Постійний електричний струм — частина 2

Постійний електричний струм - Частина 2

Вимірювання сили струму. Щоб виміряти силу струму в провіднику, амперметр вмикають послідовно з цим провідником. Але треба мати на увазі, що сам амперметр має деякий опір Постійний електричний струм - Частина 2. Тому опір ділянки кола з увімкнутим амперметром збільшується, і при незмінній напрузі сила струму зменшується згідно із законом Ома.. Щоб амперметр якомога менше впливав на силу струму, яку вимірюють, його опір роблять дуже малим. Це слід пам'ятати і ніколи не намагатися виміряти силу струму в освітлювальній мережі, вмикаючи амперметр у розетку. Станеться коротке замикання. Сила струму при малому опорі приладу досягне такого великого значення, що обмотка амперметра згорить.

Вимірювання напруги. Щоб виміряти напругу на ділянці кола з опоромПостійний електричний струм - Частина 2 , до нього паралельно вмикають вольтметр. Напруга на вольтметрі буде така сама як і на ділянці кола. Якщо опір вольтметра Постійний електричний струм - Частина 2, то після його вмикання в коло опір ділянки уже буде неПостійний електричний струм - Частина 2 , а Постійний електричний струм - Частина 2. Тому напруга, яку вимірюють на ділянці кола, зменшиться. Щоб вольтметр помітно не спотворював вимірюваної напруги, його опір має бути великим порівняно з опором ділянки кола, на якому вимірюється напруга. Вольтметр можна вмикати в мережу, не ризикуючи, що він згорить, якщо він розрахований на напругу, яка перевищує напругу мережі.

4. Електрорушійна сила. Закон Ома для повного кола. Робота і потужність постійного струму. Закон Джоуля-Ленца.

Будь-яке джерело струму характеризується електрорушійною силою, або ЕРС. Так, на круглій батарейці для кишенькового ліхтарика написано: 1,5 В. Що це означає?

Якщо з'єднати провідником дві металеві кульки, що несуть заряди протилежних знаків, то під впливом електричного поля цих зарядів по провіднику піде електричний струм. Але цей струм буде дуже короткочасним, заряди швидко нейтралізуються, різниця потенціалів між кульками вирівняється і електричне поле зникне.

Сторонні сили. Щоб струм був постійним, треба підтримувати постійну напругу між кульками. А для цього треба мати пристрій (джерело струму), який переміщав би заряди від однієї кульки до іншої в напрямі, протилежному напряму сил, що діють на ці заряди з боку електричного поля кульок. У такому пристрої на заряди, крім електричних сил, повинні діяти сили не електростатичного походження. Тільки саме електричне поле заряджених частинок (кулонівське поле) не здатне підтримувати постійний струм у полі.

Будь-які сили, що діють на електрично заряджені частинки, за винятком сил електростатичного походження ( тобто кулонівських), називають сторонніми силами.

Висновок про необхідність сторонніх сил для підтримання постійного струму в колі стане ще очевиднішим, коли звернутися до закону збереження енергії. Електростатичне поле потенціальне. Робота цього поля, затрачена на переміщення заряджених частинок уздовж замкнутого електричного кола, дорівнює нулю. Проходження ж струму по провідниках супроводиться виділенням енергії — провідник нагрівається. Отже, в будь-якому колі має бути якесь джерело енергії, що надсилає її в коло. У цьому джерелі, крім кулонівських сил, обов'язково повинні діяти сторонні, не потенціальні, сили. Робота цих сил уздовж замкнутого контуру має бути відмінна від нуля. Саме в процесі виконання роботи цими силами заряджені частинки набувають усередині джерела струму енергію і віддають її потім провідникам електричного кола.

Сторонні сили приводять у рух заряджені частинки всередині джерел струму: в генераторах на електростанціях, в гальванічних елементах, акумуляторах та ін.

Якщо коло замкнути, створюється електричне поле в усіх провідниках кола. Всередині джерела струму заряди рухаються під впливом сторонніх сил проти кулонівських сил (електрони від додатно зарядженого електрода до від'ємного), а в зовнішній частині кола їх приводить у рух електричне поле.

Природа сторонніх сил може бути найрізноманітнішою. У генераторах електростанцій стороння сила — це сила, що діє з боку магнітного поля на електрони в рухомому провіднику.

У гальванічному елементі, наприклад елементі Вольта, діють хімічні сили. Елемент Вольта складається з цинкового й мідного електродів, вміщених у розчин сірчаної кислоти. Хімічні сили спричиняють розчинення цинку в кислоті. У розчин переходять додатно заряджені іони цинку, а сам цинковий електрод заряджається від'ємно. (Мідь дуже мало розчиняється в сірчаній кислоті). Між цинковим і мідним електродами виникає різниця потенціалів, яка й зумовлює струм у замкнутому електричному колі.

Електрорушійна сила. Дія сторонніх сил характеризується важливою фізичною величиною, що називається електрорушійною силою (скорочено ЕРС). Електрорушійна сила в замкнутому контурі являє собою відношення роботи сторонніх сил по переміщенню заряду вздовж контура до заряду:

Постійний електричний струм - Частина 2

Якщо на батарейці написано 1,5 В, то це означає, що сторонні сили (в даному випадку хімічні) виконують роботу 1,5 Дж по переміщенню заряду в 1 Кл від одного полюса батарейки до іншого. Постійний струм не може існувати в замкнутому колі, якщо в ньому не діють сторонні сили, тобто немає ЕРС.

Рис.2

R

I

Постійний електричний струм - Частина 2

Розглянемо найпростіше повне (замкнуте) коло, що складається з джерела струму (гальванічного елемента, акумулятора або генератора) і резистора опором Постійний електричний струм - Частина 2 (рис. 2). Джерело струму має ЕРС Постійний електричний струм - Частина 2І опір Постійний електричний струм - Частина 2. Опір джерела часто називають внутрішнім опором на відміну від зовнішнього опору Постійний електричний струм - Частина 2 кола. У генераторі Постійний електричний струм - Частина 2 — це опір обмоток, а в гальванічному елементі — опір розчину електроліту й електродів.

Закон Ома для замкнутого кола пов'язує силу струму в колі, ЕРС і повний опір (Постійний електричний струм - Частина 2+ Постійний електричний струм - Частина 2) кола. Цей зв'язок можна встановити теоретично на основі закону збереження енергії і закону Джоуля — Ленца.

Нехай за час Постійний електричний струм - Частина 2 через поперечний переріз провідника пройде електричний заряд Постійний електричний струм - Частина 2. Тоді роботу сторонніх сил по переміщенню заряду Постійний електричний струм - Частина 2 можна записати так: Постійний електричний струм - Частина 2. Згідно з означенням сили струму Постійний електричний струм - Частина 2. Тому Постійний електричний струм - Частина 2. За рахунок цієї роботи на внутрішній і зовнішній ділянках кола, опори яких Постійний електричний струм - Частина 2 іПостійний електричний струм - Частина 2, виділяється кількість теплоти, що за законом Джоуля — Ленца дорівнює:

Постійний електричний струм - Частина 2

Постійний електричний струм - Частина 2 Добуток сили струму на опір частини кола часто називають спадом напруги на цій частині кола. Отже, ЕРС дорівнює сумі спадів напруг на внутрішній і зовнішній частинах замкнутого кола.

Звичайно закон Ома для замкнутого кола записують так:

Постійний електричний струм - Частина 2

Сила струму в повному колі дорівнює відношенню ЕРС кола до його повного опору.

Сила струму залежить від трьох величин: ЕРС Постійний електричний струм - Частина 2, опорів Постійний електричний струм - Частина 2 і Постійний електричний струм - Частина 2 зовнішньої і внутрішньої частин кола. Внутрішній опір джерела струму помітно не впливає на силу струму, якщо він малий порівняно з опором зовнішньої частини кола (Постійний електричний струм - Частина 2 >> Постійний електричний струм - Частина 2). При цьому напруга на затискачах джерела приблизно дорівнює ЕРС: Постійний електричний струм - Частина 2.

Але при короткому замиканні (Постійний електричний струм - Частина 2) сила струму в колі визначається саме внутрішнім опором джерела і може досягти при ЕРС у кілька вольтів значної величини, якщо опір Постійний електричний струм - Частина 2 малий (наприклад, в акумуляторах Постійний електричний струм - Частина 2Постійний електричний струм - Частина 20,1—0,001 Ом). Проводи можуть розплавитися, а саме джерело вийти з ладу.

Рис.3

Постійний електричний струм - Частина 2

Якщо коло містить кілька послідовно з'єднаних елементів з ЕРСПостійний електричний струм - Частина 2.і т. д., то повна ЕРС кола дорівнює алгебраїчній сумі ЕРС окремих елементів. Для визначення знака ЕРС будь-якого джерела треба спочатку обрати додатний напрям обходу контура. На Рис.3 додатним (довільно) вважають напрям обходу проти руху стрілки годинника.

Постійний електричний струм - Частина 2

5. Робота і потужність постійного струму

Електричний струм набув такого широкого застосування тому, що він несе з собою енергію. Ця енергія може бути перетворена в будь-яку форму.

При впорядкованому русі заряджених частинок у провіднику електричне поле виконує роботу. Цю роботу прийнято називати роботою струму.

Робота струму. Розглянемо довільну ділянку кола. Це може бути однорідний провідник, наприклад нитка лампочки розжарювання, обмотка електродвигуна і т. д. Нехай за час Постійний електричний струм - Частина 2Через поперечний переріз провідника проходить заряд Постійний електричний струм - Частина 2— Тоді електричне поле виконає роботуПостійний електричний струм - Частина 2. Оскільки сила струму Постійний електричний струм - Частина 2, то ця робота дорівнює: Постійний електричний струм - Частина 2. Робота струму на ділянці кола дорівнює добутку сили струму на напругу і на час, протягом якого робота виконувалася.

Згідно із законом збереження енергії, ця робота має дорівнювати зміні енергії розглядуваної ділянки кола. Тому енергія, яка виділяється на цій ділянці кола за час Постійний електричний струм - Частина 2, дорівнює роботі струму Постійний електричний струм - Частина 2

Якщо на ділянці кола не виконується механічна робота і струм не чинить хімічних дій, відбувається тільки нагрівання провідника. Нагрітий провідник віддає теплоту навколишнім тілам.

Відбувається це так. Електричне поле прискорює електрони. Після зіткнення з іонами кристалічної решітки вони передають іонам свою енергію. Внаслідок цього енергія хаотичного руху іонів біля положень рівноваги зростає. Це й означає збільшення внутрішньої енергії. Температура провідника підвищується, і він починає передавати теплоту навколишнім тілам. Через невеликий проміжок часу після замикання кола процес установлюється і температура перестає змінюватися з часом. До провідника за рахунок роботи електричного поля безперервно надходить енергія. Але його внутрішня енергія лишається незмінною, оскільки провідник передає навколишнім тілам кількість теплоти, що дорівнює роботі струму. Отже,

Постійний електричний струм - Частина 2

Якщо у формулі (1) виразити напругу через силу струму або силу струму через напругу за допомогою закону Ома для ділянки кола, то дістанемо три еквівалентні формули:

Постійний електричний струм - Частина 2

Постійний електричний струм - Частина 2 Закон Джоуля — Ленца. Закон, що визначає кількість теплоти, яку виділяє провідник із струмом у навколишнє середовище, вперше встановили експериментально англійський учений Д. Джоуль (1818—1889) і російський учений Е. X. Л є н ц (1804—1865). Закон Джоуля — Ленца формулюється так: кількість теплоти, яку виділяє провідник із струмом, дорівнює добутку квадрата сили струму, опору провідника і часу проходження струму по провіднику: Постійний електричний струм - Частина 2. Цей закон виведено за допомогою міркувань, що ґрунтуються на законі збереження енергії.

Потужність струму. Будь-який електричний прилад (лампочка, електродвигун) розрахований на використання певної енергії за одиницю часу. Тому поряд з роботою струму важливе значення має поняття потужність струму. Потужність струму дорівнює відношенню роботи струму за час до цього інтервалу часу:

Постійний електричний струм - Частина 2

Одиницею потужності в СІ є ват (Вт). На більшості приладів зазначено потужність, яку вони споживають.

Проходження по провіднику електричного струму супроводиться виділенням у ньому енергії. Ця енергія визначається роботою струму: добутком перенесеного заряду і напруги на кінцях провідника:

Постійний електричний струм - Частина 2

6. Правила Кірхгофа для розгалуженого кола.

До цих пір ми розглядали лише найпростіші електричні кола, які складалися лише з одного провідного контуру, тобто нерозгалужені кола. Для нерозгалуженого кола на всіх ділянках сила струму однакова:

Постійний електричний струм - Частина 2

Постійний електричний струм - Частина 2

Розрахунки для нерозгалуженого кола (тобто обчислення сили струму, електрорушійної сили та опорів) легко виконуються за допомогою закону Ома. Більш складним є розгалужене електричне коло.

Розгалужене коло – це електричне коло, яка складається з кількох замкнених провідних електричних контурів, які мають загальні ділянки; в кожному контурі може бути кілька різних чи однакових е. р.с. (генераторів струму): контури: Aε1CR1, AR1CR3ε3Bε2R2, AR1CR3ε3Bε5ε4, AR2ε2Bε5ε4 і т. д.

Постійний електричний струм - Частина 2

Сила струму на окремих ділянках замкненого контуру може бути різною як за значенням, так і за напрямом.

Прямий розрахунок розгалуженого кола за законом Ома досить важкий, але значно спрощується із застосуванням законів Кірхгофа.

Закони чи правила Кірхгофа запропонував в 1847 р. Г. Р. Кірхгоф.

Введемо поняття:

Вузол розгалуженого кола – це точка кола, в якій сходяться не менше трьох (3-ох) провідників: А – вузол. Струм, який входить до вузла, вважається додатнім, а струм, який виходить з вузла – від‘ємним: І1, І2 — додатні; І3 – від‘ємний.

Для сталого струму згідно збереження заряду маємо перше правило Кірхгофа:

Алгебраїчна сума струмів в вузлі дорівнює нулю:

Постійний електричний струм - Частина 2

Для сталого струму згідно збереження заряду маємо перше правило Кірхгофа:

Алгебраїчна сума струмів в вузлі дорівнює нулю:

Постійний електричний струм - Частина 2

Друге правило Кірхгофа стосується замкнених контурів розгалуженого кола.

Умовимося вважати додатнім обхід контуру за годинниковою стрілкою.

Струм, який тече в додатному напрямі обходу контуру, вважаємо додатнім; струми протилежного напряму – від‘ємні.

Напрям струму на ділянці контуру, яка є нерозгалуженою, вибираємо довільним чином.

Для е. р.с., які діють на ділянках кола, приписуємо знак „плюс” (вони додатні), якщо ці е. р.с. створюють власний струм, тобто струм у зовнішньому колі від додатного (+) полюса е. р.с. до від‘ємного (-) полюса, який співпадає з напрямом обходу контуру. Якщо власний струм е. р.с. протилежний напряму обходу, то е. р.с. приписуємо знак „мінус”.

Отже, для замкнених контурів маємо друге правило Кіргофа:

В замкненому контурі розгалуженого кола алгебраїчна сума е. р.с. джерел струму дорівнює алгебраїчній сумі добутків сил струму на опори відповідних ділянок цього контуру: Постійний електричний струм - Частина 2

*Друге правило Кірхгофа може бути застосоване також і для кола змінного струму, оскільки не пов‘язане з тим, що струм повинен бути сталим!

1. Контактна різниця потенціалів Закони Вольта.

В 1797 р. італієць А. Вольта дослідним шляхом встановив, що при тісному стисканні (контакті) двох різнорідних металів між ними виникає різниця потенціалів.

Контактна різниця потенціалів – це різниця потенціалів між двома різнорідними металами при їх контакті.

Tagged with: , , , , ,
Posted in Фізика
фоторюкзак
Перелік предметів:
  1. Інформаційні технологіі в галузі
  2. Інформаційні технологіі в системах якості стандартизаціісертифікаціі
  3. Історія української культури
  4. Бухоблік у ресторанному господарстві
  5. Діловодство
  6. Мікропроцесорні системи управління технологічними процесами
  7. Науково-практичні основи технологіі молока і молочних продуктів
  8. Науково-практичні основи технологіі м’яса і м’ясних продуктів
  9. Організація обслуговування у підприємствах ресторанного господарства
  10. Основи наукових досліджень та технічноі творчості
  11. Основи охорони праці
  12. Основи підприємницькоі діяльності та агробізнесу
  13. Політологія
  14. Технологічне обладнання для молочноі промисловості
  15. Технологічне обладнання для м’ясноі промисловості
  16. Технологічний семінар
  17. Технологія зберігання консервування та переробки молока
  18. Технологія зберігання консервування та переробки м’яса
  19. Технологія продукціі підприємств ресторанного господарства
  20. Технохімічний контроль
  21. Технохімічний контроль
  22. Управління якістю продукціі ресторанного господарства
  23. Вища математика 3к.1с
  24. Вступ до фаху 4к.2с.
  25. Загальні технології харчових виробництв
  26. Загальна технологія харчових виробництв 4к.2с.
  27. Мікробіологія молока і молочних продуктів 3к.1с
  28. Математичні моделі в розрахунках на еом
  29. Методи контролю харчових виробництв
  30. Основи фізіології та гігієни харчування 3к.1с
  31. Отримання доброякісного молока 3к.1с
  32. Прикладна механіка
  33. Прикладна механіка 4к.2с.
  34. Теоретичні основи технології харчових виробництв
  35. Технологія зберігання, консервування та переробки м’яса
  36. Фізика
  37. Харчові та дієтичні добавки
  38. Фізичне виховання 3к.1с

На русском

  1. Методы контроля пищевых производств
  2. Общая технология пищевых производств
  3. Теоретические основы технологий пищевых производств
  4. Технология хранения, консервирования и переработки мяса
LiveInternet

Интернет реклама УБС