ЭМП. Закон Ома для полной цепи

Здесь мы нашли силу тока в цепи:

Содержание

До сих пор при изучении электрического тока мы рассматривали направленное движение свободных зарядов в системе во внешней цепит.е. в проводниках, подключенных к клеммам источника тока.

Как мы знаем, положительный заряд :

– уходит во внешнюю цепь от положительной клеммы источника;

– движется во внешней цепи под действием стационарного электрического поля, создаваемого другими движущимися зарядами

– достигает отрицательной клеммы источника и завершает свой путь во внешней цепи.

Теперь наш положительный заряд должен замкнуть свою траекторию и вернуться к положительному полюсу. Для этого он должен пройти последний этап своего пути – внутри источника от отрицательной клеммы к положительной. Но подумайте: он вовсе не хочет туда идти! Отрицательный полюс притягивает его к себе, а положительный отталкивает от себя, поэтому наш заряд внутри источника имеет электрическую силу против движение заряда (т.е. в направлении, противоположном направлению тока).

ЭДС является скалярной величиной. В замкнутом контуре ЭДС равна работе сил, необходимых для перемещения аналогичного заряда по контуру. Ток в цепи и внутри источника тока будет течь в противоположных направлениях. Внешняя работа, которая производит ЭДС, должна быть неэлектрического происхождения (сила Лоренца, электромагнитная индукция, центробежная сила, сила, возникающая при химических реакциях). Эта работа необходима для преодоления сил отталкивания носителей тока внутри источника.

Примеры решения задач на электродвижущую силу

– ток в цепи

– движущийся заряд

– работа внешних сил по перемещению заряда

– внутреннее сопротивление источника тока

– внешнее сопротивление цепи

Из формулы, которую мы выучили, мы можем сразу найти ЭДС:

Давайте введем еще две величины:

– падение напряжения внутри источника тока

– падение напряжения в цепи (под нагрузкой)

В качестве основной характеристики источника тока Ом принял напряжение varepsilon на электродах гальванического элемента в разомкнутой цепи. Он назвал это значение напряжения электродвижущей силой, или сокращенно ЭДС.

Законы Фарадея и Ленца

Фарадей экспериментально обнаружил, что когда проводник пересекает магнитные силовые линии, через него проходит заряд ∆(Q-треугольник). Оно связано с числом пересекающихся линий поля (треугольник F) и электрическим сопротивлением цепи R, которое выражается законом Фарадея:

Контакт между полем и проводником вызывается либо движением проводника, либо изменениями в самом магнитном поле.

Электродвижущая сила индукции, связанная с сопротивлением цепи и силой тока в соответствии с законом Ома, может быть найдена по формуле

t ∆t – это время, необходимое для прохождения количества электрической энергии ∆Q через поперечное сечение проводника.
Ленц доказал, что индукционный ток всегда направлен так, чтобы противодействовать причине, которая его вызвала. Согласно принципу Ленца, в приведенном выше соотношении следует выбрать отрицательный знак, считая коэффициент ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ ∗ положительным:

где S – площадь рассматриваемой рабочей поверхности.

При рассмотрении электромагнитной индукции формулы этих ученых помогают объяснить взаимное влияние соответствующих параметров системы. Определение Фарадея позволяет объяснить зависимость ЭДС (E – среднее значение) на изменение магнитного потока (ΔF) и времени (Δt):

Промежуточные выводы:

ток увеличивается, если проводник пересекает больше магнитных силовых линий в единицу времени;
Знак “-” в формуле помогает учесть взаимозависимость между полярностью E, скоростью движения кадра и направлением вектора индукции.

Ленц обосновал зависимость ЭДС от изменения магнитного потока. Когда цепь катушки замкнута, создаются условия для перемещения заряда. В этом случае конструкция превращается в типичный соленоид. Вблизи него генерируется соответствующее электромагнитное поле.

Этот ученый подтвердил важную особенность индуктивного электромагнитного поля. Поле, создаваемое соленоидом, препятствует изменению внешнего потока.

Слово “электричество” происходит от греческого слова electron – янтарь, который электризуется при трении о шерстяную ткань. В природе известны два типа электрических зарядов, которые условно называют положительным и отрицательным зарядами. Их взаимодействие также известно: заряды с одинаковыми именами отталкиваются друг от друга, заряды с разными именами притягиваются друг к другу.

Физика B1.B8.

Электростатика 1. Электрические заряды

Слово “электричество” происходит от греческого слова “электрон”. янтарь, который электризуется при трении о шерстяную ткань. В природе существует два типа электрических зарядов, которые условно называются положительным и отрицательным зарядами. Их взаимодействие также известно: заряды с одинаковым названием отталкиваются друг от друга, а заряды с разными названиями притягиваются друг к другу.

Электрический заряд любого тела состоит из числа элементарных зарядов, равных приблизительно Этот заряд – заряд отрицательно заряженной частицы, называемой электроном. Электрон имеет массу покоя приблизительно. . Кроме отрицательно заряженного электрона существуют частицы с положительным элементарным зарядом. Стабильной частицей с положительным элементарным зарядом является протон. Протон является ядром атома водорода, самого легкого элемента таблицы Менделеева. Масса протона в 1836 раз больше массы электрона . Протон – это частица, образующая ядра всех элементов и определяющая заряд ядра. Электроны в атомах образуют электронную оболочку атома. Они могут покидать электронную оболочку атома или молекулы, превращая ее в положительный ион; они также могут присоединяться к другому атому или молекуле, превращая эти молекулы в отрицательный ион. Перенос электронов может происходить не только между атомами или молекулами, но и между телами, например, при их контакте друг с другом. Это явление называется электризацией тел при контакте. В результате электризации одни тела имеют избыток электронов, и эти тела заряжены отрицательно, а в других телах электронов не хватает, и эти тела заряжены положительно. Однако во всех случаях выполняется один из основных законов физики – закон сохранения электрического заряда: алгебраическая сумма зарядов частиц или тел, образующих электрически изолированную (замкнутую) систему, не меняется ни для каких процессов, происходящих в этой системе. Электрически изолированная система – это система тел (частиц), которые не обмениваются зарядами с телами, не входящими в эту систему.

Что такое электродвижущая сила?

Электродвижущая сила (ЭДС) источника энергии

Для поддержания электрического тока в проводнике необходим внешний источник энергии, который постоянно создает разность потенциалов между концами проводника. Такие источники энергии называются источниками электрической энергии (или источниками тока). Источники электричества обладают определенной электродвижущей силой (сокращенно ЭДС), которая создает и длительное время поддерживает разность потенциалов между концами проводника.

Виталий Лагутин

Инженер, программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем, МИФИ, 2005-2010 гг.

Иногда говорят, что ЭДС создает электрический ток в цепи. Заметим, что такое определение является относительным, так как выше мы уже установили, что источником и существованием электрического тока является электрическое поле.

Источник электричества производит определенную работу, перемещая электрические заряды в замкнутой цепи. Единицей измерения электродвижущей силы является вольт (сокращенно от буквы V или V – “ve” на латыни). ЭДС источника электрической энергии равна одному вольту, если при протекании одного кулона электричества по замкнутой цепи источник электрической энергии совершает работу, равную одному джоулю:

Электродвижущая сила (ЭДС) источника энергии.

На практике для измерения ЭМП используются как более крупные, так и более мелкие единицы измерения, а именно:

1 киловольт (кВ, kV), равный 1000 В;
1 милливольт (мВ, mV), равный одной тысячной части вольта (10-3 В)
1 микровольт (мкВ, μV), равный одной миллионной части вольта (10-6 В).

Очевидно, что 1 кВ = 1000 В; 1 В = 1000 мВ = 1 000 000 мкВ; 1 мВ = 1000 мкВ.

В настоящее время существует несколько видов источников электроэнергии. Впервые в качестве источника электричества была использована гальваническая батарея, состоящая из нескольких цинковых и медных кругов, между которыми была помещена кожа, смоченная в подкисленной воде. Гальваническая батарея преобразует химическую энергию в электрическую (подробнее об этом в главе XVI). Гальваническая батарея получила свое название от имени итальянского физиолога Луиджи Гальвани (1737-1798), одного из основоположников изучения электричества.

Многочисленные эксперименты по усовершенствованию и практическому использованию гальванических батарей были проведены русским ученым Василием Владимировичем Петровым. В начале прошлого века он создал самую большую в мире гальваническую батарею и использовал ее для многих блестящих экспериментов. Источники электроэнергии, работающие за счет преобразования химической энергии в электрическую, называются химическими источниками электроэнергии.

Полезные знания: Как рассчитать мощность электрического тока.

Другим основным источником электроэнергии, который широко используется в электро- и радиотехнике, является генератор. В генераторах механическая энергия преобразуется в электрическую. В химических источниках электроэнергии и в генераторах электродвижущая сила проявляется одинаково, создавая разность потенциалов на клеммах источника и поддерживая ее в течение длительного времени.

Эти клеммы называются полюсами источника электроэнергии. Один полюс источника электричества имеет положительный потенциал (без электронов), он называется положительным полюсом (+ ).

Другой полюс имеет отрицательный потенциал (избыток электронов), который обозначается знаком минус (-) и называется отрицательным полюсом. Электричество передается от источника электроэнергии по проводам к потребителю (электрические лампочки, электродвигатели, электрические дуги, электронагревательные приборы и т.д.).

Как избавиться от статического электричества?

Примеры решения проблем

Для каждого элемента в первом столбце подберите соответствующий элемент во втором столбце:

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ	ФОРМЫ
Электродвижущая сила
Текущая сторона
Сопротивление
Разница потенциалов

Решение: Электродвижущая сила гальванического элемента – это величина, численно равная работе внешних сил по перемещению единичного положительного заряда в элементе от одного полюса к другому.

Работа внешних сил не может быть выражена в терминах разности потенциалов, потому что внешние силы непотенциальны и их работа зависит от формы траектории движения зарядов.

ЭДС определяется по формуле:

Сила тока определяется по формуле:

Сопротивление определяется по формуле:

Разность потенциалов определяется по формуле:

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫ	ФОРМЫ
электродвижущая сила
Сила тока
Сопротивление
Разница потенциалов

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Что такое электродвижущая сила?

Это отношение работы внешних сил по перемещению заряда по замкнутой цепи к абсолютной величине этого заряда.

Что такое электрическая цепь?

Совокупность устройств, соединенных проводниками и предназначенных для протекания тока.

Что такое закон Ома для полной цепи?

Сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению.

Читайте далее: