Legea lui Ohm pentru un circuit închis. Surse curente. Pentru a obține curent continuu într-un circuit electric, sarcinile trebuie să fie supuse unor alte forțe decât forțele (Coulomb) ale câmpului electrostatic. Astfel de forțe sunt numite forțe terțe. O caracteristică a acțiunii forțelor externe este forța electromotoare (EMF), care este numeric egală cu munca forțelor externe pentru a deplasa o singură sarcină pozitivă (de test) de-a lungul unui circuit închis sau, cu alte cuvinte, este determinată de munca de forțe externe de a muta o sarcină de-a lungul unui circuit închis, raportate la valoarea acestei sarcini, EMF se măsoară în volți. Secțiunea circuitului în care există o fem se numește o secțiune neuniformă a circuitului. În interiorul sursei, sarcinile se deplasează împotriva forțelor Coulomb sub influența forțelor externe, iar în restul circuitului sunt conduse de un câmp electric. Astfel de surse pot fi celule galvanice, baterii, generatoare electrice DC. FEM a sursei de curent este egală cu tensiunea electrică la bornele sale atunci când circuitul este deschis. Din legea conservării energiei rezultă că munca forțelor exterioare este egală cu cantitatea de căldură degajată în circuitul Q = I2? R0? ?t unde R0 = R + r este rezistența totală a circuitului și R este rezistența circuitului extern, r este rezistența internă a sursei. Apoi? ? eu? ?t = I2 ? (R + r) ?t.
Forta electromotoare. Legea lui Ohm pentru un circuit complet.
Lecția clasa a X-a
Să conectăm două bile metalice care poartă sarcini de semne opuse cu un conductor.
Sub influența câmpului electric al acestor sarcini, în conductor apare un curent electric.
Dar acest curent va fi de foarte scurtă durată.
Sarcinile sunt rapid neutralizate, potențialele bilelor vor deveni aceleași, iar câmpul electric va dispărea.
Forțele exterioare
Pentru ca curentul să fie constant, este necesar să se mențină o tensiune constantă între bile.
Pentru a face acest lucru, aveți nevoie de un dispozitiv (sursă de curent) care să mute sarcinile de la o minge la alta în direcția opusă direcției forțelor care acționează asupra acestor sarcini din câmpul electric al bilelor.
Într-un astfel de dispozitiv, pe lângă forțele electrice, sarcinile trebuie să fie acționate de forțe de origine neelectrică.
Câmpul electric al particulelor încărcate (câmpul Coulomb) singur nu este capabil să mențină un curent constant într-un circuit.
Forțele externe pun în mișcare particulele încărcate în interiorul tuturor surselor de curent: în generatoarele din centralele electrice,
în celule galvanice,
baterii etc.
Alternator, Rusia
Baterie, Tyumen
Celulele galvanice, URSS
Când un circuit este închis, se creează un câmp electric în toți conductorii circuitului.
În interiorul sursei de curent, sarcinile se deplasează sub influența forțelor externe împotriva forțelor Coulomb (electroni de la un electrod încărcat pozitiv la unul negativ), iar în restul circuitului sunt antrenate de un câmp electric.
Natura forțelor exterioare
Surse curente
Forță terță parte
Generator centrală electrică
Forța exercitată de un câmp magnetic asupra electronilor dintr-un conductor în mișcare
Celulă galvanică
(element Volta)
Forțele chimice care dizolvă zincul în soluție de acid sulfuric
Forta electromotoare
Acțiunea forțelor exterioare este caracterizată de o mărime fizică importantă numită forță electromotoare (abreviată EMF).
Forța electromotoare într-o buclă închisă este raportul dintre munca efectuată de forțele externe atunci când se deplasează o sarcină de-a lungul buclei și sarcina:
EMF este exprimat în volți: [Ɛ] = J/C = ÎN
Să considerăm cel mai simplu circuit complet (închis), format dintr-o sursă de curent și un rezistor cu rezistența R.
Ɛ – EMF a sursei curente,
r – rezistența internă a sursei de curent,
R - rezistența exterioară a circuitului,
R+r – rezistența totală a circuitului.
Legea lui Ohm pentru un circuit închis raportează curentul din circuit, fem și impedanța R+r lanţuri.
Să stabilim această legătură teoretic folosind legile conservării energiei și Joule – Lenz.
Lasă o sarcină electrică să treacă prin secțiunea transversală a conductorului în timp.
Când se efectuează acest lucru, se eliberează o cantitate de căldură pe secțiunile interne și externe ale circuitului egală cu, conform legii Joule-Lenz:
Q = I²∙R∙∆t + I²∙r∙∆t
Curentul dintr-un circuit complet este egal cu raportul dintre fem-ul circuitului și rezistența sa totală .
0. Pentru un circuit dat: Ɛ = Ɛ₁ - Ɛ₂ + Ɛ₃ și Rп = R + r₁ + r₂ + r₃ Dacă Ɛ 0, atunci I 0 → direcția curentului coincide cu direcția de ocolire a circuitului. "width="640"
Dacă un circuit conține mai multe elemente conectate în serie cu fem Ɛ₁, Ɛ₂, Ɛ₃ etc., atunci f.e.m. totală a circuitului este egală cu suma algebrică a fem a elementelor individuale.
Pentru a determina semnul EMF, alegem direcția pozitivă de parcurgere a circuitului.
Dacă, când ocolesc circuitul, se deplasează de la polul „-” la polul „+”, atunci EMF Ɛ 0.
Pentru acest circuit: Ɛ = Ɛ₁ - Ɛ₂ + Ɛ₃ Și Rp = R + r₁ + r2 + r3
Dacă Ɛ 0 , Acea eu 0 →
sensul curentului coincide cu sensul de ocolire a circuitului.
Rezolvarea problemelor
- Care este tensiunea la bornele unei celule galvanice cu o fem egală cu E dacă circuitul este deschis?
- Care este puterea curentului la scurtcircuitarea unei baterii cu EMF Ε = 12 V și rezistență internă r = 0,01 Ohm?
- Bateria lanternei este conectată la o rezistență variabilă. Cu o rezistență de 1,65 ohmi, tensiunea pe ea este de 3,30 V, iar cu o rezistență de 3,50 ohmi, tensiunea este de 3,50 V. Determinați emf și rezistența internă a bateriei.
- Sursele de curent cu o fem de 4,50 V și 1,50 V și rezistențe interne de 1,50 Ohm și 0,50 Ohm, conectate așa cum se arată în Figura (15.13), alimentează lampa de la o lanternă. Câtă putere consumă lampa dacă se știe că rezistența filamentului său în stare încălzită este de 23 Ohmi?
Bibliografie:
- G.Ya. Myakishev, B.B. Bukhovtsev „Fizica” clasa a X-a, „ILUMINARE”, Moscova 2001
Descrierea prezentării prin diapozitive individuale:
1 tobogan
Descriere slide:
2 tobogan
Descriere slide:
1. La capetele circuitului se aplică o tensiune de 10 V. Determinați curentul din fiecare rezistor dacă R1 = R2 = 2 Ohm, R3 = 9 Ohm. 2. Un fierbător electric cu o putere de 150 W este conectat la o rețea de 220V Determinați puterea curentului în spirala sa și rezistența spiralei. Opțiunea 2 Un conductor de 200 m lungime și cu o secțiune transversală de 2 mm 2 este conectat la un circuit cu o tensiune de 12 V. Care este puterea curentului în circuit? Două rezistențe cu o rezistență de 10 și 50 ohmi sunt conectate în paralel în circuit. În partea neramificată a circuitului, curentul este de 6 A. Determinați tensiunea pe fiecare rezistor și curentul care curge în fiecare conductor.
3 slide
Descriere slide:
Sursa actuala. Un curent electric poate apărea dacă bile încărcate opus sau plăci de condensator sunt conectate cu un fir metalic. Cu toate acestea, un astfel de curent electric se dovedește a fi de scurtă durată: deoarece deficitul și excesul de electroni de pe plăci sunt compensate prin mișcarea electronilor, câmpul electric care conduce sarcinile scade la zero.
4 slide
Descriere slide:
Pentru a menține în continuare curentul în conductori, se folosește un dispozitiv numit sursă de curent. În interiorul sursei de curent are loc o redistribuire a sarcinilor pozitive și negative, astfel încât la cele două borne ale sursei de curent apare un exces de sarcini pozitive și negative (borna „+” și borna „–”). Forțele de natură neelectrostatică care realizează o astfel de separare a sarcinilor se numesc forțe străine. Atunci când un conductor metalic vine în contact cu bornele unei surse de curent, o astfel de distribuție a sarcinii se stabilește foarte repede pe suprafața firului încât în interiorul conductorului apare un câmp electric constant de intensitate direcționat de-a lungul axei sale. Puterea curentului în întregul conductor devine constantă, sarcinile se deplasează de-a lungul unui circuit închis.
5 slide
Descriere slide:
Orice sursă de curent este de obicei caracterizată de munca forțelor externe Ast, pe care le efectuează în timpul unei astfel de mișcări a sarcinii q în interiorul sursei. Raportul se numește forța electromotoare (EMF) a sursei de curent. EMF este exprimat în volți (1 V = 1 J/1 C), ca și diferența de potențial.
6 slide
Descriere slide:
Tabelul „Tipuri de surse de curent și principiul funcționării acestora” Mașină electroforică Rotirea mecanică a discurilor neconductoare cu secțiuni conductoare aplicate, dintre care o parte pe unul dintre discuri este electrificată prin frecare, duce la acumularea de sarcini într-un dispozitiv special numit borcan de Leyden. Utilizat în prezent în principal pentru experimente demonstrative care necesită generarea controlată de tensiuni mari (până la zeci de mii de volți) Celulă galvanică Două materiale diferite sunt scufundate într-o soluție sau alt mediu conductor. Datorită reacțiilor chimice ireversibile care apar la limita „soluție-solid”, electronii sau ionii încărcați se acumulează pe electrozi. În celulele galvanice, energia legăturilor chimice acumulată în timpul sintezei acestor substanțe este convertită ireversibil în energia sarcinilor separate.
Slide 7
Descriere slide:
Celula solară Când anumite materiale semiconductoare intră în contact cu metalele, lumina transferă electroni de la metal la semiconductor. Element piezoelectric Când unele cristale (de exemplu, cuarț) sunt deformate mecanic, electronii se deplasează dintr-o zonă a cristalului în alta
8 slide
Slide 2
Forțe terțe Forță electromotoare Parte externă a circuitului Parte internă a circuitului Sursă de curent Concepte și mărimi:
Slide 3
Legi: Ohm pentru un circuit închis
Slide 4
Curent de scurtcircuit Reguli de siguranță electrică în diverse încăperi Siguranțe Aspecte ale vieții umane:
Slide 5
Forta electromotoare. Legea lui Ohm pentru un circuit închis. Surse curente. Pentru a obține curent continuu într-un circuit electric, sarcinile trebuie să fie supuse unor alte forțe decât forțele (Coulomb) ale câmpului electrostatic. Astfel de forțe sunt numite forțe terțe. O caracteristică a acțiunii forțelor externe este forța electromotoare (EMF), care este numeric egală cu munca forțelor externe pentru a deplasa o singură sarcină pozitivă (de test) de-a lungul unui circuit închis sau, cu alte cuvinte, este determinată de munca de forțe externe pentru a deplasa o sarcină de-a lungul unui circuit închis, raportate la valoarea acestei sarcini, EMF se măsoară în volți. Secțiunea circuitului în care există o fem se numește o secțiune neuniformă a circuitului. În interiorul sursei, sarcinile se deplasează împotriva forțelor Coulomb sub influența forțelor externe, iar în restul circuitului sunt conduse de un câmp electric. Astfel de surse pot fi celule galvanice, baterii, generatoare electrice DC. FEM a sursei de curent este egală cu tensiunea electrică la bornele sale atunci când circuitul este deschis. Din legea conservării energiei rezultă că munca forțelor exterioare este egală cu cantitatea de căldură degajată în circuit Q = I2 ∙ R0 ∙ ∆t unde R0 = R + r este rezistența totală a circuitului, iar R este rezistența circuitului extern, r este rezistența internă a sursei. Atunci ε ∙ I ∙ ∆t = I2 ∙ (R + r) ∆t
Slide 6
De aici obținem legea lui Ohm pentru un circuit complet: Puterea curentului într-un circuit complet este egală cu forța electromotoare a sursei împărțită la suma rezistențelor secțiunilor externe și interne ale circuitului. În cazul în care rezistența circuitului extern tinde spre zero, în circuit apare un curent de scurtcircuit - curentul maxim posibil într-o anumită sursă curent de scurtcircuit - curentul maxim care poate fi obținut de la o anumită sursă cu forță electromotoare și rezistența internă r. Pentru sursele cu rezistență internă scăzută, curentul de scurtcircuit poate fi foarte mare și poate provoca distrugerea circuitului sau sursei electrice. De exemplu, bateriile plumb-acid utilizate în automobile pot avea curenți de scurtcircuit de câteva sute de amperi. Scurtcircuite în rețelele de iluminat alimentate de la substații (mii de amperi) sunt deosebit de periculoase. Pentru a evita efectele distructive ale unor astfel de curenți mari, siguranțele sau întreruptoarele speciale sunt incluse în circuit. Celulele galvanice au un curent mic de scurtcircuit și, prin urmare, nu sunt foarte periculoase pentru ele.
Legea lui Ohm pentru un circuit complet
Profesor de fizică, școala secundară nr. 37, satul Staromyshastovskaya T.A. Pelipenko
Să trecem în revistă conceptele de bază
Electricitate
mișcarea direcționată a particulelor încărcate
o mărime fizică care arată ce sarcină trece prin secțiunea transversală a unui conductor pe unitatea de timp: 𝐼=𝑞/𝑡
Puterea curentă
Unitatea de măsură a curentului este amperul.
Aria figurii de sub graficul curent este numeric egală cu sarcina (q=It)
Să trecem în revistă conceptele de bază
Legea lui Ohm pentru o secțiune de circuit
Rezistența electrică a conductorilor metalici
Condiții de existență a curentului electric
Prezența taxelor gratuite într-o substanță
Prezența câmpului electric extern (sursă de curent)
Sursa actuala - un dispozitiv în care un anumit tip de energie este transformat în energie electrică
Să trecem în revistă conceptele de bază
Există diferite tipuri de surse de curent:
Surse mecanice de curent
Surse de curent termic
Surse de curent chimic
Surse de curent luminos
Distribuția sarcinilor în interiorul surselor de curent continuu are loc datorită forțelor de origine neelectrică (forțe electromagnetice, chimice, mecanice etc.), care se numesc forțe exterioare
În orice sursă de curent apare lucrează pentru a separa particulele încărcate pozitiv și negativ , care se acumulează la polii sursei
Forțele de origine neelectrică (mecanică, chimică, electromagnetică etc.) obligă sarcinile din interiorul sursei de curent să fie redistribuite între polii acesteia.
Se numește raportul dintre munca efectuată de forțele externe pentru deplasarea sarcinilor în interiorul unei surse de curent și cantitatea de sarcină deplasată forță electromotoare (EMF) sursa curentă dată
Unitatea de măsură a EMF în SI este volt
[ε]=1V
Când circuitul este deschis, voltmetrul arată EMF
Orice sursă DC
are un anumit interior
rezistenţă
r – rezistența internă a sursei de curent
[r] = 1 Ohm
Legea lui Ohm pentru un circuit complet
eu – puterea curentului în circuit
R – rezistența secțiunii exterioare a circuitului
r – rezistența internă a sursei de curent
– EMF a sursei de curent
Un scurt scurt circuit
Transformarea legii lui Ohm
pentru un lanț complet,
obținem următoarea expresie
Diferență de potențial în interior
sursa actuala
ε = IR + Ir
Tensiune externă
secțiune de lanț
Exercitiul 1
Feme-ul bateriei este de 2 V. Când curentul din circuit este de 2 A, tensiunea la bornele bateriei este de 1,8 V. Aflați rezistența internă a bateriei și rezistența circuitului extern
Să verificăm soluția problemei
Răspuns: R = 0,9 Ohm; r = 0,1 Ohm.
Răspuns: R = 0,9 Ohm; r = 0,1 Ohm.
ε= U+Ir, r =
r = = 0,1 Ohm
Să verificăm soluția problemei
Dat:
R = 20 Ohm
Soluţie
Ɛ = 5 V
Deoarece sursele de curent sunt conectate în serie,
Răspuns: U = 4 V.
r = 2,5 ohmi
Ɛ = U + 2 Ir
U = Ɛ - 2 Ir
U =5 V – 2 0,2 A 2,5 ohmi = 4 V
Teme pentru acasă:
§ 107, § 108, ex. 19 (problemele 6, 7, 8)
Mulțumesc