5. Закон Ома.

В

1827 году немецкий физик Г.Ом впервые установил следующую зависимость:

где, I – ток в цепи, А;

U – напряжение, В;

R – сопротивление, Ом.

И она получила название закона Ома для участка цепи.

Ток на участке цепи прямо пропорционален напряжению на его концах и обратно пропорционален сопротивлению этого же участка.

В замкнутой электрической цепи, содержащей источник с внутренним сопротивлением R₀, ток прямо пропорционален э.д.с. источника и обратно пропорционален сопротивлению всей цепи:

;

где, I – ток в цепи, А;

E – э.д.с. источника, В;

R – сопротивление внешнего участка цепи, Ом;

R₀ – сопротивление внутреннего участка цепи (источника), Ом.

- закон Ома для полной цепи.

6. Электрическое сопротивление и проводимость.

В замкнутой электрической цепи с источником питания возникает направленное движение свободных электронов, т.е. электрический ток. При своем движении поток свободных электронов сталкивается с атомами и молекулами вещества.

Вся совокупность факторов, препятствующих движению зарядов, обуславливает свойство проводников, называемое электрическим сопротивление.

В СИ за единицу сопротивление принят Ом: .

Более крупная единица электрического сопротивления является:

Килоом (кОм): 1 кОм = 10³ Ом;

Мегом (МОм): 1 Мом = 10⁶ Ом.

У стройства, имеющие сопротивление и включаемые в электрическую цепь для ограничения или регулирования тока, называются резисторами и реостатами.

Условное обозначение на схеме: прямоугольник

размером 10мм ×4мм.

Опыты показали, что электрическое сопротивление материала зависит от рода материала, размеров (длины, поперечного сечения) и температуры:

;

где, R – сопротивление проводника, Ом;

– удельное сопротивление, Ом·м;

– длина проводника, м;

S – сечение проводника, м².

При повышении температуры сопротивления металлов увеличивается, так как при этом возрастает скорость теплового движения атомов, что приводит к более частым столкновением движущихся электрических зарядов. При понижении температуры сопротивление металлов уменьшается.

Величина, обратная электрическому сопротивлению, называется электрической проводимостью .

Измеряется в СИ проводимость в сименсах (См):

.

Чем меньше сопротивление проводника, тем больше его проводимость и, следовательно, он лучше проводит ток.

7. Преобразование электрической энергии в теплоту.

Закон Джоуля-Ленца.

Энергия электрического поля, потерянная электрическими зарядами при их движении по проводнику и передаваемая частицам проводника, преобразуется в тепловую.

Количества тепла, выделенное в проводнике, Q_Т пропорционально квадрату тока, проходящему через проводник, его сопротивлению и времени прохождения тока:

- закон Джоуля-Ленца;

где, Q_Т – количество тепла, Дж;

I – ток, А;

R – сопротивление, Ом;

t – время, с.

Тепловое действие электрического тока нашло полезное применение в различных нагревательных приборах.

В электрических машинах и аппаратах преобразование электрической энергии в тепловую является непроизводительным расходом энергии, т.е потерями энергии, снижающими их к.п.д. Тепло, вызывая нагрев этих устройств, ограничивает их нагрузку, при перегрузке повышение температуры может вызвать повреждение изоляции или сокращение службы установки.

Рассмотрим процесс нагревания проводов в электрической цепи. В первый момент, когда температура провода равна температуре окружающей среды, вся теплота выделенная током, идет на нагрев провода. В результате чего его температура быстро повышается. По мере ее роста увеличивается количество теплоты, отдаваемой проводом среде, а количество теплоты, расходуемой на нагрев уменьшается. Наконец, наступает момент установления температурного баланса, когда количество теплоты отдаваемой среде, равно количество теплоты, полученному проводом, и повышение температуры провода прекращается. Температура провода, cоответствующая моменту баланса, называется установившейся. Время, в течение которого провода нагреваются до установившейся температуры, зависит от геометрических размеров и условий охлаждения. Нагрев провода допускается до температур порядка 60-80 ^оС.

Максимальный ток, при длительном прохождении которого проводник не перегревается выше установившейся температуры, называется предельно-допустимым или номинальным током провода, и обозначается I_доп. или I_ном.

Значение номинальных токов проводов в зависимости от материала провода и изоляции, сечения и способа прокладки определяют из специальных таблиц. провод выбирают такого сечения, чтобы допустимый ток его был равен или несколько больше заданного или расчетного тока: I_доп. ≥ I_{расчетного}.

Номинальный режим цепи – это такой режим работы, при котором напряжение, ток и мощность в элементах электрической цепи соответствуют тем значениям, на которые они рассчитаны заводом-изготовителем по условиям нагревания. При этом гарантируются наилучшие условия работы (экономичность, долговечность, …).

Коротким замыканием называется соединение двух проводов разного потенциала через ничтожно малое сопротивление. Ток короткого замыкания, во много раз превышающий номинальный ток установки, может вызвать механические или тепловые повреждения отдельных ее частей .

Участки электрической цепи защищаются от токов перегрузки и короткого замыкания плавкими предохранителями. Основной частью плавкого предохранителя является плавкая вставка – это легко плавкая проволока или пластина из меди, свинца или серебра. Сечение плавкой вставки обычно меньше сечения проводов, которые она защищает. Поэтому при перегрузке она расплавляется раньше, чем нагреваются провода, и разорвет электрическую цепь.

Условное обозначение на схеме плавкого предохранителя:

Режим холостого хода (х.х.) – это работа цепи без потребителя (без нагрузки). При этом цепь разомкнута, ток отсутствует и напряжение на зажимах источника равно э.д.с. источника, т.е. U = E.