам.
Математическое выражение закона Ома
Если мы вместо определенных чисел будем для общности применять буквенные обозначения2), то закон Ома можно выразить таким образом. Пусть разность потенциалов на концах проводника будет V вольт. Если бы сопротивление проводника было равно одному ому, то
сита тока в проводнике была- бы V ампер. Но если сопротивление проводника будет не один, а И ом, то сила тока в проводнике будет в R раз меньше, то есть-
разделенное на R ампер ампер).
И если мы обозначим эту силу токи через J, то зпачит сила тока в про-
воднике-J амп. =
Это и есть математическое выражение закона Ома. Значит, для того чтобы получить силу тока в амперах, нужно
разность потенциалов в вольтах разделить на сопротивление в омах. Очевидно, что если мы хотим определить разность
1) Все эти названия, так же как и названия других электрических единиц, — это имена ученых-физпков, занимавшихся изучением электрических явлении.
2) См. статью «Математика радиолюбителя».
потенциалов на концах проводника, а со- протнв.№ние его и сила тока в нем известны, то нужно силу тока умножить на сопротивление, то есть-V вольт=1 ампх XR ом.
Значит разность потенциалов на концах проводника в вольтах равна сило тока в проводнике в амперах, умноженной на сопротивление проводника в омах. Это есть другая формулировка того же самого закона Ома.
В практике вместо названия «разность потенциалов)) чаще употребляют более короткое и поэтому более удобное название «напряжение». Конечно, напряжение, так же как и разность потенциалов, измеряется в вольтах.
Итак, закон Ома дает зависимость между напряжением на концах проводника, его сопротивлением и силой тока в нем. Зиая две из этих величин, мы всегда с помощью закона Ома можем определить третью.
Метрическая система единиц
При измерении различных величин всегда удобпо пользоваться такими единицами, которые по своим размерам близки к размерам измеряемой величины. Например, хотя за меру длины принят метр, но расстояние между двумя городами неудобно измерять в метрах-получались бы слишком большие числа. Гораздо удобнее в этом случае применять большую меру- километр, равный тысяче метров. Также неудобно измерять в метрах толщину проволоки-получились бы очень малые доли метра. Удобно для этой цели применять меньшую меру-миллиметр-тысячную долю метра.
Точно так же поступают и при электрических измерениях. Для измерений больших величин пользуются большой мерой, а для измерения малых величин малой мерой. Эти большие и малые единицы получаются так же, как и в обычной метрической системе. Приставка «кило» зпачит меру в тысячу раз большую, например «киловольт»—это тысяча вольт. Приставка. «мега» значит меру в миллион раз большую, например «мегом»-это миллион ом. Приставка «милли» значит меру в тысячу раз меньшую, например «милливольт» -это тысячная доля вольта. Приставка «микро» обозначает меру в миллион раз меньшую, например «микроампер)-это миллионная доля ампера и т. д.
Разница между электродвижущей силой и разностью потенциалов
Электродвижущая сила показывает количество энергии, переданное каждому кулону заряда. С другой стороны, разность потенциалов показывает количество энергии, затраченное на один кулон заряда.
Электродвижущая сила (ЭДС) и Разность потенциалов — две важные величины в электрической или электронной цепи. ЭДС и разность потенциалов используются для подачи энергии в цепь двумя разными способами. В то время как ЭДС — это напряжение, генерируемое на клеммах батареи, разность потенциалов — это напряжение, генерируемое между любыми двумя точками электрической цепи.
В этой статье мы обсудим основные различия между электродвижущей силой (ЭДС) и разностью потенциалов, а также общее понимание двух форм энергии.
Что такое электродвижущая сила?Электродвижущая сила , также называемая ЭДС, определяется как энергия, действующая на одну единицу заряда в кулонах. Другими словами, ЭДС — это падение напряжения на концах батареи или элемента. Электродвижущая сила возникает в результате химической реакции, происходящей внутри батареи, которая, в свою очередь, генерирует электрический ток. ЭДС представлена символом E. Если работа, выполненная при перемещении единичного заряда (q) в кулонах от положительного конца к отрицательному концу батареи/элемента, равна W, то выражение для ЭДС дается следующим образом:
Что такое потенциальная разница? Разность потенциалов (P.D.) также называется напряжением. Он определяется как энергия, потребляемая единицей заряда от источника, которую она переносит из одной точки в другую в электрической цепи. Идея разности потенциалов исходит из закона Ома, согласно которому разность потенциалов определяется как произведение количества тока, протекающего через две заданные точки, на сопротивление, оказываемое току, протекающему через проводник. Разность потенциалов в двух заданных точках определяется следующим выражением:
Где
В — разность потенциалов, I — ток, а R — сопротивление.
Разница между электродвижущей силой и разностью потенциаловХотя электродвижущая сила и разность потенциалов могут рассматриваться как разные термины напряжения, между ними есть существенные различия. Некоторые из основных различий между ними перечислены в следующей таблице.
| Параметр | Электродвижущая сила. | Разность потенциалов. | Разность потенциалов определяется как количество энергии, используемой единичным зарядом для перемещения между двумя заданными точками цепи. | |
| Открытие | Английский ученый Майкл Фарадей вводит понятие ЭДС, проводя эксперимент по электродно-электролитной реакции в гальваническом элементе. | Концепция разности потенциалов между двумя заданными точками была раскрыта немецким ученым Георгом Симоном Омом с помощью закона Ома. | ||
| Причина | Электродвижущая сила возникает в результате электрохимической реакции, происходящей внутри батареи или источника тока. Это также вызвано любыми изменениями магнитного потока вокруг цепи. | Разность потенциалов вызвана протеканием тока из-за напряжения, генерируемого источником в цепи. Движение электронов в цепи через две заданные точки создает разность потенциалов. | ||
| Аббревиатура | Представление электродвижущей силы в виде руки — ЭДС. | Представление электродвижущей силы в виде руки — P.D. | ||
| Обозначение символов | ЭДС обозначается символом E. | Разность потенциалов обозначается символом V. | Единицей измерения разности потенциалов в системе СИ также является вольт. | |
| Формула | ЭДС определяется по следующей формуле: E= выполненная работа (Вт)/заряд (q) | Разность потенциалов определяется по формуле генерация | Источником генерации ЭДС является батарея или вращающийся генератор (динамо). | Источник генерации П.Д. это батарея или любой источник ЭДС. |
| Зависимость от сопротивления | ЭДС не зависит от сопротивления цепи. | Разность потенциалов прямо пропорциональна сопротивлению цепи. | ||
| Дисперсия | ЭДС имеет фиксированную величину, которая не меняется при любом изменении тока. | Разность потенциалов непостоянна и продолжает меняться в зависимости от силы тока. | ||
| Величина напряжения | ЭДС – это полное или максимальное напряжение, создаваемое электрическим источником в цепи. | Значение разности потенциалов меньше полного напряжения или ЭДС, создаваемой аккумуляторным источником в цепи. | ||
| Тип поля | ЭДС генерируется магнитными и электрическими полями. | Разность потенциалов создается только электрическим полем (протекающим током). | ||
| Измерительный инструмент | ЭДС измеряется с помощью измерителя ЭДС. | П.Д. измеряется с помощью вольтметра. | ||
| Применение | Измерение ЭДС находит применение при определении P H раствора, валентности электронов, образующихся в электрической цепи, свободной энергии Гибба, константы равновесия клетки и т. д. | Измерение разности потенциалов находит применение в аудиосистемах, телевизорах, преобразователях, измерительных приборах и т. д. |
В заключение, электродвижущая сила и разность потенциалов — это два разных параметра напряжения. Но между ними существуют существенные различия. Основные критерии различия между ними заключаются в том, что электродвижущая сила создается на клеммах батареи и представляет собой чистое напряжение, приложенное ко всей цепи. С другой стороны, разность потенциалов — это напряжение, создаваемое движением электронов или электронного заряда величиной 1 кулон между двумя заданными точками электрической цепи. Но вместе ЭДС и разность потенциалов являются важными параметрами, определяющими общую работу и функционирование электронной схемы, которая также находит широкий спектр коммерческих применений.
Читать Далее
Похожие сообщения:
Пожалуйста, следите за нами и ставьте лайки:
Анализ цепи — Почему разность потенциалов и ЭДС не совпадают?
\$\начало группы\$
Если ЭДС и разность потенциалов измеряются в вольтах, то почему они отличаются друг от друга?
- анализ цепей
\$\конечная группа\$
8
\$\начало группы\$
электродвижущая сила ,
аббревиатура E или эдс , энергия на единицу электрического заряда, которая сообщается источником энергии, таким как электрический генератор или батарея. Britannica
разность потенциалов
разность потенциалов между двумя точками, которая представляет собой работу или энергию, выделяемую при передаче единицы количества электричества из одной точки в другую. Мерриам-Вебстер
Я предполагаю, что источник электродвижущей силы указывает на источник энергии, тогда как разность потенциалов, хотя она может измерять электродвижущую силу, может быть измерена на элементе цепи, не являющемся источником, таком как резистор.
Быстро и просто:
- ЭДС — это то, что дают аккумуляторы, генераторы и блоки питания.
- PD — это то, что измеряет ваш вольтметр.
\$\конечная группа\$
1
\$\начало группы\$
Это описания несколько разных явлений. ЭДС более специфична, чем напряжение.
‘ЭДС’ обычно используется для описания источника напряжения (энергии или мощности) — например, катушка, движущаяся в магнитном поле , генерирует ЭДС.
