· защитные устройства (предохранители, автоматические выключатели).
В качестве источника электроэнергии (источника питания) используют:
В приёмниках электрическая энергия преобразуется в другие виды энергии.
Контур – замкнутая электрическая цепь, образуемая одной либо несколькими ветвями.
Ветвь — участок электрической цепи, состоящей только из последовательно включенных источников ЭДС и сопротивлений, вдоль которого проходит один и тот же ток.
Узел– точка, в какой сходится более 2-ух веток (рис. 1.10).
Электрическую цепь можно поделить на два участка: внутреннюю цепь (сам источник) и внешнюю цепь (линейные провода и приемники и т.д.).
Чертеж, на котором на котором изображены электрические цепи при помощи условных графических обозначений, именуют электрической схемой(рис. 1.11).
Для того дабы обеспечить непрерывное прохождение тока по электрической цепи нужно:
· цепь должна быть замкнутой;
· на зажимах источника питания нужно поддерживать разность потенциалов.
Набросок 1.11. Электрическая схема
Во наружной цепи ток ориентирован от плюса к минусу, т.е. от точек с более высочайшим потенциалом к точкам с более низким потенциалом (от положительного зажима источника электроэнергии к отрицательному).
Снутри источника напротив: заряды должны передвигаться от отрицательного зажима к положительному. Такое перемещение зарядов снутри источника совершается благодаря электродвижущей силе (э.д.с.), которая возбуждается снутри источника.
Э.д.с. поддерживает разность потенциалов на зажимах источника, обеспечивая прохождение тока по цепи и определяет собой напряжение источника питания.
Э.д.с. обозначается Е и численно равна работе, которую нужно затратить на перемещение единичного положительного заряда от 1-го зажима к другому.
При составлении расчетных схем элементы электрической цепи, имеющие сопротивление обозначают в виде резисторов с сопротивлением R, то же относится к индуктивностям и емкостям, источники питания нередко представляют с нулевым сопротивлением, а дабы его учитывать его сопротивление в схему добавляют резистор R0. Вспомогательные элементы почти всегда имеют малые сопротивления и их не указывают на схемах.
Направления тока, напряжения и э.д.с. на схемах изображают стрелками, за положительное направление тока принимают движение положительных зарядов, т.е. от плюса к минусу. Положительное направление напряжения и э.д.с. совпадает с направлением тока.
Закон Ома для электрической цепи: сила токаI в электрической цепи равна э.д.с. источникаE, поделенного на полное сопротивление цепи, которое можно представить в виде суммы сопротивления приемника R и внутреннего сопротивления источника питанияR0.I=E/R; I=E/R+R0
Закон Омадля участка цепи (к примеру, а-б): сила тока I на данном участке цепи равна напряжениюU, приложенному к участку, поделенному на сопротивление R этого участка. I=U/R; U=IR; R=U/I
Закон Ома применим только к линейным цепям.
1. Дайте понятие электрической цепи.
2. Какое условие должно производиться, дабы обеспечить непрерывное прохождение тока по электрической цепи?
3. Что используют в качестве источника электроэнергии (источника питания)?
4. Перемещение зарядов снутри источника совершается благодаря …..
5. Как ориентирован ток во наружной цепи?
6. Какой элемент добавляют в электрическую схему дабы учитывать сопротивление источника?
7. На какие участки можно условно поделить электрическую цепь?
8. Сформулируйте закон Ома для полной электрической цепи.
9. Снутри источника ток ориентирован …..
10. Дайте определение электрической схемы?
11. Сформулируйте закон Ома для участка цепи.
1.5. Законы Кирхгофа. Методы соединения потребителей
Закон Ома устанавливает зависимость между силой тока, напряжением и сопротивлением для простейшей электрической цепи, представляющей собой один замкнутый контур.
В практике цепи имеют несколько замкнутых контуров и несколько узлов, к которым сходятся токи, проходящие по отдельным веткам. Расчеты таких цепей создают при помощи законов Кирхгофа.
1-ый закон Кирхгофа устанавливает зависимость между токами для узлов электрической цепи, к которым подходит несколько веток: алгебраическая сумма токов веток сходящихся в узле электрической цепи равна 0. ΣI=0
Набросок 1.12. Рассредотачивание токов в узле
При всем этом токи, направленные к узлу берут с одним знаком, а от узла с другим. I1+ I2+ I3-I4=0,преобразуемI1+ I2+ I3=I4.
1-ый закон Кирхгофа является следствием закона сохранения заряда, согласно которому в любом узле заряд 1-го знака не может ни скапливаться, ни убывать.
2-ой закон Кирхгофа устанавливает зависимость между э.д.с. и напряжением в замкнутой цепи:
«Во всяком замкнутом контуре алгебраическая сумма э.д.с. равна алгебраической сумме падений напряжений на сопротивлениях, входящих в этот контур».ΣE=ΣIR.
Падением напряжения именуется напряжение на концах каждого резистора, т.к. на данную величину миниатюризируется разность потенциалов источника тока.
Последовательное соединение резисторов:к концу первого из них подключается начало второго, к концу второго – начало третьего и т.д., т.е. резисторы соединены в виде цепочки. За начало можно принять хоть какой конец резистора.
Недочетом последовательного соединения является зависимость напряжения на каждом их них от сопротивлений других приемников. В этом случае, когда из строя выходит один приемник, ток отключается и в других приемниках.
Последовательно могут соединяться любые приемники (лампочки в гирлянде), а именно электрические движки. На электровозах неизменного тока в исходный период разгона поезда тяговые движки включены последовательно. Этим достигается уменьшение напряжения, приходящего на каждый мотор.
Положительный зажим источника тока притягивает электроны с таковой силой, с какой отрицательный зажим отталкивает их. Движение свободных электронов во всех частях последовательной цепи начинается сразу с одинаковой скоростью. Через хоть какое её поперечное сечение сразу проходит равное число электронов, двигающихся с одинаковой скоростью. Потому при последовательном соединении(рис.1.13) по всем элементам цепи протекает один и тот же ток.
Набросок 1.13. Последовательное включение резисторов
Если последовательно включеноnрезисторов с одинаковыми сопротивлениями R, то RЭ=n∙R.
Параллельное соединение резисторов:начала резисторов соединены в одну общую точку, а концы – в другую (рис.1.14).
При параллельном соединении (рис.1.10) нескольких приемников ко всем резисторам приложено однообразное напряжениеI=I1+I2+I3,
I = + + = + + .Для 2-ух резисторов: Rэ =
При параллельном включении n одинаковых резисторов RЭ= R/n.
Набросок 1.14. Параллельное включение резисторов
Примером параллельного соединения цепей служит домашняя электрическая проводка. Лампы, утюг, радиоприёмник, телек – всё подключается к сети 220 В. Все бытовые розетки имеют одну и ту же разность потенциалов.
Смешанное соединение резисторов:в цепи имеются сразу и параллельное и последовательное их соединения.
Применяется, когда нужно получить в цепи разные величины токов и напряжений при одном источнике питания. Элементы, требующие 1-го и такого же тока, соединяются последовательно, а элементы, требующие 1-го и такого же напряжения – параллельно.
При смешанном соединении резисторов(рис.1.15)эквивалентное сопротивление определяют способом преобразования.
Набросок 1.15. Смешанное соединение резисторов
На электровозах неизменного тока и некоторых тепловозах тяговые движки в процессе регулирования скорости движения необходимо включать под разные напряжения, потому они в процессе разгона переключаются с последовательного соединения на параллельное.
Мостовая схема соединения резисторов (рис.1.16). В некоторых случаях (к примеру, при электрических измерениях) резисторы включают по схеме моста.
Резисторы R1, R2, R3 и R4образуют плечи моста. Участки цепи, соединяющие точки а и с, также b и d именуются диагоналями моста. На одну диагональ подается напряжение от источника питания, а в другую врубается какой-нибудь электроизмерительный устройство либо аппарат.
Набросок 1.16. Мостовые схемы соединения резисторов
При равенстве сопротивлений R1=R4 и R3=R2напряжения на участках аbиаd от токов I1 иI2,а такжена участках bси dсбудут одинаковыми, потому точки b и dбудут иметь однообразные потенциалы. Если в диагональ bd включить резистор R, то ток через диагональ будет равен 0. Таковой мост именуется уравновешенным. Мост будет уравновешенным при равенстве отношений R1/R4 и R2/R3.При несоблюдении этих критерий, через диагональ будет протекать ток, таковой мост именуется неустойчивым.
Мостовая схема соединения резисторов представляет собой смешанное соединение резисторов и применяется для включения реле боксования на некоторых электровозах, в выпрямителях и др. (рис.1.17).
Реле Рврубается в диагональ моста, образованного 2-мя последовательно включенными электродвигателями М1 и М2 с токомIД, которые рассматриваются как источники э.д.с. Е1 и Е2,и 2-мя резисторами. При отсутствии боксования Е1= Е2. Токи, проходящие через резисторы, I1=I2. Потому ток в катушке реле I=I1 — I2=0
Набросок 1.17. Схема включения реле боксования
При появлении боксования частота вращения тягового мотора, связанного с боксующей парой, резко увеличивается, возрастает его э.д.с., через обмотку реле пойдет ток, который вызовет его срабатывание. Реле включает сигнализацию и подачу песка либо повлияет на систему управления электровоза.
1. Назовите виды соединения резисторов.
2. Сформулируйте 1-ый закон Кирхгофа.
3. Как при смешанном соединении резисторов определяют эквивалентное сопротивление?
4. Закон Ома устанавливает зависимость между …..
5. Как размещаются резисторы при параллельном соединении?
6. Какое напряжение приложено ко всем резисторам при параллельном соединении нескольких приемников?
Закон Ома для полной цепи – формула, определение
Закон Ома связывает в одной формуле электрические характеристики, при помощи которых можно найти токи и напряжения на каждом элементе цепи. Данный закон можно распространить на всю электрическую цепь. Разглядим, как это происходит.
Источник ЭДС в полной цепи
Для появления электрического тока в замкнутой цепи, эта цепь должна содержать хотя бы один особенный элемент, в каком будет происходить работа по переносу зарядов между его полюсами. Силы, переносящие заряды снутри этого элемента, делают это против электрического поля, а означает, их природа должна быть отлична от электрической. Потому такие силы именуются посторонними.
Рис. 1. Посторонние силы в физике.
Элемент электрической цепи, в каком происходит работа посторониих сил по переносу зарядов против деяния электрического поля, именуется источником тока. Основная его черта – это величина посторониих сил. Для ее свойства вводится особая мера – Электродвижущая Сила (ЭДС), она обозначается буковкой $mathscr$.
Значение ЭДС источника тока равно отношению посторониих сил по переносу заряда к величине этого заряда:
Так как смысл ЭДС очень близок к смыслу электрического напряжения (напомним, напряжение – это отношение работы, совершаемой электрическим полем, переносящим заряд, к величине этого заряда), то ЭДС так же, как и напряжение, измеряется в Вольтах:
2-ой важной электрической чертой реального источника тока является его внутреннее сопротивление. При переносе зарядов между клеммами происходит их взаимодействие с веществом источника ЭДС, а потому, источник для электрического тока также представляет некоторое сопротивление. Внутреннее сопротивление, как и обыденное сопротивление, измеряется в Омах, но обозначается малой латинской буковкой $r$.
Рис. 2. Примеры источников тока.
Закон Ома для полной цепи
Когда в полной электрической цепи имеется источник ЭДС, в цепи появляется ток. Его величину можно отыскать, используя закон сохранения энергии и закон Джоуля-Ленца, выражающий энергию, выделяемую на электрическом элементе при прохождении по нему тока.
Если посторонние силы за время $Δt$ переместили заряд $Δq$, то, они сделали работу:
Заряд, переносимый посторонними силами снутри источника, пройдет по цепи за то же время $Δt$, а означает, сила тока в цепи будет равна:
Таким макаром, величина работы посторониих сил:
А согласно закону Джоуля-Ленца, ток $I$, прошедший через цепь, создаст некоторое количество теплоты. Во наружной цепи эта теплота выделится на сопротивлении наружной цепи $R$, а снутри источника тока – на его внутреннем сопротивлении $r$:
Вся эта теплота, согласно Закону сохранения энергии, получена в итоге работы посторониих сил ($А_ = Q$), другими словами:
Сокращая и перенося значение тока на лево, совсем получаем формулу Закона Ома для полной цепи:
Сила тока в замкнутой цепи равна отношению ЭДС источника тока к сумме сопротивления цепи и внутреннего сопротивления источника.
Внутреннее сопротивление реальных источников тока очень невелико (толики ома), потому для маленьких мощностей оно практически не оказывает воздействия на электрическую цепь. Но, если мощность цепи велика, то третировать этим сопротивлением нельзя, на нем может выделяться приметное количество тепла.
Сложные цепи с несколькими источниками тока
В замкнутой цепи может быть не один источник тока.
В данном случае полная ЭДС цепи равна алгебраической сумме ЭДС источников. В цепи произвольно выбирается направление обхода, и если источник вызывает ток в этом направлении, его ЭДС считается положительной, а по другому – отрицательной. Сопротивление не имеет направления, а потому наружные и внутренние сопротивления всегда суммируются.
В реальных сложных электрических цепях может быть много разветвлений и контуров, при этом, источники тока могут находиться в разных местах. Для определения токов на всех ветвях цепи применяются системы уравнений, построенные на базе особых правил (законов) Кирхгофа.
Рис. 3. Сложные цепи и законы Кирхгофа.
Что мы узнали?
Реальные источники тока владеют внутренним сопротивлением. Согласно Закону Ома для полной цепи, ток в замкнутой цепи равен отношению ЭДС источника тока к сумме сопротивления цепи и внутреннего сопротивления источника. Если в обычный цепи несколько источников ЭДС, то общая ЭДС равна алгебраической сумме ЭДС источников. Для сложных цепей применяются системы уравнений на базе правил Кирхгофа.
Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи
На этом уроке мы разглядим самую важную характеристику источника тока – электродвижущую силу. Мы познакомимся с тем, какие силы совершают работу в источниках тока. Также мы разглядим закон Ома для полной цепи.
На этот момент вы не сможете поглядеть либо пораздавать видеоурок ученикам
Дабы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, для вас необходимо добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите неописуемые способности
1. Откройте доступ ко всем видеоурокам комплекта.
2. Раздавайте видеоуроки в личные кабинеты ученикам.
3. Смотрите статистику просмотра видеоуроков учениками.
Получить доступ
Конспект урока "Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи"
Как вы понимаете, для существования электрического тока, нужно наличие электрического поля. При этом, это поле должно повсевременно поддерживаться неким источником тока. Сейчас мы побеседуем об основной характеристике источника тока, которая именуется электродвижущей силой (либо, сокращенно, ЭДС). Для начала разглядим обычный опыт: возьмем два обратно заряженных шарика и соединим их проводником. В данном случае, в проводнике возникнет электрический ток, но он будет очень краткосрочным. Дело в том, что очень скоро произойдет перераспределение заряда, и потенциалы шариков уравняются. Означает, закончит существовать электрическое поле.
Из этого можно прийти к выводу, что для поддержания неизменного тока нужно наличие неких сил неэлектрического происхождения, дабы эти силы могли перемещать заряды против поля. Такие силы именуются посторонними силами. Другими словами, посторонние силы — это любые силы, которые действуют на электрические заряды, но при всем этом не являются силами электрического происхождения. К примеру, это могут быть силы, действующие на заряды со стороны магнитного поля — это применяется в генераторах.
В батареях либо аккумах работу по разделению электрических зарядов делают хим реакции.
Очередной аргумент, который мы можем привести — это то, что работа кулоновских сил при перемещении заряда по замкнутому контуру, равна нулю. А это означает, что какие-то другие силы должны обеспечивать ненулевую работу для поддержания разности потенциалов.
Устройство для поддержания электрического тока, именуется источником тока. В любом источнике тока посторонние силы действуют на заряды, совершая работу против кулоновских сил. Стало быть, чертой источника должна быть величина, не зависящая от величины заряда. Данная величина именуется электродвижущей силой. Электродвижущая сила равна отношению работы посторониих сил при перемещении заряда по замкнутому контуру, к величине этого заряда:
Из формулы видно, что электродвижущая сила, как и напряжение, измеряется в вольтах:
Сейчас, когда мы познакомились с ЭДС, мы можем перейти к исследованию закона Ома для полной цепи. Полной цепью именуется замкнутая цепь, включающая в себя источник тока. Для удобства, мы разглядим простейшую электрическую цепь, состоящую только из источника тока, резистора и соединительных проводов:
Как мы уже произнесли, источник тока характеризуется ЭДС. Все же, хоть какой источник тока обладает определенным сопротивлением, которое именуется внутренним сопротивлением. Закон Ома для полной цепи представляет собой связь между ЭДС, внутренним и наружным сопротивлением и силой тока в цепи. Для того, дабы установить эту связь, воспользуемся законом сохранения энергии. Запишем, что работа посторониих сил равна произведению ЭДС источника и величины заряда:
Как вы понимаете, каждый участок цепи выделяет то либо другое количество теплоты. По закону Джоуля-Ленца, это количество теплоты рассчитывается по формуле:
Исходя из закона сохранения энергии, мы можем приравнять это количество теплоты к работе посторониих сил:
Закон Ома для полной цепи звучит так: сила тока в замкнутой цепи равна отношению ЭДС источника к полному сопротивлению цепи:
Вывести закон Ома для полной цепи можно, рассуждая чуть по другому. Как мы знаем, при последовательном соединении полное напряжение цепи равно сумме падений напряжений на всех участках цепи:
Мы лицезреем, что произведение силы тока и сопротивления резистора есть не что другое, как напряжение на этом резисторе. А произведение силы тока и внутреннего сопротивления — это падение напряжения на самом источнике:
Нужно сказать, что внутреннее сопротивление источника в почти всех случаях пренебрежимо не достаточно по сопоставлению с сопротивлением наружной части цепи. В данном случае, мы можем считать, что напряжение на зажимах источника приблизительно равно ЭДС (другими словами падение напряжения на источнике считается примерно равным нулю):
Все же, конкретно внутренним сопротивлением определяется сила тока в цепи при маленьком замыкании. Напомним, что при маленьком замыкании, наружное сопротивление становится практически нулевым, потому в цепи резко растет сила тока:
Разглядим сейчас цепь, содержащую несколько последовательно соединенных источников тока.
В данном случае, ЭДС всей цепи равна алгебраической сумме ЭДС отдельных источников.
В таких случаях нужно избрать так называемое «направление обхода тока». Это направление выбирается условно (в нашем случае — против часовой стрелки). Тогда, ,так как они стремятся вызвать ток в направлении обхода.
А,так как они стремятся вызвать ток в направлении, обратном направлению обхода. Отрицательная ЭДС значит, что посторонние силы снутри источника совершают отрицательную работу. Таким макаром, ЭДС нашей цепи будет равна:
В согласовании с правилами последовательного соединения, суммарное сопротивление цепи равно сумме наружного сопротивления и внутренних сопротивлений всех источников тока:
Пример решения задачи.
Задачка. К источнику тока с внутренним сопротивлением 1 Ом подключили резистор с сопротивлением 15 Ом. После чего в цепь включили амперметр, который показал, что сила тока равна 5 А. Найдите работу посторониих сил снутри источника, совершенную за 2 минутки.
