Постоянный электрический ток — презентация онлайн

1. Лекция 5

ПОСТОЯННЫЙ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
2.1. Характеристики тока. Сила и плотность тока.
Падение потенциала вдоль проводника с током.
2.2. Закон Ома для однородного участка цепи.
Сопротивление проводников.
2.3. Дифференциальная форма закона Ома.
2.4. Сторонние силы. ЭДС источника тока. Закон Ома для
неоднородного участка цепи и для замкнутой цепи.
2.5. Напряжение на зажимах источника тока.
2.6. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа.
2.7. Соединение сопротивлений.
2.8. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля –
Ленца.
2.9. КПД источника тока.

3. 2.1. Характеристики тока. Сила и плотность тока. Падение потенциала вдоль проводника с током.

Всякое упорядоченное движение зарядов называется электрическим током.
Носителями заряда в проводящих средах могут быть электроны, ионы,
«дырки» и даже макроскопические заряженные частицы.
За положительное направление тока принято считать направление движения
положительных зарядов. Электрический ток характеризуется силой тока –
величиной, определяемой количеством заряда, переносимого через
воображаемую площадку, за единицу времени:
dq
dt
Для постоянного тока силу тока можно определить как:
q
t
Размерность силы тока в СИ:
Кл А
(Ампер).
с
Кроме этого, для характеристики тока в проводнике применяют понятие
плотности тока – векторной величины, определяемой количеством заряда,
переносимого за единицу времени через единичную площадку,
перпендикулярную линиям тока: dI
n
j
Размерность плотности тока в СИ:
n
dS
dI А
j
2
dS м
dS
Покажем, что плотность тока j пропорциональна
скорости упорядоченного
движения зарядов в проводнике . Действительно, количество заряда,
протекающее через поперечное сечение проводника за единицу времени есть :
, где n — концентрация зарядов
q n e V n S x e
j
q
e n S x
x
n e
ne
S t
S t
t
Или в векторном виде:
j ne
Как мы знаем, при равновесии зарядов, то есть при отсутствии тока, потенциал
всех точек проводника имеет одно и то же значение, а напряженность
электрического поля внутри него
равна
нулю. При наличии тока
электрическое поле внутри проводника отлично от нуля, и вдоль проводника с
током имеет место падение потенциала.
.
Тока нет: const . Ток есть:
E
1 2
l
1 2
Таким образом, для существования тока в проводнике необходимо выполнение
двух условий: 1) наличие носителей заряда и
2) наличие электрического поля в проводнике.

5. 2.2. Закон Ома для однородного участка цепи. Сопротивление проводников.

Между падением потенциала — напряжением U и силой тока в проводнике I
существует функциональная зависимость I = f(U), называемая
вольтамперной характеристикой данного проводника (ВАХ). Вид этой
зависимости для разных проводников и устройств может быть самым
разнообразным.
Как показывает опыт, для многих проводящих материалов выполняется
зависимость: U = IR, получившая название закона Ома
(Ohm G., 1787-1854) для однородного участка цепи.
Коэффициент пропорциональности R называется сопротивлением проводника.
Сопротивление однородного проводника зависит от материала, из которого он
изготовлен, его формы, размеров, а также от температуры.
l
R
S
Размерность сопротивления: [R] = В Ом . Кратные единицы измерения: 1кОм
А
= 103Ом ; 1Мом = 106Ом.
ρ – удельное сопротивление. Размерность ρ в СИ: [ρ] = Ом∙м.
Для многих веществ зависимость сопротивления от температуры в широком
интервале температур вблизи Т≈300К определяется эмпирической
зависимостью от температуры их удельного сопротивления:
t 0 (1 t 0 С ) ,
где α – температурный коэффициент сопротивления; ρ0 – значение ρt при t = 0oC.
Для металлов 10 0 , поэтому сопротивление металлов в указанной области
273 C
температур пропорционально температуре.
Для электролитов α<0, зависимость их сопротивления от температуры имеет
вид, изображенный на рисунке. Для разных электролитов α различно.

7. 2.3. Дифференциальная форма закона Ома.

Если проводник неоднороден по своему составу и/или имеет неодинаковое
сечение, то для характеристики тока в различных частях проводника
используют закон Ома в дифференциальной форме. Для его вывода выделим
внутри проводника элементарный цилиндрический
объем с образующими,
параллельными вектору плотности тока j . Если выделенный объем
достаточно мал, его можно считать однородным и применить к нему закон
Ома:
, где
U R I
x
R
S
U E x
x
I
S
I E 1
,
S
E
j E
, откуда
j
Или в векторном виде:
Величина
называется коэффициентом электропроводности или
проводимостью материала.
Единицей измерения σ в СИ является (Ом∙м)-1 = См (сименс).
1

8. 2.4. Сторонние силы. ЭДС источника тока. Закон Ома для неоднородного участка цепи и для замкнутой цепи.

Для протекания электрического тока в проводнике необходимо, чтобы на
его концах поддерживалась разность потенциалов. Очевидно, для
этой цели не может быть использован заряженный конденсатор.
Действительно, если включить в цепь проводника заряженный
конденсатор и замкнуть цепь, то под действием сил
электростатического поля заряды придут в движение, возникнет
кратковременный ток, после чего установится равновесное
распределение зарядов, при котором потенциалы концов проводника
выравниваются
и
ток
прекращается.
Другими
словами,
электростатическое поле конденсатора не может осуществить
постоянную циркуляцию зарядов в цепи (то есть электрический ток),
что является следствием потенциальности электростатического поля –
равенства нулю работы сил электростатического поля по замкнутому
контуру. Таким образом, для поддержания постоянного тока в
замкнутой
цепи
необходимо
действие
сторонних
сил
неэлектростатического
происхождения
и
не
являющихся
потенциальными силами.
Эти силы могут быть обусловлены химическими процессами, диффузией
носителей заряда через границу двух разнородных проводников, магнитными
полями, другими причинами.
Сторонние силы можно охарактеризовать работой, которую они совершают по
перемещению зарядов в замкнутой цепи. Величина, равная работе сторонних
сил Аст, отнесенная к единице положительного заряда, называется
электродвижущей силой (ЭДС).
Единицей измерения ЭДС в СИ (как и напряжения) является В (Вольт).
Работа сторонних сил по замкнутому контуру не равна нулю:
Fст qE ст
Aст ( Fст dl ) q ( E ст dl ) q 0.
l
l
Участок цепи, содержащий источник ЭДС, называется неоднородным. Всякий
источник ЭДС характеризуется величиной ЭДС ε и
сопротивлением r.
U
— напряжение на концах участка цепи.
Закон Ома для неоднородного участка цепи имеет вид:
1
2
I
1 2
R r
внутренним
При соединении концов неоднородного участка цепи идеальным
проводником образуется замкнутая цепь, в которой потенциалы φ1 и
φ2 выравниваются и мы приходим к закону Ома для замкнутой (или
полной) цепи:
I
R r
Если сопротивление внешней цепи R = 0,
то имеем случай короткого замыкания.
В этом случае в цепи течет максимальный ток:
I max
r
При R = ∞ имеем разомкнутую цепь.
В этом случае ток в цепи равен нулю:
I 0

11. 2.5. Напряжение на зажимах источника тока.

Как видно из рисунка:
V IR
R
R r
или
V Ir
При коротком замыкании V = 0.
Для разомкнутой цепи V = ε.
График зависимости V(R) приведен на рисунке.

12. 2.6. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа.

Электрическая цепь, содержащая в себе узлы, называется разветвленной. Узел –
место в цепи, где сходятся три или более проводников (рис.5.14). Для расчета
разветвленных цепей применяют правила Кирхгофа (Kirchhoff G.,1824-1887),
являющиеся прямым следствием основных законов теории электричества.
Этих правил два.
Первое правило: алгебраическая сумма всех токов, сходящихся в узле равна
нулю:
n
Ii 0
i 1
Первое правило Кирхгофа является следствием закона сохранения заряда в
применении к узлу, через который протекают постоянные токи. Если в цепи
имеется N узлов, то пишется N -1 уравнение для любых узлов.
Второе правило: для любого замкнутого контура, выделенного внутри разветвленной цепи,
алгебраическая сумма падений напряжений на сопротивлениях равна алгебраической
n
m
сумме ЭДС, действующих в этом контуре:
I i Ri k
i 1
k 1
Второе правило Кирхгофа является следствием равенства нулю циркуляции
электростатического поля по замкнутому контуру, то есть следствием его
потенциальности.
Правила знаков

14. 2.7. Соединение сопротивлений.

Соединение сопротивлений бывает последовательным, параллельным и
смешанным.
1) Последовательное соединение.
При последовательном соединении ток, текущий через все сопротивления,
одинаковый, а падения напряжения разные
I 1 I 2 … I n I
U U 1 U 2 … U n I ( R1 R2 … Rn ) IRобщ
n
Rобщ Ri
i 1
2) Параллельное соединение.
При параллельном соединении падения напряжения на всех сопротивлениях
одинаковые, а токи, текущие в них, разные
U 1 U 2 … U n U
I I 1 I 2 … I n U (
1
Rобщ
1
1
1
U
… )
R1 R2
Rn
Rобщ
n
i 1
1
Ri

16. 2.8. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля – Ленца.

При протекании по проводнику электрического тока проводник нагревается.
Нагревание происходит за счет работы, совершаемой силами поля над
носителями заряда:
A q( 1 2 ) qU
U IR
I
q
q It
t
Джоуль (Joule J. , 1818-1889) и независимо от него Э.Х.Ленц (1804-1865)
установили экспериментально, что количество теплоты, выделяющейся в
проводнике, пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению
проводника и времени протекания тока:
Q А I 2 Rt
Если сила тока изменяется со временем, то за промежуток времени Δt = t2 – t1
t2
выделится теплота:
Q I 2 Rdt
t1
Написанные соотношения выражают собой закон Джоуля – Ленца.
Если теплоту измерять в калориях, то: Q кал 0,24Q Дж .
Количество теплоты, выделяющееся в единице объема проводника за единицу
времени, называется удельной мощностью:
dQ
I 2 Rdt
w
dVdt Sdl dt
dl
2
S I j 2
Sdl
S2
I 2
I
— плотность тока.
j
S
Это соотношение представляет собой закон Джоуля-Ленца в дифференциальной
форме:
где
w j 2 E 2
Работа, производимая током за единицу времени, называется мощностью:
dA
P
I 2 R IU
dt
Размерность мощности в СИ: [ P]
Дж
Вт
с
(Ватт).

18. 2.9. КПД источника тока.

Перемещая электрические заряды по замкнутой цепи, источник тока совершает
работу. Различают полезную и полную работу источника тока. Полезная
работа – это та, которую совершает источник по перемещению зарядов во
внешней цепи; полная работа – это работа источника по перемещению
зарядов во всей цепи:
Aпол ез qU IUt I 2 Rt
— полезная работа;
Aполн q I t I 2 ( R r )t — полная работа.
Соответственно этому, различают полезную и полную мощность источника тока:
Aпол езн
IU I 2 R
t
A
Pпол н пол н I I 2 ( R r )
t
Коэффициентом полезного действия (КПД) источника тока называют
отношение:
Pпол езн
Aполезн Pполез U
R
Aполн
Pполн R r
Выясним, при каком сопротивлении внешней цепи полезная мощность максимальна.
Имеем: Pполезн I R
2
2R
(R r)
2
, где I
R r
;
,
2
dPполезн
R r 2R 2
2 ( R r ) 2( R r ) R
0
dR
(R r) 4
(R r)3
Откуда
R r; Pmax
2
4r
Условие R = r называется условием согласования
источника и нагрузки. В этом случае мощность,
выделяемая источником во внешней цепи,
максимальна. Отметим, что при выполнении
условия согласования КПД источника тока
r
1
(50%)
,
r r 2
то есть максимальная полезная мощность и
максимальный
КПД
несовместимы.
Из
приведенного графика видно также, что одну и ту
же полезную мощность можно получить при двух
различных сопротивлениях внешней нагрузки
R1 r R2

ВИНИКНЕННЯ СТРУМУ, ФОРМУЛЮВАННЯ ЗАКОНУ ОМА І МОДИ ПРОВІДНОСТІ В КОНЦЕПЦІЇ «ЗНИЗУ-ВГОРУ»

Please use this identifier to cite or link to this item: http://dspace.onu.edu.ua:8080/handle/123456789/3643

Title:	УРОКИ НАНОЕЛЕКТРОНІКИ: ВИНИКНЕННЯ СТРУМУ, ФОРМУЛЮВАННЯ ЗАКОНУ ОМА І МОДИ ПРОВІДНОСТІ В КОНЦЕПЦІЇ «ЗНИЗУ-ВГОРУ»
Other Titles:	LESSONS OF NANOELECTRONICS: CURRENT GENERATION, OHM’S LAW FORMULATION AND CONDUCTION MODES IN «ВОТТОМ-UP» APPROACH УРОКИ НАНОЭЛЕКТРОННКН: ВОЗНИКНОВЕНИЕ ТОКА, ФОРМУЛИРОВКА ЗАКОНА ОМА И МОДЫ ПРОВОДИМОСТИ В КОНЦЕПЦИИ «СНИЗУ-ВВЕРХ»
Authors:	Кругляк, Ю. О. Кругляк, Н. Ю. Стріха, М. В. Kruglyak, Yu. O. Kruglyak, N. E. Strikha, M. V. Кругляк, Ю. А. Кругляк, Н. Е. Стриха, М. В.
Citation:	Сенсорна електронiка i мiкросистемнi технологiї = Sensor Electronics and Microsystem Technologies
Issue Date:	2012
Publisher:	Одеський національний університет
Keywords:	наноелектроніка молекулярна електроніка знизу-вгору електричний струм електрохімічний потенціал функція Фермі пружний резистор моди провідності закон Ома провідники n-типу провідники р-типу графен nanoelectronics molecular electronics bottom-up electric current electrochemical potential Fermi function elastic resistor conductivity modes Ohm’s law n-type conductors p-type conductors graphene наноэлектроника молекулярная электроника снизу-вверх электрический ток электрохимический потенциал функция Ферми упругий резистор моды проводимости закон Ома проводники n-типа проводники р-типа графен
Series/Report no. :	;Т. 3(9), № 4.
Abstract:	В рамках концепції «знизу-вгору», що широко застосовується в теоретичній і прикладній наноелектроніці, дано огляд загальних питань електронної провідності, причин виникнення струму та ролі електрохімічних потенціалів і фермівських функцій в цьому процесі, моделі пружного резистора, балістичного і дифузійного транспорту, мод провідності, провідників п- і р-типу та графену, обґрунтовано альтернативне формулювання закону Ома. General questions of electronic conductivity, current generation based on the use of electrochemical potentials and Fermi functions, elastic resistor model, ballistic and diffusion transport, conductivity modes, n- and p-conductors and graphene, new formulation of Ohm’s law are owerviewed in the frame of «bottom-up» approach, widely applied in modern nanoelectronics. В рамках концепции «снизу-вверх», широко применяемой в теоретической и прикладной наноэлектронике, дан обзор общих вопросов электронной проводимости, причин возникновения тока и роли электрохимических потенциалов и фермиевских функций в этом процессе, модели упругого резистора, баллистического и диффузионного транспорта, мод проводимости, проводников п- и р-типа и графена и обоснована новая формулировка закона Ома.
URI:	http://dspace.onu.edu.ua:8080/handle/123456789/3643
Appears in Collections:	Сенсорна електроніка і мікросистемні технології

Show full item record

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

URI E041 | Рапид Техник АГ

Быстрый URI

Rapid URI — гениальный полностью электрический мотоблок, позволяющий эффективно и безвредно для окружающей среды работать в различных областях применения. Идеально подходит для коммунальных служб, домашнего хозяйства и садоводства. Rapid URI впечатляет своим низким уровнем шума и отсутствием выбросов CO2 как на открытом воздухе, так и в помещении. Широкий ассортимент навесного оборудования делает возможным чрезвычайно универсальное использование в любое время года.

В зависимости от применения руль можно повернуть в сторону или полностью повернуть без инструментов.

1

Подъемная проушина

Для подъема при ремонте и замене шин или для фиксации во время транспорт.

2

Система быстрой замены

Позволяет быстро менять различные насадки и без необходимости использования инструментов.

3

Аккумулятор 48 В/60 Ач

Кронштейн для аккумулятора, приводящего в действие электродвигатели. (Видеть стр. 5 для подробностей)

4

Регулировка наклона руля

Наклон руля и транспортное положение можно отрегулировать без использования инструментов.

5

Регулировка высоты руля

Высоту руля можно точно отрегулировать в соответствии с потребностями оператора без использования инструментов.

1

Увеличить/замедлить скорость ВОМ

Скорость ВОМ можно изменить независимо от электродвигатель через два переключателя.

2

Переключатель вала отбора мощности

Используйте желтый переключатель для включения или выключения отбора мощности.

3

Увеличить/замедлить скорость ВОМ

Скорость ВОМ можно изменить независимо от электродвигатель через два переключателя.

4

Грузовая стойка

Дополнительные грузы для улучшения сцепления или для уравновешивания тяжелого навесного оборудования. Веса легко устанавливается или снимается вручную.

5

Датчик присутствия

Эта кнопка является альтернативой рукоятке мертвеца.

6

Поворотная рукоятка

Бесступенчатая регулировка хода вперед или назад без использования сцепления и переключения передач.

7

Боковая регулировка руля

С помощью рукоятки можно поворачивать руль вправо на 180° и фиксировать в шести положениях.

1

Дисплей

На дисплее отображаются рабочие характеристики, часы работы, уровень заряда, частота вращения ВОМ, коды неисправностей и т. д.

2

RFID-чип

RFID-чип включает URI E041, удерживая RFID-чип на символе замка под дисплеем

1

Ручка аварийки

Предохранительный элемент мотоблока. Нажатие рукоятки аварийного отключения переводит систему в состояние готовности к работе. При его отпускании ВОМ и ходовой привод отключаются, и включается иммобилизационный тормоз.

2

Блокировка дифференциала

Для увеличения тяги дифференциал можно заблокировать, включается и отпускается одной рукой при необходимости.

1

Выбор свободного хода

Рычаг механического свободного хода для перемещения машина со снятым аккумулятором.

1

Кнопка ON

Аккумулятор включается нажатием зеленой кнопки ON.

2

Кнопка OFF

Чтобы выключить аккумулятор и машину, нажмите красную кнопку OFF на аккумуляторе.

3

Ручки

Две ручки на аккумуляторе делают эргономичной замену и переноску аккумулятора.

4

Ручки

Две ручки на аккумуляторе делают эргономичной замену и переноску аккумулятора.

5

Разъем аккумулятора

Машина работает, и аккумулятор заряжается через штекер разъема сбоку аккумулятора.

6

Индикатор заряда

Подробное представление текущего уровня заряда с полосками и числовым значением текущего напряжения аккумулятора.

• Двигатели

  Двигатель ВОМ мощностью 3 кВт, двигатель силовой оси мощностью 1,2 кВт

• Источник энергии

  Литий-ионный аккумулятор емкостью 2,9 кВтч

• Напряжение системы

  48 В

• Максимальная производительность системы

  4,2 кВт

• Вес

  116 кг (без колес / без аккумулятора)

• Подходит для склонов

  До 60%

• Привод

  Электрический, бесступенчатый

• Скорость

  Вперед: 0–7,6 км/ч, назад: 0–3,1 км/ч

• Вал отбора мощности

  880 мин- ¹ стандартная скорость Бесступенчатая регулировка в диапазоне 500 — 950 мин- ¹

• Контроллер

  Контроллер управления двигателями (без муфты)

• Выбор свободного хода

  Механический свободный ход (со снятой батареей; нельзя буксировать)

• Соединительный фланец

  Система быстрой замены без инструментов Ø 52/54 мм

• Ручка

  Может поворачиваться в сторону и поворачиваться вправо без инструментов (230°) Фиксируется в 6 положениях, регулируется по высоте без инструментов (10 положений)

• Иммобилизационный тормоз

  автоматическое торможение

Именование

Название «URI» относится к «Ohmsche Gesetz U=R x I» (Закон Ома E=IR) и призвано дать дополнительное выражение новой концепции одноосного мотоблока с технологией электропривода. В то же время Ури является швейцарским кантоном и отражает инновационную и качественную «швейцарскость» этой разработки и продукта.

Аффрунти, Эндрю Джозеф | Эксперты ТС

Закрыть

• Контактная информация

• Биография \ Резюме

• Твиттер
• LinkedIn

Инструктор

Позиции

• Инструктор, Машиностроение

Области исследований

• Антенны и волноводы
• Теория цепей/Архитектура
• Производство электроэнергии
• Электромагнитные поля
• Электромагнетизм
• Электромеханические системы
• Инжиниринг
• Интегральные схемы
• Микроэлектроника
• Микроволновая теория
• Нанотехнологии
• Твердотельная электроника

Исследования

ключевых слов

• RF, Mircostrip, Распространение, Дискретный дизайн приемника и передатчика, LNA, Шум

Обучение

курсов преподавал

• ECEN 3010 — Схемы и электроника для инженеров-механиков
  Начальный инструктор — Осень 2022 г.
  Охватывает анализ электрических цепей с использованием закона Ома, сокращение сети, анализ узлов и контуров, теоремы Тевенина и Нортона, сигналы постоянного и переменного тока, переходную характеристику простых цепей, передаточные функции, основные диодные и транзисторные схемы и операционные усилители. Включает вводную цифровую электронику и микропроцессоры/микроконтроллеры. То же, что MCEN 3017.
• ECEN 3250 — Микроэлектроника
  Начальный инструктор — Осень 2020 / Осень 2021 / Осень 2022
  Развивает базовое понимание активных полупроводниковых устройств. Основное внимание уделяется построению понимания устройств BJT и CMOS как в цифровых, так и в аналоговых приложениях.
• MCEN 3017 — Схемы и электроника
  Начальный инструктор — Осень 2018/Осень 2019/Осень 2020/Осень 2021
  Вводный курс охватывает анализ электрических цепей с использованием закона Ома, редукцию сети, анализ узлов и контуров, теоремы Тевенина и Нортона, сигналы постоянного и переменного тока, переходную характеристику простых цепей, передаточные функции, основные диодные и транзисторные схемы и операционные усилители.