Закон ома для замкнутой цепи: Электрический ток, сила, плотность, напряжение, сопротивление. Закон Ома. Курсы по физике

Закон Ома для замкнутой цепи

Определение полной замкнутой цепи

Полную замкнутую цепь (рис.1) можно рассматривать как последовательное соединение сопротивления внешней цепи (R) и внутреннего сопротивления источника тока (r). То есть:

Рис. 1

Если заменить источник тока таким, что его внутренне сопротивление равно такому же сопротивлению как и у предыдущего, то ток в цепи изменится. То есть ток в цепи зависит и от внутреннего сопротивления источника и от его ЭДС. Количественно все эти величины: ЭДС ($\mathcal E$) источника, его внутренне сопротивление, силу тока в цепи (I), электросопротивление цепи (R) связывает закон Ома.

Связь локального закона Ома с интегральным законом для замкнутой цепи

Допустим, что электрические токи текут в тонких проводах. В этом случае направления токов совпадают с направлением оси провода. Для тонких проводов можно считать, что плотность тока $\overrightarrow{j}=const$ в любой точке поперечного сечения провода. В нашем случае можно записать, что сила тока равна:

где $S$ — площадь поперечного сечения проводника. Пусть мы имеем дело с постоянным током (I=const) вдоль всего проводника. Допустим, что в цепи присутствует источник ЭДС ($\mathcal E$). В данном случае локальная формулировка закона Ома будет иметь вид:

где $\overrightarrow{E}$ напряженность поля кулоновских сил, $\overrightarrow{E_{stor}}$ — напряженность поля сторонних сил, $\sigma $ — удельная проводимость, $\overrightarrow{e}$- единичный вектор, направленный по току. Для тонкого провода можно записать выражение (3), как:

Умножим выражение (4) на элемент длины проводника (dl) и найдем интеграл по участку проводника от точки 1 до точки 2. Так как силу тока мы признали постоянной, то имеем:

Электростатическое поле потенциально, следовательно:

Второй интеграл в выражении (5) не равен нулю только в пределах источника ЭДС. Он не зависит от положения точек 1 и 2. Они должны находиться только вне источника.

Считают, что ЭДС источника больше нуля, если путь 1-2 пересекает источник от отрицательного полюса к положительному.

где $R’$ — электросопротивление, $\rho $ — удельное сопротивление. Таким образом, из выражения (5) получаем:

Мы получили закон Ома в интегральной форме. В том случае, если цепь замкнута, то ${\varphi }_1={\varphi }_2$, следовательно:

где $R’$ — электросопротивление всей цепи, электросопротивление нагрузки и внутреннее сопротивление источника тока. То есть закон Ома для замкнутой цепи запишем как:

где $r$ — электросопротивление источника тока.

Довольно часто приходится решать задачи, в которых напряжение на концах участка цепи не известно, но заданы сопротивления составных частей цепи и ЭДС источника, который питает цепь. Тогда используют закон Ома в виде (11) для расчета силы тока, которая течет в цепи.

Пример 1

Задание: Источник тока имеет внутреннее электросопротивление равное r . Найдите падение потенциала внутри источника ($U_r$) внутри элемента, если ток в цепи равен I. Как вычислить внешнее электросопротивление цепи при заданных условиях?

Решение:

В качестве основы для решения задачи используем закон Ома для замкнутой цепи:

\[I=\frac{\mathcal E}{R+r}\left(1.1\right).\]

Из формулы (1.1) легко получить формулу для расчета внешнего сопротивления:

\[I\left(R+r\right)=\mathcal E\to \mathcal E-Ir=IR\to R=\frac{\mathcal E}{I}-r.\]

Для того чтобы вычислить падение напряжения внутри источника тока, используем закон Ома для участка цепи:

\[{I=\frac{U_r}{r}\to U}_r=Ir\ \left(1.2\right).\]

Ответ: $U_r=Ir,$ $R=\frac{\mathcal E}{I}-r.$

Пример 2

Задание: Источник тока имеет внутреннее сопротивление равное r=1 Ом и ЭДС равную $\mathcal E$=10В. Найдите КПД источника ($\eta $), если ток в цепи равен I=5 А.

Решение:

Коэффициент полезного действия источника тока равен отношению:

\[\eta =\frac{P’}{P}\left(2.1\right),\]

где $P’$ — мощность (полезная мощность), которая выделяется внешним участком цепи, $P$- полная мощность, которая развивается источником. 2R\ }{\mathcal E I}=\frac{IR}{\mathcal E}\left(2.4\right).\]

Следуя закону Ома для замкнутой цепи запишем:

\[I=\frac{\mathcal E}{R+r}\left(2.5\right).\]

Выразим из (2.5) электросопротивление внешней цепи, получим:

\[R=\frac{\mathcal E}{I}-r(2.6).\]

Подставим (2.6) в выражение для КПД (2.4), получим:

\[\eta =\frac{I\left(\frac{\mathcal E}{I}-r\right)}{\mathcal E}=\frac{\mathcal E-Ir}{\mathcal E}.\]

Подставим численные данные, проведем вычисления, получим:

\[\eta =\frac{10-5\cdot 1}{10}\cdot 100\%=50\%\]

Ответ: 50%

Закон Ома для замкнутой цепи

 Закон Ома для замкнутой цепи часто находит применение в работе с электричеством. Благодаря закономерности, найденной немецким физиком Георгом Омом, сегодня мы можем рассчитать величину тока, протекающего в проводе или необходимую толщину провода для подключения к сети.

История открытия

 Будущий ученый с малых лет интересовался природой электрического тока. Он провел множество испытаний, связанных с измерением напряжения и силы тока. Ввиду несовершенства измерительных приборов того времени, первые результаты исследований были ошибочны и препятствовали дальнейшему развитию вопроса. Георг опубликовал первую научную работу, в которой описывал возможную связь между напряжением и силой тока. Последующие его работы подтвердили предположения, и Ом сформулировал свой знаменитый закон. Все труды были внесены в доклад 1826 года, но научное сообщество не заметило труды молодого физика.

Через пять лет, когда известный французский учёный Пулье пришел к такому же выводу, Георга Ома наградили медалью Копли, за внесение большого вклада в развитии физика как науки.

Сегодня закон Ома используется по всему миру, признанный истинным законом природы. .

Детальное описание

  Закон Георга показывает значение электричества в определенной сети, имеющее зависимость от сопротивления к нагрузке и внутренним элементам источника питания. Рассмотрим это детально.

Условное устройство, использующее электроэнергию (например, звуковой динамик) при подключении к источнику питания образует замкнутую цепь (рисунок 1). Подсоединим динамик к аккумулятору. Следующий через динамик ток тоже следует через источник питания. Поток заряженных частиц встретит сопротивление провода и внутренней электроники устройства, а также сопротивление аккумулятора (электролит внутри банки оказывает  определенное воздействие на электрический ток). Исходя из этого, значение сопротивления закрытой сети складывается из сопротивления:

• Источника питания;
• Электрического устройства.

Подключение условного электрического прибора (динамика) к источнику питания (автомобильному аккумулятору)

Первый параметр называют внутренним, второй – внешним сопротивлением. Противодействие источника электричества маркируется символом r.

Представим, что по сети источник питания/электрическое устройство проходит определённый ток T. Для сохранения стабильного значения электричества внешней сети, в соответствии с законом, на её окончаниях должна наблюдаться потенциальная разность, которая равна R*T. Ток такой же величины проходит и внутри цепи. Вследствие этого – сохранение постоянного значения электричества внутри сети требует потенциальной разности на окончаниях сопротивления r. Она, согласно закону, должна равняться T*r. При сохранении стабильного тока в сети, значение электродвижущей силы равно:

E=T*r+T*R

 Из формулы следует, что ЭДС равна сумме падения напряжений во внутренней и внешней сети. Если вынести значение T за скобки, получим:

Е=T(r+R)

или

T=E/(r+R)

Примеры задач на применение закона для соединенной сети

1) К источнику ЭДС 15 В и сопротивлением 2 Ом подсоединен реостат с сопротивлением 5 Ом. Задача – вычислить силу тока и напряжение на зажимах.

Вычисление

• Представим закон Ома для соединенной сети: T=E/(r+R).
• Снижение напряжения вычислим по формуле: U= E-Tr=ER/(R+r).
• Подставим имеющиеся значения в формулу: T= (15 В)/((5+2) Ом) = 2.1 А, U=(15 В* 5 Ом)/(5+1) Ом = 12.5 В

Ответ: 2.1 А, 12.5 В.

  2) При подсоединении к гальваническим элементам резистора с сопротивлением 30 Ом, сила тока в сети приняла значение в 1.5 А, а при подсоединении такого же элемента с сопротивлением 15 Ом сила тока стала 2.5 А. Задача – узнать значение ЭДС и внутреннее сопротивление цепи из гальванических элементов.

Вычисление

• Запишем закон Георга Ома для соединённой сети: T=E/(r+R).
• Из него выведем формулы для внутреннего и внешнего сопротивления: E=T_1 R_1+T_1 r, E= T_2 R_2 + T 2r.
• Приравняем части формулы и вычислим внутреннее сопротивление: r=(T_1 R_1-T_2 R_2)/(T_2-T_1 ).
• Полученные значения подставим в закон: E=(T_1 T_2 (R_2-R_1))/(T_2-T_1 ).
• Проведем вычисления: r=(1.5 А∙30 Ом-2.5А∙15 Ом)/(2,5-1,5)А=7.5 Ом, E=(1.5 А∙2.5А(30-15)Ом)/((2.5-1.5)А)=56 В.

Ответ: 7.5 Ом, 56 В.

Сфера применения закона Ома для замкнутой цепи

 Закон Ома – универсальный инструмент электрика. Он позволяет правильно рассчитать силу тока и напряжение в сети. В основе принципа работы некоторых устройств лежит закон Ома. В частности, предохранителей короткого замыкания.

Короткое замыкание – случайное замыкание двух участков сети, не предусмотренное конструкцией оборудования и приводящее к неисправностям. Для предотвращения таких явлений используют специальные устройства, отключающие питание сети.

Если произойдет случайное замыкание цепи с большой перегрузкой, устройство автоматически прекратит подачу тока.

Закон Ома в данном случае находит место на участке цепи постоянного тока. В полной схеме процессов может быть гораздо больше. Многие действия при построении электрической сети или ее ремонте следует проводить с учетом закона Георга Ома.

Для полного изучения соотношения параметров тока в проводниках представлены формулы:

Более сложное выражение закона для практического применения:

Сопротивление представлено отношением напряжения к силе тока в цепи. Если напряжение увеличить в n раз, значение тока также увеличится в n раз.

Не менее известны в электротехнике труды Густава Киргофа. Его правила находят применения в расчетах разветвленных сетей. В основе этих правил лежит закон Ома для электрической цепи.

Труды ученого нашли применение при изобретении многих повседневных вещей, таких как лампы накаливания и электрические плиты. Современные достижения в электронике многим обязаны открытиям 1825 года.

Поделиться ссылкой:

Похожее

Закон Ома для замкнутой цепи

Пример 9.8.

Для
определения ЭДС
и внутреннего сопротивления r
источника тока собрали цепь по схеме,
приведенной на рисунке. Перемещая
контакт реостата полу­чили множество
пар показаний U
вольтметра и I
амперметра. По этим данным построили
график, показанный на рисунке. Линия
графика пересекает оси абс­цисс и
ординат соответственно в точках
и.Найдите
вели­чины
и r.
Считайте сопротивление вольтметра
очень большим, а сопротивле­ние
амперметра – пренебрежимо малым.

Решение

Согласно условию
вольтметр и амперметр являются идеальными
(т.е. не влияют на протекание тока). Вводя
величины переменного сопротивления
реостата
,
запишем закон Ома для полной цепи:.
Показание вольтметра при каждом положении
движка реостата равно.
Для зависимостиотполучим
линейное соотношение:

,

Привязка этой линейной зависимости к
графику дает:

при,,

при
,.

Пример 9.9.

Найдите разность
потенциалов
в точкахА
и В,
если R₁ =1 Ом,
R₂ = 3
Ом,  = 4
В (см. рис.), внутреннее сопротивление
источника r = 1 Ом.

Решение.

Сопротивления
двух ветвей, по которым протекают токи
источника, одинаковы, поэтому:,
где-
ток через источник. Для потенциалов в
точках 1, А, В,
из закона Ома для однородного участка
цепи, следует:

.

Откуда для
разности потенциалов в точках А
и В
получим: .Величину тока найдем,
применяя закон Ома для замкнутой цепи
,
где- полное сопротивление участка 12.
Для разности потенциаловполучим окончательно:

В

Закон Джоуля-Ленца

Пример 9.10.

Элемент
с ЭДС
= 6 В дает максимальный
ток I_m=
3 А. Найдите наибольшее количество
теплоты Q,
которое может быть выделено во внешнем
сопротивлении в единицу времени.

Решение.

Из закона Ома
для замкнутой цепи ,
получим следующее выражение для мощности
источника ЭДС:

,

где слагаемые справа представляют
мощности выделения джоулева тепла на
внутреннем сопротивлении источника и
внешнем сопротивлении цепи соответственно.
Неизвестное значение
найдем, определив максимальный ток
данного элемента:.

Мощность выделения тепла на внешнем
сопротивлении представится соотношением:

Квадратичная
зависимость мощности от тока достигает
максимального значенияпри токе.

Пример 9.11.

Батарея с ЭДС

= 240 В и внутренним
сопротивлением r=1
Ом замкнута на внешнее сопротивление
R =
23 Ом. Найдите полную мощность Р₀,
полезную мощность Р
и КПД 
батареи.

Решение.

Перепишем выделенное в рамку выражение
предыдущего примера в обозначениях
мощности:

,

где:
—
мощность источника,-
мощность выделения джоулева тепла
внутри источника,-
мощность выделяемая во внешней цепи.
Подстановка в выражения для мощностей
величины тока,
дает для искомых величин:

кВт,

кВт,

/=.

Пример 9.12.

В
двух замкнутых электрических цепях,
каждая из которых содержит источник
тока и внешнее сопротивление, максимальные
силы тока одинаковы, а максимальная
мощность во внешней цепи в одном случае
в два раза больше, чем во втором. Какими
параметрами отличаются эти цепи?

Решение. Сила тока максимальна при
коротком замыкании, когда внешнее
сопротивление равно нулю. При этоми таким образом отношение величины ЭДС
к внутреннему сопротивлению в обоих
случаях одинаково. Максимальная полезная
мощность (мощность, выделяемая во внешней
цепи) достигается при,
т.е. при

(см. пример 9.7). Эта мощность составляет
.
Так как отношениеодинаково
в обоих случаях, то вдвое большая полезная
мощность при одинаковых силах тока
обеспечивается вдвое большей величиной
ЭДС. При этом внутреннее сопротивление
источника также вдвое больше.

Урок 31. закон ома для полной цепи — Физика — 10 класс

Физика, 10 класс

Урок 31. Закон Ома для полной цепи

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1) закон Ома для полной цепи;

2) связь ЭДС с внутренним сопротивлением;

3) короткое замыкание;

4) различие между ЭДС, напряжением и разностью потенциалов.

Глоссарий по теме

Электрическая цепь – набор устройств, которые соединены проводниками, предназначенный для протекания тока.

Электродвижущая сила – это отношение работы сторонних сил при перемещении заряда по замкнутому контуру к абсолютной величине этого заряда.

Закон Ома для полной цепи: сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению:

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. 348 – 354.

2.Рымкевич А. П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. — М.: Дрофа, 2009. С. 106-108.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Любые силы, которые действуют на электрически заряженные частицы, кроме сил электростатического происхождения (т.е. кулоновских), называют сторонними силами. Сторонние силы приводят в движение заряженные частицы внутри всех источников тока.

Действие сторонних сил характеризуется важной физической величиной электродвижущей силой (ЭДС). Электродвижущая сила в замкнутом контуре — отношение работы сторонних сил при перемещении заряда вдоль контура к заряду.

В источнике тока из-за действием сторонних сил происходит разделение зарядов. Так как они движутся, они взаимодействуют с ионами кристаллов и электролитов и отдают им часть своей энергии. Это приводит к уменьшению силы тока, таким образом, источник тока обладает сопротивлением, которое называют внутренним r.

Закон Ома для замкнутой цепи связывает силу тока в цепи, ЭДС и полное сопротивление цепи:

Сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению

Короткое замыкание

При коротком замыкании, когда внешнее сопротивление стремится к нулю , сила тока в цепи определяется именно внутренним сопротивлением и может оказаться очень большой . И тогда провода могут расплавиться, что может привести к опасным последствиям.

Примеры и разбор решения заданий:

1. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго:

Решение.

Электродвижущая сила гальванического элемента есть величина, численно равная работе сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда внутри элемента от одного полюса к другому.

Работа сторонних сил не может быть выражена через разность потенциалов, так как сторонние силы непотенциальны и их работа зависит от формы траектории перемещения зарядов.

ЭДС определяется по формуле:

Сила тока определяется по формуле:

Сопротивление определяется по формуле:

Разность потенциалов определяется по формуле:

Правильный ответ:

2. ЭДС батарейки карманного фонарика — 3,7 В, внутреннее сопротивление 1,5 Ом. Батарейка замкнута на сопротивление 11,7 Ом. Каково напряжение на зажимах батарейки?

Решение:

Напряжение рассчитывается по формуле:

Чтобы найти силу тока применим закон Ома для полной цепи:

Делаем расчёт:

Ответ: U = 3,28 В.

ЗАКОН ОМА ДЛЯ ЗАМКНУТОЙ ЦЕПИ (ф 11)

ЗАКОН ОМА ДЛЯ ЗАМКНУТОЙ ЦЕПИ. (ф 11)

УЭ – 1 Цель: Восприятие и первичное осознание нового материала: ЭДС. Направление тока во внешней цепи. Закон Ома для замкнутой цепи. Сила тока короткого замыкания.

УЭ – 2 Входной контроль (письменно в тетради для контрольных работ)

1 ВАРИАНТ: 1. Что называется электрическим током?

2. Что называют силой тока?

3. Закон Ома для участка цепи

2 ВАРИАНТ: 1. Условия существования электрического тока

2. Формула силы тока

3. Что называют падением напряжения?

Отметка «5» — 3 «4» — 2 «3» — 1

УЭ – 3 ОСУМ

Гальванический элемент – источник постоянного тока, состоит из медной и цинковой пластин, помещённых в раствор серной кислоты (рис. 35 стр. 36 Касьянов В.А.)

ε

– +

A r В

I ↑

R

Направление тока во внешней цепи АВ от плюса к минусу источника тока с внутренним сопротивлением r (эр) и ЭДС – ε

Физическая величина, равная отношению работы сторонних (не кулоновских) сил при перемещении единичного положительного заряда q (ку) от отрицательного полюса источника тока к положительному к величине этого заряда, называется электродвижущей силой источника (ЭДС).

А_СТ

ε = ———-

q

Где ε – электродвижущая сила, В (Вольт)

А_СТ – сторонние силы (химические, механические, Дж)

q (ку) – заряд, Кл (Кулон)

Напряжение (разность потенциалов) на участке цепи, содержащем источник тока, определяется формулой: U = ε – I · r

Где U(у) – напряжение, В (Вольт)

I – сила тока, А (Ампер)

r (эр) – внутреннее сопротивление источника тока, Ом

Сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ей полному сопротивлению. ε

I = ———- Закон Ома для полной цепи

R + r

Отсюда: ε = IR + Ir

ЭДС равна сумме падений напряжений на внешнем IR и внутреннем Ir участках замкнутой цепи. ε

При коротком замыкании когда R → 0, тогда I_К.З. = ——

r

Сила тока при коротком замыкании возрастает в 1000 раз, что приводит к пожару.

УЭ – 4 Закрепление ОСУМ

ЗАДАЧА: к источнику тока с ε = 12 В и r = 1 Ом подключили резистор R = 9 Ом. Найти разность потенциалов φ₁ – φ₂ = U между полюсами источника: а) при разомкнутой цепи б) при замкнутой цепи

φ₁ – φ₂ = ? Решение:

а) φ₁ – φ₂ = ε = 12 В

ε = 12 В ε 12 B

r = 1 Ом б) I = ———- = ———- = 1,2 А

R = 9 Ом R + r 10 Ом

φ₁ – φ₂ = ε – I · r = 12 В – 1,2 А · 1 Ом = 10,8 В

Ответы: а) φ₁ – φ₂ = 12 В б) φ₁ – φ_{2 =} 10,8 В

УЭ – 5 Разноуровневая самостоятельная работа № 26 «Закон Ома для полной цепи»

Начальный уровень

1. Какое из приведенных ниже выражений характеризует силу тока в полной цепи? Выберите правильный ответ.

l ε

А. U / R Б. ρ · —- В. ———

S R + r

2. Как называется физическая величина, характеризующая работу сторонних сил по разделению заряда 1 Кл внутри источника тока? Выберите правильный ответ.

А. напряжение Б. сила тока В. электродвижущая сила

3. Какое из приведённых ниже выражений характеризует работу сторонних сил по перемещению заряда внутри источника тока? Выберите правильный ответ.

А. ε q Б. I ∆t В. U / R

4. Какая физическая величина определяется отношением ЭДС в цепи к полному сопротивлению этой цепи? Выберите правильный ответ.

А. напряжение Б. работа электрического тока В. сила тока

5. Какая физическая величина определяется отношением работы, совершаемой сторонними силами при перемещении заряда q по всей замкнутой электрической цепи, к значению этого заряда? Выберите правильный ответ.

А. сила тока Б. электродвижущая сила В. напряжение

6. Режим короткого замыкания в цепи возникает, когда….. Выберите правильное утверждение.

А. внутреннее сопротивление источника тока очень мало

Б. внешнее сопротивление цепи R → 0

В. внешнее сопротивление цепи R → ∞

Средний уровень

1. Аккумулятор мотоцикла имеет ЭДС 6 В и внутреннее сопротивление 0,5 Ом. К нему подключён реостат сопротивлением 5,5 Ом. Найдите силу тока в реостате.

2. ЭДС батарейки карманного фонарика равна 3,7 В, внутреннее сопротивление 1,5 Ом. Батарейка замкнута на сопротивление 11,7 Ом. Каково напряжение на зажимах батарейки?

3. К источнику с ЭДС 12 В и внутренним сопротивлением 1 Ом подключён реостат, сопротивление которого 5 Ом. Найти силу тока в цепи и напряжение на зажимах источника.

4. ЭДС батареи 6 В. Внешнее сопротивление цепи равно 11,5 Ом, а внутреннее – 0,5 Ом. Найти силу тока в цепи и напряжение на зажимах батареи.

Достаточный уровень

1. Определите силу тока при коротком замыкании батарейки с ЭДС 9 В, если при замыкании её на внешнее сопротивление 3 Ом ток в цепи равен 2 А.

2. Источник тока с ЭДС 2 В и внутренним сопротивлением 0,8 Ом замкнут никелиновой проволокой длиной 2,1 м и сечением 0,21 мм². Определите напряжение на зажимах источника тока.

Отметка «5» 9 – 10 баллов «4» 7 – 8 баллов «3» 5 – 6 баллов

УЭ – 6 Разноуровневое домашнее задание

1 уровень § 11 стр. 35 – 38 до…..замкнутая цепь……. и модуль

2 уровень § 11 вопросы 1 – 5 стр. 40

3 уровень § 11 № 1 – 3 стр. 40

Желающим прочитать § 12, 13

УЭ – 7 Рефлексия. Получили ли удовлетворение собственных познавательных интересов?

Закон Ома для замкнутой цепи. Основные понятия.

Сообщение на тему: Закон Ома для замкнутой цепи. Основные понятия.

Закон Ома для замкнутой цепи

Замкнутая (полная) электрическая цепь состоит из источника тока и сопротивления.

Источник тока имеет ЭДС () и сопротивление (r), которое называют внутренним. ЭДС (электродвижущая сила) — работа сторонних сил по перемещению положительного заряда по замкнутой цепи (физический смысл аналогичен напряжению, потенциалу). Полное сопротивление цепи — R+r.

1) Напряжение на зажимах источника, а соответственно и во внешней цепи

,
где величина  — падение напряжения внутри источника тока.

2) Если внешнее сопротивление замкнутой цепи равно нулю, то такой режим источника тока называется коротким замыканием.

3) Для полной цепи закон Джоуля-Ленца

Коэффициент полезного действия

Мощность, выделяемая на внешнем участке цепи, называется полезной

При условии R=r мощность, выделяемая во внешней цепи, максимальная для данного источника и равна

Полная мощность — сумма полезной и теряемой мощности

Коэффициент полезного действия источника тока — отношение полезной мощности к полной

Источник ЭДС

Для существования постоянного тока в цепи необходимо непрерывно разделять электрические заряды, которые под действием сил Кулона стремятся соединиться. Для этого необходимы сторонние силы. ЭДС характеризует действие этих сторонних сил. А сама эта работа осуществляется внутри источников ЭДС. Электрические заряды внутри источников ЭДС движутся против кулоновских сил под воздействием сторонних сил.

Сравнивая электрический ток с течением жидкости в трубах, можно сказать, что источник работает, как насос, который подает воду из нижнего резервуара в верхний, из которого она под действием силы тяжести стекает в нижний резервуар.

В быту «источником тока» часто неточно называют любой источник электрического напряжения (батарею, генератор, розетку), но в строго физическом смысле это не так, более того, обычно используемые в быту источники напряжения по своим характеристикам гораздо ближе к источнику ЭДС, чем к источнику тока из-за наличия внутреннего сопротивления.

В настоящее время выпускают множество различных источников ЭДС — от маленьких батареек для часов до генераторов.

Внутри источника тока происходит разделение зарядов из-за процессов, происходящих внутри источника, например, химических процессов.

Гальванический элемент — химический источник тока, основанный на взаимодействии двух металлов и (или) их оксидов в электролите (батарейки, аккумуляторы).

Генераторы — создают ток за счет расходования механической энергии.

Термоэлементы — используют энергию теплового движения заряженных частиц.

Фотоэлементы — создают ток за счет энергии света.

Соединение источников тока*

Рассмотрим n одинаковых источников ЭДС

Правила Кирхгофа**

Для расчета сложных разветвленных цепей, которые нельзя свести к эквивалентной цепи, используют правила Кирхгофа:

1) Алгебраическая сумма сил токов, сходящихся в узле равна нулю.

2) Алгебраическая сумма падений напряжений в любом простом замкнутом контуре равна алгебраической сумме ЭДС, которые есть в этом контуре.

Законы Ома для замкнутой цепи

Цель: углубить и систематизировать
знания учащихся по теме «Законы Ома для
замкнутой цепи».

Задачи:

• Обучающая: раскрыть значимость законов Ома
  для замкнутой цепи.
• Развивающая: развивать у учащихся
  логическое мышление, сообразительность,
  наблюдательность и применить знания при решении
  задач.
• Воспитательная: создать условия для
  формирования познавательного интереса к
  изучаемому предмету.

Тип учебного занятия: комбинированный
урок.

Оборудование: компьютер,
мультимедиапроектор, набор электроприборов для
сборки цепи.

Раздаточный материал:

Домашнее задание: параграфы 104, 108.

Основные этапы учебного занятия:

1. Организационный момент (2 мин).
2. Постановка проблемы (5 мин).
3. Актуализация опорных знаний, умений, навыков (20
   мин).
4. Закрепление (15 мин.)
5. Подведение итогов учебного занятия (3 мин).

ХОД УРОКА

I. Организационный момент

Задача этапа: создать у учащихся
рабочий настрой учебного занятия и обеспечить
деловую обстановку в группе.

(Приложение 3, слайд
1)

Учитель: Мы продолжаем изучать раздел
физики «Законы постоянного тока». Тема урока:
Законы Ома для замкнутой цепи. Сегодня мы
закрепим и углубим полученные знания. Сложно
представить жизнь без электричества в 21 веке.
Электрический ток освещает квартиры, работают
электроприборы: Т/В, холодильник, микроволновая
печь и т д.

II. Постановка проблемы

(Приложение 3, слайд
2)

Учитель. Подведем краткий итог того,
что нам уже известно. Так что такое электрический
ток?

Учащиеся. Упорядоченное движение
заряженных частиц.

Учитель. Можем ли мы с вами увидеть,
как движутся заряженные частицы в проводнике?
Конечно, нет, но по каким действиям мы определяем
наличие тока в цепи?

Учащиеся.

1. Нагревание проводника

2. Химическое действие

3. Магнитное действие

4. Механическое действие

(Приложение 3, слайд
3)

Учитель. Для расчета действия
электрического тока используют законы Ома.

III. Актуализация опорных знаний, умений и
навыков

(Приложение 3, слайд
4)

Учитель: Вспомним основные физические
величины, единицы измерения, формулы, приборы для
измерения напряжения и силы тока.

Учитель. Начертим схему электрической
цепи, укажем условные знаки, которыми
обозначаются приборы на схемах. Объясним, что
источник тока, электроприемники и ключ,
соединены между собой проводами, составляют
электрическую цепь.

Учащиеся. Собирают электрическую
цепь, необходимые для этого приборы на каждом
ученическом столе.

Блок-модуль №1, лежит на каждом ученическом
столе (Приложение 1)

Учитель. Запишем формулу закона Ома
для участка цепи и объясним ее физический смысл.
Назавем основную электрическую характеристику
проводника – сопротивление. Введем единицу
измерения сопротивления. Рассмотрим о
зависимости сопротивления от материала и его
геометрических размеров. Отметим, что удельное
сопротивление проводника зависит от рода
вещества и его состояния.

Учитель. Напомним, что такое
электродвижущая сила. При этом обратим внимание
учащихся на то, что ЭДС источника равна работе по
перемещению единичного положительного заряда
вдоль всей замкнутой цепи.

Учащиеся. Собирают электрическую
цепь, состоящую из источника тока, внешнего
участка с переменным сопротивлением, амперметра
и вольтметра.

Учитель. Пронаблюдаем, что при
увеличении сопротивления внешнего участка
напряжение на зажимах замкнутого источника
растет, а при уменьшении сопротивления внешнего
источника напряжение падает.

Учитель. Демонстрация опыта:
«Зависимость силы тока от ЭДС источника и
полного сопротивления цепи».

Учитель. Запишем формулу полного
закона Ома.

(Блок-модуль №2, Приложение 2,
лежит на каждом ученическом столе. Дается
формулировка закона и объясняется физический
смысл. Покажем учащимся, что ЭДС равна сумме
падений напряжений на внутреннем и внешнем
участках замкнутой цепи.)

Учащиеся. Проверяют по собранной
электрической цепи? что ЭДС источника равна
напряжению на его клеммах при разомкнутой
внешней цепи.

Разбирается качественная задача:
перегорел провод в сети, можно ли его заменить
проводом, у которого длина в два раза меньше?

Учащиеся. Если уменьшается длина
проволоки, уменьшается сопротивление,
следовательно по закону Ома увеличивается сила
тока в цепи (свой ответ подтверждают по
собранной цепи, то есть измеряют силу тока с
первоначальным проводом, а затем с коротким).

Вывод: нельзя заменить на проволоку,
которая в два раза меньше.

(Приложение 3, слайд
5)

Делается вывод о значении и применении
законов Ома для замкнутой цепи.

Учитель раздает учащимся Модуль №1 (Приложение 1), Модуль №2. (Приложение 2)

IV. Закрепление

Учитель. Решаем задачи разного уровня
по карточкам с использованием блок-модуля. (Приложение 4)

Оценка «3»

1. Найти силу тока на лампочке, если напряжение в
сети 220 В, а сопротивление 11 Ом.

2. Найти напряжение в сети, сила тока потребителя
равна 0,1 А, а сопротивление 120 Ом.

3. Чему равно сопротивление нити накаливания при
силе тока 10 А и напряжении 110 В.

4. Найти ЭДС источника тока, при совершении работы
тока 600 Дж в течение 60 секунд.

5. Чему равна сила тока при коротком замыкании в
сети, если сопротивление на источнике тока равно
0, 02 Ом, а ЭДС равна 42 В.

6. Найти внутреннее сопротивление на источнике
тока  при коротком замыкании, если ЭДС равна
24В, а сила тока равна 80 А.

Оценка «4»

7. При подключении лапочки к батарее элементов с
ЭДС 48 В, вольтметр показал напряжение на лампочке
12 В, а амперметр показал 10 м А. Чему равно
сопротивление на источнике тока?

8. Найти силу тока медного проводника длиной 1200
см, площадью сечения 0,04 м², при напряжении
220В.

9. Найти работу сторонних сил, если ЭДС
источника  42 В, сила тока в цепи 200мкА, время
работы тока 2 минуты.

Оценка «5»

10. Найти внешнее сопротивление и ЭДС источника,
если при силе тока 200мА, мощность во внешней сети
равна 6кВт, а сопротивление на источнике 0,01 Ом.

11. При замыкании источника тока на сопротивление
4,5 Ом сила в цепи 0,2 А, а при замыкании то гоже
источника тока на сопротивление 10 Ом сила тока в
цепи равна 0,1А. Определить Э.Д.С. источника тока?

12. Две лампочки соединены параллельно,
напряжение на первой лампочки 24 В, сила тока на
первой лампочки равна 0,4 А, на второй лампочки 0,8
А. Найти сопротивление на каждой лампочки и общее
сопротивление, а также напряжение на второй
лампочке, общее напряжение и общую силу тока.
Рассчитать мощность всей потребляемой цепи.

V. Подведение итогов учебного занятия

Учитель: Делает вывод по теме: Законы
Ома для замкнутой цепи являются основными
законами раздела физики «Законы постоянного
тока», так как с помощью их мы делаем расчеты,
объясняем явления, законы природы.

VI. Задание на дом: прочитать параграфы
104; 108 и дорешать задачи.

Учитель выставляет оценки за урок с учетом
результатов решенных задач разного уровня, а
также с учетом результатов практической работы.

Литература:

1. Абросимов Б.Ф. Физика. Способы и методы
   решения задач. М: Экзамен, 2005.
2. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н.
   Физика. 10 класс: учеб. для образоват. учреждений.
   М.: Дрофа, 2007.
3. Омельченко В.П., Антоненко Г.В. Физика.
   Ростов н/Д: Феникс, 2005.
4. Ромашкевич А.И. Физика. Электродинамика. М:
   Дрофа, 2004.
5. Шоган В.В. Модульный подход в обучении.
   Ростов н/Д: Феникс, 1998.

Закон

Ома для замкнутой цепи, соотношение между ЭДС (VB) электрического элемента и напряжением на его полюсах

Закон Ома

ЭДС электрического элемента (батареи — источника) — это общая работа, выполняемая внутри и снаружи элемента по передаче электрических зарядов в электрической цепи. Если мы обозначим ЭДС батареи через (V _B ), общая сила тока в цепи (I), внешнее сопротивление (R) и внутреннее сопротивление ячейки (r).

Тогда: V _B = I R + I r

В _В = I (R + r)

I = V _B / (R + r)

Это известно как закон Ома для замкнутой цепи, где:

Сила электрического тока = Общая электродвижущая сила / Общее сопротивление цепи

Закон Ома

Соотношение между ЭДС (В _B ) электрического элемента и напряжением на его полюсах (В)

По закону Ома для замкнутой цепи:

В _В = I R + I r, V = I R

∴ V _B = V + I r, ∴ V = V _B — I r

Из предыдущего соотношения мы видим, что при с внешнее сопротивление (R) увеличивается, электрический ток (I), проходящий в цепи, постепенно уменьшается, а разность потенциалов (V) между полюсами ячейки увеличивается.

Разность потенциалов (V) между полюсами ячейки становится равной ЭДС источника (V _B ). Когда значение тока становится очень маленьким, (I r) можно не учитывать.

ЭДС электрического элемента больше, чем разность потенциалов между выводами его внешней цепи, когда цепь включена, потому что внутреннее сопротивление электрического элемента потребляет работу, чтобы пропустить ток внутри электрического элемента на основе соотношения (V _B = V + I r) и, следовательно, (V B ).

Следовательно, мы можем определить ЭДС ячейки как:

ЭДС ячейки (V _B ) — это разность потенциалов на полюсах ячейки в случае отсутствия тока в цепи (выключатель разомкнут), или это общая работа, проделанная внутри и снаружи ячейки для передачи электрический заряд 1 Кл (единица электрических зарядов) в электрической цепи, ЭДС источника измеряется в вольтах.

Когда ЭДС электрического элемента = 3 В, общая работа, проделанная внутри и снаружи элемента для передачи электрического заряда 1 Кл в электрической цепи = 3 Дж.

Закон Ома

В случае включения в цепь одного электрического элемента:

Где V _B — показания вольтметра на батарее с внутренним сопротивлением r, батарея подключена последовательно с сопротивлением, которое имеет разность потенциалов ₂ , и она подключена последовательно с амперметр.

Если переключатель K замкнут:

I = V _B / (R + r)

I = V _B — V ₁ / r

I = V ₂ / R

V ₂ = I R, V ₁ = V _B — I r

Если выключатель К разомкнут:

I = 0

В ₂ = 0, В ₁ = В _В

В случае двух последовательно включенных в цепь электрических ячеек

Где, В ₁ — это показание вольтметра на первой батарее с внутренним сопротивлением r ₁ , В ₂ — это показание вольтметра на второй батарее с внутренним сопротивлением r ₂ , разность потенциалов на двух батареях составляет V ₃ .

Когда две батареи подключены в одном направлении:

I = [(V _B ) ₁ + (V _B ) ₂ ] / (R + r ₁ + r ₂ )

V ₁ = (V _B ) ₁ — I r ₁

V ₂ = (V _B ) ₂ — I r ₂

В ₃ = В ₁ + В ₂

Когда две батареи подключены в противоположных направлениях, Где (V _B ) ₂ <(V _B ) ₁ :

I = [(V _B ) ₁ — (V _B ) ₂ ] / (R + r ₁ + r ₂ )

V ₁ = (V _B ) ₁ — I r ₁ (нагнетательный корпус)

В ₂ = (В _B ) ₂ + I r ₂ (зарядный кейс)

В ₃ = В ₁ — В ₂

Электрический ток, разность потенциалов, электрическое сопротивление и закон Ома

Подключение сопротивлений (последовательно и параллельно), Электроэнергия и Электроэнергия

Первый закон Кирхгофа, второй закон Кирхгофа и способы решения проблем, связанных с законами Кирхгофа

Как применять закон Ома — Jade Learning

Как применять закон Ома

Автор: Вес Губиц | 07 августа 2019 г.

Электроэнергия работает в предсказуемых рамках.Мы пришли к выводу, что эти границы являются законом Ома. Закон Ома был разработан как средство объяснения того, как электричество работает в замкнутой цепи. Формула закона Ома помогает установить взаимосвязь между различными свойствами в электрической цепи. Мы можем использовать закон Ома, чтобы объяснить, что произошло, а также что произойдет, когда на электрическую цепь накладываются определенные условия.

Основные характеристики электрической цепи: Напряжение, ток и сопротивление .Они специфичны, определены и не меняются — при условии, что все свойства остаются постоянными. Однако измените значение только одного из этих свойств, и все свойства изменят значение соответствующим образом.

Закон Ома — это самая основная из электрических формул, он был разработан путем простого наблюдения за свойствами электричества в электрической цепи. Электричество ведет себя иначе из-за ограничений, налагаемых формулой закона Ома; формула просто представляет наши наблюдения за поведением, уже происходящим в электрической цепи.

Хотя закон Ома — это всего лишь вводная ступенька на лестнице электротехники, для понимания того, как закон Ома в виде формулы применяется к простой схеме, необходимо базовое понимание электрической цепи. Простая схема состоит из источника питания, нагрузки, проводников, устройства максимального тока и устройства управления. Ток будет течь в этой простой цепи, если имеется достаточное напряжение, чтобы преодолеть любое сопротивление цепи.
Напряжение считается давлением в электрической цепи; это уместно называется электродвижущей силой.Это давление или «сила» вызывается разными электрическими полюсами, которые хотят уравновесить себя. Толчок и притяжение, наложенные на электроны в проводнике, подключенном к этим разным полюсам, заставят электроны двигаться, если для них существует полный путь. Единственное, что может остановить движение электронов, — это приложенное сопротивление сверх того напряжения, которое заставляет их двигаться, или разрыв цепи, который нарушает поток этих электронов. Требуется один вольт (В) этой электродвижущей силы, чтобы протолкнуть один ампер (А) тока через один ом (Ом) сопротивления — это закон Ома.Напряжение (E или V) равно току (I), умноженному на сопротивление (R). Или, другими словами, E (или V) = IR.

Обозначения

• Вольт (E или V) = электродвижущая сила, опять же, это давление, которое заставляет электроны перемещаться по проводнику (и через нагрузку) в замкнутой цепи.
• Ток (I) = интенсивность, представляет ток, протекающий в цепи. Помните, что «интенсивность» тока в цепи измеряется в амперах.
• Сопротивление (R) = Ом, сопротивление току.Сопротивление может быть преднамеренным или случайным, но в любом случае оно является противодействием свободному току в цепи и отображается на вашем электрическом счетчике в виде Ом. Нулевое сопротивление или близкое к нему означает буквально отсутствие сопротивления току. Медь имеет очень низкое значение сопротивления на фут и является высококачественным материалом для создания эффективных проводников.

Давайте посмотрим на символы закона Ома внутри треугольника закона Ома.

Помните, что вольт (E или V) равняется току (I), умноженному на сопротивление (R)

Использование треугольника закона Ома в качестве наглядного пособия при запоминании трех уравнений закона Ома — не редкость.

Чтобы найти пропущенное значение в реальном уравнении закона Ома, просто закройте букву, представляющую пропущенное значение в треугольнике, и используйте оставшиеся два значения для вычисления этого пропущенного значения.

Например: если вы знаете, что лампа на 120 В (E или V) измеряет при использовании ток 0,625 А (I), какое сопротивление оказывает лампа?

120 В (E), деленное на 0,625 А (I), равняется 192 Ом (R) сопротивления.

Что делать, если вы знаете измеряемые амперы (I) протекающего тока и сопротивление (R) нити лампы? Можете ли вы затем рассчитать напряжение, подаваемое на эту лампу? Посмотрите на треугольник закона Ома ниже, чтобы определить свой ответ.

Ток (I), умноженный на сопротивление (R), равен напряжению, приложенному к лампе.

Треугольник закона Ома Правило
Помните, глядя на треугольник закона Ома, если числа стоят рядом, вы умножаете, если числа расположены одно над другим, вы делите.

Заключение
Закон Ома и многие другие электрические формулы предоставляют нам средства, с помощью которых мы можем понять самые основные принципы протекания электричества и тока.Эти многочисленные формулы позволяют нам заглянуть в прошлое, а также в будущее электрических приложений. Можно сказать, что эти формулы дают нам своего рода поводок, если не контролировать это явление, то, возможно, хотя бы держаться!

9B: Электрический ток, ЭДС и закон Ома

Теперь мы приступим к изучению электрических цепей. Цепь — это замкнутый проводящий путь, по которому течет заряд. В схемах заряд идет петлями.Скорость потока заряда называется электрическим током. Схема состоит из элементов схемы, соединенных между собой проводами. Конденсатор — это пример элемента схемы, с которым вы уже знакомы. В этой главе мы представим еще несколько схемных элементов. При анализе схем мы рассматриваем провода как идеальные проводники, а элементы схемы как идеальные элементы схемы. Сложность схем очень разнообразна. Компьютер — сложная схема. Фонарик представляет собой простую схему.

Тип схемных элементов, с которыми вы будете иметь дело в этом курсе, — это двухконтактные схемные элементы. Существует несколько различных типов двухконтактных схемных элементов, но все они имеют некоторые общие черты. Двухконтактный элемент схемы — это устройство с двумя концами, каждый из которых является проводником. Два проводника называются клеммами. Терминалы могут иметь много разных форм. Некоторые из них — провода, некоторые — металлические пластины, некоторые — металлические кнопки, а некоторые — металлические стойки. К клеммам подключаются провода, чтобы сделать элемент схемы частью схемы.

Важным двухконтактным элементом схемы является место расположения ЭДС. Вы можете думать о сиденье от EMF как об идеальном аккумуляторе или как об идеальном источнике питания. Он поддерживает постоянную разность потенциалов (также известную как постоянное напряжение) между своими выводами. Для представления этой разности потенциалов используется либо имя константы \ (\ varepsilon \) (сценарий \ (E \)), либо имя константы \ (V \).

Чтобы достичь разности потенциалов \ (E \) между своими выводами, очаг ЭДС, когда он впервые возникает, должен перемещать некоторый заряд (мы рассматриваем движение заряда как движение положительного заряда) от одного вывода к другой.«Один вывод» остается с чистым отрицательным зарядом, а «другой» приобретает чистый положительный заряд. Место ЭДС перемещает заряд до тех пор, пока положительный вывод не будет иметь потенциал \ (E \) выше, чем отрицательный вывод. Обратите внимание, что место ЭДС не производит заряда; он просто выталкивает существующий заряд. Если вы подключите изолированный провод к положительному выводу, он будет иметь тот же потенциал, что и положительный вывод, и, поскольку заряд на положительном выводе будет распространяться по проводу, гнездо ЭДС будет иметь такой же потенциал, как и положительный вывод. переместить еще немного заряда с клеммы с более низким потенциалом для поддержания разности потенциалов.{-12} С \)). Кроме того, накопление заряда происходит почти мгновенно, поэтому к тому времени, когда вы заканчиваете подключать провод к клемме, этот провод уже имеет заряд, о котором мы говорим. В общем, мы не знаем, сколько заряда находится на положительной клемме и какой провод к ней может быть подключен, и нам все равно. Это ничтожно мало. Но этого достаточно, чтобы разность потенциалов между выводами была номинальным напряжением места возникновения ЭДС.

Как вы помните, электрический потенциал — это то, что используется для характеристики электрического поля.Вызывая разность потенциалов между его выводами и между любой парой проводов, которые могут быть подключены к его выводам, место действия ЭДС создает электрическое поле. Электрическое поле зависит от расположения проводов, которые подключаются к клеммам гнезда ЭДС. Электрическое поле — еще одна величина, которую мы редко обсуждаем при анализе цепей. Обычно мы можем узнать, что нам нужно узнать, по значению разности потенциалов E, которое место ЭДС поддерживает между своими терминалами.Но электрическое поле действительно существует, и в цепях электрическое поле заряда на проводах, подключенных к месту возникновения ЭДС, — это то, что заставляет заряд течь в цепи, а поток заряда в цепи — огромная часть того, что схема — это все о.

Используем символ

для представления места расположения ЭДС на принципиальной схеме (также известной как схематическая диаграмма цепи), где два коллинеарных отрезка линии представляют выводы места расположения ЭДС, причем тот, который подключен к более короткому из параллельных отрезков прямой, является отрицательным, низковольтный, терминальный; и; тот, который подключен к более длинному из параллельных сегментов линии, является положительным выводом с более высоким потенциалом.

Другой элемент схемы, который я хочу представить в этой главе, — это резистор. Резистор — плохой проводник. Сопротивление резистора является мерой того, насколько плохой проводник является резистор. Чем больше значение сопротивления, тем хуже элемент схемы пропускает заряд через себя. Резисторы бывают разных форм. Нить накала лампочки — это резистор. Элемент тостера (часть, которая светится красным, когда тостер включен) — это резистор. Люди изготавливают небольшие керамические цилиндры (с углеродным покрытием и проволокой, торчащей на каждом конце), чтобы иметь определенные значения сопротивления.У каждого из них есть значение сопротивления, указанное на самом резисторе. Символ

используется для обозначения резистора на принципиальной схеме. Символ R обычно используется для обозначения значения сопротивления резистора.

Теперь мы готовы рассмотреть следующую простую схему:

Вот и снова без стольких этикеток:

Верхний провод (проводник) имеет одно значение электрического потенциала (назовите его \ (\ varphi_ {HI} \)), а нижний провод имеет другое значение электрического потенциала (назовите его \ (\ varphi_ {LOW} \)), например что разница \ (\ space \ varphi_ {HI} — \ varphi_ {LOW} \ space \) равна \ (\ space \ varepsilon \).

\ [\ varphi_ {HI} — \ varphi_ {LOW} = \ varepsilon \]

Чтобы поддерживать разность потенциалов \ (\ varepsilon \) между двумя проводниками, место расположения ЭДС вызывает появление небольшого количества положительного заряда на верхнем проводе и такое же количество отрицательного заряда на нижнем проводе. Это разделение зарядов вызывает электрическое поле в резисторе.

(Мы проводим этот аргумент в модели положительного носителя заряда. Хотя это не имеет значения для схемы, на самом деле это отрицательно заряженные частицы, движущиеся в противоположном направлении.Эффект тот же.)

Важно понимать, что каждая часть цепи переполнена обоими видами заряда. Провод, резистор, все невероятно забито как положительным, так и отрицательным зарядом. Один вид заряда может двигаться на фоне другого. Теперь электрическое поле в резисторе толкает положительный заряд в резисторе в направлении от вывода с более высоким потенциалом к ​​выводу с более низким потенциалом.

Направление положительного заряда на провод с более низким потенциалом приведет к увеличению потенциала провода с более низким потенциалом и оставит верхний конец резистора с отрицательным зарядом.Я говорю «был бы», потому что любая тенденция к изменению относительного потенциала двух проводов немедленно компенсируется местом расположения ЭДС. Помните, что это то, что делает сиденье ЭДС, оно поддерживает постоянную разность потенциалов между проводами. Для этого в рассматриваемом случае гнездо ЭДС должно вытягивать положительные заряды из провода с более низким потенциалом и подталкивать их к проводу с более высоким потенциалом. Кроме того, любая тенденция верхнего конца резистора становиться отрицательным сразу же приводит к силе притяжения на положительный заряд в проводе с более высоким потенциалом.Это заставляет этот положительный заряд перемещаться вниз в резистор вместо заряда, который только что перемещался вдоль резистора к проводу с более низким потенциалом. Чистый эффект — это непрерывное движение заряда по часовой стрелке по петле, как мы видим на диаграмме, при этом чистое количество заряда в любом коротком участке цепи никогда не меняется. Выберите место в любом месте трассы. Так же быстро, как положительный заряд покидает это место, больше положительного заряда из соседнего места перемещается внутрь. У нас есть вся скопившаяся масса носителей положительного заряда, движущихся по петле по часовой стрелке, все из-за электрического поля в резисторе, и «настойчивость» ЭДС в поддержании постоянной разности потенциалов между проводами.

Теперь нарисуйте пунктирную линию поперек контура в любой точке контура, как показано ниже.

Скорость, с которой заряд пересекает эту линию, является скоростью потока заряда в этой точке (точке, в которой вы нарисовали пунктирную линию) в цепи. Скорость потока заряда, сколько кулонов заряда в секунду пересекает эту линию, называется электрическим током в этой точке. В данном случае, поскольку вся схема состоит из одной петли, ток одинаков в каждой точке схемы — не имеет значения, где вы «рисуете линию».”Символ, который обычно используется для представления значения тока, — это \ (I \).

При анализе схемы, если текущая переменная еще не определена для вас, вы должны определить ее
, нарисовав стрелку на схеме и пометив ее \ (I \) или \ (I \) нижним индексом.

Единицы измерения тока — кулоны в секунду (\ (C / s \)). Этой комбинации единиц дано имя: ампер, сокращенно \ (A \).

\ [1A = 1 \ frac {C} {s} \]

Теперь об этом резисторе: в нашей модели носителя положительного заряда заряженные частицы, которые могут свободно перемещаться в резисторе, испытывают силу, действующую на них со стороны электрического поля в направлении электрического поля.В результате они испытывают ускорение. Но фоновый материал, составляющий вещество, частью которого являются носители заряда, оказывает на носители заряда замедляющую силу, зависящую от скорости. Чем быстрее они движутся, тем больше тормозящая сила. После завершения цепи (выполнения этого окончательного соединения провод-клемма) носители заряда в резисторе почти мгновенно достигают предельной скорости, при которой тормозящая сила на данном носителе заряда так же велика, как сила, проявляемая электрическое поле на этом носителе заряда.Значение конечной скорости вместе с количеством носителей заряда на объем в резисторе и площадью поперечного сечения плохо проводящего материала, составляющего резистор, определяют скорость потока заряда, ток , в резисторе. В рассматриваемой простой схеме расход заряда в резисторе — это расход заряда во всей цепи.

Само значение конечной скорости зависит от силы электрического поля и природы тормозящей силы.Характер тормозящей силы зависит от материала, из которого изготовлен резистор. Один вид материала приведет к большей конечной скорости для того же электрического поля, что и другой вид материала. Даже с одним типом материала возникает вопрос, как тормозящая сила зависит от скорости. Он пропорционален квадрату скорости, логарифму скорости или чему-то еще? Эксперимент показывает, что в важном подмножестве материалов в определенных диапазонах конечной скорости тормозящая сила пропорциональна самой скорости.Такие материалы подчиняются закону Ома и называются омическими материалами.

Рассмотрим резистор в простой схеме, с которой мы имели дело.

Если вы удвоите напряжение на резисторе (используя гнездо ЭДС, которое поддерживает вдвое большую разность потенциалов между его выводами, как исходное гнездо ЭДС), то вы удвоите электрическое поле в резисторе. Это удваивает силу, действующую на каждый носитель заряда. Это означает, что при предельной скорости любого носителя заряда тормозящая сила должна быть вдвое больше.(Поскольку после подключения этой последней цепи скорость носителей заряда увеличивается до тех пор, пока тормозящая сила на каждом носителе заряда не станет равной по величине приложенной силе.) В омическом материале, если тормозящая сила вдвое больше, то скорость вдвое больше. Если скорость вдвое больше, то расход заряда, электрический ток, вдвое больше. Таким образом, удвоение напряжения на резисторе увеличивает вдвое ток. Действительно, для резистора, подчиняющегося закону Ома, ток в резисторе прямо пропорционален напряжению на резисторе.

Подведение итогов: когда вы подаете напряжение на резистор, в этом резисторе есть ток. Отношение напряжения к току называется сопротивлением резистора.

\ [R = \ frac {V} {I} \]

Это определение сопротивления согласуется с нашим пониманием того, что сопротивление резистора является мерой того, насколько он плохой проводник. Проверить это. Если для данного напряжения на резисторе вы получаете крошечный небольшой ток (это означает, что резистор является очень плохим проводником), значение сопротивления \ (R = \ frac {V} {I} \) с этим маленьким значением ток в знаменателе очень велик.Если, с другой стороны, при том же напряжении вы получаете большой ток (что означает, что резистор является хорошим проводником), тогда значение сопротивления \ (R = \ frac {V} {I} \) мало.

Если материал, из которого изготовлен резистор, подчиняется закону Ома, то сопротивление \ (R \) является постоянным, что означает, что его значение одинаково для разных напряжений. Отношение \ (R = \ frac {V} {I} \) обычно записывается в форме \ (V = IR \).

Закон Ома:

Сопротивление \ (R \) в выражении \ (V = IR \) является постоянной величиной.

Закон

Ома хорош для резисторов, изготовленных из определенных материалов (называемых омическими материалами) в ограниченном диапазоне напряжений.

Единиц сопротивления

Учитывая, что сопротивление резистора определяется как отношение напряжения на этом резисторе к результирующему току на этом резисторе,

\ [R = \ frac {V} {I} \]

очевидно, что единицей сопротивления является вольт на ампер, \ (\ frac {V} {A} \). Этому комбинированному блоку присвоено имя. Мы называем это ом, сокращенно \ (\ Omega \), греческая буква верхнего регистра омега.

\ [1 \ Omega = 1 \ frac {\ mbox {volt}} {\ mbox {ampere}} \]

Авторы и авторство

Мощность в электрических цепях | Закон Ома

Помимо напряжения и тока, есть еще один важный параметр, связанный с электрическими цепями: мощность . Во-первых, нам нужно понять, что такое мощность, прежде чем анализировать ее в каких-либо схемах.

Что такое мощность и как ее измерять?

Мощность — это мера того, сколько работы можно выполнить за заданный промежуток времени. Работа обычно определяется как подъем веса против силы тяжести. Чем тяжелее вес и / или чем выше он поднимается, тем больше работы было выполнено. Мощность — это показатель того, насколько быстро выполняется стандартный объем работы.

Для американских автомобилей мощность двигателя оценивается в единицах, называемых «лошадиные силы», которые изначально были изобретены производителями паровых двигателей для количественной оценки работоспособности своих машин с точки зрения самого распространенного источника энергии в их время: лошадей. ВНИМАНИЕ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Одна лошадиная сила определяется в британских единицах как 550 фут-фунт работы в секунду времени. Мощность двигателя автомобиля не будет указывать на высоту холма, на которую он может подняться, или на какой вес он может буксировать, но он покажет, насколько быстро он может подняться на определенный холм или буксировать определенный вес.

Мощность механического двигателя зависит как от скорости двигателя, так и от его крутящего момента на выходном валу. Скорость выходного вала двигателя измеряется в оборотах в минуту или об / мин.

Крутящий момент — это величина крутящего момента, создаваемого двигателем, и обычно измеряется в фунт-футах или фунт-футах (не путать с фут-фунтами или фут-фунтами, которые являются единицей измерения работы). Ни скорость, ни крутящий момент сами по себе не являются мерой мощности двигателя.

Дизельный двигатель трактора мощностью 100 лошадиных сил вращается относительно медленно, но обеспечивает большой крутящий момент. Двигатель мотоцикла мощностью 100 лошадиных сил вращается очень быстро, но обеспечивает относительно небольшой крутящий момент. Оба будут производить 100 лошадиных сил, но на разных скоростях и с разным крутящим моментом.Уравнение для мощности на валу простое:

Обратите внимание, что в правой части уравнения есть только два переменных члена, S и T. Все остальные члены в этой части постоянны: 2, пи и 33000 — все константы (они не меняют своего значения) . Мощность в лошадиных силах меняется только при изменении скорости и крутящего момента, больше ничего. Мы можем переписать уравнение, чтобы показать эту взаимосвязь:

Поскольку единица «лошадиных сил» не совпадает в точности со скоростью в оборотах в минуту, умноженной на крутящий момент в фунт-футах, мы не можем сказать, что мощность равна ST.Однако они пропорциональны друг другу. По мере изменения математического произведения ST значение мощности в лошадиных силах изменится в той же пропорции.

Мощность как функция напряжения и тока

В электрических цепях мощность зависит как от напряжения, так и от тока. Неудивительно, что это соотношение имеет поразительное сходство с приведенной выше формулой «пропорциональной» мощности в лошадиных силах:

Однако в этом случае мощность (P) в точности равна току (I), умноженному на напряжение (E), а не просто пропорциональна IE.При использовании этой формулы единицей измерения мощности является Вт , сокращенно обозначаемая буквой «W.»

Следует понимать, что ни напряжение, ни ток сами по себе не составляют мощность. Скорее, мощность — это комбинация напряжения и тока в цепи. Помните, что напряжение — это удельная работа (или потенциальная энергия) на единицу заряда, а ток — это скорость, с которой электрические заряды проходят через проводник.

Напряжение (удельная работа) аналогична работе, выполняемой при поднятии веса против силы тяжести.Ток (скорость) аналогичен скорости, с которой поднимается этот груз. Вместе как произведение (умножение) напряжение (работа) и ток (скорость) составляют мощность.

Так же, как в случае дизельного двигателя трактора и двигателя мотоцикла, цепь с высоким напряжением и низким током может рассеивать такое же количество мощности, что и цепь с низким напряжением и большим током. Ни величина напряжения, ни сила тока сами по себе не указывают на количество энергии в электрической цепи.

Питание при обрыве / коротком замыкании

В разомкнутой цепи, где напряжение присутствует между выводами источника и есть нулевой ток, рассеивается нулей мощности, независимо от того, насколько большим может быть это напряжение. Поскольку P = IE и I = 0 и все, что умножается на ноль, равно нулю, мощность, рассеиваемая в любой разомкнутой цепи, должна быть равна нулю.

Точно так же, если бы у нас было короткое замыкание, построенное из петли из сверхпроводящего провода (абсолютно нулевое сопротивление), у нас могло бы быть состояние тока в петле с нулевым напряжением, и аналогично, никакая мощность не рассеивалась бы.Поскольку P = IE и E = 0 и все, что умножается на ноль, равно нулю, мощность, рассеиваемая в сверхпроводящем контуре, должна быть равна нулю. (Мы рассмотрим тему сверхпроводимости в следующей главе).

Как мощность связана с ваттами?

Независимо от того, измеряем ли мы мощность в единицах «лошадиные силы» или «ватты», мы все равно говорим об одном и том же: сколько работы можно выполнить за заданный промежуток времени. Эти две единицы численно не равны, но они выражают одно и то же.

Фактически, европейские производители автомобилей обычно рекламируют мощность своих двигателей в киловаттах (кВт) или тысячах ватт, а не в лошадиных силах! Эти две единицы мощности связаны друг с другом простой формулой преобразования:

Таким образом, наши 100-сильные дизельные и мотоциклетные двигатели также могут быть оценены как двигатели «74570 Вт», или, точнее, как двигатели «74,57 кВт». В европейской технической документации этот рейтинг был бы скорее нормой, чем исключением.

ОБЗОР:

• Мощность — это показатель того, сколько работы можно выполнить за определенный промежуток времени.
• Механическая мощность обычно измеряется (в Америке) в «лошадиных силах».
• Электрическая мощность почти всегда измеряется в «ваттах» и может быть рассчитана по формуле P = IE.
• Электроэнергия является продуктом как напряжения , так и тока , а не любого из них отдельно.
• лошадиных сил и ватт — это просто две разные единицы для описания одного и того же физического измерения, при этом 1 лошадиная сила равна 745.7 Вт.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Закон

Ома — Принцип электронных схем

У электричества много свойств, но некоторые из самых основных объясняются законом Ома. Закон Ома описывает взаимосвязь между током, сопротивлением и напряжением.

Ниже приведены простые определения каждого из них, и следование определениям является хорошей аналогией, помогающей понять, как эти свойства связаны между собой.

Ток = поток электрического заряда, движение электронов по проводу
Сопротивление = сопротивление потоку электрического заряда (тока)
Напряжение = разность электрической энергии между двумя точками, потенциал энергия

В качестве полезного примера представьте себе соломинку.Если вы засунете один конец соломинки в рот и обдуваете его мягким потоком воздуха, вы можете думать о текущем воздухе как о потоке. Думайте о давлении или силе удара как о напряжении; воздух течет от высокого давления к низкому давлению. Если вы немного прикрыли другой конец соломинки или слегка защипнули соломинку, чтобы ограничить поток воздуха, вы добавите сопротивление потоку.

Формулы закона Ома

Напряжение может создаваться различными способами, такими как батареи, генераторы или трансформаторы, но все они работают для создания разницы в энергии между двумя точками.Электроны перемещаются из одного места в другое благодаря этой разнице, и этот поток измеряется током. Любая часть цепи, которая замедляет поток электронов, является сопротивлением. Отношения между этими тремя свойствами показаны в формулах ниже.

где V = напряжение (вольт), R = сопротивление (ом), I = ток (амперы)

Напряжение (вольт)

Если мы подумаем о напряжении как о типе разницы давлений, мы увидим, что увеличение либо тока (потока), либо сопротивления (блокировка) приведет к увеличению разницы давлений.В случае с током большее количество электронов в одном и том же пространстве похоже на пробку, увеличивающую напряжение. Для сопротивления, если путь ограничен (что означает более высокий уровень сопротивления) для определенного количества электронов, напряжение будет увеличиваться, как на шоссе с закрытыми полосами или двумя.

Сопротивление (Ом)

Обычно, хотя и не всегда, желательно иметь более низкое сопротивление, чтобы ваша схема позволяла течь большему количеству электронов. В этом случае закон Ома показывает нам, что более низкое значение сопротивления возникает из-за пониженного напряжения.Сопротивление также будет уменьшаться с увеличением тока, или если подумать об этом по-другому, вы можете преодолеть сопротивление, добавив больше электронного потока. Бывают случаи, когда вы хотите увеличить сопротивление, и формула показывает нам, что для этого сценария мы бы уменьшили ток или увеличили бы напряжение.

Ток (амперы или амперы)

И снова у нас есть соотношение, с которым нужно работать. Чтобы увеличить ток, мы либо уменьшаем сопротивление, либо увеличиваем напряжение. Это звучит правильно, поскольку мы могли бы подумать, что добавление большего давления с меньшим сопротивлением будет способом заставить течь больше электронов.Если вы измеряете цепь и замечаете падение тока, значит, что-то изменилось, и закон Ома говорит нам, что либо напряжение упало, либо сопротивление увеличилось.

Уравнение мощности (Вт)

Что-то, с чем мы все знакомы, по крайней мере, если вы когда-либо меняли лампочку, — это термин Ватт. Ватт — это единица измерения мощности электричества. Мощность тесно связана с законом Ома в цепях сопротивления, и применимы аналогичные отношения.

, где P = мощность (Вт), V = напряжение (вольт), R = сопротивление (Ом), I = ток (амперы)

Хотя формулы похожи, моделируются некоторые сложные взаимодействия.Мы видим, что для известных значений напряжения и тока результирующее значение мощности будет определяться сопротивлением. Для компонентов схемы обозначенный уровень мощности (или ватт) может сказать нам комбинацию резистивных нагрузок и величины потребляемого тока.

Прочтите сообщение о компьютерной математике, чтобы увидеть, как применяются некоторые из этих принципов: Что такое гигабайт? Компьютерные номера

Связанные

Понимание формул закона сопротивления постоянного и переменного тока, формул и формул мощности

Вопросы викторины по закону Ома | Экзамены электрика

Информация

Вы уже проходили викторину раньше.Следовательно, вы не можете запустить его снова.

Вы должны войти или зарегистрироваться, чтобы начать викторину.

Вы должны пройти следующую викторину, чтобы начать эту викторину:

0 из 10 вопросов ответил правильно

Ваше время:

Время истекло

Вы набрали 0 из 0 баллов, (0)

Теория закона Ома:

Если I — это ток, протекающий по проводнику при приложении разности потенциалов V, то согласно закону Ома соотношение между приложенной разностью потенциалов V и протекающим током I определяется выражением

I α V и I = V / R

где

• I — ток в амперах
• В — приложенная разность потенциалов, единица измерения — вольты
• R соответствует сопротивлению материала, а единица измерения — Ом

Закон Ома можно определить как:

Ток, протекающий по проводнику, прямо пропорционален приложенной разности потенциалов (напряжению) на его концах при физическом состоянии i.