Работа и мощность в цепи постоянного тока.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 5Следующая ⇒

Работа тока— это работа электрического поля по переносу электрических зарядов вдоль проводника;
Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого работа совершалась.

Применяя формулу закона Ома для участка цепи, можно записать несколько вариантов формулы для расчета работы тока:

По закону сохранения энергии:

работа равна изменению энергии участка цепи, поэтому выделяемая проводником энергия
равна работе тока.

В системе СИ:

ЗАКОН ДЖОУЛЯ -ЛЕНЦА

При прохождениии тока по проводнику проводник нагревается, и происходит теплообмен с окружающей средой, т.е. проводник отдает теплоту окружающим его телам.

Количество теплоты, выделяемое проводником с током в окружающую среду, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику.

По закону сохранения энергии количество теплоты, выделяемое проводником численно равно работе, которую совершает протекающий по проводнику ток за это же время.

В системе СИ:

[Q] = 1 Дж

МОЩНОСТЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

— отношение работы тока за время t к этому интервалу времени.

В системе СИ:

 

Первый закон Кирхгофа.

Сколько тока втекает в узел, столько из него и вытекает. i₂ + i₃ = i₁ + i₄

Первое правило Кирхгофа (правило токов Кирхгофа) гласит, что алгебраическая сумма токов в каждом узле любой цепи равна нулю. При этом втекающий в узел ток принято считать положительным, а вытекающий — отрицательным:

Иными словами, сколько тока втекает в узел, столько из него и вытекает. Это правило следует из фундаментального закона сохранения заряда.

7. Расчет цепи методом эквивалентных структурных преобразований.

Метод эквивалентных структурных преобразований.

В основе различных методов преобразования электрических схем лежит понятие эквивалентности, согласно которому напряжения и токи в ветвях схемы, не затронутых преобразованием, остаются неизменными. Преобразования электрических схем применяются для упрощения расчетов. Рассмотрим наиболее типичные методы преобразования. Последовательное соединение элементов.

При последовательном соединении элементов через них протекает один и тот же ток I (рис. 1.18). Согласно второму закону Кирхгофа, напряжение, приложенное ко всей цепи

(1.27)

Для последовательного соединения сопротивлений r₁,r₂…r_n (рис. 1.18) с учетом (1.6) будем иметь

(1.28)

Ток в цепи с последовательным соединением элементов равен:

 

(1.29)

а напряжение на n-ом элементе равно

 

(1.30)

При последовательном соединении источников напряжения они заменяются одним эквивалентным источником с напряжением Uэкв, равным алгебраической сумме напряжений отдельных источников. Причем со знаком «+» берутся напряжения, совпадающие с напряжением эквивалентного источника, а со знаком «-» — несовпадающие (рис. 1.19).

 

Параллельное соединение элементов.

Соединение групп элементов, при котором все элементы находятся под одним и тем же напряжением, называется параллельным (рис. 1.20). Согласно первому Кирхгофа, ток всей цепи I равен алгебраической сумме токов в параллельных ветвях, т.е.

(1.31)

На основании этого уравнения с учетом (1.8) для параллельного соединения резистивных элементов получаем:

(1.32)

где -эквивалентная проводимость.

 

 

Токи и мощности параллельно соединенных ветвей при U=const (рис. 1.20) не зависят друг от друга и определяются по формулам:

(1.33)

Мощность всей цепи равна :

, (1.34)

где rэ=1/gэ -эквивалентное сопротивление цепи.

При увеличении числа параллельных ветвей эквивалентная проводимость электрической цепи возрастает, а эквивалентное сопротивление соответственно уменьшается. Это приводит к увеличению тока I. Если напряжение остается постоянным, то увеличивается также общая мощность Р. Токи и мощности ранее включенных ветвей не изменяются.

Рассмотрим частные случаи параллельного соединения резистивных элементов.

а) параллельное соединение двух элементов

б) параллельное соединение n ветвей с одинаковыми сопротивлениями

(1.36)



Билет № 14. Работа и мощность в цепи постоянного тока — Студопедия

Работа и мощность в цепи постоянного тока. Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи

работа тока: А = Ult, или А = I²R t = U²/R • t.

Мощность, по определению, N = A/t, следова­тельно, N = UI = I² R = U²/R.

законом Джоуля—Ленца и чи­тается так. При прохождении тока по проводнику количество теплоты, выделившейся в проводнике, прямо пропорционально квадрату силы, тока, со­противлению проводника и времени прохождения тока.

Q = I²

Rt.

Ис­точник тока характеризуется энергетической харак­теристикой, которая называется ЭДС — электродви­жущая сила источника. ЭДС — характеристика источника энергии неэлектрической природы в электрической цепи, необходимого для поддержания в ней электрического тока. ЭДС измеряется отноше­нием работы сторонних сил по перемещению вдоль замкнутой цепи положительного заряда к этому за­ряду ЭДС= A_ст/q

ЭДС равна сумме падений напряжений на внутреннем и внешнем участках замкнутой цепи. Обычно это выражение записывают так: I = ЭДС/(R + r)., законом Ома для полной цепи и читается так. Сила тока в полной цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.

При разомкнутой цепи ЭДС равна напряжению на зажимах источника и, следовательно, может быть измерена вольтметром.

Билет № 15

Магнитное поле, условия его существования. Действие магнитного поля на электрический заряд и опыты, подтверждающие это действие. Магнитная индукция

В 1820 г. датский физик Эрстед обнаружил, что магнитная стрелка поворачивается при пропус­кании электрического тока через проводник, нахо­дящийся около нее (рис.19).Ампер установил, что два проводника, расположенные параллельно друг другу, испытывают взаимное притяжение, если ток течет по ним в одну сторону, и отталкивание, если токи текут в разные стороны (рис. 20). Явление взаимодействия токов Ампер назвал

электродинамическим взаимодейст­вием.

Магнит­ное поле — особый вид материи, который возникает в пространстве вокруг любого переменного электри­ческого поля.

Магнитное поле всегда порождается перемен­ным электрическим, и, наоборот, переменное элек­трическое поле всегда порождает переменное магнит­ное поле.

Магнитное поле без электрического не существу­ет, так как носителей магнитного поля нет.

Магнитное поле является силовым полем. Си­ловой характеристикой магнитного поля называют магнитную индукцию (В).Магнитная индукция — это векторная физическая величина, равная макси­мальной силе, действующей со стороны магнитного поля на единичный элемент тока. В = F/II. Единич­ный элемент тока — это проводник длиной 1 м и си­лой тока в нем 1 А. Единицей измерения магнитной индукции является тесла. 1 Тл = 1 Н/А • м.

. Для графического изображения магнитных полей вводятсясиловые линии, илилинии индукции, —это такие линии, в каждой точке которых вектор магнитной индукции направлен по касательной. На­правление силовых линий находится по правилу бу­равчика. Если буравчик ввинчивать по направлению тока, то направление вращения рукоятки совпадет с направлением силовых линий.

Как установил Ампер, на проводник с током, по­мещенный в магнитное по­ле, действует сила. Сила, действующая со стороны, магнитного поля на провод­ник с током, прямо пропор­циональна силе тока. длине проводника в магнитном поле и перпендикулярной со­ставляющей вектора магнитной индукции. Это и есть формулировка закона Ампера, который записы­вается так: F_a = ПВ sin α.

Направление силы Ампера определяют по пра­вилу левой руки. Если левую руку расположить так, чтобы четыре пальца показывали направление тока, перпендикулярная составляющая вектора магнитной индукции входила в ладонь, то отогну­тый на 90° большой палец покажет направление силы Ампера В = В sin α.

Билет № 16

Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Полупроводниковые приборы

Полупроводники — это вещества, удельное со­противление которых убывает с повышением темпе­ратуры, наличия примесей, изменения освещен­ности. По этим свойствам они разительно отличают­ся от металлов. Обычно к полупроводникам относят­ся кристаллы, в которых для освобождения электро­на требуется энергия не более 1,5 — 2 эВ. Типичны­ми полупроводниками являются кристаллы герма­ния и кремния, в которых атомы объединены ковалентной связью.. При нагревании полупроводников их атомы ионизируют­ся. Освободившиеся электроны не могут быть захва­чены соседними атомами, так как все их валентные связи насыщены. Свободные электроны под действи­ем внешнего электрического поля могут перемещать­ся в кристалле, создавая ток проводимости.

Внешне этот процесс хаотического перемещения воспринимается как пе­ремещение положительного заряда, называемого «дыркой». При помещении кристалла в электриче­ское поле возникает упорядоченное движение «ды­рок» — ток дырочной проводимости.

В идеальном кристалле ток создается равным количеством электронов и «дырок». Такой тип про­водимости называют собственной проводимостью полупроводников. При повышении температуры (или освещенности) собственная проводимость проводни­ков увеличивается.

На проводимость полупроводников большое влияние оказывают примеси. Примеси бывают до-норные и акцепторные.Донорная примесь — это примесь с большей валентностью. При добавлении донорной примеси в полупроводнике образуются лишние электроны. Проводимость станет электрон­ной, а полупроводник называют полупроводником n-типа. Например, для кремния с валентностью п = 4 донорной примесью является мышьяк с валент­ностью п = 5. Каждый атом примеси мышьяка при­ведет к образованию одного электрона проводимости.

Акцепторная примесь — это примесь с мень­шей валентностью. При добавлении такой примеси в полупроводнике образуется лишнее количество «ды­рок». Проводимость будет «дырочной», а полупро­водник называют полупроводником p-типа. Напри­мер, для кремния акцепторной примесью является индий с валентностью n = 3. Каждый атом индия приведет к образованию лишней «дырки».

Принцип действия большинства полупровод­никовых приборов основан на свойствах р-п перехо­да.

Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца

Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца

Подробности

Просмотров: 799

Работа тока — это работа электрического поля по переносу электрических зарядов вдоль проводника;

Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого работа совершалась.

Применяя формулу закона Ома для участка цепи, можно записать несколько вариантов формулы для расчета работы тока:

По закону сохранения энергии:

работа равна изменению энергии участка цепи, поэтому выделяемая проводником энергия равна работе тока.

В системе СИ:

ЗАКОН ДЖОУЛЯ -ЛЕНЦА

При прохождениии тока по проводнику проводник нагревается, и происходит теплообмен с окружающей средой, т.е. проводник отдает теплоту окружающим его телам.

Количество теплоты, выделяемое проводником с током в окружающую среду, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику.

По закону сохранения энергии количество теплоты, выделяемое проводником численно равно работе, которую совершает протекающий по проводнику ток за это же время.

В системе СИ:

[Q] = 1 Дж

МОЩНОСТЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

— отношение работы тока за время t к этому интервалу времени.

В системе СИ:

Электростатика и законы постоянного тока — Класс!ная физика

Электрический заряд. Электризация. Закон сохранения электрического заряда. Закон Кулона. Единица электрического заряда — Близкодействие и дальнодействие. Электрическое поле. Напряженность электрического поля. Принцип суперпозиции полей. Силовые линии электрического поля — Проводники и диэлектрики в электростатическом поле. Поляризация диэлектриков
— Потенциальная энергия тела в электростатическом поле. Потенциал электростатического поля и разность потенциалов. Связь между напряженностью электростатического поля и разхностью потенциалов — Электроемкость. Конденсаторы. Энергия заряженного конденсатора — Электрический ток. Сила тока. Условия, необходимые для существования электрического тока. Закон Ома для участка цепи. Сопротивление — Работа и мощность тока

Любознательным

Следы на песке

Если вам приходилось, гулять по пляжу во время отлива, то, вероятно, вы заметили, что, как только нога ступает на мокрый твердый песок, он немедленно подсыхает и белеет вокруг вашего следа. Обычно это объясняют тем, что под тяжестью тела вода «выжимается» из песка. Однако это не так, потому что песок не ведет себя подобно мочалке. Почему же белеет песок? Будет ли песок оставаться белым все время, пока вы стоите на месте?

Оказывается…
Побеление песка на пляже впервые объяснил Рейнольде в 1885 г. Он показал, что объем песка увеличивается, когда на него наступают. До этого песчинки были «упакованы» самым плотным образом. Под действием деформации сдвига, которая возникает под подошвой ботинка, объем, занимаемый песчинками, может лишь увеличиться. В то время как уровень песка поднимается резко, уровень воды может подняться лишь в результате капиллярных явлений, а на это требуется время. Поэтому на дне следа ноги песок некоторое время оказывается выше уровня воды — он сухой и белый.

Источник: «Физический фейерверк» Дж. Уокер

Билет №14. — Студопедия

^ 1. Работа и мощность в цепи постоянного тока. Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи.

При упорядоченном движении заряженных частиц в проводнике электрическое поле совершает работу; ее принято называтьработой тока.

— работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого совершалась работа. Также .

Мощность по определению , следовательно, .
Закон, определяющий количество теплоты, — законом Джоуля — Ленца: количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику: .

Любой электрический прибор рассчитан на потребление определенной энергии в единицу времени, поэтому наряду с работой тока важное значение имеет понятие мощность тока. Мощность тока равна отношению работы тока за время к этому интервалу времени: .
^ Полная замкнутая цепь представляет собой электрическую цепь, в состав которой входят внешние сопротивления и источник тока (рис.). Как один из участков цепи, источник тока обладает сопротивлением, которое называют внутренним, r.

Для того чтобы ток проходил по замкнутой цепи, необходимо, чтобы в источнике тока зарядам сообщалась дополнительная энергия, она появляется за счет работы по перемещению зарядов, которую производят силы неэлектрического происхождения (сторонние силы) против сил электрического поля. Источник тока характеризуется энергетической характеристикой, которая называется ЭДС — электродвижущая сила источника.
ЭДС измеряется отношением работы сторонних сил по перемещению вдоль замкнутой цепи положительного заряда к величине этого заряда .

Пусть за время t через поперечное сечение проводника пройдет электрический заряд q. Тогда работу сторонних сил при перемещении заряда можно записать так: . Согласно определению силы тока, , поэтому . При совершении этой работы на внутреннем и внешнем участках цепи, сопротивления которых r и R, выделяется некоторое количество теплоты. По закону Джоуля – Ленца оно равно: . Согласно закону сохранения энергии, A=Q. Следовательно, . Произведение силы тока на сопротивление участка цепи часто называют падением напряжения на этом участке.

Таким образом, ЭДС равна сумме падений напряжений на внутреннем и внешнем участках замкнутой цепи. Обычно это выражение записывают так: .

Эту зависимость опытным путем получил Георг Ом, называется она законом Ома для полной цепи и формулируется так: сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению. При разомкнутой цепи ЭДС равна напряжению на зажимах источника и, следовательно, может быть измерена вольтметром.

^ 2. Лабораторная работа «Измерение массы тела».

Работа и мощность тока. Переменный и постоянный ток.

Всем доброго времени суток! В сегодняшней статье мы будем разбираться с понятиями работы и мощности электрического тока. Для начала рассмотрим постоянный ток, а затем проведем аналогичные “исследования” и для цепей переменного тока 🙂 Тема довольно обширная, формул много, так что давайте приступать!

Работа и мощность постоянного тока.

Давайте вспомним первую статью курса “Основы электроники” – вот она. Там мы определили напряжение как работу, которую необходимо затратить для переноса единичного заряда из одной точки в другую. Обозначим эту величину – A. Чтобы найти работу, которую совершат несколько зарядов, нам необходимо работу одного заряда умножить на количество зарядов:

A_0 = AN

По определению мощность – это работа за единицу времени. Таким образом, мы получаем формулу мощности:

P = \frac{A_0}{\Delta t} = \frac{N}{\Delta t}A

Снова возвращаемся мысленно к уже упомянутой первой статье курса, в которой мы обсуждали понятия тока и напряжения и вспоминаем, что количество зарядов, проходящее через проводник в единицу времени (\frac{N}{\Delta t}) – это и есть ток по определению. И в итоге мы приходим к следующему выражению для мощности электрического тока:

P = IU

Здесь мы также учли, что работа A – численно равна напряжению на данном участке цепи.Собственно, мы получили одну из основных формул для нахождения мощности постоянного тока. А учитывая закон Ома получаем следующее:

P = IU = I(IR) = I^2R

P = IU = \frac{U}{R}\medspace U = \frac{U^2}{R}

Единицей измерения мощности является Ватт, а 1 Вт – мощность, при которой за 1 секунду совершается работа 1 Джоуль.

Тут необходимо остановиться на одном довольно интересном нюансе. Часто при обсуждении работы электрического тока можно услышать сочетание – киловатт-час. Например, электросчетчики в домах показывают работу именно в этих единицах измерения. Так вот несмотря на схожесть в названиях единиц измерения мощности (ватт) и работы (киловатт – час / ватт – час) не стоит забывать, что эти термины относятся к разным физическим величинам. Чтобы перевести КВт*ч в более привычные с точки зрения системы измерений Си Джоули можно воспользоваться следующим математическим соотношением:

1\medspace КВт\cdotч = 3600000\medspace Дж

Давайте рассмотрим небольшой пример для иллюстрации вышесказанного 🙂 Итак, пусть у нас есть чайник, мощность которого составляет 1200 Вт (1.2 КВт). Мысленно включим его на 10 минут (1/6 часа). В итоге, работа электрического тока (а вместе с ней и потребленная чайником энергия) составит:

1200\medspace Вт \cdot 1 / 6\medspace ч = 200\medspace Вт\cdot ч = 0.2\medspace КВт\cdotч

С работой и мощностью постоянного тока все понятно, давайте перейдем к цепям переменного тока.

Мощность переменного тока.

Пусть у нас ток и напряжение изменяются по следующим законам:

i(t) = I_m\medspace sin(wt\medspace-\medspace \beta)

u(t) = U_m\medspace sin(wt)

Мы приняли, что ток и напряжение сдвинуты по фазе на величину \beta.

Мгновенная мощность (мощность переменного тока в любой момент времени) будет равна:

p(t) = u(t)\medspace i(t) = U_m\medspace sin(wt) \cdot I_m\medspace sin(wt\medspace-\medspace \beta)

Преобразуем формулу в соответствии с тригонометрической формулой произведения синусов:

p(t) = U_m\medspace sin(wt)\medspace I_m\medspace sin(wt\medspace-\medspace \beta) = \frac{1}{2}\medspace U_m\medspace I_m\medspace (cos\beta\medspace-\medspace cos(2wt\medspace-\medspace \beta)) = \\\frac{1}{2}\medspace U_m\medspace I_m\medspace cos\beta\medspace-\medspace \frac{1}{2}\medspace U_m\medspace I_m\medspace cos(2wt\medspace-\medspace \beta)

Вот так будут выглядеть зависимости тока, напряжения и мощности переменного тока от времени:

На самом деле практический интерес представляет не мгновенное значение мощности (которое постоянно меняется), а среднее. Для среднего значения мощности переменного тока за период запишем следующее выражение:

P =\frac{1}{T}\medspace\int_0^Tp(t)\,\mathrm{d}t

Не буду особо нагружать математическими выкладками, давайте просто обратим внимание на то, что в формуле мгновенной мощности второе слагаемое (-U_m\medspace I_m\medspace cos(2wt\medspace-\medspace \beta)) при интегрировании (суммировании) будет равно нулю. Это связано с тем, что если мы рассматриваем конкретный период, то значение косинуса в течение одного полу-периода сигнала будет иметь положительную величину, а в течение другого – отрицательное). Поэтому в финальной формуле средней мощности переменного тока останется только интеграл от первого слагаемого:

P = \frac{1}{T} \cdot\medspace \frac{1}{2}\medspace I_m\medspace U_m\medspace cos\beta T = \frac{1}{2}\medspace I_m\medspace U_m\medspace cos\beta

Вот мы и получили выражение для вычисления средней за период мощности в цепи переменного тока (ее также называют активной мощностью)!

Если сдвиг фаз между током и напряжением будет равен нулю, то значение средней мощности будет максимальным (поскольку cos 0 = 1). В случае сдвига фаз часть мощности передается в нагрузку (активная мощность), а часть нет (реактивная мощность). Реактивная мощность характеризует энергию, которая переходит от источника к реактивным элементам цепи, а затем возвращается этими элементами обратно в источник в течение одного периода. Из формулы понятно, что чем больше cos\beta, тем больше мощности попадет непосредственно в нагрузку, поэтому величину cos\beta называют коэффициентом мощности. Активную мощность мы определили ранее, а вот для реактивной мощности справедлива немного другая формула:

Q = \frac{1}{2}\medspace I_m\medspace U_m\medspace sin\beta

Ну а полная мощность переменного тока равна:

S = \sqrt{(P^2 + Q^2)}

На сегодня на этом все, мы разобрались с понятиями работы и мощности электрического тока, до скорых встреч на нашем сайте!

Физика Работа и мощность постоянного тока

При упорядоченном движении заряженных частиц в проводнике электрическое поле совершает работу; ее принято называть работой тока. 
Для того чтобы узнать, от чего зависит работа электрического тока, проведем следующий эксперимент. Нарисована схема электрической цепи. По ней соберем электрическую цепь. Когда цепь собрана, снимаем показания всех имеющихся электроприборов. Изменяя сопротивление реостата, акцентируем внимание на разном свечении лампочки. Чем ярче светит лампочка, тем больше в ней выделяется энергии, и, следовательно, тем большую работу совершает электрический ток.
По опыту можно качественно установить, что работа электрического тока пропорциональна силе тока, напряжению и времени прохождения тока. 
Пусть за время дельта т через поперечное сечение проводника проходит заряд дельта кю. Тогда электрическое поле совершит работу. Так как сила тока есть заряд, который прошел через поперечное сечение проводника за единицу времени, то эта работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого совершалась работа.
В случае, если на участке цепи не совершается механическая работа и ток не производит химических действий, происходит только нагревание проводника. Происходит это следующим образом. Электрическое поле ускоряет электроны. После столкновения с ионами кристаллической решетки они передают ионам свою энергию. В результате энергия беспорядочного движения ионов около положения равновесия возрастает. Это означает увеличение внутренней энергии. Температура проводника при этом повышается, и он начинает передавать тепло окружающим телам. Спустя небольшое время после замыкания цепи процесс устанавливается, и температура перестает изменяться со временем. К проводнику за счет работы электрического поля непрерывно поступает энергия. Но его внутренняя энергия остается неизменной, так как проводник передает окружающим телам количество теплоты, равное работе тока.
Если в формуле нахождения работы электрического тока выразить либо напряжение через силу тока, либо силу тока через напряжение, то по закону Ома для участка цепи, то получим три эквивалентные формулы. Формулой А равно произведению И в квадрате Эр дельта Тэ удобно пользоваться для последовательного соединения проводников, так как сила тока в этом случае одинакова во всех проводниках. При параллельном соединении удобна формула  А равно произведению дельта тэ на частное у в квадрате на эр, так как напряжение на всех проводниках одинаково.
Оказалось, что электрический ток нагревает проводники, но не все: через растворы кислот, солей и щелочей, где нет кристаллической решетки, электроны проходят беспрепятственно и не передают раствору своей энергии (он не нагревается).
 Нагревание же металлического проводника зависит: во-первых, от его сопротивления (чем оно меньше, тем больше выделяется в проводнике тепла), во-вторых, от силы тока в нем (чем она больше, тем сильнее нагревается проводник). Так, если сила тока возрастет в 2 раза, то и количества теплоты выделиться в проводнике в 2 раза больше.
 К такому выводу пришли одновременно и независимо друг от друга английский ученый Ом, английский ученый Джоуль и русский ученый Ленц.
Любой электрический прибор рассчитан на потребление определенной энергии в единицу времени. Поэтому наряду с работой тока очень важное значение имеет понятие мощность тока. Мощность тока равна отношению работы тока за время дельта т к этому интервалу времени. На большинстве приборов указана потребляемая ими мощность.
Практически на всех электроприборах, используемых в быту и технике, в техническом паспорте указывается  мощность тока, на которую они рассчитаны. Зная мощность, легко можно определить работу тока за заданный промежуток времени. Тогда 
1Дж = 1Вт ∙ с (ватт-секунда)
Однако эту единицу работы неудобно использовать на практике, так как в потребителях электроэнергии ток производит работу в течение длительного времени, например, в бытовых приборах – в течение нескольких часов, в электропоездах – даже в течение нескольких суток. Поэтому на практике, вычисляя работу тока, удобнее время выражать в часах, а работу не в джоулях, а в других единицах: ватт — час (Вт ∙ ч) и кратных им единицах.
Рассмотрим пример. Почему на одной из лампочек выделится большее количество теплоты? Раннее было сказано, что нагревание металлического проводника зависит от его сопротивления (чем оно меньше, тем больше выделяется в проводнике тепла).
При параллельном соединении, чем больше сопротивление прибора, тем меньший ток по нему протекает. Поэтому этот прибор выделяет меньше тепла. При последовательном соединении сила тока на каждом участке одинакова, количество выделяемого тепла прямо пропорционально зависит от сопротивления прибора. Поэтому, чем больше сопротивление прибора, тем больше он нагревается. 
Имеются 25- ваттная и 100- ваттная лампочки, рассчитанные на одно и то же напряжение, соединенные последовательно и включенные в сеть. На какой из них выделится большее количество теплоты за одно и тоже время? 
Решим задачу. Так как ток по обеим лампам течет одинаковый и время работы ламп одно и то же, то величина выделяемого тепла прямо пропорционально зависит от сопротивления ламп. Следовательно, чем больше сопротивление, тем ярче будет гореть лампа. Ответ: на 100-ваттной лампе выделится больше тепла.
Интересные факты. В прошлом веке в качестве счетчиков электроэнергии использовали ванночки с раствором медного купороса. Проходящий ток вызывал оседание меди на электродах. По увеличению их массы и судили о количестве протекшего электричества.
Счетчики измеряют работу не в джоулях, а в более крупных единицах работы – киловатт-часах. 1 кВт·ч электроэнергии достаточно для выпечки 36 кг хлеба; добычи 30 кг нефти или 40 кг каменного угля.
Сегодня мы платим «за свет», как говорят в народе. То есть мы платим за электроэнергию – работу, совершенную электричеством в нашем доме. Чтобы измерить электроэнергию, устанавливают счетчики. Мощность, потребляемой электроэнергии измеряют с помощью прибора ваттметр.
Устройство и принцип работы электрического счетчика. В зазоре между магнитопроводом 8 обмотки напряжения 7 и магнитопроводом 10 токовой обмотки 13 размещен подвижной алюминиевый диск 17, насаженный на ось 1, установленную в пружинящем подпятнике 15 и верхней опоре 5. Через червяк 2, укрепленный на оси, и соответствующие зубчатые колеса вращение диска 17 передается к счетному механизму.
Для прикрепления счетного механизма к счетчику имеется отверстие 4. Токовая обмотка 13, включаемая последовательно в исследуемую цепь, состоит из малого числа витков, намотанных толстым проводом (соответственно номинальному току счетчика).
Обмотка напряжения 7, включаемая в цепь параллельно, состоит из большего числа (8000 — 12000) витков, намотанных тонким проводом — диаметром 0,08 — 0,12 мм.
Когда к этой обмотке приложено переменное напряжение, а по токовой обмотке протекает ток нагрузки, в магнитопроводах 8 и 10 появляются переменные магнитные потоки, замыкающиеся через алюминиевый диск. Переменные магнитные потоки, пронизывая диск, наводят в нем вихревые токи.
Эти токи, взаимодействуя с соответствующими потоками, образуют вращающий момент, действующий на подвижный алюминиевый диск.
При помощи постоянного магнита 3, в поле которого вращается диск счетчика, создается тормозной (противодействующий) момент.
Установившаяся скорость вращения диска наступает при равенстве вращающего и тормозного моментов.
Число оборотов диска за определенное время будет пропорционально израсходованной энергии или установившаяся равномерная скорость вращения диска будет пропорциональна мощности при условии, что вращающий момент, действующий на диск, пропорционален мощности цепи, в которую включен счетчик.
Есть дискретизирующие ваттметры и счетчики электроэнергии, которые основаны на принципе цифрового вольтметра, но имеют два входных канала, дискретизирующих параллельно сигналы тока и напряжения. Каждое дискретное значение, представляющее мгновенные значения сигнала напряжения в момент дискретизации, умножается на соответствующее дискретное значение сигнала тока, полученное в тот же момент времени. Среднее по времени таких произведений есть мощность в ваттах.
 

РАБОТА ПОСТОЯННОГО ТОКА — Студопедия

Работа тока— это работа электрического поля по переносу электрических зарядов вдоль проводника;

Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого работа совершалась.

Применяя формулу закона Ома для участка цепи, можно записать несколько вариантов формулы для расчета работы тока:

По закону сохранения энергии:

работа равна изменению энергии участка цепи, поэтому выделяемая проводником энергия равна работе тока.

В системе СИ:

ЗАКОН ДЖОУЛЯ -ЛЕНЦА

При прохождениии тока по проводнику проводник нагревается, и происходит теплообмен с окружающей средой, т.е. проводник отдает теплоту окружающим его телам.

Количество теплоты, выделяемое проводником с током в окружающую среду, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику.

По закону сохранения энергии количество теплоты, выделяемое проводником численно равно работе, которую совершает протекающий по проводнику ток за это же время.

В системе СИ:

[Q] = 1 Дж

МОЩНОСТЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

— отношение работы тока за время t к этому интервалу времени.

В системе СИ:

Вопрос 28:

Закон Ома для неоднородного участка цепи .
— знаки «+» или «-» выбираются в зависимости от того, в одну или в противоположные стороны направлены токи создаваемые источником ЭДС и электрическим полем.

Источники ЭДС— это такие элементы электрической цепи, у которых разность потенциалов на выходе не зависит от величины и направления протекания тока, т.е. их вольтамперные характеристики (ВАХ) представляют собой прямые линии параллельные оси I (см. таблицу 2).

Направление стрелки в условном обозначении источника ЭДС указывает направление действия ЭДС, поэтому направление падения напряжения на выходных зажимах источника всегда противоположно.

Так как на ВАХ электрическое сопротивление соответствует котангенсу угла наклона характеристики, то сопротивление источника ЭДС равно нулю, а проводимость, соответственно, бесконечности.

Вопрос 29:

Правила Кирхгофа. Расчет разветвленных электрических цепей

Электрическая цепь представляет собой совокупность источников тока, проводников и потребителей электроэнергии. Электрическая цепь чаще всего является разветвленной (сложной) и содержит узлы (рис. 1). Расчет разветвленной электрической цепи заключается в том, чтобы по заданным сопротивлениям участков цепи и ЭДС найти силы токов и напряжения на каждом участке цепи.

Рис. 1

Для расчета разветвленных цепей постоянного тока применяют правила Кирхгофа.

Согласно первому правилу Кирхгофа:

алгебраическая сумма сил токов, сходящихся в узле, равна нулю:

∑ni=1Ii=0,

где n — число проводников, образующих узел.

При этом токи считаются положительными, если они входят в узел, и отрицательными, если выходят из узла. Для узла, изображенного на рисунке 1, I₁ — I₂ — I₃ = 0.

Согласно второму правилу Кирхгофа:

в любом простом замкнутом контуре, произвольно выбираемом в разветвленной электрической цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов на сопротивления соответствующих участков равна алгебраической сумме ЭДС, имеющихся в контуре:

∑nk=1IkRk=∑mi=1εi,

где m — число источников в контуре, n — число сопротивлений в нем.

Если направления токов совпадают с выбранным направлением обхода контура, то силы токов I_k считаются положительными. ЭДС ε_i считаются положительными, если они создают токи, сонаправленные с направлением обхода контура.

Правила Кирхгофа не выражают никаких новых свойств стационарного электрического поля в проводниках с током по сравнению с законом Ома. Первое из них является следствием закона сохранения электрических зарядов, второе — следствием закона Ома для неоднородного участка цепи. Однако их использование значительно упрощает расчет токов в разветвленных цепях.

Расчет разветвленной электрической цепи постоянного тока выполняется в следующем порядке:

1. произвольно выбирают направление токов во всех участках цепи:

2. записывают n — 1 независимых уравнений, согласно первому правилу Кирхгофа, где n — количество узлов в цепи;

3. выбирают произвольно замкнутые контуры так, чтобы каждый новый контур содержал хотя бы один участок цепи, не входящий в ранее выбранные контуры. Записывают для них второе правило Кирхгофа.

В разветвленной цепи, содержащей n узлов и m участков цепи между соседними узлами, число независимых уравнений, соответствующих правилу контуров, составляет m — n+ 1.

На основе правил Кирхгофа составляют систему уравнений, решение которой позволяет найти силы токов в ветвях цепи.

Вопрос 30:

Работой выхода электрона из металла называется минимальная энергия, которую надо сообщить электрону в металле, чтобы он преодолел поле двойного электрического слоя и вылетел за пределы металла:
_,

где е – значение заряда электрона.

Разность потенциалов принято называть поверхностным скачком потенциала, или контактной разностью потенциалов между металлом и окружающей средой.

Электронная эмиссия —явление испускания электронов из металлов при сообщении электронам энергии, равной или большей работы выхода.

1. Термоэлектронная эмиссия — испускание электронов нагретыми металлами. Пример использования – электронные лампы.

2. Фотоэлектронная эмиссия — эмиссия электронов из металла под действием электромагнитного излучения. Пример использования — фотодатчики.

3. Вторичная электронная эмиссия — испускание электронов поверхностью металлов, полупроводников или диэлектриков при бомбардировке их пучком электронов. Отношение числа вторичных электронов n2 к числу первичных n1 , вызвавших эмиссию, называется коэффициентом вторичной электронной эмиссии: ? = n2 n1 . Пример использования — фотоэлектронные умножители.

4. Автоэлектронная эмиссия — эмиссия электронов с поверхности металлов под действием сильного внешнего электрического поля.

шагов для преобразования переменного тока в постоянный

Схема источника питания

Электропитание стало основной потребностью в нашей повседневной жизни, и мы предлагаем источник переменного тока 230 В, 50 Гц. Но, используя схемы преобразователя силовой электроники, эту мощность можно преобразовать в требуемую форму и диапазон. Эти преобразователи представляют собой схемы силовой электроники, которые далее классифицируются как понижающие и повышающие преобразователи, схемы стабилизатора напряжения, схемы преобразователей переменного тока в постоянный, постоянный ток в постоянный, постоянного в переменный и т. Д.Для большинства микроконтроллеров, которые мы часто используем при разработке проектов электроники, требуется источник постоянного тока 5 В, эти 5 В постоянного тока можно получить из доступного источника переменного тока 230 В с помощью преобразователя переменного тока в постоянный в цепи питания.

Схема источника питания

В общем, мы можем наблюдать схему, от которой берется питание от сети, и эта схема используется для управления мощностью, подаваемой на нагрузку. Следовательно, эту схему можно назвать схемой источника питания, и существуют различные типы схем источника питания, такие как импульсный источник питания, регулируемый источник питания, регулируемый источник питания постоянного тока и т. Д., которые классифицируются по разным критериям.

Преобразователь переменного тока в постоянный

Существуют различные типы преобразователей силовой электроники, такие как выпрямитель, инвертор, регулятор напряжения, преобразователь F в V, циклоконвертер и т. Д. Преобразователь силовой электроники, который используется для преобразования переменного тока в постоянный, называется выпрямительной схемой. Максимальное количество электронных схем использует питание постоянного тока для своей работы, и позвольте нам рассмотреть микроконтроллеры (8051 микроконтроллер обычно используется в максимальном количестве проектов или схем на основе микроконтроллеров), которые требуют регулируемого источника питания 5 В постоянного тока.

Существуют различные схемы, которые можно использовать для преобразования имеющейся мощности 230 В переменного тока в мощность 5 В постоянного тока с использованием различных методов. Как правило, понижающие преобразователи могут быть определены как преобразователи с выходным напряжением меньше входного. Давайте обсудим преобразователь переменного тока в постоянный (здесь мы рассматриваем часто используемый преобразователь в цепи питания, преобразователь переменного тока 230 В в 5 В постоянного тока) и его работу подробно.

4 простых шага по преобразованию переменного тока в постоянный

1. Понижение уровней напряжения

Повышающие трансформаторы используются для повышения уровней напряжения, а понижающие трансформаторы используются для понижения уровней напряжения.Таким образом, с помощью понижающего трансформатора доступный источник питания 230 В переменного тока преобразуется в 12 В переменного тока. Выход этого понижающего трансформатора представляет собой среднеквадратичное значение, а его пиковое значение может быть получено как произведение квадратного корня из двух и среднеквадратичного значения, и оно приблизительно равно 17 В.

Понижающий трансформатор

В понижающих трансформаторах есть две обмотки, первичная и вторичная обмотки, в которых первичная обмотка состоит из большего числа витков по сравнению с вторичной обмоткой (меньшее число витков).Мы знаем, что трансформатор работает на основе закона электромагнитной индукции Фарадея.

2. Схема преобразователя питания переменного тока в постоянный

В первую очередь, мощность 230 В переменного тока понижается до 12 В переменного тока (среднеквадратичное значение 12 В, пиковое значение которого приблизительно равно 17 В), но 5 В постоянного тока является необходимой мощностью. Таким образом, эта пониженная выходная мощность 17 В переменного тока должна быть преобразована в мощность постоянного тока, а затем она должна быть понижена до 5 В постоянного тока. Преобразователь переменного тока в постоянный, а именно выпрямитель, используется для преобразования 17 В переменного тока в постоянный, и существуют различные типы выпрямителей, такие как полуволновые, двухполупериодные и мостовые выпрямители.Мостовой выпрямитель более предпочтителен по сравнению с полуволновыми, двухполупериодными и мостовыми выпрямителями.

Схема преобразователя переменного тока в постоянный

Выпрямитель, состоящий из четырех диодов, соединенных в виде моста, называется мостовым выпрямителем. Мы знаем, что диод проводит только в одном направлении (только при прямом смещении), остается в выключенном состоянии в другом направлении (при обратном смещении). Диод обычно неуправляемый, то есть всякий раз, когда анодное напряжение становится больше, чем на катоде, он начинает проводить, пока анодное напряжение не становится меньше, чем на катоде.Следовательно, диоды называют неуправляемыми выпрямителями.

В приведенной выше схеме во время положительного полупериода источника питания диоды D2 и D4 проводят, а в течение отрицательного полупериода источника питания — диоды D1 и D3. Таким образом, входная мощность переменного тока выпрямляется в выходную мощность постоянного тока; но выходная мощность постоянного тока состоит из импульсов, следовательно, она называется пульсирующим постоянным током, а не чистым постоянным током. Но из-за внутреннего сопротивления диодов происходит падение напряжения (2 * 0,7 В) 1,4 В и, таким образом, пиковое напряжение выпрямительной цепи составляет около 15 В (17-1.4).

3. Получение чистого постоянного тока из пульсирующего постоянного тока

15 В постоянного тока можно преобразовать в 5 В постоянного тока с помощью понижающего преобразователя, но перед этим необходимо получить чистый постоянный ток. Чистая мощность постоянного тока может быть получена из пульсирующего постоянного тока с использованием схемы фильтра (для удаления пульсаций можно использовать L-фильтр, C-фильтр или RC-фильтр). C-фильтр часто используется для сглаживания.

Сглаживающий фильтр для получения Pure DC

В схеме конденсатор используется для хранения энергии, в то время как входное напряжение увеличивается от нуля до пикового значения, а энергия из конденсатора может разряжаться, пока входное напряжение уменьшается с его пиковое значение равно нулю.Таким образом, пульсирующий постоянный ток может быть преобразован в чистый постоянный ток с помощью процесса зарядки и разрядки конденсатора.

4. Регулировка постоянного напряжения

Выходное напряжение 15 В постоянного тока можно регулировать с помощью регуляторов постоянного напряжения, таких как IC 78XX, в котором последние две цифры XX представляют значение выходного напряжения. Здесь давайте рассмотрим микросхему IC 7805, которая используется для поддержания постоянного выходного напряжения 5 В постоянного тока, даже если на входе изменяется напряжение постоянного тока (от 7,2 до 35 В постоянного тока).

IC 78XX постоянного напряжения Регулятор внутреннего Диаграмма

Приведенный выше график представляет собой блок-схему регулятора IC7805 напряжения постоянного тока, он состоит из операционного усилителя, который действует как усилитель ошибки, стабилитрон, который используется для обеспечения опорного напряжения, как показано на рисунке на рисунке ниже.

стабилитрон в качестве опорного напряжения

серии проход элемент (транзистор) используется для отвода дополнительной энергии в виде тепла и радиатор может быть использован для тепловой защиты.

Вы знаете, как сконструировать преобразователь переменного тока в постоянный без использования трансформатора? Затем опубликуйте свои ответы в разделе комментариев ниже.

.

Как работают преобразователи постоянного / переменного тока

Инверторы

очень просты в установке. Большинство из них представляют собой устройства, работающие по принципу «включай и работай», особенно небольшие инверторы с малой мощностью. У этих инверторов есть кабель с вилкой, который вставляется в прикуриватель вашего автомобиля или грузовика. Они предназначены для портативности, поэтому другого монтажа не требуется.

Если вы покупаете инвертор с более высокой мощностью, правильная установка становится более важной.При мощности ниже 400 Вт подключение прикуривателя все еще возможно, но при более высокой мощности требуется прямое подключение к батарее. Входные кабели инвертора имеют зажимы, которые можно прикрепить к клеммам аккумуляторной батареи, как набор соединительных кабелей. Если установка должна быть постоянной, кабели можно прикрутить к клеммам. Сам инвертор можно установить где угодно, но он должен находиться в месте с хорошей циркуляцией воздуха. Инверторы выделяют изрядное количество тепла, и они используют охлаждающие вентиляторы и теплоотводящие ребра для предотвращения перегрева.Более крупные и тяжелые инверторы имеют монтажные отверстия в шасси, поэтому их можно прикрепить болтами к любой поверхности. Очевидно, что при постоянной установке вы, вероятно, захотите прикрутить преобразователь на место, но это не обязательно. Можно просто поместить инвертор в надежное и устойчивое положение, закрепить провода на батарее и подключить.

А как вообще выглядит инвертор? Что ж, самые маленькие инверторы поместятся в вашем кармане, в то время как модели с более высокой мощностью примерно соответствуют размеру и весу большого словаря.Общее правило: чем выше мощность, тем больше и тяжелее инвертор. В верхней части шкалы мощности инвертора некоторые инверторы могут быть более двух футов в длину и весить более 30 фунтов.

Современные инверторы имеют некоторые встроенные функции безопасности, которые делают их еще проще в использовании. Некоторые модели подают сигнал тревоги, когда напряжение батареи становится слишком низким. Это больше для удобства, но в зависимости от того, какое оборудование вы используете, это также может быть ценным средством безопасности.Инверторы обычно также имеют возможность автоматического отключения. Если агрегат обнаруживает перегрузку по току или перегрев, он отключается, чтобы уменьшить или предотвратить вероятность возгорания. Инверторы также могут отключиться в случае короткого замыкания, например, при падении металлического предмета на шасси или намокании инвертора. Отключение при коротком замыкании — эффективный способ предотвратить поражение электрическим током.

Так сколько же это будет стоить, спросите вы? Вы можете купить модифицированный синусоидальный инвертор, рассчитанный на непрерывную мощность 200 Вт, примерно за 25 долларов, а цена модифицированного синусоидального инвертора на 6000 Вт может приближаться к 1000 долларов.Инверторы с чистым синусом стоят намного дороже — они могут составлять более 200 долларов для инвертора мощностью всего 300 Вт.

Если вы хотите узнать больше об автомобильной электронике и других связанных темах, перейдите по ссылкам на следующей странице.

,

Электричество, работа и мощность

Для инструктора

Эти материалы для студентов дополнить Возобновляемые источники энергии и экологическая устойчивость Инструкторские материалы. Если вы хотите, чтобы у ваших учеников был доступ к учебным материалам, мы предлагаем вам либо укажите им на студенческую версию в котором отсутствуют обрамляющие страницы с информацией, предназначенной для факультет (и этот ящик). Или вы можете скачать эти страницы в нескольких форматах которые вы можете включить на веб-сайт своего курса или в местную систему управления обучением.Узнайте больше об использовании, изменение учебных материалов InTeGrate и обмен ими.

Чтобы понять, как работают устойчивые технологии, важно усвоить определенные основные принципы. Знать, как фотоэлектрические элементы преобразуют солнечную энергию в электричество, означает понимать основы электричества и света. Понимание того, как ветряные турбины производят электричество, означает понимание кое-чего о власти, работе и электромагнетизме. В этом модуле будут представлены основные концепции, необходимые для понимания технологий, обсуждаемых в этом курсе.Хотя формулы иногда используются для объяснения основных принципов, суть не в том, чтобы уметь решать количественные проблемы. Формулы помогут вам увидеть взаимосвязь.

Цели обучения: Учащиеся смогут:

1. Выделите различия между энергией, работой и мощностью и приведите примеры использования соответствующих единиц для каждого из них.
2. Дайте соответствующие определения следующим электрическим терминам: электрон, электрический заряд, электрический потенциал, сопротивление, ток, мощность, проводник, полупроводник и изолятор.

   Учащийся сможет сопоставить электрические величины / свойства с различными единицами измерения, используемыми в электротехнике (например, вольт, ампер, ватт, ом, ампер-часы, киловатт-часы и т. Д.).
   

3. Обозначить элементы электрической цепи.
4. Укажите различия между параллельными и последовательными цепями и отметьте влияние на электрический потенциал (измеренный в вольтах) и ток (измеренный в амперах).
   
5. Объясните взаимосвязь между потоком тока и магнетизмом и покажите, как это лежит в основе электродвигателей и генераторов.
6. Различайте электричество постоянного и переменного тока, определите полезные качества каждого из них, отметьте, какие устройства связаны с каждым из них, и опишите роль силовых инверторов.

Энергия, работа и власть

Перейти к: Force | Работа | Мощность

Проще говоря, Вселенная состоит из четырех вещей: пространства, времени, массы и энергии. Первый закон термодинамики гласит, что энергия не может быть ни создана, ни разрушена. Но Эйнштейн показал нам, что энергию можно превратить в массу и наоборот.Второй закон термодинамики гласит, что каждый раз, когда энергия меняет форму, часть ее превращается в тепло. Энергия бывает разных форм. Самая полезная энергия или энергия высочайшего качества — это то, что мы можем использовать для работы. Например, энергия движения (кинетическая энергия) воды, падающей через плотину, может быть использована для вращения водяного колеса для измельчения зерна или выработки электричества.

Потенциальная энергия в зависимости от кинетической энергии

Происхождение: Первоисточник: Environment Canada (https: // www.ec.gc.ca/eau-water/default.asp?lang=en&n=00EEE0E6-1), доступ через USGS: https://water.usgs.gov/edu/wuhy.html. Это воспроизведение является копией официального работа, опубликованная Правительством Канады, и воспроизведение не было произведено при поддержке или с одобрения Правительства Канады.
Повторное использование: Информация на этом веб-сайте была размещена с намерением сделать ее доступной для личного или публичного некоммерческого использования и может быть воспроизведена, частично или полностью, любыми способами, без взимания платы или дополнительного разрешения, если не указано иное.Пользователи должны: проявлять должную осмотрительность для обеспечения точности воспроизводимых материалов; Укажите как полное название воспроизводимых материалов, так и организацию автора; и Укажите, что воспроизведение является копией официального произведения, опубликованного правительством Канады, и что воспроизведение не было произведено при поддержке или с одобрения правительства Канады.

Самая низкая форма энергии с точки зрения полезности — тепло.Да, тепло можно использовать для производства пара и привода электрических турбин. Но для этого нужно много тепла, и это тепло должно исходить от какого-то другого источника энергии, например, горящего угля или солнечного света. Физики используют термин энтропия, чтобы описать изменение полезной энергии на менее полезное тепло.

Проще говоря, вселенная состоит из четырех вещей; пространство, время, масса и энергия. Первый закон термодинамики гласит, что энергия не может быть ни создана, ни разрушена. (Хотя позже Эйнштейн показал, что для ядерных реакций энергию можно превратить в массу и наоборот).Энергия бывает разных форм. Когда энергия передается от одного объекта к другому или когда она трансформируется из одного типа в другой, ее можно использовать для выполнения работы. Например, энергия движения (кинетическая энергия) воды, падающей через плотину, может быть использована для вращения водяного колеса для измельчения зерна или выработки электричества.

Энтропия — это мера распределения энергии. Концентрированные формы энергии, такие как энергия, хранящаяся в ядре атома, в химических связях или в высоковольтных электрических устройствах, очень полезны для выполнения работы.С другой стороны, менее концентрированные формы энергии, такие как низкотемпературное тепло, вибрации или звуковые волны, гораздо менее полезны. Второй закон термодинамики гласит, что всякий раз, когда энергия используется для выполнения работы, часть энергии преобразуется из концентрированной формы в менее полезную. Физики говорят, что по мере того, как энергия распространяется или рассеивается, энтропия увеличивается. Одним из результатов второго закона термодинамики является то, что ни один процесс никогда не может преобразовать 100% энергии в полезную работу.

Что такое энергия? Полезно разделить энергию на два списка. Кинетическая энергия — это энергия движущегося объекта. Падающая вода (реагирующая на силу тяжести), солнечный свет, электроны, протекающие по проводу (электричество), велосипед в движении, использование мышц для движения глаз во время чтения — все это примеры кинетической энергии. Потенциальная энергия — это то, что сохраняется и готово к преобразованию в кинетическую энергию. Это включает воду, удерживаемую плотиной, электрический заряд, хранящийся в батарее, химическую энергию, хранящуюся в жирах и сахарах, и химическую энергию, хранящуюся в бензине и угле.

В схеме гидроэлектростанции, вода течет вниз затвор имеет кинетическую энергию. Эта кинетическая энергия используется для вращения турбины, соединенной с электрическим генератором. Вода, хранящаяся за плотиной, имеет потенциальную энергию или запасенную энергию. Обратите внимание, что сила тяжести, действующая на воду, в каждом случае обеспечивает энергию.

Force

Когда к объекту прикладывается энергия, мы воспринимаем его как силу .Некоторые силы требуют контакта между двумя объектами, а другие действуют на расстоянии. Силы, которые требуют контакта , включают толкание, тянущее усилие (натяжение) и трение. Силы, которые действуют без прямого контакта между объектами, включают гравитацию, магнетизм и электрическую силу. Стандартная единица силы названа в честь сэра Исаака Ньютона, отца физики. Один Ньютон (1 Н) = количество силы для ускорения 1 кг массы на один метр в секунду ² . Или 1 Н = (1 кг x 1 м) / с ² .

Аппарат Джоуля для демонстрации эквивалентности работы и тепла

Provenance: Изображение из нового ежемесячного журнала Harper’s, № 231, август 1869 г. Доступно по: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Joule%27s_Apparatus_(Harper%27s_Scan).png
Повторное использование: Этот элемент является общественным достоянием и может быть использован повторно без ограничений.

Работа

Мы используем энергию для работы. Самый простой способ думать о работе — это перемещать объект.Когда к объекту прикладывается сила (масса, умноженная на ускорение), которая заставляет этот объект перемещаться, пройденное расстояние — это уже выполненная работа. Но мы используем энергию для выполнения большего количества работ, чем перемещение мебели или автомобилей. Работа также выполняется, когда мы используем солнечный свет или природный газ для обогрева наших домов, когда мы используем электричество для освещения наших комнат или когда мы используем бутерброд с арахисовым маслом и желе для питания клеток нашего мозга.

Поскольку энергия бывает разных форм, неудивительно, что существуют разные способы ее измерения.Трудно отслеживать все различные единицы энергии. Посмотрите на таблицу ниже, чтобы увидеть некоторые единицы измерения и отношение к джоулям, который является золотым стандартом измерения энергии. Он назван в честь Джеймса Джоуля, пивовара 19 века, который показал эквивалентность механической работы и тепла. Один джоуль примерно равен количеству энергии, необходимому для поднятия 100 г яблока на 1 метр (3,3 фута).

Изображенный аппарат был использован Джеймсом Джоулем для демонстрации эквивалентности механической работы и тепла.Он рассчитал работу, выполняемую силой тяжести на гирю. Эта тяга повернула лопаточные колеса, которые смешали воду в изолированном контейнере. Вода нагревается при перемешивании, показывая, что тепло = работа.

Паровая машина Ватта

.

Электричество постоянного тока (DC) от Рона Куртуса

SfC Home> Физика> Электричество>

Рона Куртуса (от 11 января 2004 г.)

Постоянный ток или электричество постоянного тока — это непрерывное движение электронов из области отрицательных (-) зарядов в область положительных (+) зарядов через проводящий материал, например металлический провод. В то время как искры статического электричества состоят из внезапного движения электронов от отрицательной к положительной поверхности, электричество постоянного тока — это непрерывное движение электронов по проводу.

Цепь постоянного тока необходима для протекания тока или пара электронов. Такая схема состоит из источника электроэнергии (например, батареи) и проводящего провода, идущего от положительного конца источника к отрицательному. В схему могут быть включены электрические устройства. Электричество постоянного тока в цепи состоит из напряжения, тока и сопротивления. Поток электричества постоянного тока похож на поток воды через шланг.

Вопросы, которые могут у вас возникнуть:

• Что такое электричество постоянного тока?
• Что такое напряжение, сила тока и сопротивление?
• Как создать электричество постоянного тока?

Этот урок ответит на эти вопросы.Полезный инструмент: Конвертация единиц

---

---

Непрерывное движение электронов

Электричество постоянного тока — это непрерывное движение электронов через проводящий материал, например металлический провод. Электроны движутся к положительному (+) потенциалу в проводе.

На самом деле миллионы электронов пробиваются сквозь атомы в проволоке. Это просто иллюстрация движения.

Электросхема

Для протекания постоянного тока требуется электрическая цепь, состоящая из источника постоянного тока и провода, образующего замкнутую цепь. (Дополнительную информацию см. В разделе «Цепи постоянного тока».)

Фонарик — хороший пример цепи постоянного тока

Ток показан напротив

Хотя отрицательно заряженные электроны движутся по проводу к положительной (+) клемме источника электричества, ток обозначен как переходящий от положительного к отрицательному. Это досадное и сбивающее с толку соглашение.

Бен Франклин первоначально назвал заряды положительным (+) и отрицательным (-), когда изучал статическое электричество.Позже, когда ученые экспериментировали с электрическими токами, они сказали, что электричество перемещается от (+) к (-), и это стало условностью.

Это было до открытия электронов. На самом деле, отрицательно заряженные электроны движутся к положительному, а это направление противоположно тому, которое люди показывают движением тока. Это сбивает с толку, но как только принято соглашение, исправить его трудно.

Напряжение, ток и сопротивление

Электричество, протекающее по проводу или другому проводнику, состоит из его напряжения ( В, ), тока ( I ) и сопротивления ( R ).Напряжение — это потенциальная энергия, ток — это количество электронов, протекающих по проводу, а сопротивление — это сила трения электронного потока.

Хороший способ представить себе электричество постоянного тока и понять взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением — это представить себе поток воды через шланг, как описано ниже.

Электрическое напряжение

На одном конце провода возникает потенциал или давление из-за избытка отрицательно заряженных электронов. Это похоже на повышение давления воды в шланге.Давление заставляет электроны перемещаться по проводу в область положительного заряда. Эта потенциальная энергия называется напряжением, единица измерения — вольт.

Электрический ток

Число электронов называется током, а его единицей измерения является ампер или ампер. Электрический ток подобен скорости, с которой вода течет по шлангу.

Сопротивление

Ом — это единица измерения электрического сопротивления. В проводнике, таком как кусок металла, атомы расположены так, что электроны могут легко проходить вокруг атомов с небольшим трением или сопротивлением.В непроводящем или плохом проводнике атомы расположены так, чтобы сильно сопротивляться или препятствовать перемещению электронов. Это сопротивление похоже на трение шланга о протекающую по нему воду.

Сравнение со шлангом

На следующей диаграмме сравнивается вода, текущая по шлангу, и электричество постоянного тока, протекающее по проводам:

Вода в шланге	Постоянный ток в проводе	Электроагрегаты
давление	потенциал (В)	Вольт
расход	ток (I)	Ампер
трение	сопротивление (R)	Ом

Аналогия между шлангом и электричеством в проводе

Создание постоянного тока

Хотя статическое электричество может быть снято через металлический провод, он не является постоянным источником постоянного тока.Вместо этого для создания постоянного тока используются батареи и генераторы постоянного тока.

Аккумуляторы

Батареи основаны на химических реакциях для создания электричества постоянного тока.

Автомобильный аккумулятор

Автомобильный аккумулятор состоит из свинцовых пластин в растворе серной кислоты. Когда пластины получают заряд от автомобильного генератора или генератора переменного тока, они химически изменяются и удерживают заряд. Затем этот источник постоянного тока можно использовать для питания автомобильных фар и т.п. Самая большая проблема с этим типом батарей заключается в том, что серная кислота очень едкая и опасная.

Лимонная батарея

Еще одна батарейка, которую вы можете сделать самостоятельно, — это лимонная батарейка. Он не требует зарядки, но зависит от кислотной реакции различных металлов.

Лучше всего работают медь и цинк. Вы можете использовать медный пенни или кусок медной проволоки. В качестве другого вывода можно использовать оцинкованный или оцинкованный гвоздь. Стандартный железный гвоздь подойдет, но не так хорошо.

Вставьте медную проволоку и гальванизированный гвоздь в обычный лимон и измерьте напряжение на металлах с помощью вольтметра.Некоторым людям удавалось тускло зажечь лампочку фонарика с этой батареей.

Генератор постоянного тока

Еще один надежный источник постоянного тока — генератор постоянного тока, который состоит из катушек проволоки, вращающихся между северным и южным магнитами. (Дополнительную информацию см. В разделе «Генерация электрического тока».)

Сводка

Постоянный ток или электричество постоянного тока — это непрерывное движение электронов от отрицательного к положительному через проводящий материал, такой как металлический провод.Цепь постоянного тока необходима для протекания тока или пара электронов. В цепи направление тока противоположно потоку электронов. Электричество постоянного тока в цепи состоит из напряжения, тока и сопротивления. Поток электричества постоянного тока похож на поток воды через шланг. Батареи и генераторы постоянного тока являются источниками для создания электричества постоянного тока.

---

Используйте свои творческие способности, чтобы сделать этот мир лучше

---

Ресурсы и ссылки

Полномочия Рона Куртуса

Сайты

Описание постоянного тока — Простые иллюстрации DC

Электричество — Разница между переменным и постоянным током

Электроэнергетические ресурсы постоянного и переменного тока

Физические ресурсы

Книги

Книги с самым высоким рейтингом по электричеству постоянного тока

---

Вопросы и комментарии

Есть ли у вас какие-либо вопросы, комментарии или мнения по этой теме? Если да, отправьте свой отзыв по электронной почте.Я постараюсь вернуться к вам как можно скорее.

---

Поделиться страницей

Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:

---

Студенты и исследователи

Веб-адрес этой страницы:
www.school-for-champions.com/science/dc.htm

Пожалуйста, включите его в качестве ссылки на свой веб-сайт или в качестве ссылки в своем отчете, документе или диссертации.

Авторские права © Ограничения

---

Где ты сейчас?

Школа чемпионов

По физике

Постоянный ток (DC) Электричество

---

,