Open Library - открытая библиотека учебной информации. Эдс закон ома для полной цепи

ЭДС. Закон Ома для полной цепи

Вот мы и нашли ток в цепи:

Формула (3.63) называется законом Ома для полной цепи.

Если соединить клеммы источника проводом пренебрежимо малого сопротивления (R = 0), то получится короткое замыкание. Через источник при этом потечёт максимальный ток ток короткого замыкания:

Iкз =r :

Из-замалости внутреннего сопротивления ток короткого замыкания может быть весьма большим. Например, пальчиковая батарейка разогревается при этом так, что обжигает руки.

Зная силу тока (формула (3.63)), мы можем найти напряжение на резисторе R с помощью

закона Ома для участка цепи:	ER
U = IR =		:	(3.64)
	R + r

Это напряжение является разностью потенциалов между точками a и b (рис. 2). Потенциал точки a равен потенциалу положительной клеммы источника; потенциал точки b равен потенциалу отрицательной клеммы. Поэтому напряжение (3.64) называется также напряжением на клеммах источника.

Мы видим из формулы (3.64), что в реальной цепи будет U < E ведь E умножается на дробь, меньшую единицы. Но есть два случая, когда U = E.

1.Идеальный источник тока. Так называется источник с нулевым внутренним сопротивлением. При r = 0 формула (3.64) даёт U = E.

2.Разомкнутая цепь. Рассмотрим источник тока сам по себе, вне электрической цепи. В этом случае можно считать, что внешнее сопротивление бесконечно велико: R = 1. Тогда величина R + r неотличима от R, и формула (3.64) снова даёт нам U = E.

Смысл этого результата прост: если источник не подключён к цепи, то идеальный вольтметр16, подсоединённый к полюсам источника, покажет его ЭДС.

3.12.3КПД электрической цепи

Нетрудно понять, почему резистор R называется полезной нагрузкой. Представьте себе, что это лампочка. Теплота, выделяющаяся на лампочке, является полезной, так как благодаря этой теплоте лампочка выполняет своё предназначение даёт свет.

Количество теплоты, выделяющееся на полезной нагрузке R за время t, обозначим Qполезн. Если сила тока в цепи равна I, то

Qполезн = I2Rt:

Некоторое количество теплоты выделяется также на источнике тока:

Qист = I2rt:

Полное количество теплоты, которое выделяется в цепи, равно:

Qполн = Qполезн + Qист = I2Rt + I2rt = I2(R + r)t:

КПД электрической цепи это отношение полезного тепла к полному:

	Q			I2Rt		R
=	полезн	=			=		:
=	Q	=	I2		=		:
	Q		I2	(R + r)t R + r
	полн

КПД цепи равен единице лишь в том случае, если источник тока идеальный (r = 0).

16Вольтметр называется идеальным, если его сопротивление бесконечно велико. Подключение идеального вольтметра не приводит к искажениям тока в цепи.

studfiles.net

ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ. ПОНЯТИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ ИСТОЧНИКА ТОКА. ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОЛНОЙ ЦЕПИ.

Закон Ома для участка цепи. Немецкий физик Георг Ом (1787—1854) в 1826 г. обнаружил, что отношение напряжения U между концами металлического проводника, являющегося участком электрической цепи, к силе тока I в цепи есть величина постоянная:

Эту величину R называют электрическим сопротивлением проводника.

Единица электрического сопротивления в СИ — ом (Ом). Электрическим сопротивлением 1 Ом обладает такой участок цепи, на котором при силе тока 1 А напряжение равно 1 В:

Опыт показывает, что электрическое сопротивление проводника прямо пропорционально его длине l и обратно пропорционально площади S поперечного сечения:

Постоянный для данного вещества параметр называется удельным электрическим сопротивлением вещества.

Экспериментально установленную зависимость силы тока I от напряжения U и электрического сопротивления R участка цепи называют законом Ома для участка цепи:

Сила тока I прямо пропорциональна напряжению U и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению R участка цели.

Последовательное и параллельное соединение проводников. Проводники в электрических цепях постоянного тока могут соединяться последовательно и параллельно. При последовательном соединении проводников конец первого проводника соединяется с началом второго и т. д. При этом сила тока I одинакова во всех проводниках, а напряжение U на концах всей цепи равно сумме напряжений на всех последовательно включенных проводниках. Например, для трех последовательно включенных проводников 1, 2, 3 (рис. 150) с электрическими сопротивлениями R1, R2 и R3 получим

U = U1 + U2 + U3. (43.4)

По закону Ома для участка цепи

U1 = IR1, U2 = IR2, U3 = IR3 и U = IR, (43.5)

где R — полное сопротивление участка цепи из последовательно включенных проводников. Из выражений (43.4) и (43.5) будем иметь IR = I(R1 + R2 + R3). Таким образом,

R = R1 + R2 + R3 . (43.6)

При последовательном соединении проводников их общее электрическое сопротивление равно сумме электрических сопротивлений всех проводников.

Из соотношений (43.5) следует, что напряжения на последовательно включенных проводниках прямо пропорциональны их сопротивлениям :

При параллельном соединении проводников 1, 2, 3 (рис. 151) их начала и концы имеют общие точки подключения к источнику тока.

При этом напряжение U на всех проводниках одинаково, а сила тока I в неразветвленной цепи равна сумме сил токов во всех параллельно включенных проводниках. Для трех параллельно включенных проводников сопротивлениями R1, R2 и R3 на основании закона Ома для участка цепи запишем

Обозначив общее сопротивление участка электрической цепи из трех параллельно включенных проводников через R, для силы тока в неразветвленной цепи получим

Так как

то из выражений (43.7), (43.8) и (43.9) следует, что

При параллельном соединении проводников величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям всех параллельно включенных проводников.

Параллельный способ включения широко применяется для подключения ламп электрического освещения и бытовых электроприборов к электрической сети.

Работа и мощность электрического тока. Работу сил электрического поля, создающего электрический ток, называют работой тока. Работа А сил электрического поля или работа электрического тока на участке цепи с электрическим сопротивлением R за время равна

Мощность электрического тока равна отношению работы тока А ко времени , за которое эта работа совершена:

Работа электрического тока выражается в джоулях, мощность — в ваттах.

Если на участке цепи под действием электрического поля не совершается механическая работа и не происходят химические превращения веществ, то работа электрического поля приводит только к нагреванию проводника. При этом работа электрического тока равна количеству теплоты, выделяемому проводником с током:

Закон (43.12) был экспериментально установлен английским ученым Джеймсом Джоулем (1818—1889) и русским ученым Эмилием Христиановичем Ленцем (1804— 1865), поэтому носит название закона Джоуля — Ленца.

Электродвижущая сила.Полная работа сил электростатического поля при движении зарядов по замкнутой цепи постоянного тока равна нулю. Следовательно, вся работа электрического тока в замкнутой электрической цепи оказывается совершенной за счет действия сторонних сил, вызывающих разделение зарядов внутри источника и поддерживающих постоянное напряжение на выходе источника тока. Отношение работы , совершаемой сторонними силами по перемещению заряда q вдоль цепи, к значению этого заряда называется электродвижущей силой источника (ЭДС) :

Где — переносимый заряд.

Электродвижущая сила выражается в тех же единицах, что и напряжение или разность потенциалов, т. е. в вольтах.

Закон Ома для полной цепи.Если в результате прохождения постоянного тока в замкнутой электрической цепи происходит только нагревание проводников, то по закону сохранения энергии полная работа электрического тока в замкнутой цепи, равная работе сторонних сил источника тока, равна количеству теплоты, выделившейся на внешнем и внутреннем участках цепи:

Сила тока в электрической цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника тока и обратно пропорциональна сумме электрических сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи. Выражение (43.19) называется законом Ома для полной цепи.

lektsia.com

Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи

Открытая библиотека для школьников и студентов. Лекции, конспекты и учебные материалы по всем научным направлениям.

Энергетика Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи
просмотров - 126

Электродвижущая сила. Роль источника тока: разделить заряды за счет совершения работы сторонними силами. Любые силы, действующие на заряд, за исключением потенциальных сил электростатического происхождения (т. е. кулоновских) называют сторонними силами. (Сторонние силы объясняются электромагнитным взаимодействием между электронами и ядрами)
ЭДС — энергетическая характеристика источника. Это физическая величина, равная отношению работы, совершенной сторонними силами при перемещении электрического заряда по замкнутой цепи, к этому заряду: Измеряется в вольтах (В).
Еще одна характеристика источника - внутреннее сопротивление источника тока: r.
Закон Ома для полной цепи.
Энергетические преобразования в цепи: - закон сохранения энергии (А - работа сторонних сил; Авнеш.- работа тока на внешнем участке цепи сопротивлением R; Авнутр.- работа тока на внутреннем сопротивлении источникаr.)

Закон Ома: Сила тока в цепи постоянного тока прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению электрической цепи.
Следствия:
1. В случае если R>>r, то ε =U. Измеряютε высокоомным вольтметром при разомкнутой внешней цепи.
2.В случае если R<<r, то ток - максимальный ток для данной цепи (ток короткого замыкания). Опасно, т.к. - возрастает
3. На внутреннем участке цепи: Aвнутр=U1q , на внешнем участке цепи:Aвнеш=U2q. A=Aвнутр+ Aвнеш. Тогда: eq=U1q+U2q. Следовательно: e= U1+U2ЭДС источника тока равна сумме падений напряжений на внешнем и внутреннем участках цепи.	ε= U1+U2
4. В случае если R растет, то I уменьшается. - при уменьшении силы тока в цепи напряжение увеличивается!
5. Мощность: а) Полная.. б) Полезная. . в) Теряемая. . г) КПД .
Соединение источников тока.
1. Последовательное соединение источников: полная ЭДС цепи равна алгебраической сумме ЭДС отдельных источников, полное внутреннее сопротивление равно сумме внутренних сопротивлений всех источников тока. В случае если все источники одинаковы и включены в одном направлении, то . Тогда з-н Ома запишется в виде:
2. Параллельное соединение источников: один из источников (с наибольшей ЭДС) работает как источник, остальные - как потребители (на этом принципе основана зарядка аккумулятора). Расчет по правилам Кирхгофа (см.). В случае если все источники одинаковы , то закон Ома запишется в виде:.
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.
Правила Кирхгофа. (дополнительно)
1. Алгебраическая сумма сил токов в каждом узле (точке разветвления) равна 0. - следствие закона сохранения электрического заряда.
2. В любом замкнутом контуре цепи алгебраическая сумма произведений сил токов в отдельных участках на их сопротивления равна алгебраической сумме ЭДС источников в этих контурах. - следствие закона Ома для неоднородного участка цепи.
Направление токов выбирают произвольно. В случае если после вычислений значение силы тока отрицательно, то направление противоположно. Замкнутый контур обходят в одном направлении. В случае если направление обхода совпадает с направлением тока, то IR>0. В случае если при обходе приходят к "+" источника, то его ЭДС отрицательна. В полученную систему уравнений должны входить все ЭДС и все сопротивления. Т.о. система должна состоять из одного уравнения для токов и k-1 - го уравнения для ЭДС (k - количество замкнутых контуров).

44. Тепловое действие электрического тока. Закон Джоуля – Ленца

Электрический ток нагревает проводник. Это явление нам хорошо известно. Объясняется оно тем, что свободные электроны в металлах, перемещаясь под действием электрического поля, взаимодействуют с ионами или атомами вещества проводника и передают им свою энергию. В результате работы электрического тока увеличивается скорость колебаний ионов и атомов и внутренняя энергия проводника увеличивается. Опыты показывают, что в неподвижных металлических проводниках вся работа тока идет на увеличение их внутренней энергии.

Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающим телам, но уже путем теплопередачи. Значит, количество теплоты, выделяемое проводником, по которому течет ток, равно работе тока. Мы знаем, что работу тока рассчитывают по формуле:

А = U·I·t

Обозначим количество теплоты буквой Q. Согласно сказанному выше Q = A, или Q = U·I·t.

Пользуясь законом Ома, можно количество теплоты, выделяемое проводником с током, выразить через силу тока, сопротивление участка цепи и время. Зная, что U = IR, получим: Q = I·R·I·t, ᴛ.ᴇ.

Q=I2 ·R·t

oplib.ru

Закон ома для полной цепи...

Закон Ома для полной цепи связывает величину силы тока в ней, величину электродвижущей силы (ЭДС) и полное сопротивление цепи. Выражается формулой: I = E / (R+r), где I - сила тока E - электродвижущая сила R - внешнее сопротивление цепи (т. е. сопротивление той части цепи, которая находится за пределами источника ЭДС) r - внутреннее сопротивление источника ЭДС ЭДС - работа сторонних сил (т. е. сил неэлектрического происхождения) по перемещению заряда в цепи отнесенная к величине этого заряда. Единицы измерения: ЭДС - вольты Ток - амперы Сопротивления (R и r) - омы Вот, если вкратце.

ЭДС источника тока равна произведению силы тока в цепи на сумму внутреннего сопротивления источникаи тока и внешнего сопротивления цепи U=Y(R+r)

I = E/(R + г) . Эту зависимость опытным путем получил Георг Ом, называется она 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.

Какая из приведенных размерностей соответствует напряжен-ности электрического поля.

touch.otvet.mail.ru