Навигация
Электродвижущая сила (ЭДС). Напряжение
49075
знаков
0
таблиц
19
изображений
1.2. Электродвижущая сила (ЭДС). Напряжение.
Постоянный электрический ток в цепи вызывается стационарным электростатическим полем (кулоновским полем), которое должно поддерживаться источником тока, создающим постоянную разность потенциалов на концах внешней цепи. Поскольку ток в проводнике несет определенную энергию, выделяющуюся, например, в виде некоторого количества теплоты, необходимо непрерывное превращение какой-либо энергии в электрическую. Иначе говоря, помимо кулоновских сил стационарного электростатического поля на заряды должны действовать еще какие-то силы, неэлектростатической природы — сторонние силы.
Любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением сил электростатического происхождения (т.е. кулоновских), называют сторонними силами.
Природа (или происхождение) сторонних сил может быть различной: например, в гальванических элементах и аккумуляторах — это химические силы, в генераторах — это сила Лоренца или силы со стороны вихревого электрического поля.
Внутри источника тока за счет сторонних сил электрические заряды движутся в направлении, противоположном действию сил электростатического поля, т.е. кулоновских сил. Благодаря этому на концах внешней цепи поддерживается постоянная разность потенциалов. Во внешней цепи сторонние силы не действуют.
Работа электрического тока в замкнутой электрической цепи совершается за счет энергии источника, т.е. за счет действия сторонних сил, т.к. электростатическое поле потенциально. Работа этого поля по перемещению заряженных частиц вдоль замкнутой электрической цепи равна нулю.
Количественной характеристикой сторонних сил (источника тока) является электродвижущая сила (ЭДС).
Электродвижущей силой е называется физическая величина, численно равная отношению работыЛд^ сторонних сил по перемещению заряда ^ вдоль цепи к значению этого заряда:
e=Aст/q
Электродвижущая сила выражается в вольтах (1 В = 1 Дж/Кл). ЭДС — это удельная работа сторонних сил на данном участке, т.е. работа по перемещению единичного заряда. Например, ЭДС гальванического элемента равна 4,5В. Это означает, что сторонние силы (химические) совершают работу в 4,5 Дж при перемещении заряда в 1 Кл внутри элемента от одного полюса к другому.
Электродвижущая сила является скалярной величиной, которая может быть как положительной, так и отрицательной. Знак ЭДС зависит от направления тока в цепи и выбора направления обхода цепи .
Сторонние силы не потенциальны (их работа зависит от формы траектории), и поэтому работа сторонних сил не может быть выражена через разность потенциалов между двумя точками. Работа электрического тока по перемещению заряда по проводнику совершается кулоновскими и сторонними силами, поэтому полная работа А равна:
A=Aкул+Aст
Физическая величина, численно равная отношению работы, совершаемой электрическим полем при перемещении положительного
заряда из одной точки в другую, к значению заряда д, называется напряжением V между этими точками:
U=A/q или
U=Aкул/q+Aст/q
Учитывая, что
Aкул/q=ф1-ф2=-Dф
т.е. разности потенциалов между двумя точками стационарного электростатического поля, где ф1и ф2 — потенциалы начальной и конечной точки траектории заряда, а
Aст/q=e имеем:
U= (ф1- ф2)+e
В случае электростатического поля, когда на участке не приложена ЭДС (е = 0), напряжение между двумя точками равно разности потенциалов:
U=ф1- ф2
При разомкнутой электрической цепи (Г = 0) напряжение равно ЭДС источника:
U=е
Единица напряжения в СИ — вольт (В), В = Дж/Кл. Напряжение измеряют вольтметром, который подключается параллельно тем участкам цепи, на которых измеряют напряжение.
1.3. Закон Ома для участка цепи. Омическое сопротивление проводника.
Удельное сопротивление.
Закон Ома устанавливает зависимость между силой тока в проводнике и разностью потенциалов (напряжением) между двумя точками (сечениями) этого проводника. В 1826 г. немецким физиком Георгом Омом (1787-1854) экспериментально было обнаружено, что отношение разности потенциалов (напряжения) на концах металлического проводника к силе тока есть величина постоянная:
U/I=R=const
Эта величина, зависящая от геометрических и электрических свойств проводника и от температуры, называется омическим (активным) сопротивлением, или просто сопротивлением.
Согласно закону Ома для участка цепи
Сила тока прямо пропорциональна разности потенциалов (напряжению) на концах участка цепи и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка:
I=U/R,
где U — напряжение на данном участке цепи, R, — сопротивление данного участка цепи. Произведение силы тока на сопротивление называется иногда падением напряжения:
U=I*R
Сопротивление проводника является его основной электрической характеристикой, определяющей упорядоченное перемещение носителей тока в этом проводнике (или на участке цепи).
Единица омического сопротивления в СИ — ом (Ом). Проводник имеет сопротивление 1 Ом, если при силе тока в нем 1 А разность потенциалов (напряжения) на его концах равна 1 В, т.е. 1 Ом - 1 В/1 А.
Сопротивление К зависит от свойств проводника и от его геометрических размеров:
R=p*l/S,
Где p — удельное сопротивление вещества, I — длина проводника, S — площадь поперечного сечения. Единицей удельного сопротивления в СИ является 1 Ом • м (или 1 Ом • м/м2).
Удельное сопротивление вещества численно равно сопротивлению однородного цилиндрического проводника, изготовленного из данного материала и имеющего длину 1 м и площадь поперечного сечения 1 м , или численно равно сопротивлению проводника в форме куба с ребром 1 м, если направление тока совпадает с направлением нормали к двум противоположным граням куба.
В зависимости от удельного сопротивления все вещества делятся на проводники (удельное сопротивление мало), диэлектрики (очень большое удельное сопротивление) и полупроводники с промежуточным значением удельного сопротивления.
Похожие работы
... (10) Соберите цепи по схемам 8, 9, в которых реализуются обе схемы соединения. Рассчитайте и измерьте силу тока в цепи при этих соединениях. В выводе сравните расчетные и измеренные значения. Отчет по лабораторной работе № 3 Изучение применения закона Ома для расчета цепей постоянного тока выполненной учащимся школы «Поиск» ………………………………………………………………………………… «…….»………….. 200….
вях электрической цепи постоянного тока. Задание состоит из двух частей. Первая часть задания Рассчитать токи ветвей методом узловых напряжений: 1 нарисовать заданную вариантом схему электрической цепи. Указать положительные направления токов ветвей; 2 записать каноническую форму уравнений метода и определить коэффициенты этой формы; 3 рассчитать узловые напряжения; 4 рассчитать токи ветвей ...
чает в себя источники мощности (активные элементы) и приемники (пассивные элементы). В качестве пассивного линейного элемента в цепях постоянного тока выступает резистор, имеющий электрическое сопротивление R. Единица измерения Ом. Величина, обратная сопротивлению, называется электрической проводимостью: G = 1/R. Единица измерения См - сименс. В качестве активных элементов - источников ...
... один контурный ток, то действующий в ветви ток будет равен контурному: Составляем баланс мощности 227,0485=229,3138 ЗАДАНИЕ 3 СИМВОЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЦЕПИ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА Задача 1 По данным табл. 9,10,11 рассчитать токи в ветвях заданной цепи при f = 50 Гц. Используя данные расчета, записать мгновенное значение указанной в табл. 9 величины. Составить баланс мощностей. В ...
0 комментариев