Соединения проводников.

Последовательное и параллельное соединения в электротехнике — два основных способа соединения элементов электрической цепи. При последовательном соединении все элементы связаны друг с другом так, что включающий их участок цепи не имеет ни одного узла. При параллельном соединении все входящие в цепь элементы объединены двумя узлами и не имеют связей с другими узлами, если это не противоречит условию.

При последовательном соединении проводников сила тока во всех проводниках одинакова.

При параллельном соединении падение напряжения между двумя узлами, объединяющими элементы цепи, одинаково для всех элементов. При этом величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.

Формулы для эквивалентного сопротивления при параллельном и последовательном соединении.

Последовательное - складываются, параллельное – обратные.

Раздел №2: Сторонние силы. Электродвижущая сила. Правила Кирхгофа. Работа и мощность тока.

Сторонние силы. Электродвижущая сила.

Неэлектростатические силы, поддерживающие за счет разделения зарядов электрическое поле и, следовательно, ток в цепи, называются сторонними силами (Fст). Сторонняя сила, действующая на единицу заряда носителя тока: , называется напряженностью поля сторонних сил.

Работа сторонних сил Аст12 при перемещении единичного заряда по участку цепи 1–2 называется электродвижущей силой (ЭДС) участка 1–2 и обозначается e12. Электродвижущей силой e источника тока называется работа сторонних сил по переносу единичного положительного заряда с отрицательного электрода на положительный. Так как сторонние силы действуют только внутри источника тока между его электродами, ЭДС является характеристикой источника, и не зависит от внешней цепи.

Падение напряжения на участке цепи. Единицы измерения.

Если вдоль отрезка провода длины L с одинаковым поперечным сечением S течет однородный ток I, то из (3.2.3) следует, что ось проводника совпадает с силовой линией электрического поля, причем напряженность электрического поля внутри проводника однородна. Это значит, соотношение между потенциалом и напряженностью (1.6.7), преобразуется к виду:U = E L , (3.2.4)где U = j1 – j2 , j1 и j2 потенциалы в начале и конце отрезка провода. Разность потенциалов U называется напряжением или, точнее, падением напряжения на отрезке провода 1–2.

Единицей измерения является вольт (В).

Закон Ома для однородного участка цепи в дифференциальной и интегральной формах.

I = U/R -закон Ома в интегральной форме для однородного участка цепи: сила тока в цепи пропорциональна напряжению на участке цепи и обратно пропорциональна сопротивлению участка.

закон Ома в дифференциальной форме:

j=sigma*E,где сигма=1/p-удельная электропроводимость среды(единица измерения сименс на метр(См/м))

Закон Ома для неоднородного участка в обеих формах.

j=sigma*(E+Ест)

Это соотношение называется законом Ома в дифференциальной форме для неоднородного участка цепи.

I*R12=ЭДС+fi1-fi2

где R12 – сопротивление участка, определенное формулой integrate(p(l)dl/S(l)) from 0 to L. Соотношение называется законом Ома для неоднородного участка цепи в интегральной форме.

Для замкнутой цепи (см. рис. 3.3.2), концы которой 1 и 2 совпадают, сопротивление R12 складывается из сопротивления источника тока r и сопротивления нагрузки R , поэтому закон Ома для замкнутой цепи принимает вид

I=ЭДС/R+r

.

Правила Кирхгофа. Их применение для простейших 2-х и 3-х контурных электрических схем.

Первый закон (ЗТК, Закон токов Кирхгофа) гласит, что алгебраическая сумма токов в любом узле любой цепи равна нулю (значения вытекающих токов берутся с обратным знаком).

Иными словами, сколько тока втекает в узел, столько из него и вытекает. Данный закон следует из закона сохранения заряда. Если цепь содержит p узлов, то она описывается p − 1 уравнениями токов. Этот закон может применяться и для других физических явлений (к примеру, водяные трубы), где есть закон сохранения величины и поток этой величины.

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 m ветвей, из которых содержат источники тока ветви в количестве mi, то она описывается m-mi-(p-1) уравнениями напряжений. Частным случаем второго правила для цепи, состоящей из одного контура, является закон Ома для этой цепи.

Выделение теплоты Джоуля (суть явления). Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной и интегральной формах.

В процессе движения заряда (например, электрона) по однородному проводнику, заряд испытывает как упругие столкновения (с другими электронами), так и неупругие столкновения (с ионами). Носители тока в результате работы сил поля приобретают доп. кинетическую энергию и затем расходуют ее на возбуждение колебаний решетки при столкновении с ее узлами –атомами.

закон Джоуля-Ленца в интегральной форме: P=I^2*R

диф. Pуд=pj^2

удельная тепловая мощность тока пропорциональна квадрату плотности электрического тока и удельному сопротивлению среды в данной точке.