Сформулируйте закон ома для неоднородного участка цепи

Сформулируйте закон ома для неоднородного участка цепи

Участок цепи, на котором действуют сторонние силы, называют неоднородным участком цепи.

Для того чтобы выяснить, от чего зависит сила тока на этих участках, необходимо уточнить понятие напряжения.


Рис. 1

Рассмотрим вначале однородный участок цепи (рис. 1, а). В этом случае работу по перемещению заряда совершают только силы стационарного электрического поля, и этот участок характеризуют разностью потенциалов Δφ. Разность потенциалов на концах участка , где AK — работа сил стационарного электрического поля. Неоднородный участок цепи (рис. 1, б) содержит в отличие от однородного участка источник ЭДС, и к работе сил электростатического поля на этом участке добавляется работа сторонних сил. По определению, , где q — положительный заряд, который перемещается между любыми двумя точками цепи; — разность потенциалов точек в начале и конце рассматриваемого участка; . Тогда говорят о напряжении для напряженности: Eстац. э. п. = Eэ/стат. п. + Eстор. Напряжение U на участке цепи представляет собой физическую скалярную величину, равную суммарной работе сторонних сил и сил электростатического поля по перемещению единичного положительного заряда на этом участке:

Из этой формулы видно, что в общем случае напряжение на данном участке цепи равно алгебраической сумме разности потенциалов и ЭДС на этом участке. Если же на участке действуют только электрические силы (ε = 0), то . Таким образом, только для однородного участка цепи понятия напряжения и разности потенциалов совпадают.

Закон Ома для неоднородного участка цепи имеет вид:

где R — общее сопротивление неоднородного участка.

Проводники в электрической цепи могут соединяться последовательно или параллельно.

При последовательном соединении (рис.8.1) сила тока во всех частях одинакова: I1= I2=. = In=const, а падение напряжения суммируется: U=U1+ U2+. + Un. Тогда:

R = R 1+ R 2+. + R n =

Если имеется последовательное соединение двух проводников с R1 и R2, то для них выполняется соотношение: .

Читайте также:  Как проверить емкость аккумулятора внешнего

При параллельном соединении проводников сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов, текущих в разветвленных участках:
I = I1 + I2+…+ In

Падение напряжения в параллельно соединенных (рис.8.2) участках одинаково: U=U1=U2=. = Un =const. Тогда .

Здесь Ri — сопротивление i-го проводника, n — число проводников. Если имеется параллельное соединение двух проводников с R1 и R2, то для них выполняется соотношение: .

Закон Ома для участка цепи, содержащей ЭДС (неоднородного участка цепи):сила тока в цепи пропорциональна действующей в цепи ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи н внутреннего сопротивления источника: ,

где –ЭДС источника, r–его внутреннее сопротивление (рис.8.3).

ЭДС источника тока численно равен работе, которую совершают сторонние силы силы (т.е. силы неэлектрической природы) при перемещении единичного положительного электрического заряда вдоль всей цепи.

Устройства, обеспечивающие возникновение и действие сторонних сил, называют источниками тока.В этих устройствах происходит разделение разноименных разрядов. Под действием сторонних сил электрические заряды внутри источника тока движутся в направлении, противоположном действию сил электрического поля. В результате этого на полюсах источника тока поддерживается постоянная разность потенциалов.

Единица ЭДС – вольт (В).

ЭДС, как и сила тока, – величина алгебраическая. Если ЭДС способствует движению положительных зарядов в выбранном направлении, то она считается положительной (e > 0). Если ЭДС препятствует движению положительных зарядов, то она считается отрицательной.

Работа и мощность электрического тока.

Закон Джоуля–Ленца.

При перемещении заряда вдоль электрической цепи совершается работа А кулоновскими и сторонними силами. Если электрическая цепь неподвижна, а ток, протекающий по ней, постоянен (I = const), то совершаемая за промежуток времени dt работаравна:

По этой формуле можно вычислить работу, совершаемую электрическим током, независимо от того, в какой вид энергии превращается электрическая энергия. Эта работа может пойти на увеличение внутренней энергии, например, на движение проводника с током в магнитном поле и т. д. Работа, совершаемая за время dt источником тока с ЭДС E : E .

Читайте также:  Как лучше заклеить лодку пвх

Единица работы электрического тока – джоуль (Дж).

Мощностьэто отношение работы электрического тока ко времени, за которое совершается работа: .

Единица мощности электрического тока – ватт (Вт).

Необратимые преобразования электрической энергии в тепловую можно объяснить взаимодействием электронов с ионами металлического проводника. Сталкиваясь с ионами металлического проводника, электроны передают им свою энергию. Вследствие этого увеличивается интенсивность колебаний ионов около положения равновесия. А с чем большей скоростью колеблются ионы, тем выше температура проводника.

Чтобы вычислить электрическую энергию, затраченную на нагревание проводника, нужно знать падение напряжения на данном участке проводника U = IR. Подставляя в формулу для dA это выражение, получаем

Если проводник однородный и неподвижный, то, согласно закону сохранения энергии, вся работа тока вдет на его нагревание: . Отсюда: или .

Закон Ома для неоднородного участка цепи.

При прохождении электрического тока в замкнутой цепи на свободные заряды действуют силы со стороны стационарного электрического поля и сторонние силы. При этом на отдельных участках этой цепи ток создается только стационарным электрическим полем. Такие участки цепи называются однородными. На некоторых участках этой цепи, кроме сил стационарного электрического поля, действуют и сторонние силы. Участок цепи, на котором действуют сторонние силы, называют неоднородным участком цепи.

Для того чтобы выяснить, от чего зависит сила тока на этих участках, необходимо уточнить понятие напряжения.

Рис. 1

Рассмотрим вначале однородный участок цепи (рис. 1, а). В этом случае работу по перемещению заряда совершают только силы стационарного электрического поля, и этот участок характеризуют разностью потенциалов Δφ. Разность потенциалов на концах участка , где AK — работа сил стационарного электрического поля. Неоднородный участок цепи (рис. 1, б) содержит в отличие от однородного участка источник ЭДС, и к работе сил электростатического поля на этом участке добавляется работа сторонних сил. По определению, , где q — положительный заряд, который перемещается между любыми двумя точками цепи; — разность потенциалов точек в начале и конце рассматриваемого участка; . Тогда говорят о напряжении для напряженности: Eстац. э. п. = Eэ/стат. п. + Eстор. Напряжение U на участке цепи представляет собой физическую скалярную величину, равную суммарной работе сторонних сил и сил электростатического поля по перемещению единичного положительного заряда на этом участке:

Читайте также:  Можно ли уложить ламинат на линолеум

Из этой формулы видно, что в общем случае напряжение на данном участке цепи равно алгебраической сумме разности потенциалов и ЭДС на этом участке. Если же на участке действуют только электрические силы (ε = 0), то . Таким образом, только для однородного участка цепи понятия напряжения и разности потенциалов совпадают.

Закон Ома для неоднородного участка цепи имеет вид:

где R — общее сопротивление неоднородного участка.

ЭДС ε может быть как положительной, так и отрицательной. Это связано с полярностью включения ЭДС в участок: если направление, создаваемое источником тока, совпадает с направлением тока, проходящего в участке (направление тока на участке совпадает внутри источника с направлением от отрицательного полюса к положительному), т.е. ЭДС способствует движению положительных зарядов в данном направлении, то ε > 0, в противном случае, если ЭДС препятствует движению положительных зарядов в данном направлении, то ε Соседние файлы в папке fizika

    #

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector