При коротком замыкании сопротивление внешней цепи: При коротком замыкании сопротивление внешней цепи……???????намного меньше внутреннего — RC74 — интернет-магазин радиоуправляемых моделей

Содержание

Исследование зависимости мощности и КПД источника тока от внешней нагрузки

ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОЛНОЙ ЦЕПИ:

, (1)

I- сила тока в цепи; Е- электродвижущая сила источника тока, включённого в цепь; R- сопротивление внешней цепи; r- внутреннее сопротивление источника тока.

МОЩНОСТЬ, ВЫДЕЛЯЕМАЯ ВО ВНЕШНЕЙ ЦЕПИ

. (2)

Из формулы (2) видно, что при коротком замыкании цепи (R®0) и при R®эта мощность равна нулю. При всех других конечных значениях R мощность Р₁> 0. Следовательно, функция Р₁ имеет максимум. Значение R₀, соответствующее максимальной мощности, можно получить, дифференцируя Р₁ по R и приравнивая первую производную к нулю:

. (3)

Из формулы (3), с учётом того, что R и r всегда положительны, а Е ? 0, после несложных алгебраических преобразований получим:

R₀= r. (4)

Следовательно, мощность, выделяемая во внешней цепи, достигает наибольшего значения при сопротивлении внешней цепи равном внутреннему сопротивлению источника тока.

При этом сила тока в цепи (5)

равна половине тока короткого замыкания. При этом мощность, выделяемая во внешней цепи, достигает своего максимального значения, равного

. (6)

Когда источник замкнут на внешнее сопротивление, то ток протекает и внутри источника и при этом на внутреннем сопротивлении источника выделяется некоторое количество тепла. Мощность, затрачиваемая на выделение этого тепла равна

. (7)

Следовательно, полная мощность, выделяемая во всей цепи , определится формулой

= I²

(R+r) = IE (8)

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ источника тока равен . (9)

Из формулы (8) следует, что

, (10)

т.е. Р₁ изменяется с изменением силы тока в цепи по параболическому закону и принимает нулевые значения при I = 0 и при . Первое значение соответствует разомкнутой цепи ( R>> r ), второе – короткому замыканию ( R<< r). Зависимость к.п.д. от силы тока в цепи с учётом формул (8), (9), (10) примет вид

(11)

Таким образом, к.п.д. достигает наибольшего значения h =1 в случае разомкнутой цепи ( I = 0), а затем уменьшается по линейному закону, обращаясь в нуль при коротком замыкании.

Зависимость мощностей Р₁, Р_полн= EI и к.п.д. источника тока от силы тока в цепи показаны на рис.1.

Рис.1. I₀E/r

Из графиков видно, что получить одновременно полезную мощность и к.п.д. невозможно. Когда мощность, выделяемая на внешнем участке цепи Р₁, достигает наибольшего значения, к.п.д. в этот момент равен 50%.

МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ

Рис. 2.

Соберите на экране цепь, показанную на рис. 2. Для этого сначала щелкните левой кнопкой мыши над кнопкой э.д.с. в нижней части экрана. Переместите маркер мыши на рабочую часть экрана, где расположены точки. Щелкните левой кнопкой мыши в рабочей части экрана, где будет расположен источник э.д.с.

Разместите далее последовательно с источником резистор, изображающий его внутреннее сопротивление (нажав предварительно кнопку в нижней части экрана) и амперметр (кнопка там же). Затем расположите аналогичным образом резисторы нагрузки и вольтметр , измеряющий напряжение на нагрузке.

Подключите соединительные провода. Для этого нажмите кнопку провода внизу экрана, после чего переместите маркер мыши в рабочую зону схемы. Щелкайте левой кнопкой мыши в местах рабочей зоны экрана, где должны находиться соединительные провода.

4. Установите значения параметров для каждого элемента. Для этого щелкните левой кнопкой мыши на кнопке со стрелкой . Затем щелкните на данном элементе. Подведите маркер мыши к движку появившегося регулятора, нажмите на левую кнопку мыши и, удерживая ее в нажатом состоянии, меняйте величину параметра и установите числовое значение, обозначенное в таблице 1 для вашего варианта.

Таблица 1. Исходные параметры электрической цепи

Номер

варианта

Е, В

10,0

9,5

9,0

8,5

8,0

8,5

9,0

9,5

r, Ом

4,8

5,7

6,6

7,5

6,4

7,3

8,2

9,1

5. Установите сопротивление внешней цепи 2 Ом, нажмите кнопку «Счёт» и запишите показания электроизмерительных приборов в соответствующие строки таблицы 2.

6. Последовательно увеличивайте с помощью движка регулятора сопротивление внешней цепи на 0,5 Ом от 2 Ом до 20 Ом и, нажимая кнопку «Счёт», записывайте показания электроизмерительных приборов в таблицу 2.

7. Вычислите по формулам (2), (7), (8), (9) Р₁, Р₂, Р_полн и h для каждой пары показаний вольтметра и амперметра и запишите рассчитанные значения в табл.2.

8. Постройте на одном листе миллиметровой бумаге графики зависимости P₁ = f(R), P₂ = f(R), P_полн=f(R), h = f (R) и U = f(R).

9. Рассчитайте погрешности измерений и сделайте выводы по результатам проведённых опытов.

Таблица 2. Результаты измерений и расчётов

R, Ом	2,0	2,5	3,0	…	20
U, В
I, А
P₁ , Вт
P₂, ВТ
P_полн, ВТ
h

Вопросы и задания для самоконтроля

Запишите закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной формах.
Что такое ток короткого замыкания?
Что такое полная мощность?
Как вычисляется к.п.д. источника тока?
Докажите, что наибольшая полезная мощность выделяется при равенстве внешнего и внутреннего сопротивлений цепи.
Верно ли утверждение, что мощность, выделяемая во внутренней части цепи, постоянна для данного источника?
К зажимам батарейки карманного фонаря присоединили вольтметр, который показал 3,5 В.
Затем вольтметр отсоединили и на его место подключили лампу, на цоколе которой было написано: Р=30 Вт, U=3,5 В. Лампа не горела.
Объясните явление.
При поочерёдном замыкании аккумулятора на сопротивления R1 и R2 в них за одно и то же время выделилось равное количество тепла. Определите внутреннее сопротивление аккумулятора.

Полная цепь 🐲 СПАДИЛО.РУ

Полная цепь содержит источник тока — элемент электрической цепи, который поддерживают энергию с заданными параметрами. При этом энергоснабжение цепи не зависит от характеристик элементов, входящих в её состав, в частности, сопротивления.

Определения

В полной цепи действует электродвижущая сила, или ЭДС — скалярная физическая величина, которая характеризует работу сторонних сил, действующих в электрических цепях постоянного и переменного тока.

Сторонние силы — это силы любой природы (кроме электрической), которые разделяют заряды внутри источника тока. Виды сторонний сил:

механические;
магнитные;
химические;

световые;
тепловые.

Принято считать, что сторонние силы переносят положительные заряды в направлении от «–» к «+».

Электродвижущая сила обозначается как ε. Единица измерения — Вольт (В). Численно ЭДС равна отношению работы сторонних сил по перемещению заряда к величине этого заряда:

ε=Aстq..

Aст (Дж) — работа сторонних сил по перемещению заряда q (Кл).

Не следует путать напряжение и ЭДС. Напряжение характеризует работу электрического поля, а ЭДС — работу сторонних сил.

Закон Ома для полной цепи

Определение

Сила тока прямо пропорциональна сумме ЭДС цепи, и обратно пропорциональна сумме сопротивлений источника и цепи:

I=εR+r..

R (Ом) — полное сопротивление внешней цепи, r (Ом) — внутреннее сопротивление источника тока.

Пример №1. Рассчитайте силу тока в замкнутой цепи, состоящей из источника тока, у которого ЭДС равна 10 В, а внутреннее сопротивление равно 1 Ом. Сопротивление резистора равно 4 Ом.

I=εR+r..=101+4..=2 (А)

Напряжение на внешней цепи

Напряжение на внешней цепи — это напряжение на клеммах источника, или падение напряжения на внешней цепи. Оно равно:

U=IR

Выразим сопротивление через ЭДС:

R=εI..−r

Следовательно, напряжение на внешней цепи равно:

U=I(εI..−r)=ε−Ir

КПД источника тока

Не вся работа сторонних сил идет непосредственно на перемещение зарядов. Для выражения доли, которая идет именно на перемещение зарядов, вводится понятие КПД (коэффициента полезного действия).

КПД источника тока равен:

η=Uε..100%=RR+r..100%

Пример №2. Напряжение на внешней цепи равно 6 В, ЭДС источника тока равно 12 В. Определить КПД источника тока.

η=Uε..100%=612..=50%

Короткое замыкание

Рассмотрим простую электрическую цепь:

Она состоит из источника тока (1), ключа (2) и потребителя (3). Теперь поговорим о том, что же произойдет, если цепь замкнуть проводником так, как показано на рисунке ниже.

Соединив точки А и В напрямую, мы заставим течь ток, минуя потребитель тока, поскольку сопротивление проводника АВ много меньше сопротивления потребителя. А ток всегда течет по пути наименьшего сопротивления.

В результате соединения точек А и В сопротивление в электрической цепи резко упадет, что приведет к резкому скачку силы тока. Такое явление называется коротким замыканием.

Определение

Короткое замыкание — соединение концов участка цепи проводником, сопротивление которого очень мало по сравнению с сопротивлением участка цепи.

Если полное сопротивление внешней цепи R стремится к нулю, то сила тока при коротком замыкании равна:

Iк.з.=εr

Задание EF22543

В цепи, изображённой на рисунке, идеальный амперметр показывает 1 А. Найдите ЭДС источника, если его внутреннее сопротивление 1 Ом.

Ответ:

а) 23 В

б) 25 В

в) 27 В

г) 29 В

Алгоритм решения

1.Записать исходные данные.

2.Записать закон Ома для полной цепи.

3.Выполнить решение в общем виде.

4.Подставить известные данные и вычислить искомую величину.

Решение

Запишем исходные данные:

• Сила то на первом резисторе: I₁ = 1 А.

• Внутреннее сопротивление источника тока: r = 1 Ом.

• Сопротивление первого резистора: R₁= 3 Ом.

• Сопротивление первого резистора: R₂= 1 Ом.

• Сопротивление первого резистора: R₃= 5 Ом.

Закон Ома для полной цепи:

I=εR+r..

R — полное сопротивление внешней цепи. Цепь состоит из последовательно соединенного третьего резистора с параллельным участком цепи, состоящим из первого и второго резисторов. Вычислим сопротивление параллельного участка цепи:

1R12..=1R1..+1R2..

R12=R1R2R1+R2..

Полное сопротивление внешней цепи равно:

R=R12+R3=R1R2R1+R2..+R3

Следовательно, ЭДС источника тока равен:

ε=I(R+r)=I(R1R2R1+R2..+R3+r)

Полная сила тока равна силе тока параллельного участка цепи, так как I = I₃ = I₁₂. А сила тока параллельного участка цепи равна сумме силы тока на первом и втором резисторе:

I12=I1+I2=I

Сначала найдем напряжение на первом резисторе, используя закон Ома для участка цепи:

U1=I1R1

Так как это параллельный участок, то:

U1=U2=U12

Следовательно, сила тока на втором резисторе равна:

I2=U2R2..=I1R1R2..

Сила тока на всем участке цепи равна:

I=I12=I1+I1R1R2..=I1(1+R1R2..)

Теперь можем вычислить ЭДС источника тока:

ε=I1(1+R1R2..)(R1R2R1+R2..+R3+r)

ε=1(1+31..)(3·13+1..+5+1)=6,75·4=27 (В)

Ответ: в

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Задание EF17511

Конденсатор ёмкостью С = 2 мкФ присоединён к батарее с ЭДС ε = 10 В и внутренним сопротивлением r = 1 Ом. В начальный момент времени ключ К был замкнут (см. рисунок). Какой станет энергия конденсатора через длительное время (не менее 1 с) после размыкания ключа К, если сопротивление резистора R = 10 Ом? Ответ округлите до сотен.

Ответ:

а) 100 нДж

б) 200 нДж

в) 100 мкДж

г) 200 мкДж

Алгоритм решения

1.Записать исходные данные и перевести единицы измерения в СИ.

2.Записать закон Ома для полной цепи и формулу для нахождения энергии конденсатора.

3.Выполнить решение задачи в общем виде.

4.Подставить исходные данные и вычислить искомую величину.

Решение

Запишем исходные данные:

• Емкость конденсатора: C = 2 мкФ.

• ЭДС батареи: ε = 10 В.

• Внутреннее сопротивление источника тока: r = 1 Ом.

• Сопротивление резистора: R = 10 Ом.

2 мкФ = 2∙10^–6Ф

Запишем закон Ома для полной цепи:

I=εR+r..

Энергия конденсатора определяется формулой:

W=CU22..

Напряжение внешней цепи связано с ЭЛС источника формулой:

U=ε−Ir

Используя закон Ома для полной цепи, получаем:

U=ε−εrR+r..=εR+εr−εrR+r..=εRR+r..

Тогда энергия конденсатора через длительное время станет равной:

W=12..C(εRR+r..)2

Округлим ответ до сотен и получим 100 мкДж.

Ответ: в

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Задание EF17550

Реостат R подключен к источнику тока с ЭДС E и внутренним сопротивлением r (см. рисунок). Зависимость силы тока в цепи от сопротивления реостата представлена на графике. Найдите сопротивление реостата, при котором мощность тока, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника, равна 8 Вт.

Алгоритм решения

1.Записать исходные данные.

2.Записать формулу для определения мощности тока, выделяемой на внутреннем сопротивлении источника, и выразить из нее сопротивление.

3.С помощью закона Ома для полной цепи найти неизвестные величины.

4.Выполнить решение в общем виде.

5.Выполнить вычисления, подставив известные и найденные данные.

Решение

Запишем исходные данные:

• Внутренне сопротивление источника тока: r.

• ЭДС источника тока: ε.

• Мощность тока, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника: P_внутр = 8 Вт.

Мощность тока, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника, определяется формулой:

Pвнутр=(εR+r..)2r

Выразим отсюда сопротивление реостата:

R=ε√rPвнутр..−r

Запишем закон Ома для полной цепи:

I=εR+r..

Согласно графику, при нулевом сопротивлении реостата, сила тока, равна 6 Амперам. Следовательно:

I(0 Ом)=εr..=6

Но при сопротивлении реостата в 4 Ом сила тока равна 2 Амперам. Следовательно:

I(4 Ом)=ε4+r..=2

Получили систему уравнений:

{.εr..=6..ε4+r..=2.)

ε=6r

6r4+r..=2

6r=8+2r

4r=8

r=2 (Ом)

ε=6·2=12 (В)

Теперь можем вычислить искомое сопротивление:

R=12√28..−2=4 (Ом)

Ответ: 4

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Задание EF18414

Конденсатор подключён к источнику тока последовательно с резистором R=20 кОм (см. рисунок). В момент времени t=0 ключ замыкают. В этот момент конденсатор полностью разряжен. Результаты измерений силы тока в цепи представлены в таблице.

Внутренним сопротивлением источника и сопротивлением проводов пренебречь. Выберите два верных утверждения о процессах, наблюдаемых в опыте.

Ответ:

а) Ток через резистор в процессе наблюдения увеличивается.

б) Через 6 с после замыкания ключа конденсатор полностью зарядился.

в) ЭДС источника тока составляет 6 В.

г) В момент времени t = 3 с напряжение на резисторе равно 0,6 В.

д) В момент времени t = 3 с напряжение на конденсаторе равно 5,7 В.

Алгоритм решения

1.Проверить истинность каждого утверждения.

2.Записать в ответе только истинные утверждения.

Решение

Согласно утверждению «а», ток через резистор в процессе наблюдения увеличивается. Но это не так, поскольку в таблице с течением времени сила тока уменьшается. Утверждение «а» неверно.

Согласно утверждению «б», через 6 с после замыкания ключа конденсатор полностью зарядился. Если это было бы так, то сила тока была бы равна 0. Но в момент времени t = 6 с она равна 1 мкА. Следовательно, утверждение «б» неверно.

Согласно утверждению «в», ЭДС источника тока составляет 6 В. Напряжение в цепи в начальный момент времени равно ЭДС источника. Следовательно:

ε=U(при t=0 c)=IR=300 мкА ·20 кОм=0,3·10−3А·20·103Ом=6 (В)

Вывод: утверждение «в» верное.

Согласно утверждению «г», в момент времени t = 3 с напряжение на резисторе равно 0,6 В. Чтобы проверить это, нужно умножить соответствующую силу тока на сопротивление резистора:

U=IR=15 мкА ·20 кОм=0,015·10−3А·20·103Ом=0,3 (В)

Вывод: утверждение «г» неверное.

Согласно утверждению «д», в момент времени t = 3 с напряжение на конденсаторе равно 5,7 В. Чтобы проверить это, нужно из ЭДС в этот момент времени вычесть напряжение на внешней цепи. Его мы уже нашли. Оно равно 0,3 В. ЭДС мы тоже нашли. Она равна 6 В. Их разность равна 5,7 В. Следовательно, утверждение «д» верно.

Ответ: вд

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Задание EF18453

На рис. 1 изображена зависимость силы тока через светодиод D от приложенного к нему напряжения, а на рис. 2 – схема его включения. Напряжение на светодиоде практически не зависит от силы тока через него в интервале значений 0,05 А<I<0,2 А. Этот светодиод соединён последовательно с резистором R и подключён к источнику с ЭДС E1=6 В. При этом сила тока в цепи равна 0,1 А. Какова сила тока, текущего через светодиод, при замене источника на другой с ЭДС E2=4,5 В? Внутренним сопротивлением источников пренебречь.

Алгоритм решения

1.Записать исходные данные.

2.С помощью закона Ома для участка и для полной цепи определить сопротивление на светодиоде.

3.Выполнить решение задачи в общем виде.

4.Подставить известные данные и вычислить искомую величину.

Решение

Запишем исходные данные:

• ЭДС первого источника тока: ε1=6 В.

• Сила тока, проходящая через светодиод, подключенный к первому источнику тока: I₁ = 0,1 А.

• ЭДС второго источника тока: ε2=4,5 В.

Из рисунка 1 следует, что при силе тока, равной I₁= 0,1 А напряжение на светодиоде равно U_D = 3 В. По закону Ома для участка цепи напряжение на резисторе, будет равно:

U1=I1R

По закону Ома для полной (замкнутой) цепи, имеем:

ε1=U1+UD

Следовательно:

U1=ε1−UD

Тогда сопротивление резистора равно:

R=ε1−UDI1..

Напряжение на светодиоде не зависит от силы тока, проходящего через него в интервале значений (это следует из графика рис. 1), поэтому U2=ε2−UDдля любой силы тока из этого интервала значений, следовательно, сила тока в цепи при изменении ЭДС источника:

I2=U2R..=ε2−UDR..=I1ε2−UDε1−UD..

I2=0,14,5−36−3..=0,05 (А)

Ответ: 0,05

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Примеры решения задач. Зависимость мощности и кпд источника тока от нагрузки Мощность, выделяемая во внешней цепи

Рассмотрим энергетические соотношения в замкнутой цепи постоянного тока. На рис. 106 была представлена замкнутая цепь постоянного тока, питаемая элементом э. д. с. Ш и с внутренним сопротивлением внешнее сопротивление цепи обозначим через R. Полная мощность, выделяемая в цепи, будет слагаться из мощностей, выделяемых во внешней и внутренней частях цепи:

W = l1R-rriR№ = ]i(R-:-Rll),

или, так как по формуле (За) § 164 I (R-{- R0) — £, то

Таким образом, полная мощность, выделяемая в цепи, выражается произведением из силы тока на э. д. с. элемента. Эта мощность выделяется за счет каких-либо сторонних источников энергии; такими источниками энергии могут быть, например, химические реакции, происходящие в элементе.

Следовательно, в цепи постоянного тока сторонние силы развивают положительную мощность 1Ш.

6 С. Фриш к А. Тиыорева

замыкается внешним сопротивлением R-, определим зависимость от R следующих» величин: полной Мощности W, выделяемой в цепи, мощности Wa, выделяемой во внешней части цепи, и к.г

При увеличении R мощность спадает, стремясь асимптотически к нулю при неограниченном увеличении R.

Мощность, выделяющаяся во внешней части цепи, равна:

При токе короткого замыкания R = 0, откуда мощность, выделяемая во внешней части цепи, при этом равна нулю. Наибольшего значения Wa достигает при R = R(I, т. е. когда внешнее сопротивление равно внутреннему. При этом

т. е. равна четверти мощности при коротком замыкании.

Чтобы убедиться в том, что максимум мощности Wa получается при R=Rt>, возьмем производную от Wa по внешнему сопротивлению:

1- -(R*-R*) dR (R + Ro)4

По условию максимума требуется равенство нулю первой производной:,

Откуда R = Ra.

Можно убедиться, что при этом условии мы получаем максимум, а не минимум для Wa, определив знак второй производной.

При бесконечном увеличении внешнего сопротивления мощность, выделяемая во внешней цепи, стремится к нулю.

Коэффициент полезного действия определим отношением мощности Wa, выделяемой во внешней части цепи, ко всей мощности W:

При R = 0 имеем -rj = 0; с увеличением R к. п. д. т) возрастает, стремясь к значению i]=;l при неограниченном увеличении R, однако при этом мощность, выделяющаяся во внешней цепи, стремится к нулю, поэтому условие максимума к. п. д. с практической точки зрения не интересно.

На рис. 109 кривая / дает зависимость мощности Wa, выделяемой во внешней части цепи, от сопротивления внешней части цепи R-, кривая 2″ дает зависимость, от R полной мощности W; наконец, кривая 3 дает ход к. п. д. щ от того же внешнего сопротивления R. Как видно, »] возрастает с возрастанием R.

Наиболее же интересная, с практической точки зрения, мощность Wa, выделяемая во внешней части цепи, сперва возрастает, а затем, достигнув при R = R() максимума, начинает спадать.

При R = R0, когда Wa имеет максимум, =

Проводник 1 и проводник 2,3 соединены последовательно. Их так же можно заменить одним эквивалентным проводником, сопротивление которого равно сумме сопротивлений проводников 1 и 2,3. Найдя это сопротивление, вновь рисуем преобразованную цепь. В этой цепи проводник 1,2,3 соединен параллельно с проводником 5. Сопротивление параллельно соединенных проводников можно так же рассчитать по известной формуле и заменить одним проводником с эквивалентным сопротивлением 1,2,3,5.

Например, если бы мы имели дело с четырьмя проводниками, соединенными так, как показано на схеме, задача решалась бы элементарно. Пары проводников 1,2 и 3,4 соединены последовательно. Их можно заменить эквивалентными им проводниками. Эти эквивалентные проводники соединены параллельно, и их также легко заменить одним общим проводником. (Если бы сопротивления проводников были равны 10 Ом каждое, тогда общее сопротивление цепи так же получились равным 10 Ом).

Пусть в точку А втекает ток силой I 0 . В этой точке ток разветвляется. Часть его течет через верхнюю часть цепи, часть через нижнюю. Может получиться так, что ток, который течет по верхнему и нижнему участкам, одинаков.

В задачах на расчет электрических цепей полезно проводить аналогию между электрическим током и током воды в трубах. Попробуем мысленно провести такую замену в рассматриваемой задаче.

Пусть для простоты трубы 1, 2, 3, 4 одинаковы по сечению и длине. По двум параллельным ветвям текут одинаковые токи. Дальше трубы сходятся в одну трубу. Очевидно, что ток втекающий равен току вытекающему. Если поставить перешеек, соединяющий два трубопровода, то в этот перешеек, в силу равенства напоров с двух сторон, вода не потечет ни в одну, ни в другую сторону, каким бы ни был перешеек. Этот перешеек вполне можно из рассмотрения процесса исключить.

Так же и в электрических цепях. Если окажется, что потенциалы точек С и Д равны между собой, то тока через проводник 5 не будет.

Таким образом, когда мы доходим до принципиально не преобразуемой электрической цепи, надо в этой цепи попытаться найти точки с равными потенциалами. Если удастся это сделать, то всякий проводник, соединяющий эти точки, из цепи можно исключить. Так же точки с равными потенциалами можно соединить между собой любым проводником, в том числе и с нулевым сопротивлением.

В данном случае, потенциалы точек С и Д будут равными при равенстве сопротивлений проводников 1–4.

Равными могут быть сопротивления проводников 1 и 3, 2 и 4. Все равно, силы токов в верхней и нижней ветвях будут равны между собой. Падения напряжений на проводниках 1 и 3, 2 и 4 также будут равны между собой, поэтому ток в цепи резистора 5 будет отсутствовать. В силу этого, резистор 5, при любом его сопротивлении, можно выбросить из рассмотрения.

Однако может получиться, что потенциалы точек С и Д друг другу не равны. Тогда протекание токов I 1 и I 3 следует рассматривать дальше. Допустим, что ток I 1 > I 3 . I 1 доходит до точки С, и разветвляется дальше. Часть тока идет через резистор 2, а часть через резистор 5. Токи I 4 и I 3 сходятся в точке Д. Эти токи идут дальше через резистор 4, поэтому ток I 5 равен сумме токов I 4 и I 3 . Ток I 5 сольется с током I 2 и образует ток, равный исходному току I 0 .

Таким образом заключаем следующее.

Далее в цепи необходимо выделить замкнутые контуры. Для этого берется произвольная точка и начинается движение по цепи так, чтобы вернуться в эту точку. При обходе надо придерживаться одного направления. Число контуров должно быть таким, чтобы можно было обойти все элементы цепи.

Если в контуре отсутствуют источники тока, то сумма падений напряжений равна нулю. Обойдем элементы 1–5–3, двигаясь по часовой стрелке.

Полученную систему уравнений можно решить относительно неизвестных величин.

В предыдущем параграфе было показано, что электрическая цепь имеет две существенно различные части. Часть цепи, в которой заряды движутся по направлению действия электрических сил на рис. 16.3), называют внешней, а часть цепи, в которой заряды движутся в сторону действия сторонних сил на рис. 16.3), называют внутренней. Иначе говоря, внутренней цепью является источник электрической энергии, а внешней — вся остальная часть цепи.

Те точки, в которых внешняя цепь граничит с внутренней, называют полюсами. Во внешней цепи заряды движутся из одной точки в другую только при наличии разности потенциалов; поэтому, когда в замкнутой цепи идет ток, потенциал во внешней цепи от точки к точке уменьшается (в направлении от А к В на рис. 16.3). Таким образом, у одного из полюсов имеется самый большой потенциал, а у другого — самый маленький потенциал по сравнению с другими точками цепи. Полюс с наибольшим

потенциалом называют положительным и обозначают знаком «+», а полюс с наименьшим потенциалом называют отрицательным и обозначают знаком «-».

В схемах электрических цепей применяются условные обозначения, показанные на рис. 16.4. Принято считать, что тонкая длинная черта в обозначении источника электрической энергии является положительным полюсом, а короткая толстая — отрицательным.

Схема простой электрической цепи с включением измерительных приборов показана на рис. 16.5. Напомним, что за направление тока во внешней цепи принимают движение положительных зарядов от положительного полюса к отрицательному (§ 16.2), а во внутренней — от отрицательного полюса к положительному, хотя в металлах электроны движутся в обратную сторону.

Поскольку во внешней цепи по направлению тока потенциал от точки к точке падает, напряжение на любом участке, составляющем часть внешней цепи (рис. 16.5), меньше, чем напряжение на полюсах источника, т. е. на всей внешней цепи. Заметим, что это справедливо только при наличии тока в цепи. Если цепь разомкнуть, то потенциал всех точек проводника, соединенного с одним из полюсов, будет один и тот же. (Подумайте, существует ли при этом напряжение между полюсами.)

ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОЛНОЙ ЦЕПИ:

МОЩНОСТЬ, ВЫДЕЛЯЕМАЯ ВО ВНЕШНЕЙ ЦЕПИ

. (2)

Из формулы (2) видно, что при коротком замыкании цепи (R ®0) и при R ® эта мощность равна нулю. При всех других конечных значениях R мощность Р 1 > 0. Следовательно, функция Р 1 имеет максимум. Значение R 0 , соответствующее максимальной мощности, можно получить, дифференцируя Р 1 по R и приравнивая первую производную к нулю:

. (3)

Из формулы (3), с учётом того, что R и r всегда положительны, а Е? 0, после несложных алгебраических преобразований получим:

При этом сила тока в цепи (5)

Следовательно, полная мощность, выделяемая во всей цепи, определится формулой

= I 2 (R+r ) = IE (8)

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ источника тока равен . (9)

Из формулы (8) следует, что

т.е. Р 1 изменяется с изменением силы тока в цепи по параболическому закону и принимает нулевые значения при I = 0 и при . Первое значение соответствует разомкнутой цепи (R>> r), второе – короткому замыканию (R

Таким образом, к.п.д. достигает наибольшего значения h =1 в случае разомкнутой цепи (I = 0), а затем уменьшается по линейному закону, обращаясь в нуль при коротком замыкании.

Зависимость мощностей Р 1 , Р полн = EI и к.п.д. источника тока от силы тока в цепи показаны на рис.1.

Рис.1. I 0 E/r

Из графиков видно, что получить одновременно полезную мощность и к.п.д. невозможно. Когда мощность, выделяемая на внешнем участке цепи Р 1 , достигает наибольшего значения, к.п.д. в этот момент равен 50%.

МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ

Таблица 1. Исходные параметры электрической цепи

7. Вычислите по формулам (2), (7), (8), (9) Р 1 , Р 2 , Р полн и h для каждой пары показаний вольтметра и амперметра и запишите рассчитанные значения в табл.2.

8. Постройте на одном листе миллиметровой бумаге графики зависимости P 1 = f(R), P 2 = f(R), P полн =f(R), h = f (R) и U = f(R).

9. Рассчитайте погрешности измерений и сделайте выводы по результатам проведённых опытов.

Таблица 2. Результаты измерений и расчётов

Вопросы и задания для самоконтроля

Запишите закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной формах.
Что такое ток короткого замыкания?
Что такое полная мощность?
Как вычисляется к.п.д. источника тока?
Докажите, что наибольшая полезная мощность выделяется при равенстве внешнего и внутреннего сопротивлений цепи.
Верно ли утверждение, что мощность, выделяемая во внутренней части цепи, постоянна для данного источника?
К зажимам батарейки карманного фонаря присоединили вольтметр, который показал 3,5 В.
Затем вольтметр отсоединили и на его место подключили лампу, на цоколе которой было написано: Р=30 Вт, U=3,5 В. Лампа не горела.
Объясните явление.
При поочерёдном замыкании аккумулятора на сопротивления R1 и R2 в них за одно и то же время выделилось равное количество тепла. Определите внутреннее сопротивление аккумулятора.

1. Чему равно время прохождения тока силой 5 А по проводнику, если при напряжении на его концах 120 В в проводнике выделяется количество теплоты, равное 540 кДж? (Ответ дайте в секундах.)

2. В электронагревателе с неизменным сопротивлением спирали, через который течёт постоянный ток, за время t выделяется количество теплоты Q . Если силу тока и время t увеличить вдвое, то во сколько раз увеличится количество теплоты, выделившееся в нагревателе?

3. Резистор 1 с электрическим сопротивлением 3 Ом и резистор 2 с электрическим сопротивлением 6 Ом включены последовательно в цепь постоянного тока. Чему равно отношение количества теплоты, выделяющегося на резисторе 1, к количеству теплоты, выделяющемуся на резисторе 2 за одинаковое время?

4. На рисунке показан график зависимости силы тока в лампе накаливания от напряжения на её клеммах. Какова мощность тока в лампе при напряжении 30 В? (Ответ дайте в ваттах.)

Ученик собрал электрическую цепь, изображенную на рисунке. Какая энергия выделится во внешней части цепи при протекании тока в течение 10 мин? (Ответ выразите в кДж. Необходимые данные указаны на схеме. Амперметр считать идеальным.)

6. К источнику тока с ЭДС 2 В подключён конденсатор ёмкостью 1 мкФ. Какую работу совершил источник при зарядке конденсатора? (Ответ дайте в мкДж.)

7. К источнику тока с ЭДС 2 В подключен конденсатор емкостью 1 мкФ. Какое тепло выделится в цепи в процессе зарядки конденсатора? (Ответ дайте в мкДж.) Эффектами излучения пренебречь.

8. К идеальному источнику тока с ЭДС 3 В подключили конденсатор ёмкостью 1 мкФ один раз через резистор а второй раз — через резистор Во сколько раз во втором случае тепло, выделившееся на резисторе, больше по сравнению с первым? Излучением пренебречь.

9. К источнику тока с ЭДС 4 В и внутренним сопротивлением подсоединили нагрузочное сопротивление. Чему оно должно быть равно, чтобы КПД источника был равен 50 %? (Ответ дайте в омах.)

10. В электрической цепи, схема которой изображена на рисунке, измерительные приборы идеальные, вольтметр показывает значение напряжения 8 В, а амперметр — значение силы тока 2 А. Какое количество теплоты выделится в резисторе за 1 секунду? (Ответ дайте в джоулях.)

11. Комната освещается четырьмя одинаковыми параллельно включёнными лампочками. Расход электроэнергии за час равен Q . Каким должно быть число параллельно включённых лампочек, чтобы расход электроэнергии в час был равен 2Q ?

12. Электрический чайник мощностью 2,2 кВт рассчитан на включение в электрическую сеть напряжением 220 В. Определите силу тока в нагревательном элементе чайника при его работе в такой сети. Ответ приведите в амперах.

13. На корпусе электропечи-ростера имеется надпись: «220 В, 660 Вт». Найдите силу тока, потребляемого ростером. (Ответ дайте в амперах.)

14. На цоколе электрической лампы накаливания написано: «220 В, 60 Вт». Две такие лампы соединяют параллельно и подключают к напряжению 127 В. Какая мощность будет выделяться в двух этих лампах при таком способе подключения? (Ответ дать в ваттах, округлив до целых.) При решении задачи считайте, что сопротивление лампы не зависит от приложенного к ней напряжения.

15. На цоколе электрической лампы накаливания написано: «220 В, 100 Вт». Три такие лампы соединяют параллельно и подключают к напряжению 127 В. Какая мощность будет выделяться в трёх этих лампах при таком способе подключения? (Ответ дать в ваттах, округлив до целых.) При решении задачи считайте, что сопротивление лампы не зависит от приложенного к ней напряжения.

16. В школьной лаборатории есть два проводника круглого сечения. Удельное сопротивление первого проводника в 2 раза больше удельного сопротивления второго проводника. Длина первого проводника в 2 раза больше длины второго. При подключении этих проводников к одинаковым источникам постоянного напряжения за одинаковые интервалы времени во втором проводнике выделяется количество теплоты в 4 раза большее, чем в первом. Каково отношение радиуса второго проводника к радиусу первого проводника?

17. В школьной лаборатории есть два проводника круглого сечения. Удельное сопротивление первого проводника в 2 раза больше удельного сопротивления второго проводника. Длина первого проводника в 2 раза больше длины второго. При подключении этих проводников к одинаковым источникам постоянного напряжения за одинаковые интервалы времени во втором проводнике выделяется количество теплоты в 4 раза меньшее, чем в первом. Чему равно отношение радиуса первого проводника к радиусу второго проводника?

18. R 1 , включённом в электрическую цепь, схема которой изображена на рисунке? (Ответ дать в ваттах.) R 1 = 3 Ом, R 2 = 2 Ом, R

19. Какая мощность выделяется в резисторе R 2 , включённом в электрическую цепь, схема которой изображена на рисунке? (Ответ дать в ваттах.) R 1 = 3 Ом, R 2 = 2 Ом, R 3 = 1 Ом, ЭДС источника 5 В, внутреннее сопротивление источника пренебрежимо мало.

20. R = 16 Ом, а напряжение между точками A и B равно 8 В? Ответ приведите в ваттах.

21. Какая мощность выделяется в участке цепи, схема которого изображена на рисунке, если R = 27 Ом, а напряжение между точками A и B равно 9 В? Ответ приведите в ваттах.

22. I = 6 А. Чему равна сила тока, которую показывает амперметр? (Ответ дайте в амперах.) Сопротивлением амперметра пренебречь.

23. Резистор с сопротивлением подключают к источнику тока с ЭДС и внутренним сопротивлением Если подключить этот резистор к источнику тока с ЭДС и внутренним сопротивлением то во сколько раз увеличится мощность, выделяющаяся в этом резисторе?

24.

I U на лампе. Такую лампу подключили к источнику постоянного напряжения 2 В. Какую работу совершит электрический ток в нити накаливания лампы за 5 секунд? Ответ выразите в Дж.

25.

На графике показана экспериментально полученная зависимость силы тока I , текущего через лампу накаливания, от напряжения U на лампе. Такую лампу подключили к источнику постоянного напряжения 4 В. Какую работу совершит электрический ток в нити накаливания лампы за 10 секунд? Ответ выразите в Дж.

26. Через участок цепи (см. рисунок) течёт постоянный ток I = 4 А. Какую силу тока покажет включённый в эту цепь идеальный амперметр, если сопротивление каждого резистора r = 1 Ом? Ответ выразите в амперах.

27. Точечный положительный заряд величиной 2 мкКл помещён между двумя протяжёнными пластинами, равномерно заряженными разноимёнными зарядами. Модуль напряжённости электрического поля, создаваемого положительно заряженной пластиной, равен 10 3 кВ/м, а поля, создаваемого отрицательно заряженной пластиной, в 2 раза больше. Определите модуль электрической силы, которая будет действовать на указанный точечный заряд.

28. Точечный положительный заряд величиной 2 мкКл помещён между двумя протяжёнными пластинами, равномерно заряженными положительными зарядами. Модуль напряжённости электрического поля, создаваемого одной пластиной, равен 10 3 кВ/м, а поля, создаваемого второй пластиной, в 2 раза больше. Определите модуль электрической силы, которая будет действовать на указанный точечный заряд. Ответ дайте в ньютонах.

29.

С , резистора сопротивлением R и ключа К. Конденсатор заряжен до напряжения U = 20 В. Заряд на обкладках конденсатора равен q = 10 –6 Кл. Какое количество теплоты выделится в резисторе после замыкания ключа К? Ответ выразите в мкДж.

30.

На рисунке приведена схема электрической цепи, состоящей из конденсатора ёмкостью С , резистора сопротивлением R и ключа К. Емкость конденсатора C = 1 мкФ, и он заряжен до напряжения U = 10 В. Какое количество теплоты выделится в резисторе после замыкания ключа К? Ответ выразите в мкДж.

31. Плавкий предохранитель счётчика электроэнергии в квартирной сети напряжением 220 В снабжён надписью: «6 А». Какова максимальная суммарная мощность электрических приборов, которые можно одновременно включить в сеть, чтобы предохранитель не расплавился? (Ответ дайте в ваттах)

При решении задач на смешанное соединение проводников надо попытаться преобразовать цепь и заменить параллельно и последовательно соединенные проводники эквивалентными им проводниками.

В приведенном примере следует иметь в виду, что первый и второй проводники нельзя считать соединенными последовательно, так как в точке их соединения имеется ответвление. По той же причине нельзя считать соединенными последовательно проводники 1–3 и 4–5.

ЭДС батареи аккумуляторов 12 В. Сила тока короткого замыкания 5 А. Какую наибольшую

Условие задачи:

ЭДС батареи аккумуляторов 12 В. Сила тока короткого замыкания 5 А. Какую наибольшую мощность можно получить во внешней цепи, соединенной с такой батареей?

Задача №7.4.37 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»

Дано:

\(\rm E=12\) В, \(I_{кз}=5\) А, \(P_{max}-?\)

Решение задачи:

Так как в условии дана сила тока при коротком замыкании \(I_{кз}\) и ЭДС источника \(\rm E\), то мы можем определить внутреннее сопротивление источника \(r\):

\[{I_{кз}} = \frac{{\rm E}}{r}\;\;\;\;(1)\]

\[r = \frac{{\rm E}}{{{I_{кз}}}}\;\;\;\;(2)\]

Эти формулы пригодятся нам при дальнейшем решении.2}}{4} \cdot \frac{{\rm E}}{{{I_{кз}}}}\]

\[{P_{max}} = \frac{{{\text{E}}{I_{кз}}}}{4}\]

Посчитаем ответ:

\[{P_{max}} = \frac{{12 \cdot 5}}{4} = 15\;Вт\]

Ответ: 15 Вт.

Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.

Внутреннее сопротивление источника

На внутреннем сопротивлении источника, как и на внешнем, происходит падение напряжения. Поэтому напряжение на зажимах источника меньше ЭДС как раз на эту величину.

Задача 1. Гальванический элемент с ЭДС В и внутренним сопротивлением Ом замкнут накоротко. Определить силу тока короткого замыкания.

При коротком замыкании сопротивляться току будет только внутреннее сопротивление источника:

Ответ: 3 А.

Задача 2. ЭДС элемента В, а внутреннее сопротивление Ом. Какой будет сила тока во внешней цепи, если ее сопротивление равно 0,50; 1; 2 Ом?

К внутреннему сопротивлению здесь добавится еще внешнее сопротивление нагрузки, тогда

Следовательно

Ответ: А, А, А.

Задача 3. Каково внутреннее сопротивление элемента, если его ЭДС В и при внешнем сопротивлении Ом сила тока А?

Следовательно

Таким образом, при .

Ответ: Ом.

Задача 4. ЭДС батарейки от карманного фонаря В, внутреннее сопротивление Ом. Батарейка замкнута на сопротивление Ом. Каково напряжение на зажимах батарейки?

Определим сначала ток:

Следовательно, на внутреннем сопротивлении источника произойдет падение напряжения

На зажимах батарейки будет напряжение

Ответ: В.

Задача 5. ЭДС батареи В, внешнее сопротивление цепи Ом, а внутреннее – Ом. Найти силу тока в цепи, напряжение на зажимах батареи и падение напряжения внутри батареи.

Определим сначала ток:

Следовательно, на внутреннем сопротивлении источника произойдет падение напряжения

На зажимах батарейки будет напряжение

Ответ: В.

Задача 6. Каково напряжение на полюсах источника с ЭДС, равной , когда сопротивление внешней части цепи равно внутреннему сопротивлению источника?
Определим сначала ток:

На внутреннем сопротивлении упадет

Таким же будет напряжение на зажимах источника.

Ответ: .

Закон Ома для полной цепи

1. Источник тока

При прохождении тока в проводнике выделяется некоторое количество теплоты. Согласно закону сохранения энергии при этом в электрическую цепь должна поступать энергия.

Может ли источником этой энергии быть электростатическое поле? Нет, не может, потому что при перемещении заряда вдоль всей цепи, то есть по замкнутой траектории, работа электростатического поля равна кулю.

Следовательно, для существования тока в замкнутой цепи в ней должен быть участок, на котором свободные заряды движутся против сил электростатического поля. Таким участком цепи является источник тока (рис. 59.1).

В источнике тока на свободные заряды действуют силы, которые имеют не электростатическую природу. Их называют сторонними силами. В результате действия сторонних сил происходит разделение зарядов: на одном полюсе источника тока накапливается положительный заряд, а на другом – отрицательный. Вследствие этого возникает электростатическое поле, которое движет свободные заряды в электрической цепи вне источника тока, то есть во внешней цепи.

В химических источниках тока сторонние силы имеют химическую природу. Например, если погрузить цинковый и медный электроды в серную кислоту, то положительные ионы цинка будут чаще покидать электрод, чем положительные ионы меди. В результате между медным и цинковым электродами возникнет разность потенциалов: потенциал медного электрода будет больше, чем цинкового. Медный электрод станет положительным полюсом источника тока, а цинковый – отрицательным.

В генераторах электростанций сторонними силами являются силы, действующие на свободные электроны в металле со стороны вихревого электрического поля, порождаемого переменным магнитным полем. Работа вихревого электрического поля по перемещению заряда вдоль замкнутого контура не равна нулю. Действие генераторов тока мы рассмотрим в курсе физики 11-го класса.

Электродвижущая сила источника тока

В источнике тока сторонние силы, перемещая свободные заряды против действия сил электростатического поля, совершают работу, которую мы обозначим A_стор.

Эта работа пропорциональна заряду q, который перемещается вдоль цепи за данный промежуток времени. Поэтому отношение работы сторонних сил к величине заряда не зависит ни от Aстор, ни от q. Следовательно, оно является характеристикой источника тока. Это отношение называют электродвижущей силой источника (ЭДС) и обозначают ξ:

ξ = A_стор/q. (1)

(Это название не совсем удачно, потому что ЭДС – не «сила» в механическом смысле, а энергетическая характеристика источника.)

ЭДС, как и напряжение, измеряют в вольтах. Например, ЭДС батарейки составляет несколько вольт.

2. Закон Ома для полной цепи

Если сила тока в цепи равна I, то за время t по цепи проходит заряд q = It. Поэтому формулу (1) можно записать в виде

A_стор = ξIt. (2)

При этом во внешней цепи сопротивлением R выделяется количество теплоты

Q_внеш = I²Rt, (3)

а внутри источника тока выделяется количество теплоты

Q_внутр = I²rt, (4)

где r – сопротивление источника, которое называют его внутренним сопротивлением.

Из закона сохранения энергии следует, что

Q_внеш + Q_внутр = A_стор. (5)

? 1. Докажите, что из формул (2) – (5) следует:

I = ξ / (R + r). (6)

Это соотношение называют законом Ома для полной цепи.

Сумму сопротивлений R + r называют полным сопротивлением цепи.

? 2. ЭДС источника тока 12 В, а его внутреннее сопротивление равно 2 Ом.
а) Чему равна сила тока в цепи, если сопротивление внешней цепи равно 4 Ом?
б) Какова максимально возможная сила тока в цепи? При каком сопротивлении внешней цепи это имеет место?

? 3. При внешнем сопротивлении 2 Ом сила тока в цепи равна 1,5 А, а при внешнем сопротивлении 4 Ом сила тока равна 1 А.
а) Чему равно внутреннее сопротивление источника?
б) Чему равна ЭДС источника?

Напряжение на полюсах источника

Закон Ома для полной цепи можно записать в виде

ξ = IR + Ir. (7)

Первое слагаемое в этой формуле согласно закону Ома для участка цепи равно напряжению U на полюсах источника тока:

IR = U.

Поэтому формулу (7) можно записать в виде

U = ξ – Ir. (8)

Формула (8) выражает зависимость напряжения U на полюсах источника тока от силы тока I в цепи.

Поставим опыт
Зависимость U(I) можно измерить на опыте, изменяя силу тока в цепи с помощью реостата (рис. 59.2, а, б). Красная пунктирная линия на схеме 59.2, б показывает, как идет ток в реостате. Например, если ползунок реостата, изображенного на рисунке 59,2, а, сдвинуть вправо, то сопротивление реостата увеличится, потому что увеличится длина обмотки, по которой идет ток.

? 4. На рисунке 59.3 изображен график зависимости U(I) для некоторого источника тока.

а) Чему равна ЭДС этого источника тока?
б) Чему равна наибольшая сила тока?
в) Чему равно внутреннее сопротивление источника тока?
г) Чему равно внешнее сопротивление, когда сила тока равна нулю?
д) Чему равно внешнее сопротивление, когда сила тока максимальна?
е) Чему равно внешнее сопротивление при I = 1,5 А?

Максимальное напряжение на полюсах источника равно ξ. Это имеет место при I = 0. Сила тока равна нулю, когда полюса источника разомкнуты (в этом случае внешнее сопротивление цепи является бесконечно большим).

Следовательно, напряжение между разомкнутыми полюсами источника тока равно ЭДС этого источника.

Минимальное же напряжение между полюсами источника равно нулю. Это имеет место при коротком замыкании, когда внешнее сопротивление R = 0. В этом случае сила тока максимальна. Ее называют силой тока короткого замыкания.

? 5. Покажите, что сила тока короткого замыкания выражается формулой

Iка = ξ/r. (9)

Подсказка. Воспользуйтесь законом Ома для полной цепи.

Из формулы (9) видно, что при очень малом внутреннем сопротивлении источника (как, например, у автомобильного аккумулятора) сила тока короткого замыкания будет очень большой, что может вывести источник тока из строя.

? 6. Сила тока при коротком замыкании батарейки равна 2 А. Когда к батарейке подключили резистор сопротивлением 4 Ом, сила тока стала равной 1 А.
а) Как изменилось полное сопротивление цепи?
б) Чему равно внутреннее сопротивление батарейки?

Измерив напряжение на полюсах источника и силу тока в цепи при двух различных значениях сопротивления внешней цепи, можно найти ЭДС ξ и внутреннее сопротивление r источника тока. Это можно сделать графически и аналитически.

? 7. При силе тока в цепи 2 А напряжение на полюсах источника равно 8 В, а при силе тока 4 А напряжение на полюсах равно 4 В.
а) Постройте систему координат I, U и нанесите две точки графика зависимости U(I) согласно приведенным данным.
б) Проведите прямую через эти точки и отметьте точки пересечения этой прямой с осями координат. Используя этот график, найдите, чему равны ЭДС, сила тока короткого замыкания и внутреннее сопротивление источника тока.
в) Используя уравнение (8), составьте систему двух уравнений с двумя неизвестными ξ и r и решите ее.

3. КПД источника тока

Работу тока во внешней цепи называют полезной работой. Обозначим ее A_пол. Используя формулу для работы тока, получаем:

A_пол = I²Rt.

Поскольку источник обладает внутренним сопротивлением, полезная работа меньше работы сторонних сил, потому что часть работы сторонних сил расходуется на выделение в источнике тока количества теплоты I²rt. Поскольку

A_стор = I²Rt + I²rt,

получаем для отношения полезной работы к работе сторонних сил:

η = A_пол / A_стор = (I²Rt) / (I²Rt + I²rt) = R / (R + r).

Это отношение, выраженное в процентах, называют КПД источника тока.

? 8. При каком отношении внешнего сопротивления к внутреннему сопротивлению КПД источника тока равен: 50 %; 80 %? Почему случай, когда КПД источника тока равен 100 %, не представляет практического интереса?

Дополнительные вопросы и задания

9. На рисунке 59.4 изображена схема измерения зависимости напряжения U на полюсах источника тока от силы тока I. Амперметр и вольтметр считайте идеальными. Сопротивление всей обмотки реостата 16 Ом. При первом положении ползунка реостата показания приборов 3 А и 8 В, а при втором положении – 2 А и 12 В.

а) Как сдвинули ползунок реостата между первым и вторым измерениями – влево или вправо?
б) Чему равны ЭДС источника тока и его внутреннее сопротивление?
в) Каковы будут показания приборов, если ползунок реостата передвинуть в крайнее левое положение? в крайнее правое?

10. При силе тока 6 А мощность тока во внешней цепи равна 90 Вт, а при силе тока 2 А она равна 60 Вт.
а) Чему равна ЭДС источника тока?
б) Чему равно внутреннее сопротивление источника тока?
в) Чему равно напряжение на полюсах источника в первом и втором случаях?
г) Чему равен КПД источника тока в первом и втором случаях?

Стороннее поле. ЭДС

всем привет тема урока закон ома и электродвижущая сила давайте рассмотрим две заряженные пластины если подсоединить к этим пластинам лампочку и разность потенциалов на пластинах окажутся достаточно большой то лампочка моргнет это значит что электроны почти мгновенно перейдут от отрицательного потенциала к положительному потенциалу и заряда на пластинах у нас больше не будет но если мы вместо пластин возьмем батарейку то лампочка будет гореть какое-то время при этом электроны будут двигаться от отрицательного потенциала к положительному потенциалу и дальше внутри батарейки электроны будут перемещаться от положительного потенциала снова к отрицательному потенциалу при таком перемещении будет совершаться работа сторонними силами обозначим эту работу как а с индексом st если теперь мы эту работу разделим на заряд который был перемещен от положительного потенциала к отрицательному потенциалу мы получим э.д.с. источника тока и д.с. это электро движущая сила обозначать и и будем заглавной буквой эпсилон и измерять и ds как и напряжение будем вольтах и и ds приблизительно равна напряжению который выдает источник тока если на батарейке будет написано полтора вольта это значит что электродвижущая сила батарейки также будет приблизительно равняться полтора вольта и в батарейке работа сторонних сил при помощи которой электроны переходят от положительного потенциала к отрицательному совершаются в результате химической реакции теперь давайте рассмотрим какую-то абстрактную электрическую цепь в этой цепи у нас есть источник тока с эдс и внутренним сопротивлением и также есть сопротивление внешней цепи р сила тока в замкнутой цепи равняется отношению и ds источника тока к полному сопротивлению цепи эта формула очень похожа на закон ома который вы проходили в восьмом классе эдс источника тока очень близко к напряжению который выдает источник тока а внутреннее сопротивление источника тока как правило намного меньше чем сопротивление внешней цепи поэтому внутренним сопротивлением источника тока можно пренебречь и мы получим известную вам формулу закона ома если источники тока или батарейки соединить разные минными полюсами то при таком соединении полная и ds получившегося источника тока будет равняться сумме ндс отдельных батареек и если у нас каждая батарейка будет по полтора вольта то и ds получившегося соединение будет равняться трём вольта задача номер один найдите силу тока при коротком замыкании аккумулятора и ds аккумулятора и внутреннее сопротивление нам известны запишем закон ома для полной цепи при коротком замыкании сопротивление внешней цепи стремится к нулю и сопротивление внешней цепи можно выкинуть из формулы делим 9 вольт на ноль целых одну сотую получим силу тока 900 ампер как вы видите сила тока при коротком замыкании в цепи возрастает многократно задача номер два батарейка карманного фонарика замкнута на резистор переменного сопротивления при сопротивлении резистора один он напряжение на нем два вольта а при сопротивлении на резисторе 3 ома напряжение на нем три вольта найдите эдс и внутреннее сопротивление аккумулятора карманного фонарика запишем закон ома для полной цепи и теперь и правую и левую часть умножим на сопротивление внешней цепи р слева сопротивление умноженная на силу тока это напряжение и у нас есть по два значения для сопротивления и для напряжения подставив эти значения в уравнение мы получим 2 уровня и относительно эдс и внутреннего сопротивления и нам эти два уравнения нужно решить как систему второе уравнение и левую и правую часть разделим на 3 и перенесем 3 + r малая в левую часть в числитель отсюда мы получим выражение для и д.с. подставляем это выражение в первое уравнение единицу плюс р мало и переносим в левую часть в числитель для этого нам нужно двойку умножить на каждое слагаемое и так мы получим два плюс два er из этого уравнения находим внутреннее сопротивление источника тока это будет 1 он подставляем это значение выражение для и ds получим 4 вольта задача номер 3 для схемы изображенной на рисунке найдите мощность потребляемую лампочкой если известно что в нагретом состоянии сопротивление нити накаливания равняется 22 о мам на схеме элементы питания у нас соединены одноименными полюсами чтобы найти и ds такого соединения нам нужно от больше vds вычесть меньшее ds получим 3 вольта а чтобы найти внутреннее сопротивление такого соединения нам нужно сложить внутреннее сопротивление двух источников питания получим 2 ома мощность потребляемая лампочкой равняется произведению силы тока на напряжение если мы закон ома для полной цепи домножим на напряжение и левую и правую его часть то слева мы получим мощность подставляем наши значение и приблизительно мы получим 0,38 ватт это и будет мощность потребляемая лампочкой пожалуйста помогите распространить это видео ставьте лайки в описании вы найдете ссылки на дополнительную уроки всем пока

Короткое замыкание

— причины и последствия

Что такое короткое замыкание?

Всякий раз, когда в сети происходит сбой, при котором в одной или нескольких фазах протекает большой ток, считается, что произошло короткое замыкание цепи .

Короткое замыкание — это просто соединение с низким сопротивлением между двумя проводниками, подающими электроэнергию в любую цепь. Это приводит к чрезмерному протеканию тока в источнике питания через «короткое замыкание» и может даже привести к выходу источника питания из строя.

Если в цепи питания есть предохранитель, он выполнит свою работу и перегорит, размыкая цепь и прекращая прохождение тока. MCB также используется для защиты от короткого замыкания.

Короткое замыкание может происходить в цепи постоянного или переменного тока (постоянного или переменного тока). Если это закороченная батарея, она очень быстро разряжается и нагревается из-за большого тока.

Посмотрите видео короткого замыкания в линии электропередачи 110 кВ ниже.

Что такое ток короткого замыкания?

Когда происходит короткое замыкание, через цепь протекает сильный ток, называемый током короткого замыкания .

Это поясняется на прилагаемом рисунке. На рисунке показан однофазный генератор напряжения V и внутреннего импеданса Z i , который питает нагрузку Z.

Однофазный генератор напряжения V и внутреннего импеданса Zi питает нагрузку Z

В нормальных условиях ток в цепи ограничен сопротивлением нагрузки Z.

Однако, если клеммы нагрузки закорочены по какой-либо причине, полное сопротивление цепи уменьшается до очень низкого значения; в данном случае Z i . Поскольку Z i очень маленький, по цепи течет большой ток. Это называется током короткого замыкания .

Короткое замыкание и перегрузка

Люди обычно путают перегрузку и короткое замыкание, поскольку они одинаково вызывают проблемы в системе. Следует различать короткое замыкание и перегрузку.

Когда происходит короткое замыкание, напряжение в точке повреждения снижается до нуля, и ток аномально высокой величины течет по сети к точке повреждения.

С другой стороны, перегрузка означает, что на систему были возложены нагрузки, превышающие расчетные значения. В таких условиях напряжение в точке перегрузки может быть низким, но не нулевым. Условия пониженного напряжения могут распространяться на остальную часть системы за пределы точки перегрузки.

Токи в перегруженном оборудовании велики, но значительно ниже, чем в случае короткого замыкания.

Что вызывает короткое замыкание?

Короткое замыкание в системе питания является результатом каких-либо ненормальных условий в системе. Это может быть вызвано внутренними или внешними эффектами.

Внутренние эффекты вызваны выходом из строя оборудования или линий передачи из-за ухудшения изоляции в генераторе, трансформаторе и т. Д.Такие неприятности могут быть связаны со старением утеплителя. несоответствующий дизайн или неправильная установка.
Внешние эффекты , вызывающие короткое замыкание, включают нарушение изоляции из-за скачков молнии. перегрузка оборудования, вызывающая чрезмерный нагрев: механическое повреждение со стороны населения и т. д.

Последствия короткого замыкания

Когда происходит короткое замыкание, ток в системе увеличивается до аномально высокого значения, а напряжение в системе снижается до низкого значения .

Сильный ток из-за короткого замыкания вызывает чрезмерный нагрев, который может привести к возгоранию или взрыву . Иногда короткое замыкание принимает форму дуги и приводит к значительному повреждению системы.

Например, дуга в линии передачи, которая не устранена быстро, приведет к сильному ожогу проводника, вызывая его разрыв, что приведет к длительному прерыванию линии.

Низкое напряжение , возникшее в результате неисправности, оказывает очень вредное влияние на работу, оказываемую энергосистемой.Если напряжение остается низким даже в течение нескольких секунд, двигатели потребителя могут быть отключены , а генераторы в энергосистеме могут стать нестабильными .

Из-за вышеупомянутых пагубных последствий короткого замыкания желательно и необходимо как можно быстрее отсоединить неисправную секцию и восстановить нормальные значения напряжения и тока.

Короткое замыкание может привести к очень высокой температуре с из-за большого рассеивания мощности в цепи.Эта высокая температура может быть использована в приложении. Дуговая сварка — типичный пример практического применения нагрева из-за короткого замыкания.

Источник питания для дуговой сварки может обеспечивать очень высокие токи, протекающие через сварочный стержень и свариваемые металлические детали. Точка контакта между стержнем и металлическими поверхностями нагревается до точки плавления, сплавляя часть стержня и обе поверхности в единое целое.

Состояние короткого замыкания — обзор

1.4.6 Эквивалентность источника и преобразование

С точки зрения нагрузочного резистора несущественно, подает ли ток или источник напряжения мощность на R _L. Если, например, 10 Вт подается на сопротивление нагрузки от источника, заключенного в черный ящик, невозможно узнать, является ли скрытый источник источником напряжения или источника тока. Следовательно, между источниками тока и напряжения должна существовать эквивалентность, которую мы теперь определяем, заявляя, что если два отдельных источника производят одинаковые значения ν и i в R _L, то для электрических целей эти два источника являются эквивалент.Эквивалентность должна соблюдаться для любого сопротивления нагрузки, включая R _L = 0 и R _L = ∞; другими словами, если два источника производят одинаковый ток короткого замыкания, I _sc, когда R _L = 0, и одинаковое напряжение холостого хода, В _oc , когда R _L = ∞, то источники эквивалентны.

С приведенным выше заявлением об эквивалентности теперь у нас есть удобный и быстрый способ преобразования между источниками.Например, если мы начнем с практического источника напряжения на рис. 1.13a, мы легко увидим, что I _sc = В / R , и из уравнения. (1,25), В _oc = В . Следовательно, эквивалентный практический источник тока, показанный на рис. 1.13a, имеет источник тока силой I = В / R , подключенный параллельно с сопротивлением R . Точно так же, если мы начнем с источника тока и хотим найти эквивалентный источник напряжения, рис.1.13b показывает, что источник тока I параллельно с R дает I _sc = I при коротком замыкании и В _oc = IR при разомкнутом — замкнутый. Следовательно, эквивалентный источник напряжения легко получить и он показан на рис. 1.13b.

Рисунок 1.13. (а) Источник напряжения и его эквивалент источника тока. (b) Источник тока и его эквивалент источника напряжения.

Подводя итог, мы видим, что в условиях холостого хода В _oc всегда дает элемент напряжения (ЭДС) эквивалентного источника напряжения, тогда как в условиях короткого замыкания I _sc всегда дает текущий элемент эквивалентного источника тока. Кроме того, мы легко делаем вывод, что сопротивление источника всегда определяется соотношением R = V _oc/ I _sc.Если мы рассмотрим рис. 1.13, то заметим, что сопротивление источника составляет R и одинаково для всех четырех эквивалентов. То есть, оглядываясь назад на клеммы источника напряжения, мы видим только сопротивление R , потому что элемент источника напряжения, который включен последовательно с R , эквивалентен короткому замыканию (см. Рис. 1.9c). Точно так же, глядя на клеммы источника тока, мы видим R , потому что сам элемент источника тока, который включен параллельно с R , эквивалентен разомкнутой цепи.

Таким образом, условия обрыва и короткого замыкания предоставляют нам мощный инструмент для представления сложных источников с помощью простых эквивалентных источников, показанных на рис. 1.13. Например, аудиоусилитель — это источник, который обеспечивает усиленный звук и, следовательно, может быть представлен на выходных клеммах усилителя одним из эквивалентных источников. Возможность рассматривать сложный элемент оборудования, такой как усилитель, просто как источник напряжения, соединенный последовательно с сопротивлением, помогает в понимании и анализе сложной электроники.В случае аудиоусилителя эквивалентное сопротивление источника — это выходное сопротивление усилителя, которое для максимальной выходной мощности на громкоговорители должно быть согласовано ¹⁴ с импедансом громкоговорителей, которые будут питаться от аудиоусилителя.

Короткое замыкание — обзор

10.2.4 Коэффициенты диффузии кислорода и катионов в окалине оксида алюминия

Короткие замыкания, рассматриваемые для диффузии внутри оксидов в диапазоне температур 800–1000 ° C, представляют собой границы зерен оксидов.Согласно Харрисону [71], можно выделить три режима диффузии. Режим A определяется Dt≫d, d — размер зерна; в этом случае объемное проникновение превосходит размер короткого замыкания, особенно границ зерен. Режим C утверждает, что проникновение является непрерывным на границах зерен (Dt≪δ, δ — ширина границы зерен). Наконец, режим B — это промежуточный режим, в котором в диффузии участвуют три процесса: объем, границы зерен и боковая диффузия δ≪Dt≪d2.

Маркерные эксперименты, проведенные с ¹⁸ O, привели к определению коэффициентов диффузии кислорода через границы зерен оксида алюминия и через объем оксида. Учитывая графики ln [¹⁸ O] = f (x), первая часть кривой соответствует кажущейся диффузии кислорода. Из трех режимов диффузии для исследования межзеренной диффузии обычно выбирают режим B [72,73]. В этом режиме δ≪Dt≪d2 с δ шириной границы зерна и d размером зерна оксида.

Кажущаяся диффузия кислорода соответствует диффузии в объеме и по границам зерен оксида. Это выражено в случае дислокационной и объемной диффузии [74], но может использоваться в случае межзеренной границы и объемной диффузии [75,76], если предположить, что начало профиля распределения кислорода соответствует D _{приложение} (Α режим) [72]:

10.1Dapp = 1-fDb + fDgb

Где f — доля сайтов, связанных с границами зерен; f можно выразить как

10.2f = 3δϕ

δ — ширина границы зерен (обычно принимаемая равной 1 нм), а ϕ — средний размер кристаллитов оксида. D _app определяется из решения второго закона Фика:

10.3Cxt-CsCo-Cs = erfx2Dappt

, где C _s — концентрация кислорода-18 на поверхности оксидной окалины, C _o — естественная концентрация кислорода-18 в оксидном слое (0,2 ат.% [77]), а t — время диффузии.

Эта модель, которая связывает начало профиля распределения с кажущимся коэффициентом диффузии, недавно обсуждалась Fielitz et al . [78], которые предположили, что первая часть профиля диффузии кислорода в поликристаллическом муллите соответствует коэффициенту объемной диффузии в режиме B, а не кажущемуся коэффициенту диффузии.

Вторая часть кривой диффузии, ln [¹⁸ O] = f ( x ), позволяет определить коэффициент диффузии границ зерен кислорода.Применяя модель Уиппла – Леклера [79–81], D _gb выражается следующим образом:

10,4Dgbδ = 0,6614Dbt − ∂lnC∂x6 / 5−5 / 3 − Dapp

, где ∂lnC∂x6 / 5 — наклон кривой ln [¹⁸ O] = f ( x ^6/5). Комбинируя уравнения (10.1) и (10.4), можно получить следующее соотношение:

10,51 − fDb + 0,661fδ4Dbt − ∂lnC∂x6 / 5−5 / 3 − Dapp = 0

Это соотношение позволяет определить Коэффициент объемной диффузии кислорода, D _b.Использование D _app и D _b соотношение (10.1) позволяет вычислить D _gb.

В экспериментах по диффузии кислорода-18 определены коэффициенты диффузии кислорода. В диапазоне температур от 1050 до 1200 ° C результаты представлены в таблице 10.3 [82]. Сравнение с литературой затруднено, так как очень мало экспериментов было выполнено с термически выращенной окалиной оксида алюминия [82–86] (рис. 10.7), тогда как многочисленные работы касались определения коэффициентов диффузии в синтетическом оксиде алюминия [87–98].

Таблица 10.3. Коэффициенты диффузии кислорода определены в α-Al ₂ O ₃, выращенном на сплаве Fe-25Cr-5Al при 1050, 1100 и 1200 ° C.

) 5.7 × 10 ^{— 19}

	1050 ° C	1100 ° C	1200 ° C
D _{приложение} ^O (см ² ⋅ s ^{— 1 8,0 × 8,0 ^{— 1 10 ^{— 14}}}	1,1 × 10 ^{— 13}	1,6 × 10 ^{— 12}
D _b ^O (см ² ⋅ s	8,3 × 10 ^{— 17}	1,9 × 10 ^{— 16}
D _gb ^O (см ² ⋅ s ^{— 1}	1,6 × 10 ^{— 11}	2,2 × 10 ^{— 11}	3,2 × 10 ^{— 10}

10,7. Сравнение коэффициентов диффузии кислорода или хрома в термически выращенном оксиде алюминия.

Эксперименты по диффузии, проведенные как на синтетическом, так и на термически выращенном оксиде алюминия, показали, что диффузия алюминия преобладает над диффузией кислорода на границах зерен оксида алюминия, но значения, рассчитанные для синтетического оксида алюминия, в значительной степени отличаются от значений, определенных для термически выращенных чешуек.Химический состав (особенно уровень примесей или изменение концентрации легирующей примеси) и / или микроструктура (размер зерен, переходное образование оксида алюминия и т. Д.) Двух типов оксида алюминия может объяснить эти различия [99,100], поэтому очень сложно сравнивать эксперименты по диффузии. на синтетическом и термически выращенном оксиде алюминия.

Хром используется в качестве изотопного маркера алюминия. Принимая во внимание, что и катионы хрома, и катионы алюминия диффундируют одинаково, результаты, полученные по коэффициентам диффузии хрома в окалине оксида алюминия, могут быть применены к коэффициентам диффузии катионов алюминия в той же шкале.В самом деле, легче использовать изотоп хрома в качестве диффузионного компонента, чем использовать алюминий, у которого нет природного изотопа; можно использовать только искусственный изотоп алюминия ²⁶ Al, который радиоактивен и очень дорог. Этот радиоактивный индикатор использовался в очень немногих работах [90,101].

Что вызывает короткое замыкание?

Термин «короткое замыкание» часто используется несколько неправильно для обозначения любой проблемы с проводкой в электрической цепи. Истинное короткое замыкание происходит, когда провода электрической цепи или соединения проводов обнажены или повреждены; они должны быть диагностированы и отремонтированы как можно скорее.

Что такое короткое замыкание?

Короткое замыкание относится к особому состоянию, при котором электричество выходит за пределы установленного пути электрической цепи. Короткое замыкание происходит, когда электрический поток завершает свой круговой путь через более короткое расстояние, чем присутствует в установленной проводке.

Определение короткого замыкания

По своей природе электричество стремится к тому, чтобы вернулся на землю , и в правильно функционирующей цепи это означает, что ток течет через установленную электрическую цепь обратно к сервисной панели, а затем обратно через электрические провода.Однако, если соединения внутри проводки ослабнут или разорвутся, электрический ток может «протечь». В этом случае электрический ток немедленно стремится вернуться к земле по более короткому пути. Этот путь вполне может проходить через легковоспламеняющиеся материалы или даже через человека, поэтому короткое замыкание представляет опасность пожара или смертельного шока.

Причина, по которой это происходит, заключается в том, что эти другие материалы предлагают путь с меньшим сопротивлением, чем присутствует в медной проводке цепи.Например, в выключателе света с неисправной проводкой или ненадежным соединением проводов, если оголенный медный горячий провод касается металлической распределительной коробки или металлической лицевой панели на переключателе, ток будет прыгать в направлении любого пути с наименьшим сопротивлением, что вполне может проходить через палец, руку и тело того, кто прикасается к переключателю.

2 типа короткого замыкания

В общих чертах, короткое замыкание — это любое состояние, при котором установленная электрическая цепь прерывается из-за дефекта проводки или электрических соединений.На самом деле, есть две ситуации, которые квалифицируются как короткие замыкания, хотя имеют разные названия.

Короткое замыкание

Термин короткое замыкание чаще всего используется электриками для обозначения ситуации, когда горячий провод, по которому проходит постоянный ток, касается нейтрального провода. Когда это происходит, сопротивление мгновенно уменьшается, и большой объем тока протекает неожиданным путем. Когда происходит это классическое короткое замыкание, иногда разлетаются искры, вы можете услышать треск, а иногда возникает дым и пламя.

Заземление

Короткое замыкание на землю — это тип короткого замыкания, которое происходит, когда ток, по которому проходит горячий провод, входит в контакт с какой-либо заземленной частью системы, например, с оголенным медным заземляющим проводом, заземленной металлической настенной коробкой или заземленной частью прибора. Как и в случае с классическим коротким замыканием, замыкание на землю вызывает мгновенное уменьшение сопротивления, что позволяет большому количеству беспрепятственного тока проходить по неожиданному пути. Здесь меньше шансов на возгорание и возгорание, но больше шансов на шок.

3 причины короткого замыкания

Есть несколько причин короткого замыкания, в том числе три, которые чаще всего виноваты.

Неисправность изоляции провода цепи

Старая или поврежденная изоляция может привести к соприкосновению нейтрали и горячих проводов, что может вызвать короткое замыкание. Неизолированные скобы, проколы гвоздей и винтов, а также старение могут привести к ухудшению состояния оболочки проводов или изоляции и возникновению коротких замыканий. Или, если животные-вредители, такие как мыши, крысы или белки, грызут проводку цепи, внутренние проводники могут быть оголены, что вызовет короткое замыкание.

Свободные соединения проводов

Крепления могут ослабнуть, иногда позволяя соприкасаться нейтральным проводом и проводом под напряжением. Исправить неисправные соединения проводов непросто, и с этим лучше всего справятся те, кто хорошо знаком с электромонтажными работами.

Неисправность электропроводки прибора

Когда устройство подключено к розетке, его проводка становится продолжением цепи, а любые проблемы в проводке устройства становятся проблемами цепи. В старых или сломанных приборах со временем может возникнуть внутреннее короткое замыкание.Короткое замыкание в электроприборах может происходить в вилках, шнурах питания или внутри самого устройства. Лучше попросить техника взглянуть на шорты в более крупных приборах, таких как духовки и посудомоечные машины. Меньшие по размеру приборы, такие как лампы, часто можно перемонтировать самостоятельно.

3 средства защиты от коротких замыканий

Поскольку как классические короткие замыкания, так и замыкания на землю представляют опасность поражения электрическим током и возгорания, ваша система электропроводки имеет различные средства защиты от этих опасностей.

Автоматические выключатели или предохранители

С 1960-х годов практически все новые или обновленные системы электропроводки защищены главной сервисной панелью, на которой размещены отдельные автоматические выключатели, управляющие отдельными цепями в доме. В старых установках проводки аналогичная защита обеспечивается предохранителями. Автоматические выключатели используют внутреннюю систему пружин или сжатого воздуха, чтобы определять изменения в протекании тока и разрывать соединение цепи при возникновении нарушений, таких как внезапное беспрепятственное протекание тока, возникающее во время короткого замыкания.

Прерыватели цепи при замыкании на землю (GFCI)

Начиная с 1971 года, электрические коды начали требовать защиты от замыкания на землю либо с помощью специальных автоматических выключателей GFCI, либо с помощью розеток GFCI. Эти устройства выполняют те же функции, что и автоматические выключатели, в том, что они обнаруживают изменения в протекании тока, но они намного более чувствительны, чем автоматические выключатели, и перекрывают ток, когда они обнаруживают очень незначительные колебания тока. GFCI являются наиболее ценными для защиты от ударов, которые могут возникнуть при коротких замыканиях типа замыкания на землю.

Смотреть сейчас: разница между розеткой GFCI и автоматическим выключателем GFCI

Прерыватели цепи от дугового замыкания (AFCI)

Начиная с 1999 года, электрические правила начали требовать нового типа защиты от дуги — искры, которая возникает при скачках электричества между металлическими контактами, что может произойти, когда проводное соединение ослаблено, но не полностью разъединено. Вы можете думать о AFCI как об устройстве, которое предупреждает короткое замыкание и отключает питание до того, как оно достигнет состояния короткого замыкания.В отличие от GFCI, которые предназначены для защиты от ударов, AFCI наиболее полезны для предотвращения пожаров, вызванных дуговым разрядом. Защита AFCI может быть обеспечена как автоматическими выключателями AFCI, так и розетками AFCI.

Работа с короткими замыканиями

Наиболее распространенным признаком короткого замыкания является срабатывание автоматического выключателя и отключение цепи. Однако есть и другие условия, которые могут вызвать срабатывание автоматического выключателя, например, перегрузка по мощности, поэтому важно определить, почему срабатывает автоматический выключатель.Если автоматический выключатель продолжает отключаться сразу после сброса, это явный признак того, что есть проблема с проводкой где-то в цепи или в одном из устройств, подключенных к этой цепи.

Следуйте этой процедуре, если вы подозреваете короткое замыкание:

Найдите сработавший автоматический выключатель: На главной сервисной панели найдите отдельный автоматический выключатель с ручкой, которая защелкнулась в положении ВЫКЛ. Некоторые выключатели могут иметь красный или оранжевый индикатор в виде окна, чтобы их было легче обнаружить.Этот сработавший прерыватель идентифицирует цепь, в которой существует проблема. При осмотре цепи оставьте выключатель выключенным.
Проверьте шнуры питания устройства: Проверьте все шнуры питания, подключенные к розеткам в цепи, которая отключилась. Если вы обнаружите что-либо, что повреждено или пластиковая изоляция расплавилась, велика вероятность, что короткое замыкание произошло внутри самого прибора или устройства. Отключите эти приборы от электрической сети. Если вы обнаружите подозрительные устройства, снова включите автоматический выключатель после отключения их от сети.Если цепь теперь остается активной без повторного отключения, вполне вероятно, что проблема возникла в приборе. Однако, если автоматический выключатель сразу же снова сработает, переходите к следующему шагу.
Выключите все выключатели света и приборов в цепи. Затем верните автоматический выключатель в положение ВКЛ.
Включите каждый выключатель света или выключатель прибора по одному. Если вы дойдете до переключателя, который снова вызывает срабатывание автоматического выключателя, вы определили участок электрической проводки, в котором имеется слабое соединение или проблема с проводкой.
Устранить проблему с электропроводкой. На этом этапе может потребоваться помощь профессионального электрика. Не пытайтесь сделать это, если вы не уверены в своих знаниях и уровне навыков. Этот ремонт будет включать отключение цепи, затем открытие розеток и распределительных коробок для проверки проводов и соединений проводов и выполнения любого необходимого ремонта.

Если вы не можете найти очевидную проблему в одном из подключаемых устройств или в соединениях проводки прибора, проблема, скорее всего, скрыта где-то в настенной проводке.Для решения этой проблемы вам потребуется вызвать квалифицированного электрика. Не включайте цепь повторно, пока проблема не будет выявлена и устранена — это может привести к пожару и поражению электрическим током для вас и вашей семьи. Любой запах дыма, следы обугливания или расплавленного пластика — признак серьезной проблемы.

Внутреннее сопротивление батареи и ток короткого замыкания.

Внутреннее сопротивление аккумулятора и ток короткого замыкания.

Значения внутреннего сопротивления аккумулятора и тока короткого замыкания можно узнать у производителей аккумуляторов.Методы, используемые для получения опубликованных значений, различаются, но при использовании метода, признанного международными стандартами, можно рассмотреть возможность сравнения продуктов.

Поиск в Интернете обнаружит множество статей, в которых обсуждаются реальные случаи короткого замыкания батареи и получены интересные результаты. Без предохранителя или автоматического выключателя батареи в системе короткое замыкание может привести к пожару и катастрофическому отказу. В качестве альтернативы, защита может сработать и изолировать батарею от точки отказа и нагрузки, что приведет к потере мощности оборудования, для защиты которого предназначена батарея.Отсюда следует, что на вопрос о токе короткого замыкания аккумуляторной батареи можно смотреть как минимум с двух точек зрения с практической точки зрения.

Внутреннее сопротивление можно использовать для расчета теоретического тока короткого замыкания, но используемый метод остается открытым. Тем не менее, значения внутреннего сопротивления могут использоваться для оценки фактического тока короткого замыкания в аккумуляторной системе.

В этой статье обсуждается, как производитель аккумуляторов рассчитывает опубликованное внутреннее сопротивление и токи короткого замыкания.Также рассматривается, как можно оценить ток короткого замыкания в практической системе.

Некоторые производители проводят фактические испытания на короткое замыкание для определения характеристик. Метод испытания обычно включает в себя полную зарядку продукта, который был «охарактеризован» для определения реальных характеристик по сравнению с фактическими характеристиками. Нет ничего необычного в том, что реальная производительность значительно лучше, чем опубликованная. По этой причине производитель заявляет, что полученные значения взяты из реальных испытаний типичного продукта, снятого с производства.Однако это не просто выполнение теста. Необходимо учитывать значение «короткой позиции» с точки зрения сопротивления. Совершенно очевидно, что просто соединить два разъема, идущие от опор ячеек и запускающих испытание, недопустимо. В одном крайнем случае соединители могут плавиться и действовать как плавкие предохранители, а в другом крайнем случае соединители могут представлять собой большие сплошные медные шины, которые нелегко прикрепить к клеммам ячеек. Как правило, производитель обращается к принятому стандарту, который дает некоторые рекомендации по методу, который следует использовать.

Результаты реальных испытаний на короткое замыкание очень интересны. В течение первых нескольких микросекунд тока не наблюдается. Через несколько миллисекунд ток начинает течь и быстро возрастает до пика, а затем падает обратно и в конечном итоге снижается до значения, близкого к номинальному опубликованному значению. Сила тока будет продолжать падать и в некоторых случаях может течь несколько часов, прежде чем достигнет нуля.

Фактические испытания на короткое замыкание интересны, но они не обязательно дают повторяемое значение, которое можно использовать для целей сравнения.Сопротивление цепи, температура и фактическое состояние заряда влияют на разные результаты. Точка, в которой необходимо измерить ток, имеет наибольшее изменение. Измерения, сделанные через 1 секунду, покажут большие отклонения по сравнению с измерениями, выполненными через 1 минуту. Имея это в виду, тесты показали, что «прогнозируемый» результат, сформулированный на основе реальных тестов, дает наиболее воспроизводимые результаты. Поскольку тесты основаны на одних и тех же контрольных точках, сравнения с другими продуктами можно проводить с хорошей точностью.

Методы, которые используются большинством производителей, включают разрядку с двумя разными скоростями и построение графика U / I характеристик. Обычно один разряд будет при умеренно высоком токе, и после заранее определенного времени разрядки будут записаны фактическое напряжение и фактический ток. Предварительно определенное время разряда будет довольно коротким, чтобы минимизировать удаляемую емкость Ач, но будет достаточно продолжительным для получения достаточно стабильных результатов. Выгрузка будет прекращена, и продукт будет стоять в разомкнутом контуре и дать ему возможность восстановиться в течение нескольких минут, прежде чем будет проведена вторая разрядка.Этот второй разряд будет происходить при более высоком токе, обычно в три раза превышающем значение первого тока. Опять же, по прошествии заданного времени фактическое напряжение и фактический ток будут записаны, и испытание будет завершено.

Затем внутреннее сопротивление рассчитывается следующим образом: —

Затем рассчитывается ток короткого замыкания по закону Ома, где в расчетах можно использовать 2,00 В. Некоторые производители могут использовать типичное напряжение холостого хода элемента, которое в значительной степени зависит от удельного веса элемента.Могут использоваться значения от 2,05 В до 2,15 В.

Значение внутреннего сопротивления может использоваться для оценки тока короткого замыкания в практической цепи.

Рассмотрим элемент на 250 Ач с заявленным внутренним сопротивлением 0,33 мОм.

Батарея состоит из 24 элементов, соединенных последовательно, что дает общее сопротивление элементов 0,33 x 24 = 7,92 мОм. Расчетное сопротивление внешней цепи составляет 0,5 мОм.

Расчетный ток короткого замыкания: —

I = (24 х 2.00 В) / ((24 x 0,33 мОм) + (0,5 мОм) = 48 В / 8,42 мОм = 5,701 A

Для сравнения, опубликованный ток короткого замыкания для одиночного элемента составляет 6 150 А.

Рассмотрим элемент на 2500 Ач с заявленным внутренним сопротивлением 0,049 мОм.
Эта батарея состоит из 240 ячеек, а внешняя цепь имеет сопротивление 21 мОм. Расчетный ток короткого замыкания: —

(240 x 2,00 В) / ((240 x 0,049 мОм) + 21 мОм)) = 480 В / (11,76 мОм + 21 мОм) = 480 В / 32,76 мОм = 14 652 А.

Значения внутреннего сопротивления и короткого замыкания зависят от типа рассматриваемой батареи, но в качестве ориентировки следующие значения являются типичными и приводятся только для сравнения.Производители публикуют эти значения, и пользователю следует проконсультироваться с ними, чтобы узнать правильное значение.

Значения ниже приведены только для справки и учитывают одиночную ячейку 100 Ач. Значения для многокамерных моноблоков будут другими.

Из приведенной выше таблицы видно, что продукт VRLA AGM имеет гораздо более высокий ток короткого замыкания и более низкое внутреннее сопротивление. Эта характеристика является результатом более тонких пластин с меньшим шагом пластин и сепараторов с очень низким сопротивлением в сочетании с электролитом с более высоким удельным весом, который увеличивает напряжение холостого хода и начальный ток разряда.Следует отметить, что внутреннее сопротивление элементов существенно не меняется в зависимости от состояния заряда до тех пор, пока элемент не разряжается более чем на 80%.

Ток короткого замыкания промышленных резервных аккумуляторов может быть чрезвычайно высоким, даже если номинальные характеристики этого не предполагают.

В реальной ситуации, даже с небольшими батареями, токи нередко достигают нескольких тысяч ампер. Для больших батарей, таких как те, которые используются в электростанциях, токи короткого замыкания могут превышать 40 кОм.

Даже когда аккумулятор не полностью заряжен, ток короткого замыкания очень похож на опубликованное значение, поскольку внутреннее сопротивление существенно не меняется до тех пор, пока элемент не приблизится к полностью разряженному.

Типовой метод определения внутреннего сопротивления

электрическое сопротивление — какое условие должно выполняться для короткого замыкания цепи?

Я видел несколько определений.Я перейду от самого простого к самому сложному. Скорее всего хватит и простых.

Наиболее распространенное определение короткого замыкания — это всякий раз, когда уравнения для модели вашей цепи предполагают, что один провод должен иметь два разных напряжения. Как вы знаете, идеальный провод имеет одинаковый потенциал во всех точках провода. Если ваши уравнения предполагают, что на провод необходимо одновременно подавать 2 разных напряжения, у вас короткое замыкание.

Самый очевидный пример — это простая петля с проводом, идущим от положительной стороны 5-вольтовой батареи к отрицательной.Для удобства возьмем опорное напряжение (землю) на отрицательной стороне аккумулятора. Провод подключается к отрицательной стороне, поэтому его напряжение также должно быть 0 В. Однако, поскольку провод также присоединен к положительной стороне, напряжение на проводе должно быть 5 В. Провод не может быть одновременно — это короткое замыкание.

В этих случаях происходит то, что ваша идеальная модель не работает, и реальное физическое поведение зависит от множества неидеальных поведений, которые вы обычно игнорируете.Например, у батареи есть «внутреннее» сопротивление, и у провода тоже есть сопротивление. Рассмотрев это, вы увидите, что провод на самом деле будет действовать скорее как длинный резистор, чем как идеальный провод.

Это подводит нас ко второму определению, которое вы увидите позже. Если вы перейдете к проектированию схем, вы можете в конечном итоге смоделировать схемы с точностью до того, как может смоделировать то, что происходит, когда вы соединяете два провода, которых у вас не должно быть. В этих случаях более простое определение «провод с двумя напряжениями» не работает, потому что вы построили свою модель, учитывающую эти эффекты.В этих случаях короткое замыкание определяется как любой путь с низким сопротивлением, который заставляет схему вести себя за пределами ее проектных спецификаций. Например, в радиочастотных цепях вы обнаружите много частотно-зависимых поведений. Вы должны тщательно смоделировать их. Вы можете найти резонансную частоту вашей цепи, которая вкладывает столько энергии в одну часть вашей цепи, что вы просто не планировали это, даже если у вас были модели для этого.

Наконец, есть нетерминальная версия.Иногда мы будем использовать слово «короткий», чтобы описать очень преднамеренный путь с низким сопротивлением. В электротехнике есть много случаев, когда вам могут посоветовать «замкнуть провод на землю», и это было в спецификациях конструкции. Один из примеров — шины с подтягивающими резисторами. Очень распространенная конструкция шины — это иметь коммуникационный провод, идущий между двумя микросхемами, который имеет подтягивающий резистор, подключающий его к источнику питания (5 В). Эта конструкция обеспечивает напряжение на проводе 5 В, что видят обе микросхемы. Если вы «закоротите его на землю», это означает, что вы подключаете провод непосредственно к земле.

Если вы увидите такой сценарий, вы поймете, что не существует «короткого замыкания», как описано в первых двух определениях. У вас просто есть соединение от 5 В через резистор к земле, и весь провод шины находится под 0 В. В этой связи нет ничего особенного. Однако мы все равно будем называть это «коротким замыканием». Почему? Что ж, язык работает загадочным образом. Однако, если бы мне пришлось рискнуть предположить, я бы сказал, что это потому, что подключение к земле чего-то, что еще не было подключено таким образом, является одним из тех действий, на которые обращает внимание инженер-электрик.Мы раньше создавали таким образом короткие замыкания. В данном случае предполагается, что это соединение. Называя его «коротким», человек, пишущий инструкции, дает понять работнику, что да, действительно, это будет путь к земле, и да, он понимает, что такое соединение было бы плохим, если бы не соображения ‘ т взят.

Электрическое короткое замыкание — типы, причины и профилактика

Короткое замыкание — это соединение с низким сопротивлением между двумя проводниками, которые подают электроэнергию в цепь.Это вызовет избыточное протекание напряжения и вызовет чрезмерное протекание тока в источнике питания. Электричество будет проходить по «короткому» маршруту и вызовет короткое замыкание.

Что такое Типы электрического короткого замыкания

1. Нормальное короткое замыкание

Это когда горячий провод, по которому проходит ток, касается нейтрального провода. Когда это произойдет, сопротивление мгновенно упадет, и большой ток пройдет неожиданным путем.

2. Короткое замыкание на землю

Короткое замыкание при замыкании на землю происходит, когда ток, по которому проходит ток, входит в контакт с какой-либо заземленной частью системы. Это может быть заземленная металлическая настенная коробка, оголенный провод заземления или заземленная часть прибора.

Каковы основные причины электрического короткого замыкания

Неисправность изоляции провода цепи

Если изоляция повреждена или старая, горячие провода могут соприкасаться с нейтралью.Это вызовет короткое замыкание.

Возраст провода, гвоздей или шурупов может повредить изоляцию и привести к короткому замыканию. Есть риск, что вредители прогрызут изоляцию, а также оголят жилы проводов.

Если есть какие-либо незакрепленные соединения или крепления проводов, это позволит контактировать токоведущий и нейтральный провод. Если вы видите неисправные соединения проводов, не пытайтесь исправить это самостоятельно и немедленно обратитесь к специалисту.

Если вы подключаете прибор к розетке, его проводка становится продолжением цепи.Следовательно, если есть какие-либо проблемы в электропроводке прибора, это перерастет в проблемы цепи.

Короткое замыкание может произойти в шнурах питания, вилках или внутри устройства. Убедитесь, что у вас есть защита от короткого замыкания для всех приборов.

Как предотвратить короткое замыкание

Розетки и устройства для мониторов

К каждой розетке подключена сеть проводов. Если есть неисправные провода, неплотные соединения коробки или розетка старше 15-25 лет, это может привести к короткому замыканию.Обратите внимание на возможные признаки неисправности розеток, в том числе:

Ожоги на выходе или запах гари
Искра, исходящая из розетки
Жужжащий звук из розетки

Аналогичным образом проверьте бытовые приборы и их проводку. Неисправная проводка или трещины в приборе могут вызвать короткое замыкание. Отремонтируйте такие приборы или замените их полностью.

Используйте меньше электроэнергии во время шторма

Короткое замыкание, вызванное ударом молнии, может быть чрезвычайно опасным, поскольку большое количество электричества может привести к повреждению.Уменьшите потребление электроэнергии во время шторма, так как это может помочь предотвратить короткое замыкание и уменьшить ущерб в случае скачка напряжения.

Пройдите ежегодный осмотр электрооборудования

Вызовите сертифицированного специалиста и проводите электрическую проверку не реже одного раза в год. Они могут выявить критические проблемы и решить их до того, как они станут опасными, потому что они знают, как исправить короткое замыкание.

Установить устройства, предотвращающие короткое замыкание

Автоматические выключатели или предохранители: Автоматический выключатель — это коммутационное устройство в цепи, которое прерывает ненормальный ток.Он использует внутреннюю систему пружин или сжатого воздуха, чтобы определять любые изменения в текущем потоке. Он «разрывает» цепь и прерывает прохождение тока. Плавкий предохранитель — это устройство, обеспечивающее защиту от перегрузки по току. В нем есть металлическая полоса или проволока, которая плавится при прохождении через нее большого количества тока. Это прерывает цепь.

Прерыватели цепи при замыкании на землю (GFCI): GFCI работает, сравнивая величину тока, протекающего в цепи и из нее. Если есть замыкание на землю или дисбаланс между входящими и выходящими токами, GFCI отключит электрическое питание.

Прерыватели цепи при возникновении дугового замыкания (AFCI): AFCI разрывает цепь при обнаружении электрической дуги в цепи. Это помогает предотвратить электрические пожары.

Проверьте AFCI против GFCI и где их следует установить, чтобы получить дополнительную информацию о том, где следует устанавливать AFCI и GFCI.

Исследование зависимости мощности и КПД источника тока от внешней нагрузки

МОЩНОСТЬ, ВЫДЕЛЯЕМАЯ ВО ВНЕШНЕЙ ЦЕПИ

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ

Вопросы и задания для самоконтроля

Полная цепь 🐲 СПАДИЛО.РУ

Закон Ома для полной цепи

Напряжение на внешней цепи

КПД источника тока

Короткое замыкание

Примеры решения задач. Зависимость мощности и кпд источника тока от нагрузки Мощность, выделяемая во внешней цепи

МОЩНОСТЬ, ВЫДЕЛЯЕМАЯ ВО ВНЕШНЕЙ ЦЕПИ

КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ

МЕТОДИКА И ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ

Вопросы и задания для самоконтроля

ЭДС батареи аккумуляторов 12 В. Сила тока короткого замыкания 5 А. Какую наибольшую

Условие задачи:

Дано:

Решение задачи:

Ответ: 15 Вт.

Внутреннее сопротивление источника

Закон Ома для полной цепи

1. Источник тока

Электродвижущая сила источника тока

2. Закон Ома для полной цепи

Напряжение на полюсах источника

3. КПД источника тока

Дополнительные вопросы и задания

Стороннее поле. ЭДС

— причины и последствия

Что такое короткое замыкание?

Что такое ток короткого замыкания?

Короткое замыкание и перегрузка

Что вызывает короткое замыкание?

Последствия короткого замыкания

Состояние короткого замыкания — обзор

1.4.6 Эквивалентность источника и преобразование

Короткое замыкание — обзор

10.2.4 Коэффициенты диффузии кислорода и катионов в окалине оксида алюминия

Что вызывает короткое замыкание?

Что такое короткое замыкание?

Определение короткого замыкания

2 типа короткого замыкания

Короткое замыкание

Заземление

3 причины короткого замыкания

Неисправность изоляции провода цепи

Свободные соединения проводов

Неисправность электропроводки прибора

3 средства защиты от коротких замыканий

Автоматические выключатели или предохранители

Прерыватели цепи при замыкании на землю (GFCI)

Смотреть сейчас: разница между розеткой GFCI и автоматическим выключателем GFCI

Прерыватели цепи от дугового замыкания (AFCI)

Работа с короткими замыканиями

Внутреннее сопротивление батареи и ток короткого замыкания.

Внутреннее сопротивление аккумулятора и ток короткого замыкания.

электрическое сопротивление — какое условие должно выполняться для короткого замыкания цепи?

Электрическое короткое замыкание — типы, причины и профилактика

alexxlab

Добавить комментарий Отменить ответ

Рубрики