Работа и мощность в цепи постоянного тока. Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи.

Из формулы определения напряжения () легко получить выражение для расчета работы по переносу электрического заряда ; так как сила тока связана с зарядом соотношением , то работа тока: , или .

Мощность по определению , следовательно, .

Русский ученый X. Ленц и английский учены Д. Джоуль опытным путем в середине XIX в. установили независимо друг от друга закон, который называется законом Джоуля-Ленца и читается так: при прохождении тока по проводнику количество теплоты, выделившееся в проводнике, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока :

Полная замкнутая цепь представляет собой электрическую цепь, в состав которой входят внешние сопротивления и источник тока (рис. 17). Как один из участков цепи, источник тока обладает сопротивлением, которое называют внутренним, .

Для того чтобы ток проходил по замкнутой цепи, необходимо, чтобы в источнике тока зарядам сообщались дополнительная энергия, она появляется за счет работы по перемещению зарядов, которую производят силы неэлектрического происхождения (сторонние силы) против сил электрического поля. Источник тока характеризуется энергетической характеристикой, которая называется ЭДС - электродвижущая сила источника . ЭДС измеряется отношением работы сторонних сил по перемещению вдоль замкнутой цепи положительного заряда к величине этого заряда .

Пусть за время через поперечное сечение проводника пройдет электрический заряд . Тогда работу сторонних сил при перемещении заряда можно записать так: . Согласно определению силы тока, , поэтому . При совершении этой работы на внутреннем и внешнем участках цепи, сопротивления которых и , выделяется некоторое количество теплоты. По закону Джоуля-Ленца оно равно: . Согласно закону сохранения энергии, . Следовательно, . Произведение силы тока на сопротивление участка цепи часто называют падением напряжения на этом участке. Таким образом, ЭДС равна сумме падений напряжений на внутреннем и внешнем участках замкнутой цепи. Обычно это выражение записывают так: . Эту зависимость опытным путем получил Георг Ом, называется она законом Ома для полной цепи и читается так: сила тока в полной цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи . При разомкнутой цепи ЭДС равна напряжению на зажимах источника и, следовательно, может быть измерена вольтметром.

А = qU ; A = IUt = I 2 Rt =

- при параллельном соед.

- при последоват. соед

- закон Джоуля-Ленца

Мощность тока равна отношению работы тока за время t к этому интервалу времени.

- закон Ома для участка цепи

- для последовательного соед.

- для параллельного соед.

Электродвижущая сила

Одно лишь электрическое поле заряженных частиц (кулоновское поле) не способно поддерживать постоянный ток в цепи.

Любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением сил электростатического происхождения (т.е. кулоновских), называют сторонними силами.

Внутри источника тока заряды движутся под действием сторонних сил против кулоновских сил (электроны от положительно заряженного электрода к отрицательному).

ЭДС в замкнутом контуре представляет собой отношение работы сторонних сил при перемещении зарядов вдоль контура к заряду: ℰ =[Вт]

Закон ома для полной цепи

R – внешнее сопротивление цепи

r- внутреннее сопротивление цепи (сопротивление источника тока)

R об = R + r ; ℰ= => Aст = ℰq

=>

; Aст = ℰIt

; A = Q

ℰIt = I 2 Rt + I 2 rt; ℰ =

;

ℰ = ;I =ℰ/R+r

Если при обходе цепи переходят от отрицательного полюса источника к положительному, то ЭДС ℰ > 0. Сторонние силы внутри источника совершают при этом положительную работу.

ℰ = ℰ 1 + ℰ 2 + ℰ 3 = |ℰ 1 |-|ℰ 2 | + |ℰ 3 |

Если ℰ > 0, то I > 0, т.е. направление тока совпадает с направлением обхода контура. При ℰ < 0, направление тока противоположно направлению обхода контура. Полное сопротивление цепи R п равно сумме всех сопротивлений:

R п = R + r 1 + r 2 + r 3

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТОКОВ. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ.

Взаимодействие между проводниками с током, т.е. взаимодействие между движущимися электрическими зарядами, называют магнитными .

Силы, с которыми проводники с током действуют друг на друга, называют магнитными силами .

В пространстве, окружающем токи, возникает поле, называемое магнитным.

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

Основные свойства:

а) магнитное поле порождается электрическим током (движущимися зарядами)

б) магнитное поле обнаруживается по действию на электрический ток (движущиеся заряды)

Подобно электрическому полю, магнитное поле существует реально, независимо от нас, от наших знаний о нем.

Результирующая сила, действующая со стороны магнитного поля на эти проводники, будет равна 0.

Магнитное поле создается не только электрическим током, но и постоянными магнитами.

ЛИНИИ МАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ

Силовой характеристикой магнитного поля явл-ся вектор магнитной индукции .

- вектор магнитной индукции

За направление вектора магнитной индукции принимается направление от южного полюса S к северному N магнитной стрелки, свободно устанавливающейся в магнитном поле. Это направление совпадает с направлением положительной нормали к замкнутому контуру с током.

- положительная нормаль.

Правила буравчика: если направление поступательного движения буравчика совпадает с направлением тока в проводнике, то направление вращения ручки буравчика совпадает с направлением вектора магнитной индукции.

Линиями магнитной индукции называют линии, касательные к которым направлены также, как и вектор в данной точке поля.

Важная особенность линий магнитной индукции состоит в том, что они не имеют ни начала, ни конца. Они всегда замкнуты.

СИЛА АМПЕРА.

Сила ампера – это магнитная сила, действующая со стороны магнитного поля на проводник с током.

Сила достигает максимального значения, когда магнитная индукция перпендикулярна проводнику.

, если I.

; F m = Il B - максимальная сила

F = B|I|lsin  - закон Ампера

Если левую руку расположить так, чтобы перпендикулярная к проводнику составляющая вектора магнитной индукции входила в ладонь, а четыре вытянутых пальца были направлены по направлению тока, то отогнутый на 90 0 большой палец покажет направление силы, действующей на отрезок проводника.

За единицу магнитной индукции можно принять магнитную индукцию однородного поля, в котором на участок проводника длиной 1 м при силе тока в 1 А действует со стороны поля максимальная сила, равная 1 Н. Одна единица магнитной индукции = 1 Н/А. м.

СИЛА ЛОРЕНЦА

Силу, действующую на движущуюся заряженную частицу со стороны магнитного поля, называют силой Лоренца.

, где

F – модуль силы,

N – число заряженных частиц

, где

- скорость их упорядоченного движения

q – заряд

S – площадь

n – концентрация

- число заряженных частиц в рассматриваемом объеме

;

;

;

, поэтомуFл max , т.к. sin = 1; F л = |q|

Если левую руку расположить так. Чтобы составляющая магнитной индукции, перпендикулярная скорости заряда, входила в ладонь, а четыре пальца были направлены по движению положительного заряда (против движения отрицательного), то отогнутый на 90 о большой палец покажет направление силы Лоренца.

Так как сила Лоренца перпендикулярна скорости частицы, то она не совершает работу. Сила Лоренца не меняет кинетическую энергию частицы и, следовательно, модуль ее скорости. Под действием силы Лоренца меняется лишь направление скорости частицы.

;

;

- удельный заряд частицы

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВА

Отношение

, характеризующее магнитные свойства среда, получило названиемагнитной проницаемости среды .

 - магнитная проницаемость данной среды.

Магнитные свойства тела можно объяснить циркулирующими внутри него токами.

Магнитные св-ва любого тела опр-ся замкнутыми электрическими токами внутри него.

Магнитные взаимодействия – это взаимодействия токов.

Ферромагнетики (железо, кобальт, никель. Редкоземельные элементы и многие сплавы) – тела с большой магнитной проницаемостью.

Температура Кюри – это температура, больше некоторой определенной для данного ферромагнетика, ферромагнитные свойства его исчезают.

← Вернуться