Работа и мощность постоянного тока

А = qU ; A = IUt = I²Rt =

- при параллельном соед.

- при последоват. соед

- закон Джоуля-Ленца

Мощность тока равна отношению работы тока за время t к этому интервалу времени.

- закон Ома для участка цепи

- для последовательного соед.

- для параллельного соед.

Электродвижущая сила

Одно лишь электрическое поле заряженных частиц (кулоновское поле) не способно поддерживать постоянный ток в цепи.

Любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением сил электростатического происхождения (т.е. кулоновских), называют сторонними силами.

Внутри источника тока заряды движутся под действием сторонних сил против кулоновских сил (электроны от положительно заряженного электрода к отрицательному).

ЭДС в замкнутом контуре представляет собой отношение работы сторонних сил при перемещении зарядов вдоль контура к заряду: ℰ = [Вт]

Закон ома для полной цепи

R – внешнее сопротивление цепи

r- внутреннее сопротивление цепи (сопротивление источника тока)

R_об = R + r ; ℰ= => Aст = ℰq

=> ; Aст = ℰIt

; A = Q

ℰIt = I²Rt + I²rt; ℰ = ;

ℰ = ; I =ℰ/R+r

Если при обходе цепи переходят от отрицательного полюса источника к положительному, то ЭДС ℰ > 0. Сторонние силы внутри источника совершают при этом положительную работу.

ℰ = ℰ₁ + ℰ₂ + ℰ₃ = |ℰ₁|-|ℰ₂| + |ℰ₃|

Если ℰ > 0, то I > 0, т.е. направление тока совпадает с направлением обхода контура. При ℰ < 0, направление тока противоположно направлению обхода контура. Полное сопротивление цепи R_п равно сумме всех сопротивлений:

R_п = R + r₁ + r₂ + r₃

.

Произведение силы тока на сопротивление иногда называется падением напряжения.

Шунтирование проборов.

Сила тока в цепи измеряется амперметром. Сопротивление амперметра мало, так как он включается в цепь последовательно и не должен существенно повлиять на значение силы тока в цепи.

Если сила тока I в цепи больше, чем максимальное значение сила тока, которую может измерить амперметр Iamax , то к амперметру параллельно подключают шунт, так что часть тока Iш начинает течь через шунт. Для существенного увеличения диапазона измерения необходимо, чтобы сопротивления шунта было меньше сопротивления амперметра.

I = IAmax +Iш.

Напряжение на различных участках цепи измеряется вольтметром, который подключается параллельно. Показания вольтметра определяются падением напряжения на сопротивление вольтметра Uv=IvRv и равны падению напряжения на сопротивлении R.

Если измеряемое напряжение больше, чем максимальное напряжение, которое может измерить данный вольтметр (U>Uvmax), то к вольтметру последовательно подключают добавочное сопротивление Rдоб. Тогда U= Uvmax + Uдоб. Токи, текущие через вольтметр и добавочное сопротивление, одинаковы ( последовательное соединение ).

Последовательное и параллельное соединение источников тока.

При последовательном соединении нескольких источников тока полная эдс батареи равна алгебраической сумме эдс всех источников , а суммарное сопротивление равно сумме сопротивлений, т.е.

Правила Кирхгофа.

Первое правило Кирхгофа. Точка соединения нескольких проводников называется узлом.

Алгебраическая сумма в узле равна нулю.

Токи, текущие по узлу, будем считать положительным, от узла отрицательными.

Тогда для узла, первое правило Кирхгофа запишется в виде:

I +I -I -I =0.

Второе правило Кирхгофа. Алгебраическая сумма радений напряжений на замкнутом контуре разветвленной цеп и равна алгебраической сумме эдс:

Запишем второе правило Кирхгофа для контура. Если направления токов выбраны неверно, то значения сил токов получается отрицательными, и, следовательно, они текут в направлении, противоположном выборному.

Выберем направление обхода контура против часовой стрелки. Тогда второе правило Кирхгофа запишется в виде

I R +I R =

Тепловое действие тока

Если через сопротивление R течет ток I, то кулоновские силы совершают положительную работу:

A=qU=IUt

Где q – количество электричества, протекшее через поперечное сечение проводника за промежуток времени t: q=It. При этом происходит выделение тепла Q. Очевидно, что Q=A, или Q=IUt=I Rt=(U /R)t

Мощность тока - работа, совершенная за единицу времени и равная –

P=A/t=IU=I R=U /R

Полная мощность P , развиваемая источником; идет на выделение тепла во внешнем и внутреннем сопротивлениях и равна.

P =I (R+ r) =I = /(R+ r).

Мощность, выделяемая во внешнем сопротивлении, называется полезной мощностью (это понятие используется в электронагревательных и осветительных приборах) и равна

P =I R=IU= R/(R+ r) .

Мощностью, выделяемая во внутреннем сопротивлении, использована быть не может и называется теряемой мощностью

P =I r= r/ (R+ r)

100%=