Закон ома для контура

Закон ома для контура

Вернёмся ещё раз к рис. 7.1. Здесь изображена замкнутая проводящая цепь. На участке цепи 1-а-2 движение носителей заряда происходит под действием только электростатической силы = q. Такие участки называются однородными.

Совсем по-другому обстоят дела на участке контура 2-b-1. Здесь на заряды действует не только электростатическая, но и сторонняя сила. Полную силу найдем, сложив эти две:

.

Участок замкнутого контура, где наряду с электростатической силой действуют и сторонние силы, называют неоднородным.

Можно показать, что на однородном участке цепи средняя скорость направленного движения носителей заряда пропорциональна действующей на них силе. Для этого достаточно сравнить формулы, полученные на прошлой лекции: = (6.3) и = l (6.13).

Пропорциональность скорости силе, а плотности тока — напряжённости сохранится и в случае неоднородного участка цепи. Но теперь напряжённость поля равна сумме напряжённостей электростатического поля и поля сторонних сил :

. (7.5)

Это уравнение закона Ома в локальной дифференциальной форме для неоднородного участка цепи.

Теперь перейдём к закону Ома для неоднородного участка цепи в интегральной форме.

Выделим двумя близкими сечениями DS участок dl трубки тока (рис. 7.3.). Сопротивление этого участка:

,

а плотность тока можно связать с силой тока:

.

Эти два выражения используем в уравнении (7.5), спроецировав его предварительно на линию тока:

Проинтегрировав последнее уравнение по неоднородному участку 1-2, получим:

.

Произведение IR1-2 = U — напряжение на участке 1-2;

первый интеграл справа = = j1 – j2 — разность потенциалов на концах участка;

второй интеграл = = e1-2 — э.д.с. источника тока.

Учтя всё это, конечный результат запишем в виде:

. (7.6)

III. Основы электродинамики

Тестирование онлайн

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.

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.

2-ой закон кирхгофа

2-й закон Кирхгофа — сумма падений напряжения равна сумме ЭДС.

не слушай верхнего !! «сушествует мнение», «бытует мнение»!

в основном применяется для расчёта сопротивления на том участке цепи где необходимо снизить напряжение

U1= Uо-U2, U2= Uо-U1,

Второй закон (ЗНК, Закон напряжений Кирхгофа) гласит, что алгебраическая сумма падений напряжений по любому замкнутому контуру цепи равна алгебраической сумме ЭДС, действующих вдоль этого же контура. Если в контуре нет ЭДС, то суммарное падение напряжений равно нулю:

Иными словами, при обходе цепи по контуру, потенциал, изменяясь, возвращается к исходному значению. Если цепь содержит ветвей, из которых содержат источники тока ветви в количестве, то она описывается уравнениями напряжений. Частным случаем второго правила для цепи, состоящей из одного контура, является закон Ома для этой цепи.

Законы Кирхгофа справедливы для линейных и нелинейных цепей при любом характере изменения во времени токов и напряжений.

Обратите внимание, что для каждого узла должно быть выбрано положительное направление, например, токи, втекающие в узел, считаются положительными, а вытекающие — отрицательными.

Если направление тока совпадает с направлением обхода контура (которое выбирается произвольно) , перепад напряжения считается положительным, в противном случае — отрицательным.

Законы Кирхгофа, записанные для узлов и контуров цепи, дают полную систему линейных уравнений, которая позволяет найти все токи и напряжения.

Существует мнение, согласно которому «Законы Кирхгофа» следует именовать «Правилами Кирхгофа» , ибо они не отражают фундаментальных сущностей природы (и не являются обобщением большого количества опытных данных) , а могут быть выведены из других положений и предположений. [

Лучше говорить: 2-е Правило Кирхгофа, потому что Закон Кирхгофа — это из области
теории излучения.

2-е правило Кирхгофа:
В любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в разветвлённой электрической
цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов в отдельных участках контура
на электрические сопротивления этих участков равна алгебраической сумме ЭДС всех
источников электрической энергии, включённых в контур.
Все токи, совпадающие с направлением обхода контура, считаются положительными.
ЭДС считаются положительными, если они вызывают ток, совпадающий по направлению
с обходом контура.

Закон Ома для полной (замкнутой) цепи

Закон Ома для полной цепи определяет значение тока в реальной цепи, который зависит не только от сопротивления нагрузки, но и от сопротивления самого источника тока. Другое название этого закона — закон Ома для замкнутой цепи. Рассмотрим смысл закона Ома для полной цепи более подробно.

Потребители электрического тока (например, электрические лампы) вместе с источником тока образуют замкнутую электрическую цепь. На рисунке 1 показана замкнутая электрическая цепь, состоящая из автомобильного аккумулятора и лампочки.

Рисунок 1. Замкнутая цепь, поясняющея закон Ома для полной цепи.

Ток, проходящий через лампочку, проходит также и через источник тока. Следовательно, проходя по цепи, ток кроме сопротивления проводника встретит еще и то сопротивление, которое ему будет оказывать сам источник тока (сопротивле­ние электролита между пластинами и сопротивление пограничных слоев электролита и пластин). Следовательно, общее сопротивление замкнутой цепи будет складываться из сопротивления лампочки и сопротивления источника тока.

Сопротивление нагрузки, присоединенной к источнику тока, принято называть внешним сопротивлением, а со­противление самого источника тока — внутренним со­противлением. Внутреннее сопротивление обозначается буквой r.

Если по цепи, изображенной на рисунке 1, протекает ток I, то для поддержания этого тока во внешней цепи согласно за­кону Ома между ее концами должна существовать раз­ность потенциалов, равная I*R. Но этот же ток I протекает и по внутренней цепи. Следовательно, для поддержания тока во внутренней цепи, также необходимо существование разности потенциалов между концами сопротивления r. Эта разность потенциалов па закону Ома должна быть равна I*r.

Поэтому для поддержания тока в цепи электродвижущая сила (ЭДС) аккумулятора должна иметь величину:

E=I*r+I*R

Эта формула показывает, что электродвижущая сила в цепи равна сумме внешнего и внутреннего падений напряжения. Вынося I за скобки, получим:

E=I(r+R)

I=E/(r+R)

Две последние формулы выражают закона Ома для полной цепи.

Закон Ома для полной замкнутой цепи формулируется так: сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональ­на ЭДС в цепи и обратно пропорциональ­на общему сопротивлению цепи.

Под общим со­противлением подразумевается сумма внешнего и внутреннего сопротивлений.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? ПОДЕЛИСЬ С ДРУЗЬЯМИ В СОЦИАЛЬНЫХ СЕТЯХ!

Закон ома для контура

Электронная библиотека

ЭДС и Закон Ома для полной цепи Сторонние силы. Для поддержания постоянного тока в проводнике требуется поддерживать постоянную разность потенциалов на его концах. Следовательно, в цепи тока должно находиться устройство, в котором движение зарядов происходит в направлении, противоположном направлению этого движения во внешней цепи (от «минуса» к «плюсу»). Те силы, кроме электростатических, которые действуют на заряды и заставляют их двигаться против сил электрического поля, называются сторонними силами. Если бы этих сил в замкнутой цепи не существовало, то работа по перемещению зарядов по замкнутой цепи только за счет электростатических сил равнялась бы нулю. Однако опыт показывает, что в проводнике с током выделяется определенное количество теплоты. Следовательно, должен существовать источник энергии, поддерживающий ток в цепи и восполняющий убыль энергии на нагревание проводника. Знакомый всем пример устройства, поддерживающего постоянный ток в цепи, — батарейка для карманного фонаря, где сторонними силами являются химические силы.

По определению электродвижущей силой (ЭДС) называется отношение работы сторонних сил Аст по перемещению заряда q к величине этого заряда:

(11.1)

Размерность ЭДС совпадает с размерностью напряжения: [E] = В.

Закон Ома для полной цепи. Любой источник тока обладает, помимо ЭДС, некоторым внутренним сопротивлением r. Полным сопротивлением цепи называют сумму внешнего и внутреннего сопротивлений R + r.

Согласно закону сохранения энергии, в установившемся режиме прохождения постоянного тока выделяющееся в цепи количество теплоты Q = I2RDt + I2rDt должно быть равно работе сторонних сил в источнике тока. Эту работу за время Dt можно записать в виде Аст = Dq = IDt, где Dq = IDt — количество заряда, перенесенного сторонними силами. Из условия Аст = Q находим E= IR + Ir или

(11.2)

Эта формула носит название закона Ома для полной цепи.

Правила Кирхгофа. Если в цепи произвольным образом (последовательно или параллельно) включено несколько ЭДС и несколько резисторов, то для подсчета полной ЭДС, действующей в цепи, и значения силы тока на отдельных участках следует пользоваться cформулированными Г. Кирхгофом правилами. Прежде всего следует уговориться о направлении тока в цепи. По принятому соглашению ток считается положительным, если его направление соответствует направлению движения положительных зарядов. Второе условие: ток всегда направлен от точки с большим потенциалом к точке с меньшим потенциалом. Разность между значениями потенциала в точках до элемента цепи и после этого элемента называется падением напряжения на элементе цепи. Поэтому при прохождении тока через активное сопротивление U = j1 — j2 > 0 и закон Ома запишется в виде: U = IR.

Если в цепи имеется более одного контура (т.е. есть элементы, включенные параллельно), то можно определить понятие узла — точки соединения нескольких проводников.

Правило 1. Сумма токов, входящих в любой узел цепи, равна сумме токов, выходящих из этого узла.

Правило 2. Сумма падений напряжения на каждом элементе любого замкнутого контура в цепи равна нулю.

Еще по теме:

  • Правила установок электрических ПУЭ: правила устройства электроустановок Предисловие Правила устройства электроустановок (ПУЭ) седьмого издания в связи с длительным сроком переработки (не менее двух лет) будет выпускаться и вводиться в действие отдельными разделами и главами по мере завершения работ по их пересмотру, […]
  • Наказание за просрочку штрафа в гибдд ​Просроченный штраф ГИБДД: проблема и решение Стандартные проблемы, возникающие со старыми, просроченными штрафами ГИБДД в России и способы их решения Чем опасен просроченный на 70 дней штраф ГИБДД? Что такое просроченный штраф ГИБДД? Когда штраф становится старым? КоАП РФ обязывает […]
  • Заявление в полицию ярославль УМВД: online-приемная, на вопросы отвечает Трифонов Н.И. Yarportal.Ru Профиль Группа: Администратор Сообщений: 141329 Пользователь №: 2 Регистрация: 18.03.2003 - 03:51 Сообщения от граждан принимаются на официальном сайте УМВД по Ярославской области по ссылке: […]
  • Новое в трудовых пенсиях в 2018 году Новый закон о пенсиях 2018 года Не успели улечься страсти по обсуждению пенсионной реформы 2013-2015 гг, как на подходе новый закон о пенсиях 2018 года? Решение о повышении пенсионного возраста принято, о чем объявил Дмитрий Медведев 14 июня 2018 года, поэтому пенсионные реформы […]
  • Пенсия мчс сроки Сайт пожарных | Пожарная безопасность Представляем Вам калькулятор для расчета пенсии сотрудникам МЧС в 2018 году На сегодняшний день в Российском государстве, пенсия является хорошей стимулирующей выплатой на заслуженном отдыхе. Многие задумываются о своей пенсии, о своем будущем. Как […]
  • Закон рф об электронной цифровой подписи НОВЫЙ ЗАКОН ОБ ЭЛЕКТРОННОЙ ПОДПИСИ Закон № 1-ФЗ «Об электронной цифровой подписи» с 1 января 2014 года уступает место Закону № 63-ФЗ «Об электронной подписи». Какие изменения ждут нас в связи с этим? В России стартует массовое использование нового вида электронной подписи – […]
  • Как получить расчет пенсии из пенсионного фонда ЧТО ВАЖНО ЗНАТЬ О НОВОМ ЗАКОНОПРОЕКТЕ О ПЕНСИЯХ ознакомиться с инфографикой скачать лифлет (88,5 кб) В системе обязательного пенсионного страхования у работающих граждан формируются страховые пенсии и пенсионные накопления. Страховые пенсии бывают трех видов: по старости, по […]
  • Закон обращения воздействия Энциклопедия по машиностроению XXL Оборудование, материаловедение, механика и . Закон обращения воздействий Уравнение (71) показывает, что в процессе расширения число М однозначно связано с проточной частью канала. Применив закон обращения воздействий [4] к уравнению (70), получим при М […]