Основные характеристики электрического тока.

Закон Ома для участка цепи.

В 1826 году немецкий физик Георг Ом экспериментально установил, что I ~ U; I ~

I I

U = const

R = const

 

U R

Закон Ома для участка цепи: сила тока прямо пропорциональна приложенному напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению проводника R.

I =

Электродвижущая сила.

Если два заряженных тела соединить проводником, то через него пойдет кратковременный ток. Избыточные электроны с отрицательно заряженного тела перейдут на положительно заряженное. Потенциалы тел окажутся одинаковыми, значит, напряжение на концах проводника станет равно нулю, и ток прекратится. Для существования длительного тока в проводнике нужно поддерживать разность потенциалов на его концах неизменной. Этого можно достичь, перенося свободные электроны с положительного тела на отрицательное так, чтобы заряды тел не менялись со временем.

Силы электрического взаимодействия сами по себе не способны осуществлять подобное разделение зарядов. Они вызывают притяжение электронов к положительному телу и отталкивание от отрицательного. Поэтому внутри источника тока должны действовать сторонние силы, имеющие неэлектрическую природу и обеспечивающие разделение электрических зарядов.

Сторонние силы - любые силы, действующие на электрические заряженные частицы, за исключение сил, электростатического происхождения (т.е. кулоновских).

ЭДС – электродвижущая сила – физическая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда от «+» полюса к «-» полюсу внутри источника тока. Является энергетической характеристикой источника тока. =В

Закон Ома для полной цепи.

Сила тока прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи: I =

где: – ЭДС источника тока

R – внешнее сопротивление цепи

r - внутреннее сопротивление цепи

А_ст = eIDt А_ст = Q ε = IR + Ir = U_внеш.+ U_ист. η_ист. =

ЭДС равно сумме падения напряжений на внешнем и внутреннем участках замкнутой цепи.

Частный случай - короткое замыкание, когда R = 0, I_к.з. =

Шунтирование амперметра.

Важным примером применения последовательного и параллельного соединения проводов являются различные схемы включения электроизмерительных приборов. Допустим, что имеется некоторый амперметр, рассчитанный на максимальный ток I_max, а требуется измерить большую силу тока. В этом случае параллельно к амперметру присоединяют малое сопротивление r, по которому направится большая часть тока. Его называют обычно шунтом. Сопротивление амперметра – R, и пусть R/r=n. Сила тока в цепи, амперметре и в шунте равны соответственно I, I_а и I_ш. Тогда, = = n или I_ш = I_аn
Полный ток I в цепи равен I = I_а + I_ш = I_а + I_аn = I_а(n+1) или I_а = I r =

Параллельное присоединение шунта к измерительному прибору с целью изменения его чувствительности называют шунтированием.

Схема шунтирования амперметра добавочным малым сопротивлением r.

Закон Ома для участка цепи.

В 1826 году немецкий физик Георг Ом экспериментально установил, что I ~ U; I ~

I I

U = const

R = const

 

U R

Закон Ома для участка цепи: сила тока прямо пропорциональна приложенному напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению проводника R.

I =

Электродвижущая сила.

Если два заряженных тела соединить проводником, то через него пойдет кратковременный ток. Избыточные электроны с отрицательно заряженного тела перейдут на положительно заряженное. Потенциалы тел окажутся одинаковыми, значит, напряжение на концах проводника станет равно нулю, и ток прекратится. Для существования длительного тока в проводнике нужно поддерживать разность потенциалов на его концах неизменной. Этого можно достичь, перенося свободные электроны с положительного тела на отрицательное так, чтобы заряды тел не менялись со временем.

Силы электрического взаимодействия сами по себе не способны осуществлять подобное разделение зарядов. Они вызывают притяжение электронов к положительному телу и отталкивание от отрицательного. Поэтому внутри источника тока должны действовать сторонние силы, имеющие неэлектрическую природу и обеспечивающие разделение электрических зарядов.

Сторонние силы - любые силы, действующие на электрические заряженные частицы, за исключение сил, электростатического происхождения (т.е. кулоновских).

ЭДС – электродвижущая сила – физическая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда от «+» полюса к «-» полюсу внутри источника тока. Является энергетической характеристикой источника тока. =В

Закон Ома для полной цепи.

Сила тока прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи: I =

где: – ЭДС источника тока

R – внешнее сопротивление цепи

r - внутреннее сопротивление цепи

А_ст = eIDt А_ст = Q ε = IR + Ir = U_внеш.+ U_ист. η_ист. =

ЭДС равно сумме падения напряжений на внешнем и внутреннем участках замкнутой цепи.

Частный случай - короткое замыкание, когда R = 0, I_к.з. =

Основные характеристики электрического тока.

	I	U	R
Название физической величины	Сила тока – основная количественная характеристика электрического тока	Электрическое напряжение	Электрическое сопро- тивление – основная электрическая характеристика проводника
Определение	физическая величина, численно равная заряду, переносимому через поперечное сечение проводника в единицу времени.	физическая вели- чина, численно равная работе электрического поля по перемещению единично- го заряда вдоль проводника	Характеристика проводника, показывающая его способность противодействовать прохождению эл. тока по проводнику за счёт особенностей молекулярного строения и его геометр. параметров
Формула для нахождения	I = q¢ I = = q0nuS I – сила тока q – эл.заряд t – время q0 – заряд свободной заряженной частицы n – концентрация носителей заряда u - ср. скорость упорядо- ченного движения зарядов вдоль проводника S – площадь поперечного сечения проводника	U = U - эл.напряжение A - работа q - эл.заряд	R = R – эл.сопротивление l – длина проводника S – площадь поперечного сечения проводника r - удельное сопротивле- ние материала, из которого изготовлен проводник.
Единицы измерения	[ I ] = А (Ампер) А = =	[ U ] = В (Вольт) В = = А·Ом	[ R ] = Ом (Ом) Ом =
Прибор для измерения и его подключение	Амперметр   включается в цепь последовательно с тем прибором, силу тока в котором нужно измерить	Вольтметр   включается в цепь параллельно тому участку цепи, где измеряют напряжение	Омметр Включается при разомкнутой эл. цепи вместе с сопротивлением, которое измеряют

Виды соединений источников тока:

последовательное

параллельное

Каждый полюс промежуточного источника соединяется с одним полюсом предыдущего или последующих источников. ЭДС батареи равна алгебраической сумме ЭДС отдельных источников. Знак определяется произвольно выбранным положит. направлением обхода контура (см. рис. – по часовой стрелке). Если при обходе переходим от «-» полюса к «+», то >0. Например, на приведенном рис.: e = e1 - e2 - e3 Внут. сопротивление батареи r = r1 + r2 +... + rn Частный случай – одинаковые источники ( 1= 2= …= n и r1 = r2 =… =rn) соединены разноимёнными полюсами. I =

Одни полюса источников (не обязательно одноименные) соединяются в один узел, остальные - в другой. Внутри источников даже при отключенной батареи протекают токи. Расчет ЭДС производится по законам электротехники. Рассмотрим частный случай - одинаковые источники соединены одинаковыми полюсами. (В отсутствии нагрузки токов в батарее нет.) eобщ. = e rобщ. =   I =