Лекция 4. Эдс источника электрической энергии. Напряжение

ЭДС источникаэлектрической энергии численно равна работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда с отрицательного к положительному источнику полюса, т.е.

, (4.1)

Единица измерения ЭДС: [ЭДС] = В (Вольт).

Рис. 4.1. Направление напряженностей стороннего поля Е_стори кулоновского поля Е_кул

Сторонние силы– это силы неэлектрического происхождения (рис. 4.1). Они возникают за счет химической реакции в аккумуляторных батареях или за счет энергии магнитного поля или механической энергии в генераторах на электростанциях.

Рассмотрим участок электрической цепи 1-2, на котором есть источник электрической энергии (рис. 4.2). В общем случае напряжение между точками 1 и 2 численно равно работе сторонних сил, а также сил электрического поля по перемещению единичного положительного заряда из точки 1 в точку 2.

Рис. 4.2. Источник электрической энергии

Напряжение– это обобщенное понятие разности потенциалов.

. (4.2)

Единица измерения напряжения: [U] = В (Вольт).

Если источник энергии отсутствует, то:

. (4.3)

Постоянные и мгновенные значения тока, напряжения и эдс

Так как ток, напряжение, ЭДС могут быть постоянными и переменными, то для отражения этого факта используют различные обозначения.

Мгновенные значения тока, напряжения, ЭДС принято обозначать строчными буквами, т.е. i, u, e.

Постоянные значения, т.е. независящие от времени, обозначают прописными буквами I, U, E.

На рис. 4.3 представлены графики мгновенного значения тока iи постоянного значения токаI.

а) б)

Рис. 4.3. Графики переменного (а) и постоянного (б) тока

Лекция 5. Идеализированные элементы электрической цепи

Таблица 5.1

Идеализированные элементы электрической цепи

№	Название идеализированного элемента	Графическое изображение	Буквенное обозначение
1	Активное сопротивление		R, r
2	Индуктивность		L
3	Емкость		C
4	Источник ЕДС		Е, е, ε

Активное сопротивлениеR– идеализированный элемент электрической цепи, в котором происходит необратимое превращение электрической энергии в тепловую (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Активное сопротивление

На основе закона Ома , (5.1)

Размерность активного сопротивления:

,,.

ИндуктивностьL – идеализированный элемент электрической цепи, который характеризуется способностью накапливать энергию магнитного поля, она численно равна

, (5.2)

где – потокосцепление катушки индуктивности,– число витков катушки (рис. 5.2).

Единица измерения индуктивности: (Генри).

Магнитный поток

, (5.3)

где В– индукция магнитного поля;n– нормаль рамки (перпендикуляр);S– площадь поверхности, через которую проходит магнитный поток (рис. 5.3).

Единица измерения магнитного потока: [Ф]=Вб (Вебер).

N=5 α

S

Рис. 5.2. Индуктивность катушки Рис. 5.3. Линия индукции магнитного поля

Из выражения для силы F_А, действующей на проводник с током в магнитном поле, определим индукцию магнитного поля.

, (5.4)

где– сила, действующая на проводник длиной , по которому течет токIи который находится в магнитном поле с индукцией; α – угол между векторамии.

Из выражения (5.4) получается

. (5.5)

Если в уравнении (5.5) , , , то.

ИндукцияВ – силовая характеристика магнитного поля, т.е. индукция –векторная величина. Индукция В численно равна силе, действующей со стороны магнитного поля на проводник единичной длины, по которому течет ток 1А, когдаsinα = 1.

Единица индукции магнитного поля:

(Тесла).

Емкость– идеализированный элемент электрической цепи, который характеризуется способностью накапливать энергию.

, (5.7)

где – заряд на обкладках (пластинах) конденсатора,– разность потенциалов между пластинами конденсатора.

Емкость С не зависит от q_C иU_C, а определяется размерами, формой конденсатора, а также диэлектрическими свойствами среды, находящейся между обкладками конденсатора.

Единица емкости: (Фарад).