Сила тока. Напряжение. Закон Ома.

<2 3 456 7 8 >

Физическая величина, что характеризует величину заряда, прошедшего за определенное время называют силой тока: . Сила тока измеряется в Амперах (А). Плотность тока показывает насколько много зарядов прошло через некоторое сечение за единицу времени: . Единица измерения – 1 А/м².

Ток передвигается со скоростью равной скорости света, то есть 3*10⁸ м/с.

Чтобы заряды перемещались, необходимо приложить силу в некотором заданном направлении. Чтобы заряд перемещался по проводнику, в нем должно быть поле, имеющее силу для передвижения. Поле должно постоянно работать и постоянно вырабатывать ток. Для получения такого поля необходимо создать разность потенциалов на концах проводника, по которому бежит ток. Это можно сделать только в том случае, если к цепи подключить источник тока, который будет создавать разность потенциалов. В виде источника тока можно использовать батарейки, генераторы, трансформаторы и прочее оборудование. Источник тока имеет возможность постоянно восполнять запасы электрического поля. Источник тока характеризуется такой физической величиной, как ЭДС, это сила, которая позволяет передвигать заряды по цепи, образуя ток. Для определения напряжения на участке цепи можно использовать следующую формулу: , где d – расстояние между двумя точками (принято считать длину всего проводника, подключенного к источнику тока).

Вольтметр – это прибор для количественного измерения напряжения. Данный прибор следует подключать параллельно к тому участку, где происходит измерение физической величины. Амперметр – прибор для измерения и количественного определения величины силы тока. Прибор подключается последовательно к рассматриваемому участку. Рассмотрим некоторый участок цепи. Если к данному участку подключить вольтметр и амперметр, то можно наблюдать зависимость тока от изменения напряжения. При изменении напряжения на амперметре мы можем заметить и изменение силы тока. Произведя несколько аналогичных опытов, получим зависимость одной величины от другой. Эта зависимость называется вольт-амперная характеристика проводника, нагрузки или потребителя.

Данная зависимость называется законом Ома: , где R – вольт-амперная характеристика потребителя, называемая сопротивлением. Закон Ома говорит о том, что сила тока зависит от напряжения и имеет обратную пропорциональность относительно сопротивления цепи; единица измерения - [Ом]. Для металлов данная зависимость является линейной. Именно поэтому все части цепи, которые выполнены из металла, называются линейными.

Сопротивление является аналогом силы трения в динамике. Данная физическая величина препятствует передвижению тока по проводнику. Хотелось бы отметить, что ток стремится к меньшему сопротивлению. Именно поэтому из двух участков цепи ток выберет тот, где сопротивление меньше. Данная величина зависит от типа вещества, из которого изготовлен проводник, от его длины, а также площади поперечного сечения: , где r - удельное сопротивление проводника, l – длина проводника, S – площадь сечения проводника.

Удельное сопротивление для любого типа элемента можно найти в специальных таблицах.

Для того, чтобы передвинуть некоторый заряд на неопределенное расстояние, следует приложить сторонние силы. Такие сторонние силы можно получить благодаря источнику тока. Любой источник тока характеризуется ЭДС. Данная величина показывает, какая сторонняя работа была приложена к заряду для его передвижения на некоторое расстояние: , где

e - электродвижущая сила,

А_СТ- работа сторонних сил по перемещению зарядов внутри элемента от одного полюса к другому,

q – перемещаемый заряд.

ЭДС имеет природу, подобную напряжению. Поэтому данная физическая величина также измеряется в вольтах (В). ЭДС может быть различной в зависимости типа энергии, которая преобразуется:

ü Механическая. Данное ЭДС возникает в результате механических движений частей источника тока. То есть механическая энергия, возникающая во время трения, преобразуется в электрическую энергию. Примером является электрофорная машина.

ü Термальная. Примером появления данного ЭДС являются термоэлементы. Сплавы подвергаются нагреву, в результате чего тепловая энергия переходит в электрическую.

ü Фотоэлектрическая. Это преобразование энергии фотонов в электрическую энергию. Примером являются солнечные панели.

ü Химическая. Примером являются аккумуляторы и гальваноэлементы. Энергия, полученная в результате химических реакций, преобразуется в электрическую энергию.

Чтобы получить постоянную разность потенциалов, в цепь включают источник тока. В источнике тока имеются специальные преобразователи различных видов энергии в электрическую. Это значит, что в источнике тока так же имеется некоторая цепь с собственным сопротивлением. Поэтому в случае, когда рассматривается вся цепь, закон Ома видоизменяется. Закон Ома для полной цепи выглядит следующим образом:

, где

e - ЭДС источника напряжения,

I – сила тока в цепи,

R – сопротивление всех внешних элементов цепи,

r – внутреннее сопротивление источника напряжения.

В данном случае необходимо учитывать то сопротивление, которое имеется непосредственно в источнике тока. В том случае, когда клеммы на источнике тока замыкаются без других участков цепи, происходит короткое замыкание. Во время короткого замыкания происходит значительное нагревание источника тока нулевого сопротивления цепи. Чаще всего это приводит к выходу из строя источника тока.

При изучении постоянного тока, который обеспечивается благодаря внешнему источнику, вводится понятие идеального источника тока. У такого источника внутреннее сопротивление стремится к нулю, поэтому напряжение равно ЭДС. Чтобы определить ЭДС источника, к нему напрямую следует подключить вольтметр.

<2 3 456 7 8 >

Дата добавления: 2019-09-30; просмотров: 439;