Закон Ома для полной цепи

Закон Ома для полной цепи

Подробности

Просмотров: 439

«Физика — 10 класс»

Сформулируйте закон Ома для участка цепи.
Из каких элементов состоит электрическая цепь?
Для чего служит источник тока?

Рассмотрим простейшую полную (т. е. замкнутую) цепь, состоящую из источника тока (гальванического элемента, аккумулятора или генератора) и резистора сопротивлением R (рис. 15.10). Источник тока имеет ЭДС Ε и сопротивление r.

В генераторе r — это сопротивление обмоток, а в гальваническом элементе сопротивление раствора электролита и электродов.

Сопротивление источника называют внутренним сопротивлением в отличие от внешнего сопротивления R цепи.

Закон Ома для замкнутой цепи связывает силу тока в цепи, ЭДС и полное сопротивление цепи R + r. Эта связь может быть установлена теоретически, если использовать закон сохранения энергии и закон Джоуля—Ленца (15.14).

Пусть за время Δt через поперечное сечение проводника проходит электрический заряд Δq. Тогда работу сторонних сил при перемещении заряда Δq можно записать так: А_ст = ΕΔq. Согласно определению силы тока (15.1) Δq = IΔt. Поэтому

А_ст = ΕIΔt.         (15.17)

При совершении этой работы на внутреннем и внешнем участках цепи, сопротивления которых г и Я, выделяется некоторое количество теплоты. По закону Джоуля—Ленца оно равно:

Q = I²RΔt + I²rΔt.         (15.18)

По закону сохранения энергии А_ст = Q, откуда получаем

Ε = IR + 1r.         (15.19)

Произведение силы тока и сопротивления участка цепи называют падением напряжения на этом участке.

Таким образом, ЭДС равна сумме падений напряжения на внутреннем и внешнем участках замкнутой цепи.

Закон Ома для замкнутой цепи:

Сила тока в замкнутой цепи равна отношению ЭДС источника тока к полному сопротивлению цепи.

Согласно этому закону сила тока в цепи зависит от трёх величин: ЭДС Ε сопротивлений R внешнего и г внутреннего участков цепи. Внутреннее сопротивление источника тока не оказывает заметного влияния на силу тока, если оно мало по сравнению с сопротивлением внешней части цепи (R >> r). При этом напряжение на зажимах источника примерно равно ЭДС: U = IR = Ε — Ir ≈ Ε

При коротком замыкании, когда R ≈ 0, сила тока в цепи и определяется именно внутренним сопротивлением источника и при электродвижущей силе в несколько вольт может оказаться очень большой, если r мало (например, у аккумулятора r ≈ 0,1 — 0,001 Ом). Провода могут расплавиться, а сам источник выйти из строя.

Если цепь содержит несколько последовательно соединённых элементов с ЭДС Ε₁, Ε₂, Ε₃ и т. д., то полная ЭДС цепи равна алгебраической сумме ЭДС отдельных элементов.

Для определения знака ЭДС любого источника нужно вначале условиться относительно выбора положительного направления обхода контура. На рисунке (15.11) положительным (произвольно) считают направление обхода против часовой стрелки.

Если при обходе цепи данный источник стремится вызвать ток в направлении обхода, то его ЭДС считается положительной: Ε > 0. Сторонние силы внутри источника совершают при этом положительную работу.

Если же при обходе цепи данный источник вызывает ток против направления обхода цепи, то его ЭДС будет отрицательной: Ε < 0. Сторонние силы внутри источника совершают отрицательную работу. Так, для цепи, изображённой на рисунке 15.11, при обходе контура против часовой стрелки получаем следующее уравнение:

Ε_п = Ε₁ + Ε₂ + Ε₃ = lΕ₁| — |Ε₂| + |Ε₃|

Если Ε_п > 0, то согласно формуле (15.20) сила тока I > 0, т. е. направление тока совпадает с выбранным направлением обхода контура. При Ε_п < 0, наоборот, направление тока противоположно выбранному направлению обхода контура. Полное сопротивление цепи R_п равно сумме всех сопротивлений (см. рис. 15.11):

R_п = R + r₁ + r₂ + r₃.

Для любого замкнутого участка цепи, содержащего несколько источников токов, справедливо следующее правило: алгебраическая сумма падений напряжения равна алгебраической сумме ЭДС на этом участке (второе правило Кирхгофа):

I₁R₁+ I₂R₂ + … + I_nR_n = Ε₁ + Ε₂ + … + Ε_m

Источник: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский

Законы постоянного тока — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика

Электрический ток. Сила тока — Закон Ома для участка цепи. Сопротивление — Электрические цепи. Последовательное и параллельное соединения проводников — Примеры решения задач по теме «Закон Ома. Последовательное и параллельное соединения проводников» — Работа и мощность постоянного тока — Электродвижущая сила — Закон Ома для полной цепи — Примеры решения задач по теме «Работа и мощность постоянного тока. Закон Ома для полной цепи»

Закон ома для полной замкнутой цепи сила тока в полной замкнутой цепи прямо пропорциональна



Закон Ома для замкнутой цепи

Закон Ома для замкнутой цепи показывает — значение тока в реальной цепи зависит не только от сопротивления нагрузки, но и от сопротивления источника.

Формулировка закона Ома для замкнутой цепи звучит следующим образом: величина тока в замкнутой цепи, состоящей из источника тока, обладающего внутренним и внешним нагрузочным сопротивлениями, равна отношению электродвижущей силы источника к сумме внутреннего и внешнего сопротивлений.

Впервые зависимость тока от сопротивлений была экспериментально установлена и описана Георгом Омом в 1826 году.

Формула закона Ома для замкнутой цепи записывается в следующем виде:

• I [А] – сила тока в цепи,
• ε [В] – ЭДС источника напряжения,
• R [Ом] – сопротивление всех внешних элементов цепи,
• r [Ом] – внутреннее сопротивление источника напряжения

Физический смысл закона

Потребители электрического тока вместе с источником тока образуют замкнутую электрическую цепь. Ток, проходящий через потребитель, проходит и через источник тока, а значит, току кроме сопротивления проводника оказывается сопротивление самого источника. Таким образом, общее сопротивление замкнутой цепи будет складываться из сопротивления потребителя и сопротивления источника.

Физический смысл зависимости тока от ЭДС источника и сопротивления цепи заключается в том, что чем больше ЭДС, тем больше энергия носителей зарядов, а значит больше скорость их упорядоченного движения. При увеличении сопротивления цепи энергия и скорость движения носителей зарядов, следовательно, и величина тока уменьшаются.

Зависимость можно показать на опыте. Рассмотрим цепь, состоящую из источника, реостата и амперметра. После включения в цепи идет ток, наблюдаемый по амперметру, двигая ползунок реостата, увидим, что при изменении внешнего сопротивления ток будет меняться.

Примеры задач на применение закона Ома для замкнутой цепи

К источнику ЭДС 10 В и внутренним сопротивлением 1 Ом подключен реостат, сопротивление которого 4 Ом. Найти силу тока в цепи и напряжение на зажимах источника.

При подключении к батарее гальванических элементов резистора сопротивлением 20 Ом сила тока в цепи была 1 А, а при подключении резистора сопротивлением 10 Ом сила тока стала 1,5 А. Найти ЭДС и внутреннее сопротивление батареи.

Источник

Закон Ома для «чайников»: понятие, формула, объяснение

• 09 Февраль 2021
• 8 минут
• 485 349

Говорят: «не знаешь закон Ома – сиди дома». Так давайте же узнаем (вспомним), что это за закон, и смело пойдем гулять.

Основные понятия закона Ома

Как понять закон Ома? Нужно просто разобраться в том, что есть что в его определении. И начать следует с определения силы тока, напряжения и сопротивления.

Сила тока I

Пусть в каком-то проводнике течет ток. То есть, происходит направленное движение заряженных частиц – допустим, это электроны. Каждый электрон обладает элементарным электрическим зарядом (e= -1,60217662 × 10 -19 Кулона). В таком случае через некоторую поверхность за определенный промежуток времени пройдет конкретный электрический заряд, равный сумме всех зарядов протекших электронов.

Отношение заряда к времени и называется силой тока. Чем больший заряд проходит через проводник за определенное время, тем больше сила тока. Сила тока измеряется в Амперах.

Напряжение U, или разность потенциалов

Это как раз та штука, которая заставляет электроны двигаться. Электрический потенциал характеризует способность поля совершать работу по переносу заряда из одной точки в другую. Так, между двумя точками проводника существует разность потенциалов, и электрическое поле совершает работу по переносу заряда.

Физическая величина, равная работе эффективного электрического поля при переносе электрического заряда, и называется напряжением. Измеряется в Вольтах. Один Вольт – это напряжение, которое при перемещении заряда в 1 Кл совершает работу, равную 1 Джоуль.

Сопротивление R

Ток, как известно, течет в проводнике. Пусть это будет какой-нибудь провод. Двигаясь по проводу под действием поля, электроны сталкиваются с атомами провода, проводник греется, атомы в кристаллической решетке начинают колебаться, создавая электронам еще больше проблем для передвижения. Именно это явление и называется сопротивлением. Оно зависит от температуры, материала, сечения проводника и измеряется в Омах.

Памятник Георгу Симону Ому

Формулировка и объяснение закона Ома

Закон немецкого учителя Георга Ома очень прост. Он гласит:

Сила тока на участке цепи прямо пропорционально напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

Георг Ом вывел этот закон экспериментально (эмпирически) в 1826 году. Естественно, чем больше сопротивление участка цепи, тем меньше будет сила тока. Соответственно, чем больше напряжение, тем и ток будет больше.

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы

Данная формулировка закона Ома – самая простая и подходит для участка цепи. Говоря «участок цепи» мы подразумеваем, что это однородный участок, на котором нет источников тока с ЭДС. Говоря проще, этот участок содержит какое-то сопротивление, но на нем нет батарейки, обеспечивающей сам ток.

Если рассматривать закон Ома для полной цепи, формулировка его будет немного иной.

Пусть у нас есть цепь, в ней есть источник тока, создающий напряжение, и какое-то сопротивление.

Закон запишется в следующем виде:

Объяснение закона Ома для полой цепи принципиально не отличается от объяснения для участка цепи. Как видим, сопротивление складывается из собственно сопротивления и внутреннего сопротивления источника тока, а вместо напряжения в формуле фигурирует электродвижущая сила источника.

Кстати, о том, что такое что такое ЭДС, читайте в нашей отдельной статье.

Как понять закон Ома?

Чтобы интуитивно понять закон Ома, обратимся к аналогии представления тока в виде жидкости. Именно так думал Георг Ом, когда проводил опыты, благодаря которым был открыт закон, названный его именем.

Представим, что ток – это не движение частиц-носителей заряда в проводнике, а движение потока воды в трубе. Сначала воду насосом поднимают на водокачку, а оттуда, под действием потенциальной энергии, она стремиться вниз и течет по трубе. Причем, чем выше насос закачает воду, тем быстрее она потечет в трубе.

Отсюда следует вывод, что скорость потока воды (сила тока в проводе) будет тем больше, чем больше потенциальная энергия воды (разность потенциалов)

Сила тока прямо пропорциональна напряжению.

Теперь обратимся к сопротивлению. Гидравлическое сопротивление – это сопротивление трубы, обусловленное ее диаметром и шероховатостью стенок. Логично предположить, что чем больше диаметр, тем меньше сопротивление трубы, и тем большее количество воды (больший ток) протечет через ее сечение.

Сила тока обратно пропорциональна сопротивлению.

Такую аналогию можно проводить лишь для принципиального понимания закона Ома, так как его первозданный вид – на самом деле довольно грубое приближение, которое, тем не менее, находит отличное применение на практике.

В действительности, сопротивление вещества обусловлено колебанием атомов кристаллической решетки, а ток – движением свободных носителей заряда. В металлах свободными носителями являются электроны, сорвавшиеся с атомных орбит.

Ток в проводнике

В данной статье мы постарались дать простое объяснение закона Ома. Знание этих на первый взгляд простых вещей может сослужить Вам неплохую службу на экзамене. Конечно, мы привели его простейшую формулировку закона Ома и не будем сейчас лезть в дебри высшей физики, разбираясь с активным и реактивным сопротивлениями и прочими тонкостями.

Если у Вас возникнет такая необходимость, Вам с удовольствием помогут сотрудники нашего студенческого сервиса. А напоследок предлагаем Вам посмотреть интересное видео про закон Ома. Это действительно познавательно!

• Контрольная работа от 1 дня / от 100 р. Узнать стоимость
• Дипломная работа от 7 дней / от 7950 р. Узнать стоимость
• Курсовая работа 5 дней / от 1800 р. Узнать стоимость
• Реферат от 1 дня / от 700 р. Узнать стоимость

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

Источник

Закон Ома для участка цепи и полной цепи: формулы и определения

Немецкий физик Георг Симон Ом (1787—1854) открыл основной закон электрической цепи.

Закон Ома для участка цепи:

Определение: Cила тока I на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению U на концах участка и обратно пропорциональна его сопротивлению R.

1. I — сила тока (в системе СИ измеряется — Ампер)
   • Сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.
   • Формула: I=\frac
   • U — напряжение (в системе СИ измеряется — Вольт)
     • Падение напряжения на участке проводника равно произведению силы тока в проводнике на сопротивление этого участка.
     • Формула: U=IR
   • R— электрическое сопротивление (в системе СИ измеряется — Ом).
     • Электрическое сопротивление R это отношение напряжения на концах проводника к силе тока, текущего по проводнику.
     • Формула R=\frac

Определение единицы сопротивления — Ом

1 Ом представляет собой электрическое сопротивление участка проводника, по которому при напряжении 1 (Вольт) протекает ток 1 (Ампер).

Закон Ома для полной цепи

Определение: Сила тока в цепи пропорциональна действующей в цепи ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и внутреннего сопротивления источника

Формула I=\frac

• \varepsilon — ЭДС источника напряжения, В;
• I — сила тока в цепи, А;
• R — сопротивление всех внешних элементов цепи, Ом;
• r — внутреннее сопротивление источника напряжения, Ом.

Как запомнить формулы закона Ома

Треугольник Ома поможет запомнить закон. Нужно закрыть искомую величину, и два других символа дадут формулу для её вычисления.

.

• U — электрическое напряжение;
• I — сила тока;
• P — электрическая мощность;
• R — электрическое сопротивление

Смотри также:

Для закрепления своих знаний решай задания и варианты ЕГЭ по физике с ответами и пояснениями.

Источник

Формулировка закона Ома для полной или замкнутой цепи

Закон Ома для полной цепи – эмпирический (полученный из эксперимента) закон, который устанавливает связь между силой тока, электродвижущей силой (ЭДС) внешним и внутренним сопротивлением в цепи.

При проведении реальных исследований электрических характеристик цепей с постоянным током необходимо учитывать сопротивление самого источника тока. Таким образом в физике осуществляется переход от идеального источника тока к реальному источнику тока, у которого есть свое сопротивление.

Идеальный и реальный источники

Формулировка закона Ома для полной цепи

Сформулированный закон Ома для полной цепи будет таким. Сила тока в полной цепи прямо пропорциональна ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и внутреннего сопротивления источника.

Формула для закона Ома

• I – сила тока в цепи, А;
• ε – ЭДС источника напряжения, В;
• R – сопротивление всех внешних элементов цепи, Ом;
• r – внутреннее сопротивление источника напряжения, Ом.

Для полного понимания закона Ома для полной цепи, посмотрите видео:

Источник

1.6. Закон Ома для полной цепи.

Рис.6

Закон Ома для полной (замкнутой) цепи выражает связь между силой тока в цепи, ЭДС и полным сопротивлением.

Рассмотрим полную электрическую Т цепь, состоящую из источника тока с ЭДС е и внутренним сопротив­лением r и внешнего сопротивления R. Внутреннее сопротивление — сопро­тивление источника тока, внешнее со­противление — сопротивление потре­бителя электрического тока, например резистора.

Электрический ток совершает работу не только на внешнем, но и на внутреннем участке цепи: нагревается не только резистор, но и сам источник тока.

По закону сохранения энергии работа электрического тока в замкнутой цепи, равная работе сторонних сил источника тока, равна количеству теплоты, выделившейся на внутреннем и внеш­нем участках цепи:

A=Aст=Q

Поскольку за время t через поперечное сечение проводников пройдет заряд. q, то работа сторонних сил по перемещению заря­да равна:

Aст=e*q=eI*t

где I=q/t — сила тока в проводнике. При этом выделившееся

количество теплоты согласно закону Джоуля-Ленца равно:

Q=I2R*t+I2r*t

Тогда

Aст=eI*t=I2R*t+I2r*t, или

E=I*R+I*r

Здесь произведение IR называется падением напряжения на внешнем участке цепи, Ir — падением напряжения на внутрен­нем участке цепи.

Таким образом, ЭДС равна сумме падений напряжений на внешнем и внутреннем участках полной (замкнутой) цепи.

Напряжение U (падение напряжений) на внешней цепи:

U=e-Ir

Сумма внешнего и внутреннего сопротивлений есть полное сопротивление цепи: R + r. Закон Ома для полной цепи:

I=e/R+r

Сила тока в полной электрической цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению.

Следствия из закона Ома для полной цепи

1. Если внутреннее сопротивление источника тока r мало по срав­нению с внешним сопротивлением R, то оно не оказывает замет­ного влияния на силу тока в цепи. При этом напряжение на зажимах источника приблизительно равно ЭДС:

U=IR=е

2. Когда внешнее сопротивление цепи стремится к нулю (R -> 0) — при коротком замыкании, сила тока в цепи определяется внут­ренним сопротивлением источника и принимает максималь­ное значение:

Imax=e/r

3. При разомкнутой цепи, когда R-> оо (сопротивление внешнего участка цепи бесконечно велико) I = 0, напряжение источни­ка тока равно его ЭДС. или ЭДС источника измеряется разнос­тью потенциалов на его клеммах:

e=U=ф2-ф1

Знак ЭДС и напряжение на участке цепи могут быть положи­тельными и отрицательными. Значение ЭДС считается положи­тельным, если она повышает потенциал в направлении тока — ток внутри источника идет от отрицательного полюса к положитель­ному полюсу источника. Напряжение принимается положитель­ным, если ток внутри источника идет в направлении понижения потенциала (от положительного полюса источника к отрицатель­ному полюсу).

1.7. Источники тока, их соединения.

На практике несколько источников электрической энергии соединяются в группу — батарею источников электрической энергии. Соединение в батарею может быть последовательное, параллельное и смешанное.

При последовательном соедине­нии положительный полюс предыду­щего источника соединяется с отрица­тельным полюсом последующего.

Полная ЭДС цепи равна алгебраи­ческой сумме ЭДС отдельных элемен­тов, а внутреннее сопротивление бата­реи равно сумме сопротивлений источников:

Рис.7

=_i=1_i,

r=_i=1r_i,

Объяснить это можно тем, что при последовательном соедине­нии электрический заряд поочередно проходит через источник электрической энергии и в каждом из них приобретает энергию. Внутреннее сопротивление батареи также увеличивается.

При последовательном соединении одинаковых источников с ЭДС е и внутренним сопротивлением г ЭДС батареи и ее внут­реннее сопротивление равны.

_б=*n,

R_б=R*n

где п — число источников.

Закон Ома для полной цепи при последовательном соедине­нии одинаковых источников тока записывается в виде;

I=(*n)/(R+r*n)

где  и r — ЭДС и внутреннее сопротивление одного источника, R — сопротивление внешнего участка цепи, I — сила тока в цепи.

Рис.8

Например, полная цепь со­держит несколько источников тока, ЭДС которых равны E1,E2,E3 а внутренние сопротивле­ния—r1,r2,r3, соответственно. ЭДС, действующая в цепи, равна:

_б=₁ -₂+₃-₄

Сопротивление батареи равно:

r,, = r, + r, + r, + г.

При этом учитываем, что положительными являются те ЭДС, которые повышают потенциал в направлении обхода цепи, т.е. направление обхода цепи совпадает с переходом внутри источни­ка от отрицательного полюса источника к положительному.

Последовательное соединение источников тока применяется в тех случаях, когда нужно повысить напряжение на внешней цепи, причем сопротивление внешней цепи велико по сравнению с внутренним сопротивлением одного источника.

Рис.9

При параллельном соединении источников все их положительные

полюсы присоединены к одному проводнику, а отрицательные—к другому.

Полная ЭДС цепи (всей батареи равна ЭДС одного источника: _б= ,а внутреннее сопротивление батареи равно:

R_б=r/n

где п — число параллельно соединенных источников.

При параллельном соединении ток одного источника элект­рической энергии уже не проходит через другие, и поэтому каж­дый заряд получает энергию только в одном источнике. Сопротив­ление батареи меньше сопротивления одного источника, так как через каждый источник электрической энергии проходит только часть зарядов, перемещающихся во внешней цепи.

Закон Ома для полной цепи при параллельном соединении одинаковых источников тока записывается в виде:

I=/(R+r/n)

Если заменить один источник тока батареей параллельно со­единенных источников, то ток в цепи возрастает.

Параллельное соединение источников тока применяется в тех случаях, когда нужно усилить ток во внешней цепи, не изменяя напряжения, причем сопротивление внешней цепи мало по срав­нению с сопротивлением одного источника.

Если ЭДС источников различны, то для источников тока на­пряжений и ЭДС в различных участках цепи удобно пользоваться правилами Кирхгофа, сформулированными в 1847 г. немецким Физиком Густавом Робертом Кирхгофом (1824-1887).

1. Первое правило (правило узлов).

Алгебраическая сумма сил токов, сходящихся в любом узле, равна нулю:

I_i=0

i= 1

где п — число проводников, сходя­щихся в узле. Узлом в разветвлен­ной цепи называется точка, в кото­рой сходится не менее трех проводников. Токи, теку­щие к узлу, считаются положи­тельными, а токи, текущие от узла, отрицательными.

Рис.10

Узел токов. I1+I2+I4=I3+I5 или I1+I2-I3+I4-I5=0.

2 Второе правило (правило контуров).

В любом замкнутом контуре, выделенном в разветвленной электрической цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов /; на соответствующее сопротивление ri равна алгебраической сумме всех электродвижущих сил, в этом контуре:

_i=1I_iR_i=_k=1_k

Токи считаются положительными, если они совпадают с ус­ловно выбранным направлением обхода контура. ЭДС считается

Рис.11

положительной, если она повышает потенциал в направлении

Контур, выделенный из разветвленной цепи.

обхода контура (т.е. направление обхода совпадает с переходом от отрицательного полюса к положительному). Направление обхода контура выбирается по часовой стрелке или против часовой стрел­ки рис .

I1R1+I2R2-I3R3=₁+₂-₃

Закон Ома для полной цепи с несколькими источниками тока

Ответ:

Закон Ома для полной цепи.

Рассмотрим электрическую цепь, состоящую из источника тока и ре­зистора R.

 

Закон Ома для полной электрической цепи

 

Закон Ома для полной цепи устанавливает связь между силой тока в цепи, ЭДС и полным сопротивлением цепи, состоя­щим из внешнего сопротивления R и внутреннего сопротивления источ­ника тока r.

Работа сторонних сил Aст источника тока, согласно определению ЭДС (ɛ) равна Aст = ɛq, где q — заряд, перемещенный ЭДС. Согласно определе­нию тока q = It, где t — время, в течение которого переносился заряд. Отсюда имеем:

 

Aст = ɛIt.

 

Тепло, выделяемое при совершении работы в цепи, согласно закону Джоуля — Ленца, равно:

 

Q = I2Rt + I2rt.

 

Согласно закону сохранения энергии А = Q. Приравнивая (Aст = ɛIt) и (Q = I2Rt + I2rt), получим:

 

ɛ = IR + Ir.

 

Закон Ома для замкнутой цепи обычно записывается в виде:

 

Закон Ома для полной электрической цепи.

 

Сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению.

Если цепь содержит несколько последовательно соединенных ис­точников с ЭДС ɛ1, ɛ2, ɛ3 и т. д., то полная ЭДС цепи равна алгебраической сумме ЭДС отдельных источников. Знак ЭДС источника определяется по отношению к направлению обхода контура, который выбирается произвольно, например, на рисунке ниже — против часовой стрелки.

 

Закон Ома для полной электрической цепи

 

Сторонние силы внутри источника совершают при этом по­ложительную работу. И наоборот, для цепи справедливо следующее уравнение:

 

ɛ = ɛ1 + ɛ2 + ɛ3 = | ɛ1| — | ɛ2| -| ɛ3| .

 

В соответствии с Закон Ома для полной электрической цепи сила тока положительна при положительной ЭДС — направление тока во внешней цепи совпадает с направлением обхода контура. Полное сопротивление цепи с несколькими источниками равно сумме внешнего и внутренних сопротивлений всех источников ЭДС, например, для рисунка выше:

 

Rn = R + r1 + r2 + r3.

Объяснение:

чем отличается закон Ома для участка цепи от закона Ома для полной цепи?

СРОЧНО НУЖНА ВАША ПОМОЩЬ !!!!!!!!!!! В сосуд, содержащий m1=500г воды при температуре t1=40 градусов влили m2=5кг расплавленного свинца при температур … е плавления, при этом часть воды выкипела. Удельные теплоёмкости воды и свинца равны c1=4200 дж/(кг/C градусов) и c2=140 дж(кг/c градусов ) соответственно. Температура плавления свинца равна t2=327 C градусов Температура кипения воды равна t3=100 C градусов Удельная теплота плавления свинца равна λ=25кдж/кг удельная теплота парообразования воды равна L=2,3 мдж/кг Теплоёмкостью сосуда и теплообменом с окружающей средой пренебречь. Определите общее количество теплоты Q которое переходит от свинца воде в процессе теплопередачи. Ответ выразите в Дж округлив до целых. Определить массу m3 выкипевшей воды. Ответ выразить в кг округлив до сотых. Определите общее количество тепловых процессов, которые происходят согласно условию задачи. 1 2 3 4

Поезд метрополитена разгоняется с ускорением 1 м/с . Через какое время после отхода от станции скорость поезда достигнет предельной-75 км/ч ? Какой пу … ть пройдет поезд за это время ?

Тело, падающее на поверхность земли, на высоте 10м имело скорость 12 м/с. Определить скорость, с которой тело упадёт на землю.

Скорость тела изменяется по закону v= 0,8t. Определить импульс и кинетическую энергию тела массой 300 г через 10 с после начала движения.

Вагон массой 20 т, движущийся со скоростью 0,3 м/с, нагоняет вагон массой 30 т, движущийся со скоростью 0,2м/с. Какова скорость вагонов после взаимоде … йствия, если удар неупругий.

як фізичні знання впливають на машинобудування?

помогите пожалуйста помогите пожалуйста помогите пожалуйста помогите пожалуйста помогите ​

Пожалуйста решите задачу на фото!!

Помогите пожалуйста вывести эту формулу: μ=m2g-(m1+m2 )a/(m1g) Заранее благодарен!)

Привіт! Допоможіть будь ласка вивести цю формулу: μ=m2g-(m1+m2 )a/(m1g) Даю 45б

Закон Ома для полной цепи

Закон Ома для полной цепи:

Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения па этом участке и промежутка времени, в течение которого совершалась работа:

Закон Джоуля — Ленца:

• количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления и времени прохождения тока по проводнику:

Для однородного участка цепи количество выделившейся теплоты можно вычислить по любой из трех эквивалентных формул:

Мощность, идущая на нагревание проводника, равна работе, которая совершается током за единицу времени:

Единицей мощности электрического тока, так же как и механической мощности, является ватт (1 Вт):

Коэффициент полезного действия (КПД) определяется отношением полезно использованной энергии  к полной энергии полученной системой:  и  является характеристикой эффективности работы системы.

Рассмотрим полную электрическую цепь, содержащую источник ЭДС с внутренним сопротивлением r и подключенный к ним резистор сопротивлением R (рис. 121).

Из определения ЭДС источника тока следует, что совершаемая источником работа

Из закона сохранения энергии следует, что в такой цепи происходит превращение энергии, запасенной источником тока, только в теплоту. При этом работа сторонних сил за промежуток времени равна выделившемуся в цепи количеству теплоты:

По закону Джоуля — Ленца

Таким образом,

откуда

Полученное выражение представляет собой закон Ома для полной цепи:
сила тока в полной цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.
Заметим, что максимально возможный ток в цепи с данным источником тока возникает в том случае, если сопротивление внешней части цепи стремится к нулю.

Максимально возможный ток через источник называют также током короткого замыкания

Короткое замыкание представляет серьезную опасность для мощных источников тока, поскольку может вывести их из строя.

У гальванических элементов (батареек) сила тока короткого замыкания небольшая, поэтому оно для них не очень опасно.

Внутреннее сопротивление свинцовых аккумуляторов имеет значение от r = 0,1 Ом до r = 0,01 Ом, и сила тока короткого замыкания в них может быть от = 20 А до  = 200 А. А поскольку при этом возможно разрушение пластин аккумуляторов, то следует соблюдать меры безопасности при работе с ними.
В быту, в осветительных сетях, на распределительных станциях ЭДС имеет величины свыше 100 В, а внутреннее сопротивление цепи очень мало, и согласно закону Ома для замкнутой цепи сила тока короткого замыкания может доходить до 1000 А. Вследствие этого короткое замыкание может привести к пожару. Для зашиты от пожаров в электрические цепи включаются плавкие предохранители, которые плавятся при определенной силе тока и размыкают цепь.

Короткое замыкание может возникнуть из-за плохой изоляции, когда два токоведущих провода соединяются между собой (закорачиваются). Внешнее сопротивление цепи в этом случае стремится к нулю, и сила тока резко возрастает.

Короткое замыкание электропроводки в быту может стать причиной пожара, поэтому ни в коем случае не занимайтесь ремонтом электрических сетей самостоятельно!

Закон Ома для полной цепи можно записать в следующем виде:

Таким образом, ЭДС источника равна сумме падений напряжений на внешнем и внутреннем участках замкнутой цепи.

Закон Ома для полной цепи наглядно можно показать с помощью рисунка 122, где в качестве источника тока взят гальванический элемент Вольта (Сu—Zn).
Потенциал клеммы у цинковой пластины условно принят за нуль. Длина перпендикуляра к проводнику АВС в данной точке цепи пропорциональна ее потенциалу.

Падение напряжения на внешнем участке цепи равно IR, внутри источника — Ir.
Скачки потенциалов на цинковой и медной пластинах соответственно обусловлены химическими процессами.
Для лучшего понимания процессов, происходящих в замкнутой электрической цепи рассмотрим аналогичную механическую модель (рис. 123).

Подобно тому как шарик скатывается по винтовой наклонной плоскости под действием силы тяжести из положения 2 в положение 3, так электроны движутся на внешнем участке цепи под действием сил электрического поля.
Для того чтобы поднять шарик в исходное положение 2, необходимо совершить работу против силы тяжести, которая в случае электрической цепи аналогична работе сторонних сил внутри источника тока.

В данном случае пружинное устройство 1, совершающее работу за счет энергии упругой деформации, является механическим аналогом источника ЭДС в замкнутой цепи.

Для работы различных устройств мы используем батарейки (гальванические элементы), которые включаем последовательно с соблюдением полярности.
При последовательном соединении n источников тока, когда «минус» первого источника соединяется с «плюсом» второго и т. д. (рис. 124), их ЭДС и внутренние сопротивления суммируются:

В частном случае, если  то

Параллельное соединение источников тока, когда «плюсы» всех источников соединяются в один узел, а «минусы» — в другой (рис. 125), используется значительно реже для повышения надежности электропитания. Можно показать, что при параллельном соединении п одинаковых источников тока суммарная ЭДС батареи равна ЭДС одного источника, а внутреннее сопротивление рассчитывается по законам параллельного соединения:

Работа по перемещению зарядов на неоднородном участке цепи равна сумме работ, совершаемых сторонними силами источника тока и силами электрического поля.

Поскольку напряжение на участке цепи равно отношению работы к перенесенному заряду то

Знак перед берется положительный, если ЭДС увеличивает потенциал в цепи в направлении прохождения тока, и отрицательный — если уменьшает.

С учетом того, что U = IR (R — полное сопротивление резисторов и источников ЭДС на участке цепи), находим силу тока на участке цепи:

Эта формула выражает закон Ома для неоднородного участка цепи: падение напряжения на неоднородном участке цепи — произведение силы тока I и сопротивления участка цепи R:

Отметим, что падение напряжения пропорционально суммарной работе всех сил, в то время как напряжение U пропорционально работе только электростатических сил.

Мощность, выделяемая на внешнем участке цепи, в которую включены тепловые потребители энергии, называется полезной мощностью. Для ее вычисления используются формулы:

Мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении источника тока, называется теряемой мощностью и вычисляется по формулам:

Сумма полезной и теряемой мощностей равна полной мощности источника тока, которая учитывает выделение энергии как на внешнем, так и на внутреннем участках цепи:

 

Коэффициент полезного действия источника тока, определяемый как отношение полезной мощности к полной, зависит от сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления источника тока:

Наибольшую полезную мощность от данного источника можно получить тогда, когда внешнее сопротивление равно внутреннему (R = r), и в этом случае максимальный КПД = 50 % (докажите это).

Закон Ома для полной цепи

Открытый Г. Омом закон для участка цени в общем случае справедлив и для полной цепи, если принимать во внимание как внешнюю, так и внутреннюю части цепи. Математическую запись закона Ома для этого случая можно получить на основании закона сохранения энергии, универсального для всех процессов в природе.

Пусть электрическая цепь состоит из источника тока, имеющего ЭДС и внутреннее сопротивление г, и проводника сопротивлением R (рис. 1.51).

Pиc. 151. Замкнутая электрическая цепь

Согласно закону сохранения энергии работа сторонних сил равна сумме работ электрического тока во внешней и внутренней частях цепи:

По определению

Отсюда

Если учесть, что по закону Ома для участка цепи U =IR, то получим формулу этого закона для полной цепи:

Таким образом, сила тока в полной цепи пропорциональна электроднижущей силе источника и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.

Сила тока в полной цепи пропорциональна электродвижущей силе источника и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи:

Пользуясь законом Ома для полной цепи, можно рассчитать два экстремальных случая н электрической цепи — короткое замыкание и разомкнутую цепь. Если сопротивление внешней цепи стремится к нулю (короткое замыкание), то сила тока в цепи

Это будет максимальное значение силы тока для данной цепи.
Если цепь разорвана (R→∞ ), то ток в цени прекращается при любых значениях ЭДС и внутреннего сопротивления. В последнем случае напряжение нм полюсах источника тока будет равно электродвижущей силе. Поэтому иногда дают упрощенное определение ЭДС: это величина, равная напряжению на клеммах источника при разомкнутой цепи.

Источники тока могут соединяться в батареи. Существуют несколько способов соединения источников тока.

Последовательным называют соединение, при котором соединяются друг с другом разноименные полюса источников: положительный предыдущего с отрицательным следующего и т. д. (рис. 1.52). Чаще всего соединяют источники с одинаковыми характеристиками, поэтому при последовательном соединении N источников ЭДС батареи будет в N раз больше, чем ЭДС одного источника:

Внутреннее сопротивление такой батареи будет также в N раз больше:

Рис. 152. Схема последовательного соединения источников тока

Для последовательного соединения источников тока закон Ома для полной цепи будет записываться:

Последовательное соединение источников τoιca удобно в том случае, когда сопротивление потребителя значительно больше внутреннего сопротивления одного источника тока.
Параллельным является соединение, при котором все одноименные полюса соединяется в один узел (рис. 1.53).

Pиc. 153. Схема параллельного соединения источников тока

Параллельное соединение применяют тогда, когда в цепи необходимо получить большое значение силы тока при небольшом напряжении.

Электродвижущая сила батареи параллельно соединенных одинаковых источников равна ЭДС одного источника:

Формула закона Ома для параллельного соединения источников имеет вид:

Параллельное соединения удобно тогда» когда сопротивление внешней части цепи значительно меньше внутреннего сопротивления одного источника.

При смешанном соединении батареи источников тока (параллельно или последовательно) в свою очередь соединяют последовательно или параллельно (рис. 1.54).

Pиc. 1.54. Смешанное соединение источников тoκa

Закон Ома для замкнутой цепи

Определение полной замкнутой цепи

Полную замкнутую цепь (рис.1) можно рассматривать как последовательное соединение сопротивления внешней цепи (R) и внутреннего сопротивления источника тока (r). То есть:

Рис. 1

Если заменить источник тока таким, что его внутренне сопротивление равно такому же сопротивлению как и у предыдущего, то ток в цепи изменится. То есть ток в цепи зависит и от внутреннего сопротивления источника и от его ЭДС. Количественно все эти величины: ЭДС ($\mathcal E$) источника, его внутренне сопротивление, силу тока в цепи (I), электросопротивление цепи (R) связывает закон Ома.

Связь локального закона Ома с интегральным законом для замкнутой цепи

Допустим, что электрические токи текут в тонких проводах. В этом случае направления токов совпадают с направлением оси провода. Для тонких проводов можно считать, что плотность тока $\overrightarrow{j}=const$ в любой точке поперечного сечения провода. В нашем случае можно записать, что сила тока равна:

где $S$ — площадь поперечного сечения проводника. Пусть мы имеем дело с постоянным током (I=const) вдоль всего проводника. Допустим, что в цепи присутствует источник ЭДС ($\mathcal E$). В данном случае локальная формулировка закона Ома будет иметь вид:

где $\overrightarrow{E}$ напряженность поля кулоновских сил, $\overrightarrow{E_{stor}}$ — напряженность поля сторонних сил, $\sigma $ — удельная проводимость, $\overrightarrow{e}$- единичный вектор, направленный по току. Для тонкого провода можно записать выражение (3), как:

Умножим выражение (4) на элемент длины проводника (dl) и найдем интеграл по участку проводника от точки 1 до точки 2. Так как силу тока мы признали постоянной, то имеем:

Готовые работы на аналогичную тему

Электростатическое поле потенциально, следовательно:

Второй интеграл в выражении (5) не равен нулю только в пределах источника ЭДС. Он не зависит от положения точек 1 и 2. Они должны находиться только вне источника.

Считают, что ЭДС источника больше нуля, если путь 1-2 пересекает источник от отрицательного полюса к положительному.

где $R’$ — электросопротивление, $\rho $ — удельное сопротивление. Таким образом, из выражения (5) получаем:

Мы получили закон Ома в интегральной форме. В том случае, если цепь замкнута, то ${\varphi }_1={\varphi }_2$, следовательно:

где $R’$ — электросопротивление всей цепи, электросопротивление нагрузки и внутреннее сопротивление источника тока. То есть закон Ома для замкнутой цепи запишем как:

где $r$ — электросопротивление источника тока.

Довольно часто приходится решать задачи, в которых напряжение на концах участка цепи не известно, но заданы сопротивления составных частей цепи и ЭДС источника, который питает цепь. Тогда используют закон Ома в виде (11) для расчета силы тока, которая течет в цепи.

Пример 1

Задание: Источник тока имеет внутреннее электросопротивление равное r . Найдите падение потенциала внутри источника ($U_r$) внутри элемента, если ток в цепи равен I. Как вычислить внешнее электросопротивление цепи при заданных условиях?

Решение:

В качестве основы для решения задачи используем закон Ома для замкнутой цепи:

\[I=\frac{\mathcal E}{R+r}\left(1.1\right).\]

Из формулы (1.1) легко получить формулу для расчета внешнего сопротивления:

\[I\left(R+r\right)=\mathcal E\to \mathcal E-Ir=IR\to R=\frac{\mathcal E}{I}-r.\]

Для того чтобы вычислить падение напряжения внутри источника тока, используем закон Ома для участка цепи:

\[{I=\frac{U_r}{r}\to U}_r=Ir\ \left(1.2\right).\]

Ответ: $U_r=Ir,$ $R=\frac{\mathcal E}{I}-r.$

Пример 2

Задание: Источник тока имеет внутреннее сопротивление равное r=1 Ом и ЭДС равную $\mathcal E$=10В. Найдите КПД источника ($\eta $), если ток в цепи равен I=5 А.

Решение:

Коэффициент полезного действия источника тока равен отношению:

\[\eta =\frac{P’}{P}\left(2.2R\ }{\mathcal E I}=\frac{IR}{\mathcal E}\left(2.4\right).\]

Следуя закону Ома для замкнутой цепи запишем:

\[I=\frac{\mathcal E}{R+r}\left(2.5\right).\]

Выразим из (2.5) электросопротивление внешней цепи, получим:

\[R=\frac{\mathcal E}{I}-r(2.6).\]

Подставим (2.6) в выражение для КПД (2.4), получим:

\[\eta =\frac{I\left(\frac{\mathcal E}{I}-r\right)}{\mathcal E}=\frac{\mathcal E-Ir}{\mathcal E}.\]

Подставим численные данные, проведем вычисления, получим:

\[\eta =\frac{10-5\cdot 1}{10}\cdot 100\%=50\%\]

Ответ: 50%

Завершение цепи — действие

(0 Рейтинги)

Быстрый просмотр

Уровень оценки: 4 (3-5)

Требуемое время: 15 минут

Расходные материалы на группу: 2,00 доллара США

Размер группы: 2

Зависимость действий: Нет

Тематические области: Алгебра, физические науки

Ожидаемые характеристики NGSS:

---

Поделиться:

Резюме

В повседневных электрических устройствах, которые мы используем — калькуляторах, пультах дистанционного управления и сотовых телефонах — требуется источник напряжения, такой как батарея, для замыкания цепи и работы устройства.В этом практическом задании учащиеся занимаются научной и инженерной практикой проведения наблюдений, используя батареи, провода, маленькие лампочки и патроны для лампочек, чтобы исследовать явление электричества и узнавать разницу между разомкнутой цепью и замкнутой цепью. . Учащиеся изучают основные дисциплинарные идеи и пересекающиеся концепции электрического тока и передачи энергии, поскольку они понимают идею о том, что электрический ток возникает только в замкнутой цепи. Эта инженерная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).

Инженерное соединение

Инженеры-электрики проектируют цепи и батареи в устройствах и приборах, которые мы используем каждый день. Схемы можно найти в музыкальных проигрывателях, компьютерах, видеоиграх, бытовой технике, микроволновых печах, телефонах, телевизорах, камерах, медицинском оборудовании, транспортных средствах и многих других продуктах. Инженеры серьезно относятся к разработке схем, которые работают надежно и безопасно.В то время как новые устройства постоянно разрабатываются по всему миру, инженеры стремятся создавать более безопасные и эффективные продукты, которые в конечном итоге помогают улучшить жизнь людей.

Цели обучения

После этого занятия студенты должны уметь:

• Определить, распознать, построить и нарисовать замкнутую цепь.
• Объясните, почему для работы любого электрического устройства требуется замкнутая цепь.
• Опишите преобразования энергии, происходящие в цепи.
• Используйте правильные операции и соответствующие методы для решения проблем с законом Ома.

Образовательные стандарты

Каждый урок или задание TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными дисциплинами K-12, образовательные стандарты в области технологий, инженерии или математики (STEM).

Все 100000+ стандартов K-12 STEM, охватываемых TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например , по штатам; внутри источника по типу; например , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классу, и т. д. .

NGSS: научные стандарты нового поколения — наука

Ожидаемые характеристики NGSS
4-ПС3-2.Проведите наблюдения, чтобы доказать, что энергия может передаваться с места на место с помощью звука, света, тепла и электрического тока. (4 класс) Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!
Щелкните здесь, чтобы просмотреть другие учебные программы, соответствующие этим ожиданиям.
В этом упражнении основное внимание уделяется следующим аспектам трехмерного обучения NGSS:
Наука и инженерная практика	Основные дисциплинарные идеи	Пересекающиеся концепции
Проведите наблюдения, чтобы получить данные, которые послужат основой для свидетельств для объяснения явления или проверки проектного решения. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!	Энергия может передаваться с места на место с помощью движущихся объектов, звука, света или электрического тока. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв! Энергия присутствует всякий раз, когда есть движущиеся объекты, звук, свет или тепло. Когда объекты сталкиваются, энергия может передаваться от одного объекта к другому, тем самым изменяя их движение.При таких столкновениях некоторая энергия обычно также передается окружающему воздуху; в результате воздух нагревается и раздается звук. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв! Свет также передает энергию с места на место. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв! Энергия также может передаваться с места на место с помощью электрического тока, который затем может использоваться локально для создания движения, звука, тепла или света.С самого начала токи могли быть созданы путем преобразования энергии движения в электрическую. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!	Энергия может передаваться различными способами и между объектами. Соглашение о выравнивании: Спасибо за ваш отзыв!

Общие основные государственные стандарты — математика

• Умножайте или делите для решения словесных задач, связанных с мультипликативным сравнением, например.g., используя рисунки и уравнения с символом неизвестного числа для представления проблемы, отличая мультипликативное сравнение от аддитивного. (Оценка 4) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Для решения задач используйте четыре операции с целыми числами.(Оценка 4) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

• Умножайте многозначные целые числа с помощью стандартного алгоритма.(Оценка 5) Подробнее

  Посмотреть согласованную учебную программу

  Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология

ГОСТ Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Список материалов

Каждой группе необходимо:

• 1 D-элементная батарея
• 5-7 дюймов (13-18 см) изолированный провод (калибр 22 AWG) (доступен в большинстве хозяйственных магазинов)
• 1 небольшой патрон лампочки (# 40) (опционально; доступен в большинстве хозяйственных магазинов)
• 1 маленькая лампочка (№40) (продается в большинстве хозяйственных магазинов)
• небольшие инструменты для зачистки проводов или наждачная бумага (для удаления изоляции на концах проводов)
• лента (скотч, малярная или электрическая)
• 1 Заполнение рабочего листа схемы
• Рабочий лист по закону 1 Ома

Примечание. Эти материалы (за исключением ленты и рабочих листов) можно повторно использовать во многих других сферах деятельности, связанных с электричеством.Когда батареи изнашиваются, утилизируйте их на свалке с опасными отходами.

Рабочие листы и приложения

Посетите [www.teachengineering.org/activities/view/cub_electricity_lesson03_activity1], чтобы распечатать или загрузить.

Больше подобной программы

Введение / Мотивация

Вы когда-нибудь меняли лампочку в лампе? Или вы когда-нибудь наблюдали, как взрослый меняет лампочку в лампе или светильник? (Некоторые студенты ответят утвердительно.) Зачем поменяли лампочку? (Возможные ответы: лампа не включалась, лампочка перестала работать.) Что произошло, когда в лампу вставили новую лампочку. (Ответ: Лампа отработала и лампочка загорелась.)

Когда лампочка сломана или перегорела, она не загорается, потому что цепь лампы разомкнута . (Нарисуйте на доске открытый круг, не соединяющий конец с началом). Однако, когда в лампу помещается новая лампочка, цепь лампы замкнута, (нарисуйте замкнутый круг на плате), и электроны могут перемещаться по цепи и зажигать лампочку.

Вы помните, что вы узнали об атомах? Атомы колодцев состоят из более мелких частиц, называемых протонами, нейтронами и электронами. Электроны несут отрицательный электрический заряд и могут быстро переходить от одного атома к другому в материале. Этот «поток» электронов от одного конца материала к противоположному концу называется током , электричеством .

Во время нашей сегодняшней деятельности вы обнаружите, что поток электронов необходим, чтобы зажечь лампочку в лампе.Однако могут случиться вещи, которые остановят движение электронов и выключат лампочку. Что могло бы остановить движение электронов? (Дайте студентам несколько минут в тишине, чтобы они обдумали это.) Итак, сегодня вы разгадаете эту «тайну» во время упражнения.

Есть ли у вас в доме электрические цепи? Кто разрабатывает эти схемы? (Прислушайтесь к идеям студентов.) Именно инженеры-электрики проектируют схемы в устройствах и приборах, которые мы используем каждый день. Эти схемы можно найти в тостерах, микроволновых печах, сотовых телефонах, DVD-плеерах, видеоиграх и даже в автомобилях и грузовиках.Можете ли вы представить себе жизнь без некоторых из этих предметов, которые используются в повседневных делах и развлечениях? Инженеры несут ответственность за разработку схем, которые работают безопасно и правильно. Таким образом, ваш телевизор не перестанет работать посреди вашего любимого телешоу!

Процедура

Фон

Любой путь, по которому могут перемещаться заряды, называется электрической цепью .

Рис. 1. Пример простой замкнутой цепи, созданной с использованием батареи, провода, патрона и лампочки. Авторское право

Copyright © 2003 Джо Фридрихсен, Программа ITL, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

Если на пути есть разрыв, то не может быть тока (потока электрического заряда), и цепь называется разомкнутой цепью . Однако, если путь движения заряда завершен, цепь замыкается; ток может быть только в замкнутой цепи .Электроны не могут накапливаться или исчезать в цепи. Схема может быть такой же простой, как провод, подключенный к обоим клеммам батареи, или такой сложной, как интегральные схемы, которые есть в домашнем компьютере.

Перед мероприятием

• Отрежьте провода достаточной длины для каждой пары учеников.
• Сделайте копии двух рабочих листов.

Со студентами

1. Спросите студентов: В чем разница между открытой и закрытой цепью? (Ответ: замкнутая цепь — это цепь с полным путем, которая позволяет заряду течь [ток].Обрыв цепи — это цепь с разрывом пути, поэтому заряд не может двигаться. См. Пример замкнутой цепи на рисунке 1.) Что такое напряжение? (Ответ: Напряжение — это разность электрических потенциалов между двумя точками в цепи. Может быть полезно представить напряжение как «электрическое давление», которое заставляет электроны двигаться в проводнике.)
2. Попросите каждую студенческую команду взять батарею, лампочку, патрон и кусок провода.
3. С помощью инструмента для зачистки проводов или наждачной бумаги осторожно удалите примерно 6-10 мм изоляции с концов провода.
4. Попробуйте подключить аккумулятор, лампочку, патрон и провод, чтобы лампочка загорелась. При необходимости используйте ленту. Сколько способов можно подключить лампочку / патрон к батарее, чтобы лампочка загорелась? (Ответ: Нет. У вас только один провод!)
5. Теперь разрежьте провод на две части. Снова удалите примерно 6-10 мм изоляции с концов каждого куска провода.
6. Попробуйте подключить аккумулятор, лампочку, патрон и два куска провода, чтобы лампочка загорелась.Сколько способов можно подключить лампочку / патрон к батарее, чтобы лампочка загорелась? Нарисуйте все найденные вами способы. Попробуйте найти как минимум два способа сделать это.
7. Теперь, ненадолго соедините клеммы аккумулятора с помощью всего лишь куска провода. (Примечание: это должен быть очень краткий тест, чтобы получить представление об энергии в цепи.) Что вы заметили в батарее и проводе? (Ответ: батарея и провод теплые.) В частности, как ощущаются ваши пальцы, когда они держат провод на клеммах аккумулятора? (Ответ: Пальцы учащихся должны быть немного теплыми.) Каково состояние батареи, лампочки и провода после того, как вы выполнили все этапы упражнения? (Ответ: батарея, лампочка и провод после работы нагреваются.)
8. В парах попросите учащихся заполнить Рабочий лист «Заполнение схемы».
9. (по желанию) Работая в парах, попросите учащихся заполнить Рабочий лист по закону Ома.

Оценка

Оценка перед началом деятельности

Вопрос / ответ: Задайте студентам вопросы и попросите их поднять руки, чтобы ответить.Запишите ответы на доске и обсудите их всем классом.

• В чем разница между разомкнутой и замкнутой цепью? (Ответ: замкнутая цепь — это цепь с полным путем, которая позволяет заряду течь [ток]. Разомкнутая цепь — это цепь с разрывом пути, и, таким образом, заряд не может двигаться.)
• Что такое напряжение? (Ответ: разница в электрическом потенциале между двумя точками в цепи. Вы можете думать о напряжении как об «электрическом давлении», которое заставляет электроны двигаться в проводнике.)

Встроенная оценка деятельности

Вопрос / ответ: Задайте студентам вопросы и попросите их поднять руки, чтобы ответить. Запишите ответы на доске и обсудите их всем классом.

• Сколько подключений к аккумулятору необходимо, чтобы лампочка загорелась? (Ответ: 2. Подключение к положительной клемме и подключение к отрицательной клемме.)
• Что вы заметили в батарее и проводе после соединения клемм аккумулятора с помощью всего лишь куска провода? (Ответ: батарея и провод были теплые.) В частности, как себя ощущают пальцы, когда они держали провод на выводах аккумулятора? (Ответ: Пальцы учащихся должны быть немного теплыми.)
• Как почувствовали себя аккумулятор, лампочка и провод после того, как вы выполнили все этапы упражнения? (Ответ: батарея, лампочка и провод были теплыми после выполнения работы.)

Рабочий лист / Проверка пар: Попросите учащихся поработать парами над Рабочим листом «Заполнение схемы». После того, как студенческие команды закончат свои рабочие листы, попросите их сравнить ответы с коллегами, давая всем студентам время, чтобы закончить рабочий лист.

Оценка после деятельности

Рабочий лист по математике / Проверка пар: Попросите учащихся поработать в парах над Рабочим листом по математике по закону Ома. После того, как студенческие команды закончат свои рабочие листы, попросите их сравнить ответы с коллегами, давая всем студентам время, чтобы закончить рабочий лист.

Рисование и обсуждение в классе: Попросите учащихся изобразить полученные ими знания в предметной области, набросав и обозначив некоторые концепции или упражнения. Например,

• Попросите каждую группу написать свои собственные определения для замкнутых и разомкнутых цепей.Рядом с каждым определением нарисуйте цепь с одной лампочкой, одной батареей и проводом, которая может быть разомкнута или замкнута.
• Попросите каждую группу нарисовать как можно больше уникальных способов построить замкнутую цепь из одной лампочки, одной батареи и одного куска провода. Сравните результаты групп как класс и обсудите достоверность каждого рисунка.

Вопросы безопасности

• Попросите учащихся никоим образом не прикасаться ко рту своими цепями (провод, лампочка и аккумулятор) из-за возможности поражения электрическим током (не говоря уже о том, что они, вероятно, тоже грязные).
• Подключайте клеммы аккумулятора только куском провода на короткое время (как показано в шаге 7 в разделе «Процедура » ). Если в течение длительного времени держать провод подключенным к клемме, это может стать причиной опасности.

Советы по поиску и устранению неисправностей

Это действие можно выполнять без патронов для лампочек.

Если учащиеся забудут снять изоляцию с концов провода, провод не будет иметь хорошего электрического контакта с клеммами аккумулятора.

Может быть полезно провести сравнение между «схемой» и «кругом» для учащихся.

Расширения деятельности

Варианты батарей : Постройте три простых схемы: первая — с батареей AAA, вторая — с батареей AA, а третья — с батареей D-cell. Попросите студентов угадать, какой из трех будет самым ярким. Попросите учащихся сравнить яркость лампочек в каждой цепи.(Ответ: все батареи должны иметь одинаковую яркость, поскольку напряжения всех трех батарей одинаковы.)

Масштабирование активности

• Для младших классов выберите одну или две задачи из реальной жизни на рабочем листе по математике закона Ома и выполните их вместе, как класс.
• Для старших классов выполните задание как есть и попросите учащихся заполнить Рабочую таблицу по математике Ома индивидуально.

авторское право

© 2004 Регенты Университета Колорадо.

Авторы

Ксочитл Замора Томпсон; Сабер Дурен; Джо Фридрихсен; Дарья Котыс-Шварц; Малинда Шефер Зарске; Дениз В. Карлсон; Джанет Йоуэлл

Программа поддержки

Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

Благодарности

Содержание этой учебной программы по цифровой библиотеке было разработано за счет гранта Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), U.S. Министерство образования и Национальный научный фонд ГК-12, грант No. 0338326. Однако это содержание не обязательно отражает политику Министерства образования или Национального научного фонда, и вам не следует предполагать, что оно одобрено федеральным правительством.

Последнее изменение: 4 ноября 2021 г.

Введение в викторину по основам электричества D

Урок D
Основные электрические схемы

Контрольные вопросы

1.В какой электрической цепи может отсутствовать ток?

A. Замкнутый контур
Б. Короткое замыкание
C. Обрыв цепи
D. Полная схема

2. Какой тип электрической цепи образуется при перегорании предохранителя?

A. Замкнутый контур
Б. Цепь байпаса
C. Обрыв цепи
D. Короткое замыкание

3. Какая электрическая цепь потребляет слишком большой ток?

А.Обрыв цепи
Б. Мертвая схема
C. Замкнутый контур
D. Короткое замыкание

4. Какой термин описывает, насколько быстро используется электрическая энергия?

A. Сопротивление
B. Текущий
C. Мощность
D. Напряжение

5. Если у вас есть лампочки с маркировкой 60 Вт, 75 Вт и 100 Вт, то Вы будете использовать больше электроэнергии за час?

А.Лампа на 60 ватт
Б. Лампа мощностью 75 Вт
C. Лампа на 100 Вт
D. Они все будут одинаковые

6. Что является основной единицей электроэнергии?

А. Ом
Б. Ватт
C. Напряжение
D. Ампер

7. Если резистор на 100 Ом подключен к 200 вольт, какой ток через резистор?

А.1 ампер
Б. 2 ампера
C. 300 ампер
D. 20000 ампер

8. Если через резистор 50 Ом протекает ток в 2 ампера, то какой напряжение на резисторе?

А. 25 вольт
Б. 52 вольт
C. 100 вольт
D. 200 вольт

9. Если через резистор, подключенный к напряжению 90 вольт, протекает ток в 3 ампера, какое сопротивление?

А.3 Ом
Б. 30 Ом
C. 93 Ом
D. 270 Ом

10. Какая формула показывает, как напряжение, ток и сопротивление связаны между собой прочее в электрической цепи?

A. Закон Ома
Б. Закон Кирхгофа
Закон Ампера
D. Закон Теслы

11. Какой из следующих принципов используется при работе практически с любыми Электронная схема?

А.Закон Ампера
Б. Закон Кулона
C. Закон Ома
D. Закон Теслы

% PDF-1.5 % 1 0 obj> эндобдж 2 0 obj> эндобдж 3 0 obj> эндобдж 4 0 obj> поток конечный поток эндобдж xref 0 5 0000000000 65535 ф 0000000016 00000 н. 0000000075 00000 н. 0000000120 00000 н. 0000000210 00000 н. трейлер ] >> startxref 3379 %% EOF 1 0 obj> эндобдж 2 0 obj> эндобдж 3 0 obj> эндобдж 5 0 obj null эндобдж 6 0 obj> эндобдж 7 0 obj> эндобдж 8 0 obj> эндобдж 9 0 obj> / Font> / XObject> / ProcSet [/ PDF / Text / ImageB] / ExtGState >>> эндобдж 10 0 obj> эндобдж 11 0 obj> эндобдж 12 0 obj> эндобдж 13 0 obj> эндобдж 14 0 obj> / Ширина 661 / Высота 221 / BitsPerComponent 1 / ImageMask true / Type / XObject / Subtype / Image >> stream & M‚Ck

Создание искр с помощью электронного обучения

Выберите воспроизведение, чтобы просмотреть видео.

Сводка

Последовательная цепь имеет только один путь для прохождения тока

Параллельная цепь имеет более одного пути для прохождения тока.

Условия цепи

В любой данной цепи могут существовать следующие условия:

• открыт — ток не протекает
• замкнут — ток идет
• закорочен — ток протекает по более короткому пути, и нагрузка в цепи шунтируется.Это состояние неисправности.

Обрыв цепи

«Обрыв цепи» существует, когда в цепи есть разрыв или разрыв.

Состояние разомкнутой цепи

Вышеупомянутая цепь «разомкнута».

Ток не может течь по цепи из-за обрыва проводки.

Причины обрыва цепи включают:

• Обрыв провода
• Плохое соединение
• Свободный вывод
• Перегорел предохранитель
• Сработавший выключатель
• Неисправен переключатель
• Выдутый глобус

Замкнутый контур

Состояние замкнутой цепи существует, когда цепь замкнута, позволяя течь току.

Состояние замкнутой цепи

Когда переключатель включен (замкнут), ток может покидать аккумулятор, проходить через переключатель, предохранитель и шарики, а затем возвращаться в аккумулятор через цепь заземления. Цепь замкнута.

Короткое замыкание

Короткое замыкание возникает, когда первоначальный путь прохождения тока изменился и существует «более короткий» путь прохождения тока.

Состояние короткого замыкания

Синий провод на схеме выше закоротил цепь.

Когда переключатель замкнут, ток течет от батареи через переключатель и предохранитель к точке «A», затем большая часть тока течет по синему проводу в точку «B», а затем обратно к батарее. Лишь очень небольшое количество жидкости пройдет через земной шар, а затем вернется в батарею.

Большая часть тока проходит по синему проводу (от «А» к «В»), потому что он имеет меньшее сопротивление, чем земной шар.

Короткое замыкание снизило сопротивление цепи почти до нуля, что привело к значительному увеличению тока.Без защиты этот сильный ток может вызвать возгорание проводки и возможное повреждение компонентов.

Защита в цепи — предохранитель, большой ток вызывает перегорание предохранителя и размыкание цепи. Теперь цепь разомкнута, ток перестает течь, а провода и компоненты защищены. Автоматический выключатель обеспечивает защиту, аналогичную предохранителю.

К причинам короткого замыкания относятся:

• Изношена или повреждена изоляция проводов
• Проволока зажата или зажата между компонентами
• Инструмент упал или случайно коснулся положительного и отрицательного полюсов
• Амперметр подключен неправильно
• Активный провод неправильно подключен или подключен к нейтральному положению.

Если вы хотите узнать больше об электрических принципах, поговорите со своим учителем, в противном случае самое время выбрать тему из безопасности или правил.

Если вы хотите снова взглянуть на информацию, воспользуйтесь ссылками справа, а также некоторыми другими ссылками на информацию о токе, напряжении и сопротивлении.

Закон

Ома для электромонтажа

Закон

Ома для разводки цепей назван в честь немецкого физика Джорджа Саймона Ома, который выяснил, что существует прямая связь между разностью потенциалов, проводниками и возникающими электрическими токами.Он основал свое собственное исследование на недавно изобретенной электрохимической ячейке, изобретенной Алесандро Вольта, и оттуда он смог определить фундаментальные отношения между напряжением, сопротивлением и током. Анализ электрических цепей начинается с определения взаимосвязи между напряжением, сопротивлением и током.

Закон Ома является самой основой электроники и электричества, его полезно знать, когда вам нужно проанализировать и устранить неисправности электрических цепей.

Формулы закона Ома

Имейте в виду, что E означает вольты, I означает равный ток или амперы, а R означает сопротивление.

• Для напряжения: E = IxR
• Для тока или ампера: I = E / R
• Для сопротивления: R = E / I

Другая формула, обычно используемая в законе Ома, — P = E2 / R, где вместо напряжения вы ищите мощность. Варианты: P = I2xR и P = ExI, где P равно мощности, R обозначает амперы, а E обозначает вольты или ватты.

Закон Ома для схемной проводки

Закон Ома для схемной проводки гласит, что ток, проходящий через проводник между двумя точками, напрямую сопоставим с разностью потенциалов или напряжением в двух точках и обратно пропорционален сопротивлению между ними, при условии, что температура остается постоянной.Математическое уравнение I = V / R описывает эту взаимосвязь, где V — разность потенциалов, измеренная на сопротивлении в единицах вольт; R — сопротивление проводника в омах; I — ток через сопротивление в амперах. Закон Ома гласит, что R в этих отношениях постоянен.

Проще говоря, закон Ома можно использовать для решения простых схем. Замкнутый контур — это замкнутая цепь; он содержит по крайней мере один источник напряжения и по крайней мере одно падение потенциала или место, где снижается потенциальная энергия.Сумма напряжений во всей цепи всегда равна нулю.

Сеть с замкнутым контуром

Электрическая цепь — это сеть с замкнутым контуром, в которой путь тока идет по контуру. Он состоит из отдельных электронных компонентов, таких как резисторы, транзисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и диоды, часто соединенных токопроводящими проводами или дорожками, по которым может течь электрический ток. Комбинация компонентов и проводов позволяет выполнять как сложные, так и простые операции.Можно проводить вычисления, данные можно перемещать из одного места в другое, а сигналы можно усиливать. Отдельных кусков проводов может хватить, чтобы собрать электронную схему.

Когда использовать закон Ома

Закон Ома можно использовать для анализа электрических цепей. Чаще всего используется при изучении электрических токов и электроники.

Электричество, 10-е издание стр. 35

Цели
Изучив эту главу, вы сможете
ответить на следующие вопросы:
1.Какая связь между возрастом вольт-
, током и сопротивлением в цепи?
2. Что такое закон Ома и как мы можем использовать его
для решения проблем с электрическими цепями?
3. Какие типы переключателей используются в электрических цепях?
Важная информация
Слова и термины
Следующие слова и термины являются ключевыми
понятиями в этой главе. Ищите их как
, вы читали эту главу.
Простая схема
Электрические цепи — это полный путь —
путей, по которым протекает электрический ток.
Три элемента являются основными для всех цепей:
1. Источник напряжения (например, аккумулятор или генератор
). Устройство, поставляющее энергию.
2. Нагрузка (например, резистор, двигатель или лампа
). Устройство, использующее энергию
источника напряжения.
3. Проводящий провод (например, изолирующий провод или печатная плата). Путь
от источника напряжения к нагрузке и
обратно, по которому проходит электрический ток.
Цепи обычно также содержат четвертый элемент,
. Устройство управления, такое как выключатель, предохранитель / прерыватель цепи
или реле, может использоваться
для остановки, запуска и / или регулирования потока электроэнергии
.
Рисунок 4-1 представляет собой принципиальную схему простой схемы
. Символы показывают, что в схеме
есть батарея для источника напряжения; нагрузочное устройство (резистор)
, использующее энергию
от источника напряжения; переключатель «вкл / выкл»;
и соединительный провод для проведения тока.
Закон Ома
Одним из основных законов электрических цепей
является закон Ома. Это математически показывает взаимосвязь между напряжением (E),
35
проводящим
путем
управление
электрическая цепь
нагрузка
закон Ома
источник напряжения
4
закон Ома

.