Законы постоянного тока

Закон Ома для однородного участка цепи постоянного тока. Однородным называется участок цепи, не содержащий источник питания. В этом случае ток в проводнике прямо пропорционален падению напряжения на данном участке цепи и обратно пропорционален сопротивлению участка цепи. Падением напряжения на участке цепи называется величина, численно равная работе, совершаемая суммарным полем кулоновских и сторонних сил при перемещении на этом участке цепи единичного положительного заряда. Падение напряжения на участке цепи равно произведению его сопротивления на ток :

(4).

где и – потенциалы точек 1 и 2 участков цепи, – электрическое сопротивление на этом участке, – разность потенциалов между точками 1 и 2 цепи, эта величина называется падением напряжения или напряжением между этими точками.

Закон Ома для замкнутой цепи. Ток в замкнутой цепи прямо пропорционален электродвижущей силе источника (э.д.с.) и обратно пропорционален полному сопротивлению цепи.

I = /R+r (5)

Э.д.с. численно равна работе, совершаемой сторонними силами, при перемещении на участке цепи единичного положительного заряда. Сторонними силами называются силы, действующие на заряды со стороны источников тока и направленные против электростатических сил. Если цепь замкнута, электродвижущая сила , действующая в замкнутой цепи, равна сумме падений напряжения в этой цепи

(6),

где – падение напряжения внутри источника тока ( – сопротивление источника), U = IR – падение напряжения на внешних участках цепи (R – сумма всех внешних сопротивлений). Значение электродвижущей силы источника тока равно разности потенциалов на его концах, когда цепь разомкнута, из формулы (6) при I=0, = U (7).

Короткое замыкание соответствует условию R=0, т.е. внешнее сопротивление цепи отсутствует. Ток короткого замыкания – это максимальный ток в данной цепи, согласно (5): I_k =/r (8).

Закон Джоуля – Ленца. Количество теплоты , выделяемое током в проводнике, пропорционально силе тока , времени его прохождения и падению напряжения :

(9).

Правила Кирхгофа позволяют рассчитать электрическую цепь. Первое правило Кирхгофа: Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю:

(10).

Второе правило Кирхгофа: В любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в разветвленной электрической цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов на сопротивление соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме э.д.с. в контуре:

(11).

Если в цепи имеются сопротивления последовательно или параллельно, то общее сопротивление цепи вычисляется по следующим формулам:

Последовательное соединение:

(12).

Параллельное соединение:

(13).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ПРОВЕРКА ЗАКОНОВ ОМА

Содержание работы и методика ее выполнения

Упражнение 1

Проверка закона Ома для однородного участка.

Приборы и принадлежности: источник постоянного тока, реостаты, вольтметр, амперметр, соединительные провода.

Цель работы: Изучение вольтамперной характеристики однородного участка электрической цепи ). Определение сопротивления реостата.

Вопросы к допуску

1. Сформулируйте закон Ома для однородного участка цепи.

2. Что такое вольтамперная характеристика?

3. Как выглядит вольтамперная характеристика однородного участка цепи?

4. Как определить сопротивление из графика вольтамперной характеристики для однородного участка электрической цепи?

Порядок выполнения работы

1. С обрать цепь согласно схеме на рис.1.1 (в качестве сопротивления R , взять реостат с сопротивлением большим, чем R ).

2. Установить сопротивления R ,R , пределы измерения вольтметра и миллиамперметра на максимум. Включить источник тока.

3. Подобрать значения сопротивлений R₁ , R , пределы вольтметра и миллиамперметра так, чтобы показания приборов были близки к максимальным.

4. Определить цену деления измерительных приборов С_V и C_I. Изменяя сопротивление реостата R , снять 5-7 экспериментальных точек. N_V и N_I число делений вольтметра и амперметра, на которые отклонилась стрелка в каждом опыте. Измерения следует проводить так, чтобы они отстояли друг от друга примерно на одинаковые значения тока или напряжения. Следите, чтобы приборы не зашкаливали!

5. Рассчитать из закона Ома для однородного участка цепи величину сопротивления реостата R в каждом опыте. Определить среднее значение сопротивления R_cp. Результаты измерений внести в таблицу1 или 1а по указанию преподавателя. Погрешности измерений тока и напряжения рассчитываются по классу точности прибора (см.вводную часть).

Таблица 1

№ измер.	1	2	3	4	5	6	7
С
N
I
ΔI
I
CU
NU
U
ΔU
U

Таблица 1а

№ измер.	U	ΔU	I	ΔI	R, Ом	ΔR, Ом

6. Построить график зависимости I(U). Какой вывод можно сделать по результатам полученной вольтамперной характеристики?

7. В отчет включить следующие выводы по данной работе:

А). Укажите на схеме для какого участка цепи проверяется закон Ома.

Б). Выполняется ли закон Ома для данного участка с учетом погрешностей измерений?

В). Почему рекомендуется проводить измерения на одних и тех же пределах вольтметра и миллиамперметра?