Измерения силы тока. Чтобы измерить силу тока в проводнике, амперметр включают последовательно с этим проводником. Но надо иметь в виду, что сам амперметр имеет некоторое сопротивление . Поэтому сопротивление участка цепи с включенным амперметром увеличивается, и при неизменном напряжении сила тока уменьшается по закону Ома.. Чтобы амперметр можно меньше влиял на силу тока, измеряемой, его сопротивление делают очень малым. Это следует помнить и никогда не пытаться измерить силу тока в осветительной сети, включая амперметр в розетку. Произойдет короткое замыкание. Сила тока при малом сопротивлении прибора достигнет такого большого значения, что обмотка амперметра сгорит.

Измерения напряжения. Чтобы измерить напряжение на участке цепи с сопротивлением , к нему параллельно включают вольтметр. Напряжение на вольтметре будет такая же как и на участке цепи. Если сопротивление вольтметра , то после его включения в круг сопротивление участка уже будет не , а . Поэтому напряжение, измеряют на участке цепи, уменьшится. Чтобы вольтметр заметно не искажал измеряемого напряжения, его сопротивление должно быть большим по сравнению с сопротивлением участка цепи, на котором измеряется напряжение. Вольтметр можно включать в сеть, не рискуя, что он сгорит, если он рассчитан на напряжение, превышающее напряжение сети.

4. Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца.

Любой источник тока характеризуется электродвижущей силой, или ЭДС. Так, на круглой батарейке для карманного фонарика написано: 1,5 В. Что это значит?

Если соединить проводником две металлические шарики, несущие заряды противоположных знаков, то под действием электрического поля этих зарядов по проводнику пойдет электрический ток. Но этот ток будет очень кратковременным, заряды быстро нейтрализуются, разность потенциалов между шариками выровняется и электрическое поле исчезнет.

Сторонние силы. Чтобы ток был постоянным, нужно поддерживать постоянное напряжение между шариками. А для этого нужно иметь устройство (источник тока), который перемещал бы заряды от одного шарика к другому в направлении, противоположном направлению сил, действующих на эти заряды со стороны электрического поля шариков. В таком устройстве на заряды, кроме электрических сил, должны действовать силы не электростатического происхождения. Только самое электрическое поле заряженных частиц (кулоновское поле) не способно поддерживать постоянный ток в поле.

Любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением сил электростатического происхождения (т. е. кулоновских), называют сторонними силами.

Вывод о необходимости сторонних сил для поддержания постоянного тока в цепи станет еще очевиднее, когда обратиться к закону сохранения энергии. Электростатическое поле потенциальное. Работа этого поля, затраченная на перемещение заряженных частиц вдоль замкнутой электрической цепи, равна нулю. Прохождение же тока по проводникам сопровождается выделением энергии — проводник нагревается. Итак, в любом кругу должен быть какой-то источник энергии, который направляет ее в круг. В этом источнике, кроме кулоновских сил, обязательно должны действовать посторонние, не потенциальные, силы. Работа этих сил вдоль замкнутого контура должно быть отлична от нуля. Именно в процессе выполнения работы этими силами заряженные частицы приобретают внутри источника тока энергию и отдают ее потом проводникам цепи.

Сторонние силы приводят в движение заряженные частицы внутри источников тока: в генераторах на электростанциях, в гальванических элементах, аккумуляторах и др..

Если круг замкнуть, создается электрическое поле во всех проводниках круга. Внутри источника тока заряды движутся под влиянием сторонних сил против кулоновских сил (электроны от положительно заряженного электрода к отрицательному), а во внешней части круга их приводит в движение электрическое поле.

Природа сторонних сил может быть самой разнообразной. В генераторах электростанций посторонний сила — это сила, действующая со стороны магнитного поля на электроны в движущемся проводнике.

В гальваническом элементе, например элементе Вольта, действуют химические силы. Элемент Вольта состоит из цинкового и медного электродов, помещенных в раствор серной кислоты. Химические силы вызывают растворение цинка в кислоте. В раствор переходят положительно заряженные ионы цинка, а сам цинковый электрод заряжается отрицательно. (Медь очень мало растворяется в серной кислоте). Между цинковым и медным электродами возникает разность потенциалов, которая и предопределяет ток в замкнутой электрической цепи.

Электродвижущая сила. Действие сторонних сил характеризуется важной физической величиной, называется электродвижущей силой (сокращенно ЭДС). Электродвижущая сила в замкнутом контуре представляет собой отношение работы сторонних сил по перемещению заряда вдоль контура к заряду:

Если на батарейке написано 1,5 В, то это означает, что сторонние силы (в данном случае химические) выполняют работу 1,5 Дж по перемещению заряда в 1 Кл от одного полюса батарейки к другому. Постоянный ток не может существовать в замкнутом круге, если в нем не действуют сторонние силы, т. е. нет ЭДС.

Рис.2

R

I

Рассмотрим самое полное (замкнутый) круг, состоящий из источника тока (гальванического элемента, аккумулятора или генератора) и резистора сопротивлением (Рис. 2). Источник тока имеет ЭДС И сопротивление . Сопротивление источника часто называют внутренним сопротивлением в отличие от внешнего сопротивления круга. В генераторе — Это сопротивление обмоток, а в гальваническом элементе — сопротивление раствора электролита и электродов.

Закон Ома для замкнутой цепи связывает силу тока в цепи, ЭДС и полное сопротивление (+ ) Круга. Эту связь можно установить теоретически на основе закона сохранения энергии и закона Джоуля — Ленца.

Пусть за время через поперечное сечение проводника пройдет электрический заряд . Тогда работу сторонних сил по перемещению заряда можно записать так: . Согласно определению силы тока . Поэтому . За счет этой работы на внутреннем и внешнем участках цепи, опоры которых и, выделяется количество теплоты, по закону Джоуля — Ленца равно:

Произведение силы тока на сопротивление части круга часто называют спадом напряжения на этой части круга. Следовательно, ЭДС равна сумме спадов напряжений на внутренней и внешней частях замкнутого круга.

Конечно закон Ома для замкнутого круга записывают так:

Сила тока в полном круге равна отношению ЭДС окружности к ее полному сопротивлению.

Сила тока зависит от трех величин: ЭДС , сопротивлений и внешней и внутренней частей круга. Внутреннее сопротивление источника тока заметно не влияет на силу тока, если он мал по сравнению с сопротивлением внешней части круга ( >> ). При этом напряжение на зажимах источника приблизительно равно ЭДС: .

Но при коротком замыкании () Сила тока в цепи определяется именно внутренним сопротивлением источника и может достичь при ЭДС в несколько вольт значительной величины, если сопротивление малый (например, в аккумуляторах 0,1-0,001 Ом). Провода могут расплавиться, а сам источник выйти из строя.

Рис.3

Если круг содержит несколько последовательно соединенных элементов с ЭДС.и т. д., то полная ЭДС цепи равна алгебраической сумме ЭДС отдельных элементов. Для определения знака ЭДС любого источника надо сначала выбрать положительный направление обхода контура. На Рис.3 положительным (произвольно) считают направление обхода против движения стрелки часов.

5. Работа и мощность постоянного тока

Электрический ток получил столь широкого применения том, что он несет с собой энергию. Эта энергия может быть преобразована в любую форму.

При упорядоченном движении заряженных частиц в проводнике электрическое поле выполняет работу. Эту работу принято называть работой тока.

Работа тока. Рассмотрим произвольную участок круга. Это может быть однородный проводник, например нить лампочки накаливания, обмотка электродвигателя и т. д. Пусть за время Через поперечное сечение проводника проходит заряд — Тогда электрическое поле выполнит работу. Поскольку сила тока , то эта работа равна: . Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока на напряжение и на время, в течение которого работа выполнялась.

Согласно закону сохранения энергии, эта работа равна изменению энергии рассматриваемой участка цепи. Поэтому энергия, которая выделяется на этом участке цепи за время , равна работе тока

Если на участке цепи не выполняется механическая работа и ток не оказывает химическим воздействиям, происходит только нагревание проводника. Нагретый проводник отдает теплоту окружающей телам.

Происходит это так. Электрическое поле ускоряет электроны. После столкновения с ионами кристаллической решетки они передают ионам свою энергию. Вследствие этого энергия хаотического движения ионов у положений равновесия растет. Это и означает увеличение внутренней энергии. Температура проводника повышается, и он начинает передавать теплоту окружающей телам. Через небольшой промежуток времени после замыкания круга процесс устанавливается и температура перестает изменяться со временем. К проводнику за счет работы электрического поля непрерывно поступает энергия. Но его внутренняя энергия остается неизменной, поскольку проводник передает окружающим телам количество теплоты, равная работе тока. Итак,

Если в формуле (1) выразить напряжение через силу тока или силу тока через напряжение с помощью закона Ома для участка цепи, то получим три эквивалентные формулы:

Закон Джоуля — Ленца. Закон, определяющий количество теплоты, которое выделяет проводник с током в окружающую среду, впервые установили экспериментально английский ученый Д. Джоуль (1818-1889) и русский ученый Э. X. Л е н ц (1804-1865). Закон Джоуля — Ленца формулируется так: количество теплоты, которое выделяет проводник с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику: . Этот закон выведен с помощью рассуждений, основанных на законе сохранения энергии.

Мощность тока. Любой электрический прибор (лампочка, электродвигатель) рассчитан на использование определенной энергии в единицу времени. Поэтому наряду с работой тока важное значение имеет понятие мощность тока. Мощность тока равна отношению работы тока за время до этого интервала времени:

Единицей мощности в СИ является ватт (Вт). На большинстве приборов указано мощность, которую они потребляют.

Прохождение по проводнику электрического тока сопровождается выделением в нем энергии. Эта энергия определяется работой тока: произведением перенесенного заряда и напряжения на концах проводника:

6. Правила Кирхгофа для разветвленного круга.

До сих пор мы рассматривали лишь простейшие электрические цепи, состоящие только из одного ведущего контура, т. е. неразветвленные круга. Для неразветвленной цепи на всех участках сила тока одинакова:

Расчеты для неразветвленной цепи (т. е. вычисления силы тока, ЭДС и сопротивлений) легко выполняются с помощью закона Ома. Более сложным является разветвленный электрическую цепь.

Разветвленное круг — это электрическая цепь, состоящая из нескольких замкнутых ведущих электрических контуров, имеют общие участки; в каждом контуре может быть несколько разных или одинаковых е. р. с. (Генераторов тока): контуры: Aε1CR1, AR1CR3ε3Bε2R2, AR1CR3ε3Bε5ε4, AR2ε2Bε5ε4 и т. д.

Сила тока на отдельных участках замкнутого контура может быть различной как по значению, так и по направлению.

Прямой расчет разветвленного круга по закону Ома довольно тяжелый, но значительно упрощается с применением законов Кирхгофа.

Законы или правила Кирхгофа предложил в 1847 г. Г. Р. Кирхгоф.

Введем понятие:

Узел разветвленного круга — это точка круга, в которой сходятся не менее трех (3-х) проводников: А — узел. Ток, входящий в узел, считается положительным, а ток, выходящий из узла — отрицательным: И1, И2 — положительные; И3 — отрицательный.

Для постоянного тока согласно энергосбережения имеем первое правило Кирхгофа:

Алгебраическая сумма токов в узле равна нулю:

Для постоянного тока согласно энергосбережения имеем первое правило Кирхгофа:

Алгебраическая сумма токов в узле равна нулю:

Второе правило Кирхгофа касается замкнутых контуров разветвленного круга.

Условимся считать положительным обход контура по часовой стрелке.

Ток, который течет в положительном направлении обхода контура, считаем положительным; токи противоположного направления — отрицательные.

Направление тока на участке контура, которая является неразветвленной, выбираем произвольным образом.

Для э р. с., действующих на участках цепи, приписываем знак плюс (они положительные), если эти е. р. с. создают собственный ток, т. е. ток во внешней цепи от положительного (+) полюса е. р. с. к отрицательному (-) полюсу, который совпадает с направлением обхода контура. Если собственный ток е. р. с. противоположно направлению обхода, то э р. с. приписываем знак минус.

Итак, для замкнутых контуров имеем второе правило Киргофа:

В замкнутом контуре разветвленного круга алгебраическая сумма э р. с. источников тока равна алгебраической сумме произведений сил тока на опоры соответствующих участков этого контура:

* Второе правило Кирхгофа может быть применено и для цепи переменного тока, поскольку не связано с тем, что ток должен быть постоянным!

1. Контактная разность потенциалов Законы Вольта.

В 1797 г. итальянец А. Вольта опытным путем установил, что при тесном сжатии (контакте) двух разнородных металлов между ними возникает разность потенциалов.

Контактная разность потенциалов — это разность потенциалов между двумя разнородными металлами при их контакте.

Реферати :

• ст3 ([б]р=160 Н/мм^2 решение
• гигиеническая характеристика пищевых продуктов животного происхождения
• что такое резуктаза молока.
• определение свежести мяса органолептическими и физико химическими методами
• процесс дегазации при производстве газированной воды
• назовите ограничения в использовании отдельных продуктов при орга­низации питания школьников.
• механически очистить зеленый горошек
• передаточное отношение механической передачи определяют по формуле
• мясо свинтна технологисесете кдейма