Ley de Ohm para un circuito cerrado. Fuentes actuales. Para obtener corriente continua en un circuito eléctrico, las cargas deben estar sujetas a algunas fuerzas distintas a las fuerzas (de Coulomb) del campo electrostático. Estas fuerzas se denominan fuerzas de terceros. Una característica de la acción de las fuerzas externas es la fuerza electromotriz (EMF), que es numéricamente igual al trabajo de las fuerzas externas para mover una sola carga positiva (de prueba) a lo largo de un circuito cerrado o, en otras palabras, está determinada por el trabajo de Fuerzas externas para mover una carga a lo largo de un circuito cerrado, en relación con el valor de esta carga, la FEM se mide en voltios. La sección del circuito donde hay una fem se llama sección no uniforme del circuito. Dentro de la fuente, las cargas se mueven contra las fuerzas de Coulomb bajo la influencia de fuerzas externas, y en el resto del circuito son puestas en movimiento por el campo eléctrico. Estas fuentes pueden ser pilas galvánicas, baterías y generadores eléctricos de CC. La fem de la fuente de corriente es igual al voltaje eléctrico en sus terminales cuando el circuito está abierto. De la ley de conservación de la energía se deduce que el trabajo de las fuerzas externas es igual a la cantidad de calor liberado en el circuito Q = I2? ¿R0? ?t donde R0 = R + r es la resistencia total del circuito, y R es la resistencia del circuito externo, r es la resistencia interna de la fuente. ¿Entonces? ? ¿I? ?t = I2 ? (R + r) ?t.
Fuerza electromotriz. Ley de Ohm para un circuito completo.
Lección décimo grado
Conectemos dos bolas de metal que llevan cargas de signos opuestos con un conductor.
Bajo la influencia del campo eléctrico de estas cargas, surge una corriente eléctrica en el conductor.
Pero esta corriente durará muy poco.
Las cargas se neutralizan rápidamente, los potenciales de las bolas se igualan y el campo eléctrico desaparece.
Fuerzas externas
Para que la corriente sea constante, es necesario mantener un voltaje constante entre las bolas.
Para hacer esto, necesita un dispositivo (fuente de corriente) que mueva las cargas de una bola a otra en la dirección opuesta a la dirección de las fuerzas que actúan sobre estas cargas desde el campo eléctrico de las bolas.
En un dispositivo de este tipo, además de las fuerzas eléctricas, sobre las cargas deben actuar fuerzas de origen no eléctrico.
El campo eléctrico de partículas cargadas (campo de Coulomb) por sí solo no es capaz de mantener una corriente constante en un circuito.
Las fuerzas externas ponen en movimiento partículas cargadas dentro de todas las fuentes de corriente: en generadores en centrales eléctricas,
en celdas galvánicas,
baterías, etc
Alternador, Rusia
Batería, Tiumén
Celdas galvánicas, URSS
Cuando se cierra un circuito, se crea un campo eléctrico en todos los conductores del circuito.
Dentro de la fuente de corriente, las cargas se mueven bajo la influencia de fuerzas externas contra las fuerzas de Coulomb (electrones de un electrodo cargado positivamente a uno negativo), y durante el resto del circuito son impulsados por un campo eléctrico.
La naturaleza de las fuerzas externas.
Fuentes actuales
Fuerza de terceros
Generador de planta de energía
La fuerza ejercida por un campo magnético sobre los electrones en un conductor en movimiento.
Célula galvánica
(elemento volta)
Fuerzas químicas que disuelven el zinc en una solución de ácido sulfúrico.
Fuerza electromotriz
La acción de fuerzas externas se caracteriza por una cantidad física importante llamada fuerza electromotriz (abreviada CEM).
La fuerza electromotriz en un circuito cerrado es la relación entre el trabajo realizado por fuerzas externas al mover una carga a lo largo del circuito y la carga:
EMF se expresa en voltios: [Ɛ] = J/C = EN
Consideremos el circuito completo (cerrado) más simple que consta de una fuente de corriente y una resistencia con resistencia R.
Ɛ – EMF de la fuente actual,
r – resistencia interna de la fuente de corriente,
R – resistencia externa del circuito,
R+r – resistencia total del circuito.
La ley de Ohm para un circuito cerrado relaciona la corriente en el circuito, la fem y la impedancia. R+r cadenas.
Establezcamos esta conexión teóricamente utilizando las leyes de conservación de la energía y Joule – Lenz.
Deje que una carga eléctrica pase a través de la sección transversal del conductor a lo largo del tiempo.
Cuando se realiza este trabajo, se libera una cantidad de calor en las secciones interna y externa del circuito igual a, según la ley de Joule-Lenz:
Q = I²∙R∙∆t + I²∙r∙∆t
La intensidad de la corriente en un circuito completo es igual a la relación entre la FEM del circuito y su resistencia total. .
0. Para un circuito dado: Ɛ = Ɛ₁ - Ɛ₂ + Ɛ₃ y Rп = R + r₁ + r₂ + r₃ Si Ɛ 0, entonces I 0 → la dirección de la corriente coincide con la dirección de derivación del circuito. "ancho="640"
Si un circuito contiene varios elementos conectados en serie con fem Ɛ₁, Ɛ₂, Ɛ₃, etc., entonces la fem total del circuito es igual a la suma algebraica de las fem de los elementos individuales.
Para determinar el signo de la FEM, elegimos la dirección positiva de recorrido del circuito.
Si, al recorrer el circuito, se mueven del polo “-” al polo “+”, entonces la EMF Ɛ 0.
Para este circuito: Ɛ = Ɛ₁ - Ɛ₂ + Ɛ₃ Y Rп = R + r₁ + r₂ + r₃
Si Ɛ 0 , Eso yo 0 →
la dirección de la corriente coincide con la dirección de derivación del circuito.
resolución de problemas
- ¿Cuál es el voltaje en los terminales de una celda galvánica con una fem igual a E si el circuito está abierto?
- ¿Cuál es la intensidad de la corriente al cortocircuitar una batería con EMF Ε = 12 V y resistencia interna r = 0,01 ohmios?
- La batería de la linterna está conectada a una resistencia variable. Con una resistencia de 1,65 ohmios, el voltaje a través de ella es de 3,30 V, y con una resistencia de 3,50 ohmios, el voltaje es de 3,50 V. Determine la fem y la resistencia interna de la batería.
- Fuentes de corriente con una fem de 4,50 V y 1,50 V y resistencias internas de 1,50 ohmios y 0,50 ohmios, conectadas como se muestra en la figura (15.13), alimentan la lámpara desde una linterna. ¿Cuánta energía consume la lámpara si se sabe que la resistencia de su filamento en estado calentado es de 23 ohmios?
Bibliografía:
- G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev “Física” décimo grado, “ILUSTRACIÓN”, Moscú 2001.
Descripción de la presentación por diapositivas individuales:
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Descripción de la diapositiva:
1. Se aplica un voltaje de 10 V a los extremos del circuito. Determine la corriente en cada resistencia si R1 = R2 = 2 ohmios, R3 = 9 ohmios. 2. Un hervidor eléctrico con una potencia de 150 W está conectado a una red de 220 V. Determine la corriente en su espiral y la resistencia de la espiral. Opción 2 Un conductor de 200 m de largo y una sección transversal de 2 mm 2 se conecta a un circuito con un voltaje de 12 V. ¿Cuál es la corriente en el circuito? En el circuito se conectan en paralelo dos resistencias con una resistencia de 10 y 50 ohmios. En la parte no ramificada del circuito, la corriente es de 6 A. Determine el voltaje a través de cada resistencia y la corriente que fluye en cada conductor.
3 diapositivas
Descripción de la diapositiva:
Fuente actual. Puede producirse una corriente eléctrica si se conectan bolas con cargas opuestas o placas de condensador con un cable metálico. Sin embargo, esta corriente eléctrica resulta ser de corta duración: dado que la escasez y el exceso de electrones en las placas se compensan con electrones en movimiento, el campo eléctrico que impulsa las cargas se debilita hasta cero.
4 diapositivas
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Para mantener aún más la corriente en los conductores, se utiliza un dispositivo llamado fuente de corriente. Dentro de la fuente de corriente, se produce una redistribución de cargas positivas y negativas, de modo que aparece un exceso de cargas positivas y negativas en los dos terminales de la fuente de corriente (el terminal “+” y el terminal “-”). Las fuerzas de naturaleza no electrostática que llevan a cabo dicha separación de cargas se denominan fuerzas extrañas. Cuando un conductor metálico entra en contacto con los terminales de una fuente de corriente, se establece muy rápidamente tal distribución de carga en la superficie del cable que aparece dentro del conductor un campo eléctrico constante de intensidad dirigido a lo largo de su eje. La intensidad de la corriente en todo el conductor se vuelve constante, las cargas se mueven a lo largo de un circuito cerrado.
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Descripción de la diapositiva:
Cualquier fuente de corriente suele caracterizarse por el trabajo de fuerzas externas Ast, que realizan durante tal movimiento de carga q dentro de la fuente. La relación se llama fuerza electromotriz (EMF) de la fuente de corriente. La FEM se expresa en voltios (1 V = 1 J/1 C), al igual que la diferencia de potencial.
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Descripción de la diapositiva:
Tabla "Tipos de fuentes de corriente y principio de su funcionamiento" Máquina electrofórica La rotación mecánica de discos no conductores con secciones conductoras aplicadas, parte de las cuales está electrificada por fricción en uno de los discos, conduce a la acumulación de cargas en un dispositivo especial llamado frasco de Leyden. Actualmente se utiliza principalmente para experimentos de demostración que requieren la generación controlada de voltajes elevados (hasta decenas de miles de voltios). Celda galvánica Se sumergen dos materiales diferentes en una solución u otro medio conductor. Debido a reacciones químicas irreversibles que ocurren en el límite "solución-sólido", los electrones o iones cargados se acumulan en los electrodos. En las celdas galvánicas, la energía de los enlaces químicos acumulada durante la síntesis de estas sustancias se convierte irreversiblemente en energía de cargas separadas.
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Descripción de la diapositiva:
Célula solar Cuando ciertos materiales semiconductores entran en contacto con metales, la luz transfiere electrones del metal al semiconductor. Elemento piezoeléctrico Cuando algunos cristales (por ejemplo, el cuarzo) se deforman mecánicamente, los electrones se mueven de una zona del cristal a otra.
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Diapositiva 2
Fuerzas de terceros Fuerza electromotriz Parte externa del circuito Parte interna del circuito Fuente de corriente Conceptos y cantidades:
Diapositiva 3
Leyes: Ohm para un circuito cerrado.
Diapositiva 4
Corriente de cortocircuito Normas de seguridad eléctrica en varias habitaciones Fusibles Aspectos de la vida humana:
Diapositiva 5
Fuerza electromotriz. Ley de Ohm para un circuito cerrado. Fuentes actuales. Para obtener corriente continua en un circuito eléctrico, las cargas deben estar sujetas a algunas fuerzas distintas a las fuerzas (de Coulomb) del campo electrostático. Estas fuerzas se denominan fuerzas de terceros. Una característica de la acción de las fuerzas externas es la fuerza electromotriz (EMF), que es numéricamente igual al trabajo de las fuerzas externas para mover una sola carga positiva (de prueba) a lo largo de un circuito cerrado o, en otras palabras, está determinada por el trabajo de Fuerzas externas para mover una carga a lo largo de un circuito cerrado, en relación con el valor de esta carga, la EMF se mide en voltios. La sección del circuito donde hay una fem se llama sección no uniforme del circuito. Dentro de la fuente, las cargas se mueven contra las fuerzas de Coulomb bajo la influencia de fuerzas externas, y en el resto del circuito son impulsadas por un campo eléctrico. Estas fuentes pueden ser pilas galvánicas, baterías y generadores eléctricos de CC. La fem de la fuente de corriente es igual al voltaje eléctrico en sus terminales cuando el circuito está abierto. De la ley de conservación de la energía se deduce que el trabajo de las fuerzas externas es igual a la cantidad de calor liberado en el circuito Q = I2 ∙ R0 ∙ ∆t donde R0 = R + r es la resistencia total del circuito y R es la resistencia del circuito externo, r es la resistencia interna de la fuente. Entonces ε ∙ I ∙ ∆t = I2 ∙ (R + r) ∆t
Diapositiva 6
De aquí obtenemos la ley de Ohm para un circuito completo: la intensidad de la corriente en un circuito completo es igual a la fuerza electromotriz de la fuente dividida por la suma de las resistencias de las secciones externa e interna del circuito. En el caso de que la resistencia del circuito externo tienda a cero, aparece una corriente de cortocircuito en el circuito: la corriente máxima posible en una fuente determinada. La corriente de cortocircuito es la corriente máxima que se puede obtener de una fuente determinada con fuerza electromotriz. y resistencia interna r. Para fuentes con baja resistencia interna, la corriente de cortocircuito puede ser muy alta y provocar la destrucción del circuito o fuente eléctrica. Por ejemplo, las baterías de plomo-ácido utilizadas en los automóviles pueden tener corrientes de cortocircuito de varios cientos de amperios. Especialmente peligrosos son los cortocircuitos en las redes de iluminación alimentadas desde subestaciones (miles de amperios). Para evitar los efectos destructivos de corrientes tan grandes, se incluyen en el circuito fusibles o disyuntores especiales. Las celdas galvánicas tienen una pequeña corriente de cortocircuito y por lo tanto no son muy peligrosas para ellas.
Ley de Ohm para un circuito completo.
Profesor de física, escuela secundaria n.º 37, aldea de Staromyshastovskaya T.A. Pelipenko
Repasemos los conceptos básicos.
Electricidad
movimiento dirigido de partículas cargadas
una cantidad física que muestra qué carga pasa a través de la sección transversal de un conductor por unidad de tiempo: 𝐼=𝑞/𝑡
Fuerza actual
La unidad de corriente es el amperio.
El área de la figura bajo el gráfico actual es numéricamente igual a la carga (q=It)
Repasemos los conceptos básicos.
Ley de Ohm para una sección de circuito.
Resistencia eléctrica de conductores metálicos.
Condiciones para la existencia de corriente eléctrica.
Presencia de cargas libres en una sustancia.
Presencia de campo eléctrico externo (fuente de corriente)
Fuente actual - un dispositivo en el que algún tipo de energía se convierte en energía eléctrica
Repasemos los conceptos básicos.
Existen diferentes tipos de fuentes de corriente:
Fuentes de corriente mecánica
Fuentes de corriente térmica
Fuentes de corriente química
Fuentes de corriente luminosa
La distribución de cargas en el interior de fuentes de corriente continua se produce debido a fuerzas de origen no eléctrico (fuerzas electromagnéticas, químicas, mecánicas, etc.), que se denominan fuerzas externas
En cualquier fuente actual ocurre Trabajan para separar partículas cargadas positiva y negativamente. , que se acumulan en los polos de la fuente.
Fuerzas de origen no eléctrico (mecánicas, químicas, electromagnéticas, etc.) obligan a que las cargas del interior de la fuente de corriente se redistribuyan entre sus polos.
La relación entre el trabajo realizado por fuerzas externas para mover cargas dentro de una fuente de corriente y la cantidad de carga movida se llama fuerza electromotriz (EMF) fuente actual dada
La unidad de medida de EMF en SI es voltio.
[ε]=1V
Cuando el circuito está abierto, el voltímetro muestra el EMF.
Cualquier fuente de CC
tiene un cierto interior
resistencia
r – resistencia interna de la fuente actual
[r] = 1 ohmio
Ley de Ohm para un circuito completo.
I – intensidad de corriente en el circuito
R – resistencia de la sección externa del circuito
r – resistencia interna de la fuente de corriente
– EMF de fuente actual
Un corto cortocircuito
Transformando la ley de Ohm
para una cadena completa,
obtenemos la siguiente expresión
Diferencia potencial en el interior
fuente actual
ε = IR + Ir
voltaje externo
sección de cadena
Ejercicio 1
La fem de la batería es de 2 V. Cuando la corriente en el circuito es de 2 A, el voltaje en los terminales de la batería es de 1,8 V. Encuentre la resistencia interna de la batería y la resistencia del circuito externo.
Comprobemos la solución al problema.
Respuesta: R = 0,9 ohmios; r = 0,1 ohmios.
Respuesta: R = 0,9 ohmios; r = 0,1 ohmios.
ε= U+Ir,r =
r = = 0,1 ohmios
Comprobemos la solución al problema.
Dado:
R = 20 ohmios
Solución
Ɛ = 5V
Dado que las fuentes de corriente están conectadas en serie,
Respuesta: U = 4 V.
r = 2,5 ohmios
Ɛ = U + 2Ir
U = Ɛ - 2 Ir
U = 5 V – 2 0,2 A 2,5 ohmios = 4 V
Tarea:
§ 107, § 108, ej. 19 (problemas 6, 7, 8)
Gracias