
- •Передмова
- •Мета роботи
- •Структура заняття
- •Вимоги до оформлення задач
- •Порядок зарахування
- •Постійний струм Теоретичні відомості.
- •Електричний струм. Характеристики струму. Рівняння безперервності. Закон Ома для однорідного провідника.
- •Узагальнений закон Ома. Закон Ома для неоднорідної ділянки кола.
- •Розгалуження струмів. Правила Кірхгофа.
- •4. Теплова дія електричного струму. Закон Джоуля–Ленца.
- •Методичні вказівки і поради щодо розв’язування задач
- •Приклади розв’язування задач
- •Питання для перевірки знань
- •Задачі для самостійного розв’язування
- •Електромагнетизм Теоретичні відомості
- •Тема 1: Магнітне поле в вакуумі. Вектор магнітної індукції. Сила Лоренца. Закон Біо–Савара–Лапласа. Теорема Гауса для поля вектора магнітної індукції.
- •Тема 2: Дія магнітного поля на електричний струм. Сила Ампера. Закон Ампера. Робота при переміщенні контуру із струмом у магнітному полі.
- •Тема 3: Речовина у магнітному полі. Магнетики. Напруженість магнітного поля. Теорема про циркуляцію вектора напруженості.
- •Тема 4. Закон електромагнітної індукції. Правило Ленца. Явище самоіндукції. Енергія магнітного поля.
- •Приклади розв’язування задач
- •Питання для перевірки знань
- •Задачі для самостійного розв’язування
- •Список рекомендованої літератури
Узагальнений закон Ома. Закон Ома для неоднорідної ділянки кола.
Для
переміщення електричних зарядів у
замкнутому електричному колі крім
електричних сил повинні діяти сили
неелектричної природи, що називаються
сторонніми. Фізична природа сторонніх
сил може бути різної. Вони можуть бути
обумовлені хімічною і фізичною
неоднорідністю провідника або мати
магнітне походження. Для кількісної
характеристики сторонніх сил використовують
поняття поля сторонніх сил і його
напруженості
. Цей вектор чисельно дорівнює сторонній
силі, що діє на одиничний позитивний
заряд:
.
Сторонні сили виникають усередині джерела в процесах перетворення енергії інших видів в електричну. Сторонні джерела енергії, які пов’язані з процесами перетворення інших видів енергії в електричну, називаються джерелами електричного струму. Робота сторонніх сил по переміщенню одиничного позитивного заряду в електричному ланцюзі називається електрорушійною силою (ЕРС):
[B].
Для електричного кола, у якому працюють електричної і сторонньої сили, закон Ома буде мати вигляд:
.
Так
як
і
,
то підставивши останню формулу в закон
Ома, помноживши ліву і праву частини на
dl і проінтегрував по довжині, одержуємо:
.
Оскільки для постійного струму сила струму у всіх перетинах є величиною постійною, то її можна винеси за знак інтеграла:
.
Ліва частина отриманої рівності являє собою добуток сили струму на електричний опір провідника. Перший інтеграл правої частини є різницею потенціалів на кінцях ланцюга, а другий – роботою сторонніх сил по переносу одиничного електричного заряду в ланцюзі, тобто ЕРС:
,
.
В кінцевому результаті остання формула здобуває вигляд:
.
Отримане рівняння виражає закон Ома для неоднорідної ділянки кола.
Неоднорідним називають ділянку електричного кола, на якому крім електричних сил діють сили неелектричного походження, тобто сторонні.
Якщо електричне коло замкнуте і джерело струму має ЭРС і внутрішній опір r, то 1 = 2 і закон Ома приймає вигляд:
.
Сила струму в замкнутому електричному колі прямо пропорційна ЭРС джерела струму і обернено пропорційна повному електричному опору кола.
Розгалуження струмів. Правила Кірхгофа.
Розрахунок складних електричних кіл, наприклад знаходження струмів в окремих її ділянках, значно спрощується, якщо користатися двома правилами Кірхгофа.
Перше правило Кірхгофа стосується вузлових точок. Вузлом у розгалуженому колі називають точку, в якій сходяться більш як два провідники. Формулюється воно наступним чином: алгебраїчна сума струмів, що сходяться у вузлі, дорівнює нулю:
.
Струми, що йдуть до вузла, вважають позитивними, а струми, що виходять з вузла – негативними.
Друге правило Кірхгофа стосується замкнутого контуру: у будь якому замкнутому контурі, вибраному в системі розгалужених струмів, алгебраїчна сума добутків сил струмів у замкнутому контурі на їхні опори дорівнює алгебраїчній сумі е.р.с., що діють у цьому контурі:
.
Правила Кірхгофа у кожному конкретному випадку дозволяють написати повну систему алгебраїчних рівнянь, з якої можуть бути знайдені всі невідомі струми. При складанні рівнянь необхідно:
1. Позначити стрільцями можливі напрямки струмів, не замислюючись над тим, куди ці стрілки направити. Якщо в результаті обчислення виявиться, що деякий струм позитивний, то це означає, що його напрямок обраний правильно. Якщо ж струм виявиться негативним, то його дійсний напрямок протилежно напрямку стрілки.
2. Вибравши довільно замкнутий контур, усі його ділянки варто обійти в одному напрямку, наприклад по годинній стрілці. Якщо можливий напрямок деякого струму збігається з обраним напрямком обходу, то відповідне доданок ІR у рівнянні треба брати зі знаком плюс, якщо ж ці напрямки протилежні, то зі знаком мінус. Аналогічно варто діяти і з : якщо е.р.с. підвищує потенціал у напрямку обходу, її треба брати зі знаком плюс, у противному випадку – зі знаком мінус.