ЭДС. Закон Ома для полной цепи || Закон ома для полный цепи

Параметры электрической цепи

Чтобы лучше понять смысл закона Ома, нужно представлять, как устроена электрическая цепь.

Что же такое электрическая цепь? Это путь, который проходят электрически заряженные частицы (электроны) в электрической схеме.

https://www.youtube.com/watch?v=ytcopyrightru

Чтобы в электрической цепи существовал ток, необходимо наличие в ней устройства, которое создавало бы и поддерживало разность потенциалов на участках цепи за счёт сил неэлектрического происхождения. Такое устройство называетсяисточником постоянного тока, а силы — сторонними силами.

Электрическую цепь, в которой находится источник тока, называют полной электрической цепью. Источник тока в такой цепи выполняет примерно такую же функцию, что и насос, перекачивающий жидкость в замкнутой гидравлической системе.

Простейшая замкнутая электрическая цепь состоит из одного источника и одного потребителя электрической энергии, соединённых между собой проводниками.

Электрический ток в такой цепи представляет собой движение электронов в проводнике. И хотя в действительности они движутся по направлению к положительному полюсу источника, в физике направлением тока принято считать движение от положительного полюса к отрицательному.

Количество заряженных частиц, протекающих через поперечное сечение проводника, называется силой тока. Обозначается эта величина буквой I  и измеряется в амперах.

Но проводник оказывает сопротивление движению электронов. Величину, характеризующую противодействие электрической цепи или её участка электрическому току, называют электрическим сопротивлением. Его величина называется омом в честь знаменитого физика и обозначается буквой R.

Величина, равная разности потенциалов источника электрического тока, называется электрическим напряжением. Обозначается буквой U. Измеряется в вольтах.

ЭДС. Закон Ома для полной цепи || Закон ома для полный цепи

Участок цепи без источника тока называют внешней цепью. Её сопротивление обозначают буквой R, а внутреннее сопротивление источника – r. ЭДС источника обозначается символом ε. ЭДС источника состоит из падения напряжения U во внешней цепи и падения напряжения U1 на самом источнике.

ε = U U1,

Внешняя цепь рассматривается как участок цепи. Вообще, любую электрическую цепь можно представить в виде участков, между двумя точками которых течёт электрический ток. Каждый участок можно охарактеризовать падением напряжения U, сопротивлением Rи силой токаI.

Опытным путём Ом установил взаимосвязь между этими основными параметрами электрической цепи: «Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна электрическому сопротивлению на этом участке».

I = U/R

Это и есть формула закона Ома для участка цепи.

Подобно
тому как в пространстве, окружающем
неподвижные электрические заряды,
возникает электрическое поле, в
пространстве, окружающем движущиеся
заряды, возникает магнитное
поле.
Электрический ток в одном из проводников
создает вокруг себя магнитное поле,
которое действует на ток во втором
проводнике. А поле, созданное электрическим
током второго проводника, действует
на первый.

Магнитное
поле представляет собой особую форму
материи, посредством которой осуществляется
взаимодействие между движущимися
электрическими заряженными частицами.

Магнитное
поле создается не только электрическим
током, но и постоянными магнитами. На
основании своих опытов Ампер сделал
вывод, что взаимодействие токов с
магнитом и магнитов между собой можно
объяснить, если предположить, что внутри
магнита существуют незатухающие
молекулярные круговые токи.

источник ЭДС

Прохождение
электрического тока может сопровождаться
нагреванием и свечением вещества,
различными его химическими превращениями,
магнитным взаимодействием. Из всех
известных действий тока только магнитной
взаимодействие сопровождает электрический
ток при любых условиях, в любой среде
и в вакууме.

  1. Поле движ. Заряда. Закон Био-Саввара (электрическое поле которое течет)

Осн.
задача магнитостатики состоит в умении
рассчит. хар-ки полей. Закон Б-С-Л с
использованием принципа суперпозиции
даёт простейший метод расчёта полей.

dB-индукция,
созд. в точ. A.

dB=(·(I·dl·sin/r2) [1]

dH=(I·dl·sin/(4r2) [2]

Индукция
магн. поля, созданная элементом проводника
dl с током I в точке A на расстоянии r от
dl пропорц. силе тока, dl, синусу угла
между r и dl и обр. пропорцион. квадрату
расстояния r.

___
____ __

dB=(·(I·[dl,r]
/r3)

Значение
з-на Б-С-Л заключается в том, что зная
dH и dB от dl можно вычислить H и B проводника
конеч. размеров разл. форм.

термин,
применяемый ко всем веществам при
рассмотрении их магнитных свойств.
Разнообразие типов М. обусловлено
различием магнитных свойств микрочастиц,
образующих вещество, а также характера
взаимодействия между ними. М. классифицируют
по величине и знаку их магнитной
восприимчивостиc(вещества с c {amp}lt;

Предлагаем ознакомиться:  Отмена судебного приказа о взыскании долга налоги


называютсядиамагнетиками,
с c {amp}gt; 0 -парамагнетиками,
с c {amp}gt;{amp}gt; 1 -ферромагнетиками).
Более глубокая физическая классификация
М. основана на рассмотрении природы
микрочастиц, обладающихмагнитными
моментами, их взаимодействия в
веществе, а также влияния на М. внешних
факторов (подробнее см.Магнетизм).

  1. Ферро магнетизм. Петля гистерезиса. Магнитные свойства вещества

Все
вещества, помещенные в магнитное поле,
намагничиваются, т. е. сами создают
магнитное поле. Поэтому индукция
магнитного поля в однородной среде
отличается от индукции поля в вакууме.

Все
вещества в зависимости от их магнитной
проницаемости разделяют на ферромагнетики,
парамагнетики и диамагнетики.

К
ферромагнетикам
относятся железо, никель, кобальт и
некоторые соединения этих металлов с
другими элементами. У них значения
магнитной проницаемости достигают
тысяч единиц. Поэтому при внесении
железного сердечника в катушку с током,
индукция магнитного поля увеличивается
во много раз.

К
парамагнетикам
относятся вещества, магнитная
проницаемость которых немного больше
единицы. (Платина, жидкий кислород)

К
диамагнетикам
можно отнести вещества с малой магнитной
проницаемостью. Они ослабляют магнитное
поле. (Серебро, свинец, кварц, висмут).

Ферромагнетизм
объясняется магнитными свойствами
электронов. Электрон эквивалентен
круговому току или вращающемуся
заряженному телу и поэтому обладает
собственным магнитным полем. В большинстве
кристаллов магнитные поля электронов
взаимно компенсируются благодаря
попарной антипараллельной ориентации
магнитных полей электронов.

Лишь в
некоторых кристаллах, например в
кристалле железа, возникают условия
для параллельной ориентации собственных
магнитных полей электронов. В результате
этого внутри кристалла ферромагнетика
возникают намагниченные области,
которые называются доменами.
В отдельных доменах магнитные поля
имеют различные направления и в большом
кристалле взаимно компенсируют друг
друга. При внесении ферромагнитного
образца в магнитное поле происходит
упорядочение ориентации магнитных
полей отдельных доменов.

С
увеличением магнитной индукции внешнего
поля возрастает степень упорядоченности
ориентации отдельных доменов – магнитная
индукция возрастает. При некотором
значении индукции внешнего поля
наступает полное упорядочение ориентации
доменов, возрастание магнитной индукции
прекращается.

При вынесении
ферромагнитного образца из внешнего
магнитного поля значительная часть
доменов сохраняет упорядоченную
ориентацию – образец становится
постоянным магнитом.

Формула закона Ома для замкнутой цепи

Упорядоченность
ориентации доменов в ферромагнетике
нарушается тепловыми колебаниями
атомов в кристалле. Чем выше температура
кристалла, тем быстрее разрушается
порядок в ориентации доменов, вследствие
чего образец размагничивается.
Температура, выше которой вещество
перестает быть ферромагнетиком,
называется температурой
Кюри.

Возникновение
эдс в замкнутом проводящем контуре при
изменении магнитного потока через эту
поверхность, ограниченную этим контуром,
называется электромагнитной индукцией.
Также эдс индукции, а следовательно,
разность потенциалов возникает на
концах разомкнутого проводника,
движущеося в магнитном поле и пересекающего
силовые линии поля.

Опыт показывает,
что эдм индукции не зависит от причин
изменния магнитного потока, а определяется
скоростью его изменения. Согласно
закону Фарадея, эдс индукции определяется
как предел отношения изменения магнитного
потока Ф
к промежутку времени t
к нулю, или производной по времени
магнитного потока Eинд=limt—{amp}gt;0
Ф/t=
-Ф’.

Явление
электромагнитной индукции заключается
в возникновении электрического тока
в замкнутом электропроводящем контуре
при изменении магнитного потока через
площадь этого контура. По правилу Ленца,
возникающий в замкнутом контуре
индукционный ток направлен так, что
создаваемый им магнитный поток через
площадь, ограниченную контуром,
стремиться препятствовать тому изменению
потока, которое вызывает данный ток.

Закон
ЭИ формулируется именно для ЭДС индукции,
а не для силы индукционного тока: ЭДС
индукции в замкнутом контуре равна по
модулю скорости изменения магнитного
потока через поверхность, ограниченную
контуром: Ei=модуль(дельта
Ф/дельта t).
С учетом правила Ленца: Ei=-дельта
Ф/дельта t.
При изменении магнитного потока в
катушке, имеющей n
одинаковых витков провода, общая ЭДС
индукции в n
раз больше ЭДС одного витка.

Индукцией
магнитного поля называется характеристика
способности магнитного поля оказывать
силовое действие на проводник с током.
Она является векторной физической
величиной.

Закон Ампера

ЭДС. Закон Ома для полной цепи || Закон ома для полный цепи

если левую руку расположить так, что
магнитные силовые линии входят в ладонь,
четыре вытянутых пальца направить по
току, то отогнутый большой палец укажет
направление силы. Очевидно, что сила
Ампера равна нулю, если проводник
расположен вдоль силовых линий поля и
максимальна, если проводник перпендикулярен
силовым линиям.

Движение заряженных
частиц в магнитном поле. На проводник
с током в магнитном поле действует сила
Ампера FА
IBlsin.Ток,
в свою очередь, это направленное движение
заряженных частиц. Сила тока равна
I=qnvS,
где q
– заряд частицы, n-концентрация
движущихся заряженных частиц, v-средняя
скорость их направленного движения,
S-площадь
поперечного сечения проводника.

Подставив I
в выражение для FА,
получим FА=
qnvSBlsin,
где nsl=N
– общее число частиц, создающих ток.
Тогда сила, действующая на отдельный
движущийся заряд – сила
Лоренца,
равна Fл=qvBsin.
где 
— угол между векторами скорости и
магнитной индукции. Направление силы
Лоренца определяется для положительно
заряженной частицы по правилу левой
руки.

Предлагаем ознакомиться:  Закон об осаго судебная практика

Сила,
действующая на проводник с током в
магнитном поле, называется силой Ампера.

Экспериментальное
изучение магнитного взаимодействия
показывает, что модуль силы Ампера
пропорционален длине проводника с
током, силе тока и зависит от ориентации
проводника в магнитном поле.

Опыт
показывает, что магнитное поле, вектор
индукции которого направлен вдоль
проводника с током, не оказывает влияния
на ток. Поэтому модуль силы зависит
лишь от модуля составляющей вектора
магнитной индукции, перпендикулярной
проводнику.

Направление
силы ампера определяется по правилу
левой руки: если левую руку расположить
так, чтобы перпендикулярная составляющая
магнитной индукции входила в ладонь,
а четыре вытянутых пальца были направлены
по направлению тока, то отогнутый на
90 большой палец покажет направление
силы, действующей на отрезок проводника.

Магнитное
взаимодействие проводников с током
используется в Международной системе
для определения единицы сила тока
–ампера.

ЭДС. Закон Ома для полной цепи || Закон ома для полный цепи

Ампер
–сила неизменяющегося тока, который
при прохождении по двум параллельным
прямолинейным проводникам бесконечной
длины и ничтожно малого кругового
сечения, расположенным на расстоянии
1 м друг от друга в вакууме, вызывал бы
между этими проводниками силу магнитного
взаимодействия, равную Н на каждый
метр длины.

Опыт Ома

Свой знаменитый закон Ом вывел экспериментальным путём.

Проведём несложный опыт.

Соберём электрическую цепь, в которой источником тока будет аккумулятор, а прибором для измерения тока – последовательно включенный в цепь амперметр. Нагрузкой служит спираль из проволоки. Напряжение будем измерять с помощью вольтметра, включенного параллельно спирали. Замкнём с помощью ключа электрическую цепь и запишем показания приборов.

Подключим к первому аккумулятору второй с точно таким же параметрами. Снова замкнём цепь. Приборы покажут, что и сила тока, и напряжение увеличились в 2 раза.

Если к 2 аккумуляторам добавить ещё один такой же, сила тока увеличится втрое, напряжение тоже утроится.

Вывод очевиден: сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению, приложенному к концам проводника.

В нашем опыте величина сопротивления оставалась постоянной. Мы меняли лишь величину тока и напряжения на участке проводника. Оставим лишь один аккумулятор. Но в качестве нагрузки будем использовать спирали из разных материалов. Их сопротивления отличаются. Поочерёдно подключая их, также запишем показания приборов. Мы увидим, что здесь всё наоборот. Чем больше величина сопротивления, тем меньше сила тока. Сила тока в цепи обратно пропорциональна сопротивлению.

ЭДС. Закон Ома для полной цепи || Закон ома для полный цепи

Итак, наш опыт позволил нам установить зависимость силы тока от величины напряжения и сопротивления.

Конечно, опыт Ома был другим. В те времена не существовало амперметров, и, чтобы измерить силу тока, Ом использовал крутильные весы Кулона. Источником тока служил элемент Вольта из цинка и меди, которые находились в растворе соляной кислоты. Медные проволоки помещались в чашки со ртутью. Туда же подводились концы проводов от источника тока.

Проволоки были одинакового сечения, но разной длины. За счёт этого менялась величина сопротивления. Поочерёдно включая в цепь различные проволоки, наблюдали за углом поворота магнитной стрелки в крутильных весах. Собственно, измерялась не сама сила тока, а изменение магнитного действия тока за счёт включения в цепь проволок различного сопротивления. Ом называл это «потерей силы».

Но так или иначе эксперименты учёного позволили ему вывести свой знаменитый закон.

Георг Симон Ом 

Закон Ома для полной цепи

Это не что иное, как формула закона Ома для полной электрической цепи: «Сила тока в цепи пропорциональна действующей в цепи ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений внешней цепи и внутреннего сопротивления источника».

ЭДС. Закон Ома для полной цепи || Закон ома для полный цепи

В опытах Ома величина Х показывала изменение величины тока. В современной формуле ей соответствует сила тока I, протекающего в цепи. Величина а характеризовала свойства источника напряжения, что соответствует современному обозначению электродвижущей силы (ЭДС) ε. Значение величины lзависело от длины проводников, соединявших элементы электрической цепи.

Предлагаем ознакомиться:  Невыполнение решения суда ответственность

Как выводится современная формула закона Ома для полной цепи?

ЭДС источника равна сумме падений напряжений на внешней цепи (U) и на самом источнике (U1).

ε = U U1.

Из закона Ома I = U/Rследует, что U = I · R, а U1 = I · r.

ε = I · R I · r = I · (R r), откуда

По закону Ома напряжение во внешней цепи равно произведению силы тока на сопротивление. U = I · R. Оно всегда меньше, чем ЭДС источника. Разница равна величине U1= I · r.

Что происходит при работе батарейки или аккумулятора? По мере того, как разряжается батарейка, растёт её внутренне сопротивление. Следовательно, увеличивается U1 и уменьшаетсяU.

Полный закон Ома превращается в закон Ома для участка цепи, если убрать из него параметры источника.

Закон Ома для переменного тока

ЭДС. Закон Ома для полной цепи || Закон ома для полный цепи

В цепи переменного напряжения кроме обычного активного сопротивления встречается реактивное сопротивление (ёмкости, индуктивности).

Для таких цепей U = I · Z, где Z- полное сопротивление, включающее в себя активную и реактивную составляющие.

I = U/R

С помощью закона Ома можно рассчитать параметры любой электрической цепи.

Мощность и закон Ома

P = U · I = I2 · R

Как видим, чем больше ток или напряжение, тем больше мощность. Так как проводник или резистор не является полезной нагрузкой, то мощность, которая приходится на него, считается мощностью потерь. Она идёт на нагревание проводника. И чем больше сопротивление такого проводника, тем больше теряется на нём мощности. Чтобы уменьшить потери от нагревания, в цепи используют проводники с меньшим сопротивлением. Так делают, например, в мощных звуковых установках.

Ферро магнетизм. Петля гистерезиса. Магнитные свойства вещества

Его
можно определить по правилу буравчика:
если направление поступательного
движения буравчика совпадает с
направлением силы тока в проводнике,
то направление вращения ручки буравчика
совпадает с направлением вектора
магнитной индукции.

Линией
магнитной индукции называется
такая линии, в любой точке которой
вектор магнитной индукции направлен
по касательной.

Если
во всех точках некоторой части
пространства вектор индукции магнитного
поля имеет одинаковое значение по
модулю и одинаковое направление, то
магнитной поле в этой части пространства
называют однородным.
Линии магнитной индукции такого поля
представляют собой параллельные линии,
расположенные на одном расстоянии друг
от друга.

Линии
индукции магнитного поля прямого
проводника с током представляют собой
окружности, лежащие в плоскостях,
перпендикулярных проводнику. Центры
окружностей лежат на оси проводника.
Направление индукции в этом случае
определяется следующим правилом: если
смотреть вдоль проводника с током по
направлению тока, то вектор магнитной
индукции направлен по ходу часовой
стрелки.

Линии
индукции магнитного поля, созданного
катушкой с током показаны на рисунке.
Вектор индукции входит в катушку с той
стороны, с какой направление тока в
витках катушки представляется
соответствующим ходу часовой стрелки.

Линии
магнитной индукции не имеют ни начала,
ни конца –они всегда замкнуты. Поля с
замкнутыми силовыми линиями называют
вихревыми.
Следовательно, магнитное поле –вихревое.
Это позволяет сделать вывод, что
магнитное поле не имеет источников.
Магнитных зарядов, подобных электрическим,
в природе нет.

ЭДС. Закон Ома для полной цепи || Закон ома для полный цепи

За
единицу магнитной индукции принята
магнитная индукция такого поля, в
котором на контур площадью 1 м2
при силе тока 1 А действует со стороны
поля максимальный момент сил 1 .

,
где r –расстояние от проводника.

Во
всех формулах: I –сила тока,
–магнитная постоянная,– относительная магнитная проницаемость
среды.

Вместо эпилога

Небольшая подсказка для тех, кто путается и не может запомнить формулу закона Ома.

Разделим треугольник на 3 части. Причём, каким образом мы это сделаем, совершенно неважно. Впишем в каждую из них величины, входящие в закон Ома — так, как показано на рисунке.

https://www.youtube.com/watch?v=ytpressru

Закроем величину, которую нужно найти. Если оставшиеся величины находятся на одном уровне, то их нужно перемножить. Если же они располагаются на разных уровнях, то величину, расположенную выше, необходимо разделить на нижнюю.

Закон Ома широко применяется на практике при проектировании электрических сетей в производстве и в быту. 

Оцените статью
Юридическая помощь
Добавить комментарий

Adblock detector