Сила тока I — скалярная величина, равная отношению заряда q, прошедшего через поперечное сечение проводника, к промежутку времени t, в течение которого шёл ток.
Неизменный ток — электрический ток, не изменяющийся с течением времени.
Последовательное соединение проводников. При последовательном соединении электрическая цепь не имеет разветвлений. Все проводники включают в цепь попеременно вереницей.
Параллельное соединение проводников. При параллельном соединении концы проводников присоединены к одной паре точек.
Смешанное соединение проводников — это такое соединение, когда в цепи находится и последовательное, и параллельное соединение.
Узел – это точка электрической цепи, где сходится более 3-х веток.
Свойство проводника ограничивать силу тока в цепи, другими словами противодействовать электрическому току, именуют электрическим сопротивлением проводника.
Резистор либо проводник — элемент электрических цепей, владеющий определённым либо переменным значением электрического сопротивления.
Основная и дополнительная литература по теме урока:
1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 335 – 340.
2. Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. — М.: Дрофа, 2009. – С. 105 – 109.
3. Простый учебник физики. Учебное пособие в 3 томах под редакцией академика Ландсберга Г.С.: Т.2. Электричество и магнетизм. – 12-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. С. 110 – 115.
4. Тульчинский М.Е. Высококачественные задачи по физике в средней школе. Пособие для учителей. Изд. 4-е, переработ. и доп. М. «Просвещение», 1972. С. 83 – 87.
5. Савельев И.В. Курс общей физики, том II. Электричество. М.: Изд. «Наука», 1970 г. С. 108.
Открытые электронные ресурсы:
Теоретический материал для дополнительного исследования
Трудно представить нашу жизнь без электрического тока. Каждый денек, не задумываясь, мы используем разные электрические приборы, в базе работы которых лежат обыкновенные и сложные электрические цепи. Какому закону подчиняются главные характеристики электрических цепей? Как высчитать эти цепи, дабы приборы работали исправно?
Вы уже понимаете, электрическим током именуют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц.
Для появления и существования электрического тока в проводнике нужно:
- наличие свободных заряженных частиц;
- сила, действующая на них в определённом направлении, другими словами наличие электрического поля в проводнике.
Различают следующие деяния электрического тока:
- термическое ;
- хим ;
- магнитное .
Неизменный ток — электрический ток, у которого сила тока и направление не меняются с течением времени.
Сила тока I равна отношению электрического заряда q, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения t:
За направление электрического тока условно выбрано направление движения положительно заряженных частиц, другими словами в сторону, обратную направлению движения электронов.
Для каждого проводника – твердого, водянистого и газообразного – существует определённая зависимость силы тока от приложенной разности потенциалов (напряжения) на концах проводника. Эту зависимость выражает, так именуемая, вольт-амперная черта проводника.
Для широкого класса проводников (в т. ч. металлов ) при постоянной температуре справедлив закон Ома для участка цепи:
Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению U и назад пропорциональна сопротивлению этого участка цепи:
Закон имеет ординарную форму, но обосновать экспериментально его справедливость достаточно тяжело.
Закон Ома является основой всей электротехники неизменных токов. Из закона Ома вытекает, что замыкать обыденную осветительную сеть проводником малого сопротивления небезопасно.
Основная электрическая черта проводника – сопротивление. От этой величины зависит сила тока в проводнике при данном напряжении. Предпосылкой электрического сопротивления является взаимодействие электронов при их движении по проводнику с ионами кристаллической решетки. Сопротивление проводника находится в зависимости от параметров материала проводника и его геометрических размеров.
Электрическое сопротивление металлов прямо пропорционально длине проводника и назад пропорционально площади его поперечного сечения:
где величина ρ – удельное сопротивление проводника — величина, зависящая от рода вещества и его состояния (от температуры прежде всего). Удельное сопротивление веществ приводятся в справочных таблицах.
Омметр – устройство для измерения сопротивления.
От источника тока энергия может быть передана по проводам к устройствам, потребляющим энергию. Для этого составляют электрические цепи различной трудности. Различают последовательное, параллельное, смешанное соединения проводников.
Последовательное соединение проводников. При последовательном соединении электрическая цепь не имеет разветвлений. Все проводники включают в цепь попеременно вереницей. Основная особенность последовательного соединения состоит в том, что через все проводники протекает однообразный ток. Если через один проводник протекает ток определенной величины, то таковой же ток протекает и через все другие. Если хотя бы в одном проводнике отсутствует ток, то он непременно отсутствует и во всех других. Напряжение на концах последовательно соединенных проводников складывается. Полное сопротивление всего участка цепи при последовательном соединении равно сумме сопротивлений всех проводников.
Электрический ток. Закон Ома
При помещении изолированного проводника в электрическое поле E → на свободные заряды q в проводнике будет действовать сила F → = q E → . Это провоцирует появление краткосрочных перемещений свободных зарядов. Процесс заканчивается, когда собственное поле электрических зарядов будет возмещено наружным. Электростатическое поле снутри проводника станет равным нулю.
Есть определенные условия, при которых появляется непрерывное упорядоченное движение свободных носителей заряда. Оно получило название электрического тока.
За направление электрического тока принято брать направление движения положительных свободных зарядов. При наличии электрического поля произойдет появление электрического тока в проводнике.
Силой тока именуют скалярную физическую величину I , равняющуюся отношению заряда ∆ q , протекающего по сечению проводника за время ∆ t :
При неизменяемых силе тока и направлении за промежуток времени ток именуют неизменным. Следует уделять свое внимание на его свойства.
Набросок 1 . 8 . 1 . Упорядоченное движение электронов в железном проводнике и ток I . S – площадь поперечного сечения проводника, – электрическое поле.
В системе С И I измеряется в амперах ( А ) , а единица измерения 1 А устанавливается по магнитному взаимодействию 2-ух параллельных проводников.
Законы неизменного тока. Формулы
Неизменный электрический ток создается в замкнутой цепи, где свободные носители заряда проходят по замкнутым траекториям.
Различные точки цепи владеют постоянным по времени электрическим полем, исходя из главных законов неизменного тока. Другими словами в таковой цепи оно ассоциируется с замороженным электростатическим полем. Когда электрический заряд перемещается по замкнутой линии движения, то работа сил приравнивается нулю.
Дабы неизменный ток имел место на существование, необходимо наличие такового устройства в цепи, которое будет создавать и поддерживать разности потенциалов различных участков цепи с помощью работы сил неэлектростатического происхождения. Их именуют источниками неизменного тока. Такие силы, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, получили название посторониих сил.
Их природа различна. Гальванические элементы либо батареи владеют посторонними силами, возникающими из-за химических процессов. В генераторах это обстоит по-другому: возникновение посторониих сил может быть при движении проводников в магнитном поле. Источник тока сравним с насосом, перекачивающим жидкость замкнутой гидравлической системы. Электрические заряды снутри источника под действием посторониих сил движутся против сил электростатического поля. Вот поэтому замкнутая цепь может владеть неизменным током.
Перемещаясь по цепи неизменного тока, электрические заряды посторониих сил действуют на источники тока, другими словами совершают работу.
Физическую величину, равную отношению посторониих сил A с т при перемещении заряда q от отрицательного полюса источника к положительной величине этого заряда, именуют электродвижущей силой источника (ЭДС):
Э Д С = δ = A с т q .
Отсюда следует, что ЭДС определяется совершаемой посторонними силами работой при перемещении единичного положительного заряда. ЭДС измеряется в вольтах ( В ) .
Если по замкнутой цепи движется единично положительный разряд, то работа посторониих сил приравнивается сумме ЭДС, которая действует в данной цепи с работой электростатического поля, имеющего значение 0 .
Цепь с неизменной величиной тока следует разбивать на участки. Если на них отсутствует действие посторониих сил, тогда участки именуют однородными, если находятся, то неоднородными.
Когда единичный положительный заряд перемещается по определенному участку цепи, то работу совершают кулоновские и посторонние силы. Запись работы электростатических сил приравнивается разности потенциалов ∆ φ 12 = φ 1 — φ 2 исходной и конечной точек неоднородного участка. Работу посторониих сил приравнивают к электродвижущей данного участка по закону Ома. Тогда полная работа запишется как:
U 12 = φ 1 — φ 2 + δ 12 .
Величина U 12 именуется напряжением участка цепи 1 — 2 . Если данный участок однородный, тогда напряжение фиксируется как разность потенциалов:
В 1826 году Г. Ом при помощи опыта установил, что сила тока I , текущая по однородному железному проводнику (отсутствие деяния посторониих сил), пропорциональна напряжению на U концах проводника.
I = 1 R U либо R I = U , где R = c o n s t .
R именуют электрическим сопротивлением.
Проводник, имеющий электрическое сопротивление, получил название резистора.
Связь между R и I гласит о формулировке законе Ома для однородного участка цепи: сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и назад пропорциональна сопротивлению.
Обозначение сопротивления по системе С И выражается омами ( О м ) .
Если на участке цепи имеется сопротивление в 1 О м , тогда при напряжении 1 В во время измерения появляется ток силой 1 А .
Нужна помощь педагога?
Опиши задание — и наши специалисты для тебя посодействуют!
Обрисовать задание
Электрический ток и его свойства
Проводники, которые подчинены закону Ома, получили название линейных.
Для изображения графической зависимости силы тока I от U (графики именуют вольт-амперными чертами, ВАХ) применяется ровная линия, проходящая через начало координат.
Есть устройства, не подчиняющиеся закону Ома. К ним относят полупроводниковый диодик либо газоразрядную лампу. Железные проводники имеют отличия от закона Ома при токах большой силы. Это связано с ростом температуры.
Участок цепи, содержащий ЭДС, позволяет записывать закон Ома таким макаром:
I R = U 12 = φ 1 — φ 2 + δ = ∆ φ 12 + δ .
Формула получила название обобщенного закона Ома либо закон Ома для неоднородного участка цепи.
Набросок 1 . 8 . 2 указывает замкнутую цепь с неизменным током, при этом ток цепи ( c d ) считается однородным.
Набросок 1 . 8 . 2 . Цепь неизменного тока.
Исходя из закона Ома I R = ∆ φ c d , участок ( a b ) содержит источник тока с ЭДС, равной δ . Тогда для неоднородного участка формула воспримет вид I r = ∆ φ a b + δ . Сумма обоих равенств дает в итоге выражение I ( R + r ) = ∆ φ c d + ∆ φ a b + δ . Но ∆ φ c d = ∆ φ b a = — ∆ φ a b , тогда I = δ R + r .
Формула I = δ R + r выражает закон Ома для полной цепи. Запишем ее, как определение: сила тока в полной цепи приравнивается электродвижущей силе источника, деленной на сумму сопротивлений однородного и неоднородного участков цепи.
Набросок 1 . 8 . 2 гласит о том, что R неоднородного тела может быть рассмотрено как внутреннее сопротивление источника тока. Тогда ( a b ) участок будет являться внутренним участком источника.
При замыкании a и b при помощи проводника с малым по сопоставлению с внутренним сопротивлением источника получим, что в цепи имеется ток недлинного замыкания I к з = δ r .
Сила тока недлинного замыкания является наибольшей, получаемой от источника с ЭДС и внутренним сопротивлением r . Если внутренне сопротивление не много, тогда ток недлинного замыкания может вызвать разрушение электрической цепи либо источника.
Свинцовые батареи автомобилей имеют силу тока недлинного замыкания в несколько сотен ампер. Необыкновенную опасность представляют замыкания в осветительных сетях, которые имеют подпитку от подстанций. Во избежание разрушительных действий предусмотрены предохранители либо автоматы для защиты сетей.
Дабы при превышении допустимых значений силы тока не вышло недлинного замыкания, применяют наружное сопротивление. Если сопротивление r приравнивается сумме внутреннего и наружного сопротивления источника, сила тока не будет превосходить норму.
При наличии разомкнутой цепи разность потенциалов на полюсах разомкнутой батареи приравнивается ее ЭДС. Когда наружное R включено и ток I подается через батарею, то разность потенциалов на полюсах запишется, как ∆ φ b a = δ — I r .
Набросок 1 . 8 . 3 дает четкое схематическое изображение источника неизменного тока с ЭДС, равной δ , внутренним r в 3-х режимах: «холостой ход», работа на нагрузку, режим недлинного замыкания. E → является напряженностью снутри электрического поля снутри батареи, a – силами, действующими на положительные заряды, F с т → – посторонней силой. Исчезновение электрического поля появляется при маленьком замыкании.
Набросок 1 . 8 . 3 . Схематическое изображение источника неизменного тока: 1 – батарея разомкнута;
2 – батарея замкнута на наружное сопротивление R ; 3 – режим недлинного замыкания.
Вольтметр и амперметр
Используются измерительные приборы для напряжения тока в электрических цепях, именуемые вольтметрами и амперметрами.
Вольтметр определяет разности потенциалов, приложенные к его клеммам.
Подключение к цепи делается параллельно. Любой из устройств такового типа имеет внутреннее сопротивление R B . Дабы перераспределение токов не было приметно, необходимо проследить за тем, дабы внутреннее сопротивление было больше, чем на участках подключаемой цепи. На рисунке 1 . 8 . 4 изображена такая цепь, тогда данное условие можно записать как R B ≫ R 1 .
Это значит, что ток I B = ∆ φ c d R B , протекающий через вольтметр, меньше тока I = ∆ φ c d R 1 , проходящего по данному участку цепи.
Снутри устройства также не действуют посторонние силы, потому разность потенциалов его клемм совпадет со значением напряжения. Отсюда следует, что вольтметр определяет напряжение.
Амперметр предназначается для измерения силы тока в цепи.
Его подключение к цепи делается последовательно для прохождения всего измеряемого тока. Внутреннее сопротивление устройства обозначается как R A . В отличие от вольтметра обязано иметь малые значения относительно полного сопротивления цепи. На рисунке 1 . 8 . 4 показано, что сопротивление амперметра подходит к условию R A ≪ ( r + R 1 + R 2 ) . При включении устройства ток в цепи не должен изменяться.
Измерительные приборы подразделяют на стрелочные и цифровые, последние из которых являются сложными электронными устройствами и в состоянии давать очень четкие значения при измерении.
Набросок 1 . 8 . 4 . Включение амперметра ( А ) и вольтметра ( В ) в электрическую цепь.
Закон Ома
Закон Ома связывает величину напряжения (или ЭДС) и силы тока в цепях, владеющих сопротивлением.
Существует два варианта закона Ома — для участка цепи и для всей цепи.
Содержание
Закон Ома для участка цепи
Закон Ома для участка цепи говорит, что сила тока в участке цепи помноженная на сопротивление участка равна напряжению между его концами.
" width="" height="" />
" width="" height="" /> — напряжение между концами участка цепи, " width="" height="" /> — сила тока, протекающий через участок цепи, " width="" height="" /> — сопротивление участка цепи.
Закон Ома для всей цепи
Закон ома для всей цепи говорит, что сила тока циркулирующего по неразветвлённой замкнутой цепи, помноженная на суммарное сопротивление этой цепи равна суммарной ЭДС источников в ней.
>=IR,>" width="" height="" />
Закон Ома для переменного тока
Закон Ома применим как к неизменному току, так и к моментальным значениям напряжения и тока:
" width="" height="" />
Более того, закон Ома применим и к таким величинам, как амплитудное, действующее, среднее, малое, наибольшее значение, размах напряжения и тока, связывая надлежащие величины между собой. Так амплитуда напряжения " width="" height="" /> будет связана с амплитудой тока " width="" height="" /> выражением
" width="" height="" />
среднее значение напряжения " width="" height="" /> и тока " width="" height="" /> — выражением:
" width="" height="" />
и т. д. Неважно какая линейная функция тока и напряжения будет подчиняться закону Ома, если закону Ома подчиняется секундное значение.
«Реактивный» закон Ома
При протекании тока через такие элементы, как конденсаторы и катушки индуктивности закон Ома для моментальных значений тока и напряжения не осуществляется. Но, если рассматривать действие на такие элементы напряжения, подчиняющемуся гармоническому закону:
" width="" height="" />
в силу их линейности ток также будет гармоническим, но со сдвигом фазы >>" width="" height="" />:
>).>" width="" height="" />
При всем этом амплитудные значения напряжения " width="" height="" /> и тока " width="" height="" /> будут пропорциональны (при отрицательном сдвиге фаз её значение будет отрицательным), так что можно можно написать для них следующую формулу:
" width="" height="" />
где коэффициент пропорциональности " width="" height="" /> именуется реактивным сопротивлением. Его можно вычислить по формулам:
=2\pi fL=\omega L>" width="" height="" /> для катушки с индуктивностью " width="" height="" /> и =-<2\pi fC>>=-<\omega C>>>" width="" height="" /> для конденсатора с ёмкостью " width="" height="" />,
где " width="" height="" /> — частота в герцах, " width="" height="" /> — радиальная частота гармонического сигнала.
Закон Ома для всеохватывающих амплитуд
В пределах способа всеохватывающих амплитуд удалось обобщить действие закона Ома на цепи владеющие не только лишь активным, но и реактивным сопротивлением. Для этого вводится понятие всеохватывающего импеданса >>" width="" height="" />, выражаемого в виде
>=R+iX,>" width="" height="" />
