+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Формула силы тока в физике

Содержание:

Определение и формула силы тока

Определение

Электрическим током называют упорядоченное движение носителей зарядов. В металлах таковыми являются электроны, отрицательно заряженные частицы с зарядом, равным элементарному заряду. Направлением тока считают направление движения положительно заряженных частиц.

Силой тока (током) через некоторую поверхность S называют скалярную физическую величину, которую обозначают I, равную:

$$I=\frac{d q}{d t}$ (1)$

где q – заряд, проходящий сквозь поверхность S, t – время прохождения заряда. Выражение (1) определяет величину силы тока в момент времени t (мгновенное значение величины силы тока).

Некоторые виды силы тока

Ток носит название постоянного, если его сила и направление с течением времени не изменяются, тогда:

$$I=\frac{q}{t}(2)$$

Формула (2) показывает, что сила постоянного тока равна заряду, который проходит сквозь поверхность S в единицу времени. {2} d t}(3)$$

Если переменный ток можно представить как синусоидальный:

$$I=I_{m} \sin \omega t$$

то Im – амплитуда силы тока ($\omega$ – частота силы переменного тока).

Плотность тока

Распределение электрического тока по сечению проводника характеризуют при помощи вектора плотности тока ($\bar{j}$). При этом:

$$j_{n}=j \cos \alpha=\frac{d I}{d S}(5)$$

где $\alpha$ – угол между векторами $\bar{j}$ и $\bar{n}$ ( $\bar{n}$ – нормаль к элементу поверхности dS), jn – проекция вектора плотности тока на направление нормали ($\bar{n}$).

Сила тока в проводнике определяется при помощи формулы:

$$I=\int_{S} j d S(6)$$

где интегрирование в выражении (6) проводится по всему поперечному сечению проводника S ($\alpha \equiv 0$)

Для постоянного тока имеем:

$I = jS (7)$

Если рассматривать два проводника с сечениями S1 и S2 и постоянными токами, то выполняется соотношение:

$$\frac{j_{1}}{j_{2}}=\frac{S_{2}}{S_{1}}(8)$$

Сила тока в соединениях проводников

При последовательном соединении проводников сила тока в каждом из них одинакова:

$$I=I_{1}=I_{2}=\cdots=I_{i}(9)$$

При параллельном соединении проводников сила тока (I) вычисляется как сумма токов в каждом проводнике (Ii):

$$I=\sum_{i=1}^{n} I_{i}(10)$$

Закон Ома

Сила тока входит в один из основных законов постоянного тока – закон Ома (для участка цепи):

$$I=\frac{\varphi_{1}-\varphi_{2}+\varepsilon}{R}(11)$$

где $\varphi_{1}$ — $\varphi_{2}$ – разность потенциалов на концах, рассматриваемого участка, $\varepsilon$ — ЭДС источника, который входит в участок цепи, R – сопротивление участка цепи. {6}=(30-6)=24$ (Кл)

Ответ. q=24 Кл

Слишком сложно?

Формула силы тока не по зубам? Тебе ответит эксперт через 10 минут!

Пример

Задание. Плоский конденсатор составлен из двух квадратных пластин со стороной A, находящихся на расстоянии dдруг от друга. Этот конденсатор подключен к источнику постоянного напряжения U. Конденсатор погружают в сосуд с керосином (пластины конденсатора вертикальны) со скоростью v=const. Какова сила тока, которая будет течь по подводящим проводам в описанном выше процессе. Считать, что диэлектрическая проницаемость керосина равна $\varepsilon$.

Решение. Основой для решения задачи станет формул для вычисления силы тока вида:

$$I=\frac{d q}{d t}(2.1)$$

При погружении в керосин на глубину xописанной выше системы мы получаем два конденсатора, соединенных параллельно (над керосином и в керосине) рис. 2. Для такой системы конденсаторов напряжение на каждом из них одинаково, поэтому уравнение для изменения заряда при движении удобно искать в виде:

$dq = UdC (2. {2}-A v t\right) \rightarrow C_{2}=\frac{\varepsilon \varepsilon_{0}(A v t)}{d}(2.4)$$

где $\varepsilon_{0}$ – электрическая постоянная, переменной величиной при погружении системы в керосин является площадь обкладок S:

$$S_{2}=A \cdot v \cdot t ; S_{1}=A \cdot(A-v t)$$

Из выражений (2.4), (2.5) и условий задачи имеем:

$$d C=d C_{1}+d C_{2}=\frac{\varepsilon \varepsilon_{0} A v d t}{d}-\frac{\varepsilon_{0}}{d} A v d t(2.6)$$

Тогда подставив dC в формулу для силы тока (2.1) получаем:

$$I=U\left(\frac{\varepsilon \varepsilon_{0} A v}{d}-\frac{\varepsilon_{0}}{d} A v\right)=\frac{\varepsilon_{0} U A v}{d}(\varepsilon-1)$$

Ответ. $I=\frac{\varepsilon_{0} U A v}{d}(\varepsilon-1)$

Читать дальше: Формула силы.

Формула силы тока в физике

Содержание:

Определение и формула силы тока

Определение

Электрическим током называют упорядоченное движение носителей зарядов. В металлах таковыми являются электроны, отрицательно заряженные частицы с зарядом, равным элементарному заряду. Направлением тока считают направление движения положительно заряженных частиц.

Силой тока (током) через некоторую поверхность S называют скалярную физическую величину, которую обозначают I, равную:

$$I=\frac{d q}{d t}$ (1)$

где q – заряд, проходящий сквозь поверхность S, t – время прохождения заряда. Выражение (1) определяет величину силы тока в момент времени t (мгновенное значение величины силы тока).

Некоторые виды силы тока

Ток носит название постоянного, если его сила и направление с течением времени не изменяются, тогда:

$$I=\frac{q}{t}(2)$$

Формула (2) показывает, что сила постоянного тока равна заряду, который проходит сквозь поверхность S в единицу времени.

Если ток является переменным, то выделяют мгновенную силу тока (1), амплитудную силу тока и эффективную силу тока. Эффективной величиной силы переменного тока (Ieff) называют такую силу постоянного тока, которая выполнит работу равную работе переменного тока в течение одного периода (T):

$$I_{e f f}=\sqrt{\frac{1}{T} \int_{0}^{T} I^{2} d t}(3)$$

Если переменный ток можно представить как синусоидальный:

$$I=I_{m} \sin \omega t$$

то Im – амплитуда силы тока ($\omega$ – частота силы переменного тока).

Плотность тока

Распределение электрического тока по сечению проводника характеризуют при помощи вектора плотности тока ($\bar{j}$). При этом:

$$j_{n}=j \cos \alpha=\frac{d I}{d S}(5)$$

где $\alpha$ – угол между векторами $\bar{j}$ и $\bar{n}$ ( $\bar{n}$ – нормаль к элементу поверхности dS), jn – проекция вектора плотности тока на направление нормали ($\bar{n}$).

Сила тока в проводнике определяется при помощи формулы:

$$I=\int_{S} j d S(6)$$

где интегрирование в выражении (6) проводится по всему поперечному сечению проводника S ($\alpha \equiv 0$)

Для постоянного тока имеем:

$I = jS (7)$

Если рассматривать два проводника с сечениями S1 и S2 и постоянными токами, то выполняется соотношение:

$$\frac{j_{1}}{j_{2}}=\frac{S_{2}}{S_{1}}(8)$$

Сила тока в соединениях проводников

При последовательном соединении проводников сила тока в каждом из них одинакова:

$$I=I_{1}=I_{2}=\cdots=I_{i}(9)$$

При параллельном соединении проводников сила тока (I) вычисляется как сумма токов в каждом проводнике (Ii):

$$I=\sum_{i=1}^{n} I_{i}(10)$$

Закон Ома

Сила тока входит в один из основных законов постоянного тока – закон Ома (для участка цепи):

$$I=\frac{\varphi_{1}-\varphi_{2}+\varepsilon}{R}(11)$$

где $\varphi_{1}$ — $\varphi_{2}$ – разность потенциалов на концах, рассматриваемого участка, $\varepsilon$ — ЭДС источника, который входит в участок цепи, R – сопротивление участка цепи. {6}=(30-6)=24$ (Кл)

Ответ. q=24 Кл

Слишком сложно?

Формула силы тока не по зубам? Тебе ответит эксперт через 10 минут!

Пример

Задание. Плоский конденсатор составлен из двух квадратных пластин со стороной A, находящихся на расстоянии dдруг от друга. Этот конденсатор подключен к источнику постоянного напряжения U. Конденсатор погружают в сосуд с керосином (пластины конденсатора вертикальны) со скоростью v=const. Какова сила тока, которая будет течь по подводящим проводам в описанном выше процессе. Считать, что диэлектрическая проницаемость керосина равна $\varepsilon$.

Решение. Основой для решения задачи станет формул для вычисления силы тока вида:

$$I=\frac{d q}{d t}(2.1)$$

При погружении в керосин на глубину xописанной выше системы мы получаем два конденсатора, соединенных параллельно (над керосином и в керосине) рис. 2. Для такой системы конденсаторов напряжение на каждом из них одинаково, поэтому уравнение для изменения заряда при движении удобно искать в виде:

$dq = UdC (2. {2}-A v t\right) \rightarrow C_{2}=\frac{\varepsilon \varepsilon_{0}(A v t)}{d}(2.4)$$

где $\varepsilon_{0}$ – электрическая постоянная, переменной величиной при погружении системы в керосин является площадь обкладок S:

$$S_{2}=A \cdot v \cdot t ; S_{1}=A \cdot(A-v t)$$

Из выражений (2.4), (2.5) и условий задачи имеем:

$$d C=d C_{1}+d C_{2}=\frac{\varepsilon \varepsilon_{0} A v d t}{d}-\frac{\varepsilon_{0}}{d} A v d t(2.6)$$

Тогда подставив dC в формулу для силы тока (2.1) получаем:

$$I=U\left(\frac{\varepsilon \varepsilon_{0} A v}{d}-\frac{\varepsilon_{0}}{d} A v\right)=\frac{\varepsilon_{0} U A v}{d}(\varepsilon-1)$$

Ответ. $I=\frac{\varepsilon_{0} U A v}{d}(\varepsilon-1)$

Читать дальше: Формула силы.

Формула силы тока в физике

Содержание:

Определение и формула силы тока

Определение

Электрическим током называют упорядоченное движение носителей зарядов. В металлах таковыми являются электроны, отрицательно заряженные частицы с зарядом, равным элементарному заряду. Направлением тока считают направление движения положительно заряженных частиц.

Силой тока (током) через некоторую поверхность S называют скалярную физическую величину, которую обозначают I, равную:

$$I=\frac{d q}{d t}$ (1)$

где q – заряд, проходящий сквозь поверхность S, t – время прохождения заряда. Выражение (1) определяет величину силы тока в момент времени t (мгновенное значение величины силы тока).

Некоторые виды силы тока

Ток носит название постоянного, если его сила и направление с течением времени не изменяются, тогда:

$$I=\frac{q}{t}(2)$$

Формула (2) показывает, что сила постоянного тока равна заряду, который проходит сквозь поверхность S в единицу времени.

Если ток является переменным, то выделяют мгновенную силу тока (1), амплитудную силу тока и эффективную силу тока. Эффективной величиной силы переменного тока (Ieff) называют такую силу постоянного тока, которая выполнит работу равную работе переменного тока в течение одного периода (T):

$$I_{e f f}=\sqrt{\frac{1}{T} \int_{0}^{T} I^{2} d t}(3)$$

Если переменный ток можно представить как синусоидальный:

$$I=I_{m} \sin \omega t$$

то Im – амплитуда силы тока ($\omega$ – частота силы переменного тока).

Плотность тока

Распределение электрического тока по сечению проводника характеризуют при помощи вектора плотности тока ($\bar{j}$). При этом:

$$j_{n}=j \cos \alpha=\frac{d I}{d S}(5)$$

где $\alpha$ – угол между векторами $\bar{j}$ и $\bar{n}$ ( $\bar{n}$ – нормаль к элементу поверхности dS), jn – проекция вектора плотности тока на направление нормали ($\bar{n}$).

Сила тока в проводнике определяется при помощи формулы:

$$I=\int_{S} j d S(6)$$

где интегрирование в выражении (6) проводится по всему поперечному сечению проводника S ($\alpha \equiv 0$)

Для постоянного тока имеем:

$I = jS (7)$

Если рассматривать два проводника с сечениями S1 и S2 и постоянными токами, то выполняется соотношение:

$$\frac{j_{1}}{j_{2}}=\frac{S_{2}}{S_{1}}(8)$$

Сила тока в соединениях проводников

При последовательном соединении проводников сила тока в каждом из них одинакова:

$$I=I_{1}=I_{2}=\cdots=I_{i}(9)$$

При параллельном соединении проводников сила тока (I) вычисляется как сумма токов в каждом проводнике (Ii):

$$I=\sum_{i=1}^{n} I_{i}(10)$$

Закон Ома

Сила тока входит в один из основных законов постоянного тока – закон Ома (для участка цепи):

$$I=\frac{\varphi_{1}-\varphi_{2}+\varepsilon}{R}(11)$$

где $\varphi_{1}$ — $\varphi_{2}$ – разность потенциалов на концах, рассматриваемого участка, $\varepsilon$ — ЭДС источника, который входит в участок цепи, R – сопротивление участка цепи. {6}=(30-6)=24$ (Кл)

Ответ. q=24 Кл

Слишком сложно?

Формула силы тока не по зубам? Тебе ответит эксперт через 10 минут!

Пример

Задание. Плоский конденсатор составлен из двух квадратных пластин со стороной A, находящихся на расстоянии dдруг от друга. Этот конденсатор подключен к источнику постоянного напряжения U. Конденсатор погружают в сосуд с керосином (пластины конденсатора вертикальны) со скоростью v=const. Какова сила тока, которая будет течь по подводящим проводам в описанном выше процессе. Считать, что диэлектрическая проницаемость керосина равна $\varepsilon$.

Решение. Основой для решения задачи станет формул для вычисления силы тока вида:

$$I=\frac{d q}{d t}(2.1)$$

При погружении в керосин на глубину xописанной выше системы мы получаем два конденсатора, соединенных параллельно (над керосином и в керосине) рис. 2. Для такой системы конденсаторов напряжение на каждом из них одинаково, поэтому уравнение для изменения заряда при движении удобно искать в виде:

$dq = UdC (2. {2}-A v t\right) \rightarrow C_{2}=\frac{\varepsilon \varepsilon_{0}(A v t)}{d}(2.4)$$

где $\varepsilon_{0}$ – электрическая постоянная, переменной величиной при погружении системы в керосин является площадь обкладок S:

$$S_{2}=A \cdot v \cdot t ; S_{1}=A \cdot(A-v t)$$

Из выражений (2.4), (2.5) и условий задачи имеем:

$$d C=d C_{1}+d C_{2}=\frac{\varepsilon \varepsilon_{0} A v d t}{d}-\frac{\varepsilon_{0}}{d} A v d t(2.6)$$

Тогда подставив dC в формулу для силы тока (2.1) получаем:

$$I=U\left(\frac{\varepsilon \varepsilon_{0} A v}{d}-\frac{\varepsilon_{0}}{d} A v\right)=\frac{\varepsilon_{0} U A v}{d}(\varepsilon-1)$$

Ответ. $I=\frac{\varepsilon_{0} U A v}{d}(\varepsilon-1)$

Читать дальше: Формула силы.

Сила тока: природа, формула, измерение амперметром

 

Наверное, каждый хотя бы раз в жизни ощущал на себе действие тока. Обыкновенная батарейка едва ощутимо пощипывает, если приложить ее к языку. Ток в квартирной розетке довольно сильно бьет, если коснуться оголенных проводов. А вот электрический стул и линии электропередач могут лишить жизни.

Во всех случаях мы говорим о действии электрического тока. Чем же так отличается один ток от другого, что разница в его воздействии столь существенна? Очевидно, есть некая количественная характеристика, которой можно объяснить такое различие. Ток, как известно, это передвигающиеся по проводнику электроны. Можно предположить, что чем больше через сечение проводника пробежит электронов, тем большее действие произведет ток.

Формула силы тока

Для того, чтобы охарактеризовать заряд, проходящий через проводник, ввели физическую величину, называемую силой электрического тока. Сила тока в проводнике – это количество электричества, проходящего через поперечное сечение проводника за единицу времени. Сила тока равна отношению электрического заряда ко времени его прохождения. Для расчета силы тока применяют формулу:

I=q/t,

где I- сила тока,
q — электрический заряд,
t — время.

За единицу силы тока в цепи принят 1 Ампер (1 А) в честь французского ученого Андре Ампера. На практике часто применяют кратные единицы: миллиамперы, микроамперы и килоамперы.

Измерение силы тока амперметром

Для измерения силы тока применяют амперметры. Амперметры бывают различными в зависимости от того, для каких измерений они рассчитаны. Соответственно, шкалу прибора градуируют в требуемых величинах. Амперметр подключается в любом месте сети последовательно. Место подключения амперметра не имеет значения, так как количество электричества, проходящее через цепь, в любом месте будет одинаково. Электроны не могут скапливаться в каких-либо местах цепи, они текут равномерно по всем проводам и элементам. При подключении амперметра до и после нагрузки он покажет одинаковые значения.

Первые ученые, исследовавшие электричество, не имели приборов дл измерения силы тока и величины заряда. Они проверяли наличие тока собственными ощущениями, пропуская его через свое тело. Довольно неприятный способ. На то время силы токов, с которыми они работали, были не очень велики, поэтому большинство исследователей отделывались лишь неприятными ощущениями. Однако, в наше время даже в быту, не говоря уже про промышленность, используются токи очень больших значений.

Следует знать, что для человеческого организма безопасной признана величина силы тока до 1 мА. Величина тока больше 100 мА может привести к серьезным повреждениям организма. Величина тока в несколько ампер может убить человека. При этом еще нужно учитывать индивидуальную восприимчивость организма, которая различна у каждого человека. Поэтому следует помнить о главном требовании при эксплуатации электроприборов – безопасность.

Нужна помощь в учебе?



Предыдущая тема: Ток в металлах: действия тока и направление тока
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspЭлектрическое напряжение: определение, формула, вольтметр

Все формулы по физике 11 класса

Формула расчета силы Ампера FA = B I L sinα Закон Ампера: сила действия однородного магнитного поля на проводник с током прямо пропорциональна силе тока, длине проводника, модулю вектора индукции магнитного поля, синусу угла между вектором индукции магнитного поля и проводником.
FA – сила Ампера, [Н]
В – магнитная индукция, [Тл]
I – сила тока, [А]
L – длина проводника, [м]
Формула расчета силы Лоренца Fл= q B υ sinα Сила Лоренца – сила, действующая на точечную заряженную частицу, движущуюся в магнитном поле. Она равна произведению заряда, модуля скорости частицы, модуля вектора индукции магнитного поля и синуса угла между вектором магнитного поля и скоростью движения частицы. Fл – сила Лоренца, [Н]
q – заряд, [Кл]
В – магнитная индукция, [Тл]
υ – скорость движения заряда, [м/с]
Формула радиуса движения частицы в магнитном поле r= mυ/qB r – радиус окружности, по которой движется частица в магнитном поле, [м]
m – масса частицы, [кг]
q – заряд, [Кл]
В – магнитная индукция, [Тл]
υ – скорость движения заряда, [м/с]
Формула для вычисления магнитного потока Ф = B S cosα Ф – магнитный поток, [Вб]
В – магнитная индукция, [Тл]
S – площадь контура, [м2]
Формула для вычисления величины заряда q = It Заряд – это есть произведение силы тока на время, в течение которого этот заряд протекает по проводнику. q – заряд, [Кл]
I – сила тока, [А]
t – время, [c]
Закон Ома для участка цепи I = U/R Закон Ома — сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению. I – сила тока, [А]
U – напряжение, [В]
R – сопротивление, [Ом]
Формула для вычисления удельного сопротивления проводника R = ρ L/S
ρ = R S/L
Удельное сопротивление – величина, характеризующая электрические свойства вещества, из которого изготовлен проводник. ρ – удельное сопротивление вещества, [Ом·мм2/м]
R – сопротивление, [Ом]
S – площадь поперечного сечения проводника, [ммБ2]
L – длина проводника, [м]
Законы последовательного соединения проводников I = I1 = I2
U = U1 + U2
Rобщ = R1 + R2
Последовательным соединением называется соединение, когда элементы идут друг за другом. I – сила тока, [А]
U – напряжение, [В]
R – сопротивление, [Ом]
Законы параллельного соединения проводников U = U1
= U2
I = I1 + I2
1/Rобщ =1/R1 +1/R2
Параллельным соединением проводников называется такое соединение, при котором начала и концы проводников соединяются вместе. I – сила тока, [А]
U – напряжение, [В]
R – сопротивление, [Ом]
Формула для вычисления величины заряда. q = It Заряд – это есть произведение силы тока на время, в течение которого этот заряд протекает по проводнику. q – заряд, [Кл]
I – сила тока, [А]
t – время, [c]
Формула для нахождения работы электрического тока. A = Uq
A = UIt
Работа – это величина, которая характеризует превращение энергии из одного вида в другой, т.е. показывает, как энергия электрического тока, будет превращаться в другие виды энергии – механическую, тепловую и т.
д. Работа электрического поля – это произведение электрического напряжения на заряд, протекающий по проводнику. Работа, совершаемая для перемещения электрического заряда в электрическом поле.
A – работа электрического тока, [Дж]
U – напряжение на концах участка, [В]
q – заряд, [Кл]
I – сила тока, [А]
t – время, [c]
Формула электрической мощности P = A/t
P = UI
P = U2/R
Мощность – работа, выполненная в единицу времени. P – электрическая мощность, [Вт]
A – работа электрического тока, [Дж]
t – время, [c]
U – напряжение на концах участка, [В]
I – сила тока, [А]
R – сопротивление, [Ом]
Формула закона Джоуля-Ленца Q=I2Rt Закон Джоуля-Ленца при прохождении электрического тока по проводнику количество теплоты, выделяемое в проводнике, прямо пропорционально квадрату тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого электрический ток протекал по проводнику.
Q – количество теплоты, [Дж]
I – сила тока, [А];
t – время, [с].
R – сопротивление, [Ом].
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
Закон отражения света Луч падающий, луч отраженный и перпендикуляр, восставленный в точку падения луча, лежат в одной плоскости, при этом угол падения луча равен углу отражения луча.
Закон преломления sinα/sinγ = n2/n1 При увеличении угла падения увеличивается и угол преломления, то есть при угле падения, близком к 90°, преломлённый луч практически исчезает, а вся энергия падающего луча переходит в энергию отражённого. n – показатель преломления одного вещества относительно другого
Формула вычисления абсолютного показателя преломления вещества n = c/v Абсолютный показатель преломления вещества – величина, равная отношению скорости света в вакууме к скорости света в данной среде. n – абсолютный показатель преломления вещества
c – скорость света в вакууме, [м/с]
v – скорость света в данной среде, [м/с]
Закон Снеллиуса sinα/sinγ = v1/v2=n Закон Снеллиуса (закон преломления света): отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная.
Показатель преломления среды sinα/sinγ = n Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная. n – показатель преломления среды
Преломляющий угол призмы δ = α(n – 1) δ – угол отклонения
α – угол падения
n – показатель преломления среды
Линейное увеличение оптической системы Г = H/h Г – линейное увеличение оптической системы
H – размер изображения, [м]
h – размер предмета, [м]
Формула оптической силы линзы D = 1/F Оптическая сила линзы – способность линзы преломлять лучи. D – оптическая сила линзы, [дптр]
F – фокусное расстояние линзы, [м]
Формула тонкой линзы 1/F = 1/d+1/f F – фокусное расстояние линзы, [м]
d – расстояние от предмета до линзы, [м]
f – расстояние от линзы до изображения, [м]
Максимальная результирующая интенсивность Δt = mT Δt – максимальная результирующая интенсивность
Т – период колебании, [с]
Минимальная результирующая интенсивность Δt = (2m + 1)T/2 Δt – минимальная результирующая интенсивность
Т – период колебании, [с]
Геометрическая разность хода интерферирующих волн Δ = mλ Δ – геометрическая разность хода интерферирующих волн
λ – длина волны, [м]
Условие интерференционного минимума Δ = (2m + 1)λ/2 λ – длина волны, [м]
Условие дифракционного минимума на щели Asinα = m λ A – ширина щели, [м]
λ – длина волны, [м]
Условие главных максимумов при дифракции dsinα = m λ d – период решетки
λ – длина волны, [м]
Энергия кванта излучения E = hϑ Е – энергия кванта излучения, [Дж]
ϑ – частота излучения
h – постоянная Планка
Закон смещения Вина λT = b b – постоянная Вина
λ – длина волны, [м]
Т – температура черного тела
Закон Стефана-Больцмана R = ϭT4 ϭ – постоянная Стефана-Больцмана
Т – абсолютная температура черного тела
R – интегральная светимость абсолютно черного тела
Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта А – работа выхода, [Дж]
m – масса тела, [кг]
v – скорость движения тела, [м/с]
ϑ – частота излучения
h – постоянная Планка
ФИЗИКА ВЫСОКИХ ЭНЕРГИИ
Массовое число M = Z + N M – массовое число
Z – число протонов (электронов), зарядовое число
N – число нейтронов
Формула массы ядра МЯ = МА – Z me MЯ – масса ядра, [кг]
МА – масса изотопа , [кг]
me – масса электрона, [кг]
Формула дефекта масс ∆m = Zmp+ Nmn – MЯ Дефект масс – разность между суммой масс покоя нуклонов, составляющих ядро данного нуклида, и массой покоя атомного ядра этого нуклида. ∆m – дефект масс, [кг]
mp – масса протона, [кг]
mn – масса нейтрона, [кг]
Формула энергии связи Есвязи = ∆m c2 Энергия связи ядра – минимальная энергия, необходимая для того, чтобы разделить ядро на составляющие его нуклоны (протоны и нейтроны). Есвязи – энергия связи, [Дж]
m – масса, [кг]
с = 3·108м/с – скорость света
Закон радиоактивного распада N = N02 –t/T1/2 N0 – первоначальное количество ядер
N – конечное количество ядер
T – период полураспада, [c]
t – время, [c]
Доза поглощенного излучения D = E/m D – доза поглощенного излучения, [Гр]
E – энергия излучения, [Дж]
m – масса тела, [кг]
Эквивалентная доза поглощенного излучения H = Dk H – эквивалентная доза поглощенного излучения, [Зв]
D – доза поглощенного излучения, [Гр]
k – коэффициент качества

Электромагнитные колебания в физике: основные формулы

Электромагнитные колебания — это повторяющийся процесс взаимного превращения электрических и магнитных полей.

Электромагнитные колебания возникают в колебательном контуре.

Колебательный контур — это цепь, состоящая из конденсатора и катушки индуктивности (рис. 316).

Если сопротивлением проводов контура можно пренебречь, то такой контур называется идеальным.

При зарядке конденсатора в идеальном колебательном контуре возникают свободные, незатухающие электромагнитные колебания заряда и напряжения на обкладках конденсатора, а также силы тока и ЭДС в катушке индуктивности. Электромагнитные колебания в идеальном колебательном контуре являются высокочастотными и гармоническими.

На рис. 317 изображены графики колебаний заряда, напряжения и силы тока в идеальном колебательном контуре.

Ниже приведены уравнения электромагнитных колебаний и волн.

Уравнения электромагнитных колебаний заряда, силы тока, напряжения и ЭДС:

Здесь q — мгновенный заряд (Кл),

— максимальный заряд (Кл), —циклическая частота колебаний (рад/с), t — время колебаний (с), — начальная фаза (рад), i — мгновенная сила тока (А), — максимальная сила тока (А), u — мгновенное напряжение (В), — максимальное напряжение (В), е — мгновенная ЭДС (В), — максимальная ЭДС (В), S — площадь вращающегося контура , С — емкость конденсатора (Ф).

Период, циклическая частота и частота свободных электромагнитных колебаний в колебательном контуре (формула Томсона)

Здесь Т — период колебаний (с), L — индуктивность катушки (Гн), С— емкость конденсатора (Ф),

—циклическая частота колебаний (рад/с), v — частота колебаний (Гц).

Формула силы переменного тока:

Здесь i — мгновенная сила тока (A),

— первая производная заряда по времени (А), — максимальная сила тока (А), — максимальный заряд (Кл).

Действующие значения переменного тока:

Здесь I — действующее значение силы переменного тока (A),

— максимальное значение силы тока (A), U — действующее значение напряжения (В), — максимальное напряжение (В), — действующая ЭДС (В), — максимальная ЭДС (В).

Индуктивное, емкостное и полное сопротивления в цепи переменного тока

Здесь

— индуктивное сопротивление (Ом), — емкостное сопротивление (Ом), — циклическая частота переменного тока (рад/с), Z — полное сопротивление (Ом), R — активное сопротивление (Ом).

Закон Ома для полной цепи переменного тока:

Здесь I — действующее значение силы переменного тока (A), U — действующее значение напряжения переменного тока (В),

— максимальная сила переменного тока (A), — максимальное напряжение переменного тока (В). Остальные величины названы в предыдущей формуле.

Средняя мощность в цепи переменного тока:

Здесь Р — мощность переменного тока (Вт), U — его действующее напряжение (В), I — действующая сила тока (A),

— коэффициент мощности переменного тока (безразмерный), — сдвиг фаз между током и напряжением (рад).

Коэффициент мощности переменного тока

Здесь все величины названы в предыдущих формулах.

Коэффициент трансформации трансформатора

Здесь k — коэффициент трансформации трансформатора (безразмерный),

— напряжение на первичной обмотке (В), — напряжение на вторичной обмотке (В), — число витков в первичной обмотке (безразмерное), — число витков во вторичной обмотке (безразмерное).

Формулы длины электромагнитной волны в вакууме (воздухе)

Здесь

— длина волны (м), м/с — скорость света в вакууме, Т — период колебаний (с), v — частота колебаний (Гц).

Плотность потока электромагнитного излучения

Здесь I — плотность потока электромагнитного излучения

—электромагнитная энергия, проходящая через некоторую поверхность (Дж), S — площадь этой поверхности — время прохождения энергии (с).

Свободные электромагнитные колебания в идеальном колебательном контуре подчиняются закону сохранения энергии: полная энергия электромагнитных колебаний

равна максимальной энергии электрического поля конденсатора , или равна максимальной энергии магнитного поля катушки индуктивости , или равна сумме мгновенных электрической и магнитной энергий поля конденсатора и катушки в любой промежуточный момент:

Это закон можно записать, развернув значения энергии электрического и магнитного полей через их параметры:

В этом уравнении максимальную энергию электрического поля в зависимости от известных величин можно выразить как

; а его мгновенную энергию — соответственно как . Здесь q, u и i — мгновенные значения заряда, напряжения и силы тока.

Всякий реальный колебательный контур (рис. 318) имеет сопротивление проводов R. Если ему один раз сообщить энергию, например, зарядив конденсатор С, то колебания в нем будут затухающими из-за потерь энергии на джоулево тепло. График затухающих колебаний силы тока изображен на рис. 319.

Чтобы колебания были незатухающими, колебательный контур надо пополнять энергией, например, включив в него источник переменного напряжения (рис. 320).

Если частота пополнения контура энергией будет равна собственной частоте колебаний контура, то в контуре возникнет электрический резонанс — явление резкого возрастания максимальной силы тока в контуре (амплитуды силы тока), когда частота пополнения контура энергией становится равной собственной частоте колебаний в контуре.

При вращении проводящего контура в магнитном поле в нем вследствие явления электромагнитной индукции возникает переменный ток.

Действующим (эффективным) значением переменного тока называют силу такого постоянного тока, который, проходя по контуру, выделяет в единицу времени столько же тепла, что и данный переменный ток. Измерительные приборы, включенные в цепь переменного тока, показывают его действующие значения.

Если в цепь переменного тока включить катушку индуктивности, то в ней возникнет ток самоиндукции, который, согласно правилу Ленца, будет препятствовать изменению переменного тока. Из-за этого колебания силы тока в контуре будут отставать по фазе от колебаний напряжения, поэтому катушка индуктивности, включенная в контур, оказывает индуктивное сопротивление

переменному току.

Если в цепь переменного тока включить конденсатор, то изменение напряжения на его обкладках будет отставать по фазе от изменения силы тока, поэтому конденсатор будет оказывать емкостное сопротивление

переменному току.

Индуктивное и емкостное сопротивления вместе называются реактивным сопротивлением.

Сопротивление R, которое оказывают проводники цепи, называется активным сопротивлением. Джоулево тепло выделяется только на активном сопротивлении — в этом состоит главное отличие активного сопротивления от емкостного и индуктивного сопротивлений.

Устройство для изменения напряжения переменного тока называется трансформатором Т (рис. 321).

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Трансформатор состоит из замкнутого ферромагнитного сердечника, на который надеты обмотки. Та обмотка, которую подключают к источнику изменяемого напряжения, называется первичной, а та, с которой измененное напряжение подается на потребитель — вторичной.

Если число витков во вторичной обмотке больше числа витков в первичной, то трансформатор называется повышающим, а если меньше — то понижающим. Величина к, показывающая, во сколько раз трансформатор изменяет напряжение переменного тока, называется коэффициентом трансформации трансформатора.

Напряжение на обмотках прямо пропорционально числу витков в них:

Поскольку КПД трансформатора очень высок, работа тока в его обеих обмотках примерно одинакова. Поэтому силы тока в обмотках

обратно пропорциональны числу витков и в них:

Электромагнитные волны — это распространение в пространстве электромагнитных колебаний.

Микроисточником электромагнитных волн является возбужденный атом, макроисточником — колебательный контур. Электромагнитные волны излучают ускоренно движущиеся заряженные частицы.

Электромагнитные волны являются поперечными волнами, т.к. векторы электрической напряженности

и магнитной индукции в электромагнитной волне колеблются перпендикулярно ее перемещению (рис. 322).

В вакууме электромагнитные волны распространяются с максимальной скоростью

м/с.

Амплитуда электромагнитной волны пропорциональна квадрату ее частоты, а ее энергия пропорциональна частоте в четвертой степени. Электромагнитные волны обладают всеми свойствами волн: интерференцией, дифракцией, дисперсией и поляризацией.

На рис. 323 изображена шкала электромагнитных волн, на которой электромагнитные волны расположены в порядке возрастания их частоты или в порядке убывания длины волны.

Эта теория со страницы подробного решения задач по физике, там расположена теория и подробное решения задач по всем темам физики:

Задачи по физике с решением

Возможно вам будут полезны эти страницы:

Окрытый урок по теме: » Закон Ома для участка цепи постоянного тока»

15 – БЖ  -60 18 МахметжановаМадинаКайрбековна

Раздел долгосрочного планирования: 8.4А 

Закон Ома для участка цепи

Школа:  КГУ « Большенарымский сельский лицей»

Дата :24. 01.2019 г

ФИО учителя:Нечаева Н.С.

класс: 8 б

Участвовали: 12

 

Тема урока

Закон Ома для участка цепи

 

 

Цели обучения, достигаемые на этом уроке 

8. 4.2.6 — применять закон Ома для участка цепи при решении задач

Цель урока

Все учащиеся:  будут знать физичекие величины ; основные понятия  сила тока, напряжение, сопротивление.  измерение физических величин, решать простые задачи на формулу закона Ома и формулу сопротивления проводника

 Большинство учащихся:  будут уметь, работать с основными единицами, измерние силы тока, напряжения, сопротивления, и переводить в систему СИ.
уметь  объснять связь между силой тока, напряжением и сопротивлением

Некоторые ученики: Уметь, применять при решении задач  математическую формулу закона Ома для участка цепи.

Критерии оценивания

-называют форму закона Ома и величины входящие в нее,

-применяют формулу для решения расчетных задач

 -объясняют при помощи вольт-амперной характеристики зависимость силы тока от напряжения.

Языковые задачи

 

Используют ключевые слова: сила тока, напряжение, сопротивление.

Полезные фразы для диалога:

Сила прямо пропорциональна ……

Сила тока обратно пропорциональна…. .

В системе Си сила тока измеряется……

Вольтамперная характеристика….

Воспитание ценностей 

 

 

Общество всеобщего труда: сотрудничество при групповой и парной работе, трудолюбие, уметь принимать чужую точку зрения, уважение к друг другу.

 

 

Межпредметная связь

Самопознание . Создание в классе благоприятной психологической обстановки Круг  «От сердца к сердцу»

Предыдущие знания

 

Электрический ток,  напряжение и сопротивление, соединение проводников, схематические обозначения амперметра, вольтметра, резистора

 

Ход урока

Запланированные этапы урока

Виды упражнений, запланированных на урок: 

 

Ресурсы

 «Начало»

5 минут

1. Организационный момент. Создание в классе благоприятной психологической обстановки  Доброе утро, ребята! Пусть оно действительно будет для нас сегодня добрым. 
— Какое у вас настроение? Ваше настроение я предлагаю вам выразить при помощи домиков разного цвета, которые лежат у вас на парте. Красный домик- настроение отличное, зелёный-хорошее, синий- так себе. 
— Я тоже покажу вам своё настроение. 

— Ребята, я вижу, не у всех настроение в начале урока отличное, но давайте проведём наш урок так, чтобы в конце урока у всех ребят нашего класса настроение было прекрасное. 
— Повернитесь лицом к соседу, улыбнитесь и скажите ему: Я желаю тебе добра; Если тебе будет трудно, я помогу.

 

2.Актуализация: проверка домашнего задания: Форматиное оценивание в виде тестов из 4 вопросов:

Критерии оценивания:

— знает единицы измерение сила тока,

-знает единицы измерения сопротивления,

— знает единицы измерения напряжения,

— рассчитывает силу тока  по формуле,

  рассчитывает напряжение по формуле,

— знает схематические обозначения приборов.

 

 

 

 

 

 

(приложение 1)

Середина урока

На определение новой темы 3 минут

 

 

 

 

 

 

 

На обсуждение новой темы 10 минут

и на оформление постера 10 минут

На закрепление

Т. е. решение задач

7  минут

  Определение темы и целей урока

 Слова-подсказки: закон Ома, решение задач, объяснение взаимосвязи силы тока от напряжения, знать единицы измерения силы тока, напряжения и сопротивления

   

1)  С помощью  подсказок  вы  определили новую тему ,  решение задач на закон Ома для участка цепи.

А сейчас нам необходимо разделится на  три группы.  Стратегия «мозаика»

  

   2)Актуализация знаний

 

ФО:По таблице

ФО

Знаю

Хочу знать

Могу предложить помощь

 

 

 

 

 

 

 

Дифференциация:

Просто: задания на уровне повторения(физические величины, термины, измерения

Задания среднего уровня; требуют обобщение нового материала,побуждают к подведению итогов,применению знаний в новых условиях.

Задания высокого уровня:  требуют обобщение нового материала, подведение итога урока

Слайд 2 с портретами ученных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Раздаточный материал «Карточки с проводами»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Раздаточный материал: листы с условием задач

 

 

 

 

Приложение 2

Карточки с формативным оцениванием

Конец урока

         5 минут

Рефлексия.

 

 

Домашнее задание: по стратегии «цепочка»..

Критерий оценивания:

— Первые два ученика пишут дано,

  вторые переводят в систему Си,

— третья пара записывает формулы решения задач по физике, находят неизвестные величины, преобразовывают формулы для решения задач.

 

 

Карточки для заполнения

Дифференциация – каким способом вы хотите больше оказывать поддержку? Какие задания вы даете ученикам более способным по сравнению с другими? 

Оценивание – как Вы планируете проверять уровень усвоения материала учащимися?  

Охрана здоровья и соблюдение техники безопасности 
 

 Разноуровневые задания,задачи разной сложности(простые задачи на одну формулу, задачи с переводом в систему СИ, задачи с применением графической зависимости) ,диалог и поддержка, оценивание ,группировка

Взаимооценивание при решении тестов (обмениваются листами ответов)Формативное оценивание на каждом этапе урока. Оценивание самим учителем (решение задач),самооценивание,и взаимооценивание при работе с изучением новой темы и составлением постера

Ознакомление с правилами техники безопасности , используемых на данном уроке.

 

Краткосрочный план

1 группа               ( для всех учеников)

  1. заполните пустые ячейки в таблице, применяя формулу закона Ома для участка цепи.

I (А)

 

4

15

6

U( В)|

10

 

45

 

R( Ом)

5

8

 

2,5

2) решите задачу, используя чертеж. ( Для некоторых учеников)

На чертеже изображена зависимость силы тока от напряжения. Чему равно сопротивление  проводника? Назовите силу тока, которая  соответствует  8 В.

 (Для большинства учеников)

 3)Через проводник длиной 22 м с сечением  1 мм2,  находящийся под напряжением 220 В, протекает ток силой 10 А. Из какого материала изготовлена проволока? ( воспользуйтесь таблицей  10, удельных  cопротивлений в конце учебника)                                                                                                                        Дескрипторы: -Знает формулу , которая выражает закон Ома                                                                                        — Правильно выражает  сопротивление из формулы закона Ома                                                                                                      — Правильно вычисляет сопротивление                                                                                                             —-Правильно  выражает удельное сопротивление из формулы сопротивления                                                                                                                              -Знает формулу, по которой вычисляется сопротивление                                                                                    -Переводит мм2 в м2  ;                                                                  —                                                                                                 -правильно определяет по таблице вещество, из которого изготовлен проводник                                       Дополнительное задание   4) начертить схему электрической цепи, состоящей из источника тока, лампочки, ключа, амперметра,  вольтметра, звонка.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 группа               ( для всех учеников)

  1. Заполните пустые ячейки в таблице, применяя формулу закона Ома для участка цепи

I (А)

 

4

 

4

U( В)|

10

 

420

100

R( Ом)

4

10

100

 

2) решите задачу, используя чертеж. ( Для некоторых учеников)

 

На чертеже изображена зависимость силы тока от напряжения. Чему равно сопротивление  проводника? Назовите силу тока, которая  соответствует  10 В.

(Для большинства учеников)

3)Во сколько раз уменьшится сила тока в проводнике, если при неизменном  сопротивлении, напряжение уменьшится в 2 раза?

Дополнительное задание

4) начертить схему электрической цепи, состоящей из источника тока,  резистора, ключа, амперметра, вольтметра 

 

 

 

 

 

 

3)Группа ( для всех учеников)                                                                                                                          1) Заполните пустые ячейки в таблице, применяя формулу закона Ома для участка цепи.

I (А)

 

4

15

6

U( В)|

10

 

45

 

R( Ом)

5

8

 

2,5

2) решите задачу, используя чертеж. ( Для некоторых учеников)                                                                                   На чертеже изображена зависимость силы тока от напряжения. Чему равно сопротивление  проводника? Назовите силу тока, которая  соответствует 4 В.

(Для большинства учеников)

 3) Известно, что через поперечное сечение проводника, вклю­ченного в цепь на 2 мин, прошел заряд, равный 36 Кл. Какова была сила тока в этом проводнике?  Чему равно напряжение , если сопротивление равно  220 В                                                                                                                                А) 0,3 А ;  66  В   В) 18 А; 3960 Ом   С) 36 А ; 72 В  Д) 72 А; 144 В                                                                                                                 

Дополнительное задание  4) начертить схему электрической цепи, состоящей из источника тока, лампочки, ключа, амперметра,  вольтметра, звонка.

 

 

 

 

 

 

1 )  Закончи  предложение:

1)Силой тока называется физическая величина, которая показывает, какой величины заряд проходит  через…….

2)Напряжение- физическая величина, которая показывает, какую работу совершает электрическое поле  при……..

3)Электрическим сопротивлением называется физическая величина, характеризующая способность проводника препятствовать……..

4) Сила тока, напряжение, электрическое  сопротивление  обозначаются ……………, и имеют единицы измерения……….

5) Сила тока, напряжение, электрическое  сопротивление измеряются приборами……….

2 )Заполни таблицу:

Название физической величины

Обозначение буквой

Единица измерения

Формула вычисления

Каким прибором измеряется

 сила тока

 

 

 

 

напряжение

 

 

 

 

сопротивление

 

 

 

 

3)Стратегия: верю, не верю, графический диктант

1)Силой тока называется физическая величина, которая показывает, какой величины заряд проходит  через  длинный проводник.                                                                                                                         2)Напряжение- физическая величина, которая показывает, какую работу совершает электрическое поле  при перемещении единичного заряда по проводнику.                                                                                               3)Электрическим сопротивлением называется физическая величина, характеризующая способность проводника препятствовать прохождению тока по нему                                                                                                                      4) Сила тока, напряжение, электрическое  сопротивление  обозначаются  I,     U,     R   и имеют единицы измерения B, Oм, А                                                                                                                                                             5)  Сила тока, напряжение, электрическое  сопротивление измеряются приборами амперметр, вольтметр, омметр

 

1 )  Закончи  предложение:

1)Силой тока называется физическая величина, которая показывает, какой величины заряд проходит  через поперечное сечение проводника за единицу времени                                                                          2)Напряжение— физическая величина, которая показывает, какую работу совершает электрическое поле  при перемещении единичного заряда по проводнику.                                                                     3)Электрическим сопротивлением называется физическая величина, характеризующая способность проводника препятствовать прохождению тока по нему                                                                        4) Сила тока, напряжение, электрическое  сопротивление  обозначаются  буквами I, U , R и имеют единицы измерения A, B, Oм.                                                                                                                                 5) Сила тока, напряжение, электрическое  сопротивление измеряются приборами амперметр, вольтметр , омметр.                                                                                                                                          2 )Заполни таблицу:

Название физической величины

Обозначение буквой

Единица измерения

Формула вычисления

Каким прибором измеряется

 сила тока

I

A( ампер)

I  

амперметр

напряжение

U

В( вольт)

U

вольтметр

 сопротивление

R

Ом( ом)

R

омметр

3)Стратегия: верю, не верю, графический диктант

——   —— 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 группа               ( для всех учеников)

  1. заполните пустые ячейки в таблице, применяя формулу закона Ома для участка цепи.

I (А)

2

4

15

6

U( В)|

10

32

45

15

R( Ом)

5

8

3

2,5

2) решите задачу, используя чертеж. ( Для некоторых учеников)

На чертеже изображена зависимость силы тока от напряжения. Чему равно сопротивление  проводника? Назовите силу тока, которая  соответствует  8 В.

    R= =4 Oм,  I=2A                                    (Для большинства учеников)                                                                                    3)Через проводник длиной 22 м с сечением 0,01 мм2,  находящийся под напряжением 220 В, протекает ток силой 10 А. Из какого материала изготовлена проволока? ( воспользуйтесь таблицей  10, удельных сопротивлений в конце учебника.     = = = 1Ом ( из железа)                                                                                          Дескрипторы: -Знает формулу , которая выражает закон Ома                                                                                        — Правильно выражает  сопротивление из формулы закона Ома                                                                                                      — Правильно вычисляет сопротивление                                                                                                             —-Правильно  выражает удельное сопротивление из формулы сопротивления                                                                                                                              -Знает формулу, по которой вычисляется сопротивление                                                                                    -Переводит мм2 в м2  ;                                                                  —                                                                                                 -правильно определяет по таблице вещество, из которого изготовлен проводник                           Дополнительное задание : 4) начертить схему электрической цепи, состоящей из источника тока, лампочки, ключа, амперметра,  вольтметра, звонка.

 

 

  1. группа               ( для всех учеников)

1)Заполните пустые ячейки в таблице, применяя формулу закона Ома для участка цепи

I (А)

2,5

4

4,2

4

U( В)|

10

40

420

100

R( Ом)

4

10

100

25

2) решите задачу, используя чертеж. ( Для некоторых учеников)                                                                                              На чертеже изображена зависимость силы тока от напряжения. Чему равно сопротивление  проводника? Назовите силу тока, которая  соответствует  10 В.

R= =4 Oм,  I=2,5A

(Для большинства учеников) 3)Во сколько раз уменьшится сила тока в проводнике, если при неизменном  сопротивлении, напряжение уменьшится в 2 раза?  ( Уменьшится в 2 раза, потому что сила тока прямопропорциональна напряжению)

 

Дополнительное задание

4) начертить схему электрической цепи, состоящей из источника тока,  резистора, ключа, амперметра, вольтметра 

 

 

3)Группа ( для всех учеников)                                                                                                                          1) Заполните пустые ячейки в таблице, применяя формулу закона Ома для участка цепи.

I (А)

2

4

15

6

U( В)|

         10

64

450

18

R( Ом)

5

16

30

3

2) решите задачу, используя чертеж. ( Для некоторых учеников)                                                                                   На чертеже изображена зависимость силы тока от напряжения. Чему равно сопротивление  проводника? Назовите силу тока, которая  соответствует  напряжению 4 В.

R= =4 Oм,  I=1 A                                                (Для большинства учеников)

 3) Известно, что через поперечное сечение проводника, вклю­ченного в цепь на 2 мин, прошел заряд, равный 36 Кл. Какова была сила тока в этом проводнике?  Чему равно напряжение , если сопротивление равно  220 В                                                                                                                                А) 0,3 А ;  66  В   В) 18 А; 3960 Ом   С) 36 А ; 72 В  Д) 72 А; 144 В         ответ  А          

2 мин=120 с,I=   = = 0,3 А, U=I66 B

Дескрипторы:- Переводит минуты в секунды.                                                                                                                  -Записывает формулу  силы тока                                                                                                                                    -Правильно вычисляет силу тока                                                                                                                                          -Правильно выражает из формулы закона Ома напряжение                                                                                               — Правильно вычисляет напряжение                                                                                                                                        Дополнительное задание  4) начертить схему электрической цепи, состоящей из источника тока, лампочки, ключа, амперметра,  вольтметра, звонка.

 

 

Electric Current — The Physics Hypertextbook

Обсуждение

определений

текущий

Электрический ток определяется как скорость, с которой заряд протекает через поверхность (например, поперечное сечение провода). Несмотря на то, что оно относится ко многим различным вещам, слово ток часто используется само по себе вместо более длинного, более формального «электрического тока». Прилагательное «электрический» подразумевается контекстом описываемой ситуации.Фраза «ток через тостер», несомненно, относится к потоку электронов через нагревательный элемент, а не к потоку ломтиков хлеба через прорези.

Как и все величины, определяемые как скорость, есть два способа записать определение электрического тока — средний ток для тех, кто заявляет о незнании вычислений…

и мгновенный ток для тех, кто не боится вычислений…

I = q = dq
т дт

Единицей измерения тока является ампер [A], названная в честь французского ученого Андре-Мари Ампера (1775–1836).В письменных языках без диакритических букв (а именно в английском) принято писать единицу измерения как ампер , а при неформальном общении сокращать это слово до amp . У меня нет проблем с любым из этих вариантов написания. Только не используйте заглавную букву «А» в начале. Ампер относится к физику, а ампер (или ампер, или ампер) относится к единице.

Поскольку заряд измеряется в кулонах, а время измеряется в секундах, ампер равняется кулону в секунду.



А = С

с

Элементарный заряд определен как ровно…

e = 1,602176634 × 10 −19 C

Число элементарных зарядов в кулонах будет обратной величине этого числа — повторяющейся десятичной дроби с периодом в 778 716 цифр. Я напишу первые 19 цифр, это максимум, что я могу написать (поскольку произвольных долей элементарного заряда не существует).

C ≈ 6,241,509,074,460,762,607 e

А потом напишу еще раз с более разумным количеством цифр, чтобы было легче читать.

C ≈ 6,2415 × 10 18 e

Ток в один ампер — это передача примерно 6,2415 × 10 18 элементарных зарядов в секунду. Для любителей случайностей это примерно десять микромолей.

плотность тока

Когда я визуализирую ток, я вижу, как что-то движется.Я вижу, как они движутся в определенном направлении. Я вижу вектор. Я вижу не то. Ток не является векторной величиной, несмотря на мою хорошо развитую научную интуицию. Ток — это скаляр. И причина в том … потому что это так.

Но подождите, становится еще страннее. Отношение силы тока к площади для данной поверхности называется плотностью тока.

Единица измерения плотности тока — ампер на квадратный метр , не имеющая специального названия.



А = А

м 2 м 2

Несмотря на то, что это отношение двух скалярных величин, плотность тока является вектором.И причина в том, что это так.

Ну… на самом деле, это потому, что плотность тока определяется как произведение плотности заряда и скорости для любого места в космосе…

Дж = ρ v

Два уравнения эквивалентны по величине, как показано ниже.

Дж = ρ в
Дж = q DS = с dq = 1 Я
В дт SA дт А
Дж = I
А

Есть еще кое-что, что нужно учесть.

I = JA = ρ v A

Читатели, знакомые с механикой жидкостей, могли бы узнать правую часть этого уравнения, если бы оно было написано немного иначе.

I = ρ Av

Это произведение является величиной, которая остается постоянной в уравнении неразрывности массы .

ρ 1 A 1 v 1 = ρ 2 A 2 v 2

Точно такое же выражение применяется к электрическому току с символом ρ, меняющим значение между контекстами.В механике жидкости ρ обозначает массовую плотность, а в электрическом токе — плотность заряда.

микроскопическое описание

Ток — это поток заряженных частиц. Это дискретные сущности, а значит, их можно сосчитать.

Н = Н / В

q = нкВ

В = Ad = Av т

I = q = nqAv т
т т

I = нкАв

Аналогичное выражение можно записать для плотности тока.Вывод начинается в скалярной форме, но в окончательном выражении используются векторы.

Дж = нк в

твердых

проводимость и валентные электроны, проводники и изоляторы

Дрейфовое движение, наложенное на тепловое движение

Увеличить

Мостовой текст.

Тепловая скорость электронов в проводе довольно высока и случайным образом изменяется из-за столкновений атомов.Поскольку изменения хаотичны, средняя скорость равна нулю.

Когда провод помещается в электрическое поле, свободные электроны равномерно ускоряются в промежутках между столкновениями. Эти периоды ускорения поднимают среднюю скорость выше нуля. (Эффект на этой диаграмме сильно преувеличен.)

тепловая скорость электрона в меди при комнатной температуре (классическое приближение)…

v среднеквадратичное значение = √ 3 (1.38 × 10 −23 Дж / К) (300 К)
(9,11 × 10 −31 кг)
v среднеквадратичное значение 100 км / с

Ферми-скорость электрона в меди (квантовая величина)…

v fermi = √ 2 E Ферми
м e
v fermi = √ 2 (7.00 эВ) (1,60 × 10 −19 Дж / эВ)
(9,11 × 10 −31 кг)
v fermi 1500 км / с

Скорость дрейфа электрона на 10 м медного провода, подключенного к автомобильному аккумулятору 12 В при комнатной температуре (среднее время свободного пробега между столкновениями при комнатной температуре τ = 3 × 10 −14 с)…

v дрейф = 1 v = 1 а τ = 1 Ф τ = 1 eE τ
2 2 2 м e 2 м e
v дрейф = (1.60 × 10 −19 C) (12 В) (3 × 10 −14 с)
2 (10 м) (9,11 × 10 −31 кг)
v смещение 3 мм / с

Тепловая скорость на несколько порядков превышает скорость дрейфа в типичной проволоке. Время на прохождение круга — около часа.

жидкости

ионы, электролиты

газы

ионов, плазма

  • 14:02 — Отключение линии электропередачи на юго-западе Огайо
    4. Стюарт — Атланта 345 кВ
    Эта линия является частью пути передачи из юго-западного Огайо в северный Огайо. Он отключился от системы из-за возгорания кисти под частью линии. Горячие газы от пожара могут ионизировать воздух над линией электропередачи, заставляя воздух проводить электричество и закорачивать проводники.
    Источник

исторический

Символ I был выбран французским физиком и математиком Андре-Мари Ампером для обозначения силы тока силы тока.

Увеличить
Pour exprimer en nombre l’intensité d’un courant quelconque, on Concevra qu’on ait choisi un autre courant арбитражер для сравнения терминов…. Désignant donc par i et i раппортов интенсивных деяний двух партнеров, не связанных с интенсивностью, связанной с объединением…. Чтобы выразить интенсивность силы тока в виде числа, предположим, что для сравнения выбран другой произвольный ток…. Используем i и i для отношения интенсивностей двух заданных токов к силе опорного тока, взятого за единицу….
Андре-Мари Ампер, 1826 Андре-Мари Ампер, 1826 г. (платная ссылка)

Термин «интенсивность» теперь не имеет никакого отношения к физике. Ток — это скорость, с которой заряд протекает через поверхность любого размера — например, клеммы батареи или штыри электрической вилки. Интенсивность — это средняя мощность на единицу площади, передаваемая каким-либо явлением излучения — например, звуком оживленного шоссе, светом Солнца или частицами брызг, испускаемыми радиоактивным источником.Ток и интенсивность теперь — разные величины с разными единицами измерения и разным использованием, поэтому (конечно) они используют одинаковые символы.

текущий интенсивность
I = q

А = С

т с
I = п.

Вт

А м 2

Начало таблицы

  • 12000 А ток через магниты LHC в ЦЕРН

Электрический ток: определение, единица, формула, типы (с примерами)

Обновлено 28 декабря 2020 г.

Автор: Кевин Beck

Электрический заряд: Какую автоматическую реакцию вызывает эта фраза, когда вы ее читаете? Может быть, ощущение покалывания или образ молнии, раскалывающего небо? Красочный дисплей мигающих огней в таком городе, как Париж или Лас-Вегас? Возможно, даже насекомое, которое каким-то образом светится в темноте, пробираясь через ваш лагерь?

До недавних столетий ученые не только не имели возможности измерить скорость света, но и не знали, какие физические явления лежат в основе того, что сейчас известно как «электричество».В 1800-х годах физики впервые узнали о мельчайших частицах, участвующих в потоке тока (свободные электроны), а также о природе сил, заставляющих их двигаться. Было ясно, что электричество может принести значительную пользу, если оно может быть безопасно «изготовлено» или «захвачено», а электрическая энергия используется для выполнения работы.

Поток электрического заряда легко возникает в веществах, классифицируемых как проводящие материалы , тогда как в изоляторах ему препятствуют.В металлическом проводе, таком как медный провод, например, можно создать разность потенциалов на концах провода, вызывая поток заряда и создавая ток.

Определение электрического тока

Электрический ток — это средняя скорость потока электрического заряда (то есть заряда в единицу времени) через точку в пространстве. Этот заряд переносится электронами , движущимися по проводу в электрической цепи.Чем больше электронов проходит через эту точку за секунду, тем больше величина тока.

Единицей силы тока в системе СИ является ампер (А), часто неофициально называемый «ампер». Сам электрический заряд измеряется в кулонах (Кл).

  • Заряд одного электрона составляет -1,60 × 10 -19 Кл, а заряд протона равен по величине, но положительный знак . Это число считается фундаментальным зарядом e .Таким образом, основная единица ампер — кулоны в секунду (Кл / с).

По соглашению, электрический ток течет в направлении, противоположном потоку электронов . Это связано с тем, что направление тока было описано до того, как ученые узнали, какие носители заряда двигались под действием электрического поля. Для всех практических целей положительные заряды, движущиеся в положительном направлении, дают тот же физический (вычислительный) результат, что и отрицательные заряды, движущиеся в отрицательном направлении, когда дело касается электрического тока.

Электроны движутся к положительному выводу в электрической цепи. Таким образом, поток электронов или движущийся заряд находится далеко от отрицательного вывода. Движение электронов в медной проволоке или другом проводящем материале также создает магнитное поле , направление и величина которого определяются направлением электрического тока и, следовательно, движением электронов; это принцип, на котором построен электромагнит .

Формула электрического тока

Для базового сценария обычного тока заряда, движущегося по проводу, формула для тока имеет вид:

I = neAv_d

, где n — количество зарядов на кубический метр (м 3 ), e — основной заряд, A — площадь поперечного сечения провода, а v d скорость дрейфа .

Хотя ток имеет как величину, так и направление, это скалярная величина, а не векторная величина, поскольку она не подчиняется законам сложения векторов.

Формула закона Ома

Закон Ома дает формулу для определения тока, который будет протекать через проводник:

I- \ frac {V} {R}

где V — напряжение или разность электрических потенциалов , измеренная в вольтах, а R — электрическое сопротивление току, измеренное в Ом (Ом).

Подумайте о напряжении как о «тянущей силе» (хотя эта «электродвижущая сила» не является буквально силой), специфичной для электрических зарядов. Когда противоположные заряды разделены, они притягиваются друг к другу таким образом, что уменьшается с увеличением расстояния между ними. Это примерно аналог гравитационной потенциальной энергии в классической механике; гравитация «хочет» падения высоких предметов на Землю, а напряжение «хочет», чтобы разделенные (противоположные) заряды столкнулись вместе.

Значение напряжения

Вольт эквивалентно джоулям на кулон, или Дж / Кл.Таким образом, у них есть единицы энергии на единицу заряда. Таким образом, текущее умножение на напряжение дает единицы (Кл / с) (Дж / Кл) = (Дж / с), которые переводятся в единицы (в данном случае электрической) мощности:

P = IV

Объединение этого с законом Ома дает переходят к другим полезным математическим соотношениям, связанным с протеканием тока: P = I 2 R и P = V 2 / R. Они показывают, среди прочего, что при фиксированном уровне тока мощность пропорциональна сопротивлению, тогда как при фиксированном напряжении мощность составляет обратно пропорционально сопротивлению .

В то время как движущиеся заряды (ток) индуцируют магнитное поле, магнитное поле само может индуцировать напряжение в проводе.

Типы тока

  • Постоянный ток (DC): Это происходит, когда все электроны непрерывно текут в одном направлении. Это тип тока в цепи, подключенной к стандартной батарее. Батареи, конечно, могут поставлять и поставляют лишь исчезающе малое количество энергии, необходимой для питания человеческой цивилизации, хотя постоянно совершенствующиеся технологии в области солнечных элементов сулят более высокий потенциал для хранения энергии.
  • Переменный ток (AC): Здесь электроны колеблются взад и вперед (в некотором смысле «покачиваются») очень быстро. Этот тип тока часто легче генерировать на электростанции, и он также приводит к меньшим потерям энергии на большом расстоянии, поэтому он является стандартом, используемым сегодня. Все лампочки и другие электроприборы в стандартном доме начала 21 века питаются от сети переменного тока.

При переменном токе напряжение изменяется синусоидальным образом и задается в любой момент времени t выражением V = V 0 sin (2πft), где V 0 — начальное напряжение, а f — частота или количество полных циклов напряжения (от максимального до минимального и обратного к максимальному значению) в каждую секунду.

Измерение тока

Амперметр — это устройство, которое используется для измерения тока путем последовательного, а не параллельного, подключения в электрическую цепь. (Параллельная схема имеет несколько проводов между соединениями — другими словами, у источника питания, конденсаторов и резисторов — в цепи.) Принцип ее работы основан на том, что ток одинаков во всех частях провода между двумя соединениями.

Амперметр имеет известное низкое внутреннее сопротивление и настроен на полное отклонение (FSD) на при заданном уровне тока, часто равном 0.015 А или 15 мА. Если вы знаете напряжение и управляете сопротивлением с помощью функции шунтирующего сопротивления амперметра, вы можете определить ток; вы знаете, какое значение тока должно быть , используя закон Ома.

Примеры электрического тока

1. Вычислите скорость дрейфа электронов в цилиндрическом медном проводе радиусом 1 мм (0,001 м), по которому течет ток 15 А, учитывая, что для меди n = 8,342 × 10 28 э / м 3 .{-4} \ text {m / s}

  • Отрицательный знак указывает, что направление противоположно направлению тока, как и ожидалось для электронов.

2. Найдите ток I в цепи на 120 В, в которой последовательно подключены резисторы 2 Ом, 4 Ом и 6 Ом.

Последовательные резисторы являются просто аддитивными (в параллельных цепях сумма общего сопротивления является суммой обратных величин отдельных значений сопротивления). Таким образом:

I = \ frac {V} {R} = \ frac {120} {2 + 4 + 6} = 10 \ text {A}

3.2 \ times 15 = 6000 \ text {W} \ text {и} V = IR = 20 \ times 15 = 300 \ text {V}

Веб-сайт Физического класса

Электрические схемы: обзор набора проблем

Этот набор из 34 задач нацелен на вашу способность определять такие параметры цепи, как ток, сопротивление, разность электрических потенциалов, мощность и электрическая энергия, на основе словесных описаний и диаграмм физических ситуаций, относящихся к электрическим цепям.Проблемы варьируются по сложности от очень простых и простых до очень сложных и сложных. Более сложные задачи обозначены цветом , синие задачи .

Текущий

Когда заряд течет по проводам электрической цепи , считается, что в проводах существует ток. Электрический ток — это измеримое понятие, которое определяется как скорость , с которой заряд проходит через точку в цепи.Его можно определить, измерив количество заряда, протекающего по площади поперечного сечения провода в цепи. Как величина скорости, ток (I) выражается следующим уравнением

I = Q / т

где Q — количество заряда, протекающего через точку за период времени t. Стандартной метрической единицей измерения величины тока является ампер, часто сокращенно Ампер или А. Ток в 1 ампер эквивалентен 1 кулону заряда, протекающего через точку за 1 секунду.Поскольку количество заряда, проходящего через точку в цепи, связано с количеством мобильных носителей заряда (электронов), которые проходят через эту точку, ток также может быть связан с количеством электронов и временем. Чтобы установить связь между током и числом электронов, нужно знать количество заряда на одном электроне.

Q электрон = 1,6 x 10 -19 C

Сопротивление

Когда заряд течет по цепи, он встречает сопротивление или препятствие для его прохождения.Как и ток, сопротивление — это измеримый термин. Величина сопротивления, обеспечиваемого сечением провода, зависит от трех переменных — материала, из которого сделан провод, длины провода и площади поперечного сечения провода. Одним из физических свойств материала является его удельное сопротивление — мера тенденции этого материала сопротивляться прохождению заряда через него. Значения удельного сопротивления для различных проводящих материалов обычно указаны в учебниках и справочниках. Зная значение удельного сопротивления (ρ) материала, из которого состоит провод, а также его длину (L) и площадь поперечного сечения (A), его сопротивление (R) можно определить с помощью приведенного ниже уравнения.

R = ρ • L / A

Стандартная метрическая единица измерения сопротивления — Ом (сокращенно греческой буквой Ом ).

Основная трудность при использовании приведенного выше уравнения связана с единицами выражения различных величин. Удельное сопротивление (ρ) обычно выражается в Ом • м. Таким образом, длина должна быть выражена в метрах, а площадь поперечного сечения — в метрах 2 . Многие провода круглые и имеют круглое сечение.Таким образом, площадь поперечного сечения в приведенном выше уравнении можно рассчитать, зная радиус или диаметр провода, используя формулу для площади круга.

A = π • R 2 = π • D 2 /4

Соотношение напряжение-ток-сопротивление

Величина тока, протекающего в цепи, зависит от двух переменных. Ток обратно пропорционален общему сопротивлению (R) цепи и прямо пропорционален разности электрических потенциалов, приложенной к цепи.Разность электрических потенциалов (ΔV), приложенная к цепи, — это просто напряжение, подаваемое источником энергии (батареи, розетки и т. Д.). Для домов в США это значение близко к 110–120 вольт. Математическая взаимосвязь между током (I), напряжением и сопротивлением выражается следующим уравнением (которое иногда называют уравнением закона Ома ).

Мощность

Электрические схемы — это энергия.Энергия включается в цепь аккумулятором или коммерческим поставщиком электроэнергии. Элементы схемы (освещение, обогреватели, двигатели, холодильники и даже провода) преобразуют эту электрическую потенциальную энергию в другие формы энергии, такие как световая энергия, звуковая энергия, тепловая энергия и механическая энергия. Мощность означает скорость, с которой энергия передается или преобразуется устройством или цепью. Это скорость, с которой энергия теряется или приобретается в любом заданном месте в цепи.Таким образом, общее уравнение мощности —

P = ΔE / т

Потеря (или усиление) энергии — это просто произведение разности электрических потенциалов между двумя точками и количества заряда, который перемещается между этими двумя точками за период времени t. Таким образом, потеря (или усиление) энергии равна просто ΔV • Q. Когда это выражение подставляется в вышеприведенное уравнение, уравнение мощности становится

P = ΔV • Q / т

Поскольку отношение Q / t, найденное в приведенном выше уравнении, равно току (I), приведенное выше уравнение также можно записать как

P = ΔV • I

Комбинируя уравнение закона Ома с приведенным выше уравнением, можно получить два других уравнения мощности.Их

P = I 2 • R P = ΔV 2 / R

Стандартная метрическая единица измерения мощности — Вт . В единицах измерения ватт эквивалентен усилителю • Вольт, усилителю 2 • Ом и вольт 2 / Ом.

Затраты на электроэнергию

Коммерческая энергетическая компания взимает с домохозяйств ежемесячную плату за поставленную электроэнергию.В счете за услуги обычно указывается количество энергии, потребленной в течение месяца, в единицах киловатт • часов . Эта единица — единица мощности, умноженная на единицу времени, — это единица энергии. Домохозяйство обычно оплачивает счет на основе количества кВт • ч электроэнергии, потребленной в течение месяца. Таким образом, задача определения стоимости использования конкретного прибора в течение заданного периода времени довольно проста. Сначала необходимо определить мощность и преобразовать ее в киловатты.Затем эту мощность необходимо умножить на время использования в часах, чтобы получить потребляемую энергию в единицах кВт • час. Наконец, это количество энергии необходимо умножить на стоимость электроэнергии в соотношении $ / кВт • час, чтобы определить стоимость в долларах.

Эквивалентное сопротивление

Довольно часто в цепи используется более одного резистора. Хотя каждый резистор имеет собственное индивидуальное значение сопротивления, общее сопротивление цепи отличается от сопротивления отдельных резисторов, составляющих цепь.Величина, известная как эквивалентное сопротивление , указывает полное сопротивление цепи. Концептуально эквивалентное сопротивление — это сопротивление, которое один резистор будет иметь, чтобы оказывать такое же общее влияние на сопротивление, как и комбинация резисторов, которые присутствуют. Таким образом, если в схеме есть три резистора с эквивалентным сопротивлением 25 Ом, то один резистор на 25 Ом может заменить три отдельных резистора и оказать влияние на схему, эквивалентное .Значение эквивалентного сопротивления (R экв. ) учитывает индивидуальные значения сопротивления резисторов и способ их подключения.

Есть два основных способа включения резисторов в электрическую цепь. Их можно подключить последовательно или параллельно . Резисторы, которые соединены последовательно, подключаются последовательно, так что весь заряд, который проходит через первый резистор, также проходит через другие резисторы.При последовательном соединении весь заряд, протекающий по цепи, проходит через все отдельные резисторы. Таким образом, эквивалентное сопротивление последовательно соединенных резисторов является суммой значений отдельных сопротивлений этих резисторов.

R экв = R 1 + R 2 + R 3 +… (последовательные соединения)

Параллельно подключенные резисторы подключаются бок о бок, так что заряд, приближающийся к резисторам, разделяется на два или более разных пути.Параллельно подключенные резисторы характеризуются наличием участков разветвления, в которых заряд разветвляется по разным путям. Заряд, который проходит через один резистор, не проходит через другие резисторы. Эквивалентное сопротивление параллельно включенных резисторов меньше значений сопротивлений всех отдельных резисторов в цепи. Хотя это может быть не совсем интуитивно понятным, уравнение эквивалентного сопротивления параллельно соединенных резисторов дается уравнением с несколькими взаимными членами.

1 / R eq = 1 / R 1 + 1 / R 2 + 1 / R 3 +… (параллельное соединение)

Анализ последовательной цепи

Некоторые проблемы второй половины этого набора относятся к последовательным цепям. Нередко проблема сопровождается рисунком или схематической диаграммой, показывающей расположение батарей и резисторов. Чертеж и соответствующая принципиальная схема ниже представляют последовательную цепь, питаемую тремя ячейками и имеющую три последовательно соединенных резистора (лампочки).

Если представить себе заряд, покидающий положительный полюс батареи и следующий по своему пути, когда он пересекает полный контур, становится очевидным, что заряд проходит через все резисторы последовательно. Таким образом, он соответствует критериям последовательной цепи. Знание того, что схема является последовательной, позволяет связать общее или эквивалентное сопротивление цепи с отдельными значениями сопротивления с помощью уравнения эквивалентного сопротивления, описанного выше.

R экв = R 1 + R 2 + R 3 +… (последовательные соединения)

Ток последовательной цепи в резисторах такой же, как и в батарее. Поскольку нет ответвлений в местах, где заряд разделяется на пути, можно сказать, что ток в батарее равен току в резисторе 1, равен току в резисторе 2 и равен току в резисторе 3 .. … В форме уравнения можно записать, что

I аккумулятор = I 1 = I 2 = I 3 =… (последовательные цепи)

Когда заряд проходит через резисторы в последовательной цепи, происходит падение электрического потенциала, когда он проходит через каждый резистор.Это падение электрического потенциала на каждом резисторе определяется током через резистор и сопротивлением резистора. Это согласуется с уравнением закона Ома, описанным выше (ΔV = I • R). Поскольку ток (I) в каждом отдельном резисторе одинаков, логично сделать вывод, что резисторы с наибольшим сопротивлением (R) будут иметь наибольшую разность электрических потенциалов (ΔV), приложенную к ним.

Разность электрических потенциалов на отдельных резисторах цепи часто называют падением напряжения .Эти падения напряжения последовательно соединенных резисторов математически связаны с электрическим потенциалом или номинальным напряжением элементов или батареи, которые питают цепь. Если заряд приобретает 12 В электрического потенциала при прохождении через батарею электрической цепи, то он теряет 12 В при прохождении через внешнюю цепь. Это падение электрического потенциала на 12 В является результатом серии отдельных падений электрического потенциала, когда он проходит через отдельные резисторы последовательной цепи.Эти отдельные падения напряжения (разность электрических потенциалов) в сумме дают общее падение напряжения в цепи. В форме уравнения можно сказать, что

ΔV аккумулятор = ΔV 1 + ΔV 2 + ΔV 3 +… (последовательные цепи)

где ΔV аккумулятор — это электрический потенциал, накопленный в аккумуляторе, а ΔV 1 , ΔV 2 и ΔV 3 — это падения напряжения (или разности электрических потенциалов) на отдельных резисторах.

Более подробное и исчерпывающее обсуждение последовательных схем и их анализа можно найти в учебном пособии по физике.

Анализ параллельных цепей

Самые последние проблемы в этом наборе относятся к параллельным цепям. Опять же, нет ничего необычного в том, что проблема сопровождается рисунком или схематической диаграммой, показывающей расположение батарей и резисторов.Чертеж и соответствующая принципиальная схема ниже представляют собой параллельную цепь с питанием от трех ячеек и имеющую три параллельно соединенных резистора (лампочки).

Если представить заряд, покидающий положительный полюс батареи и следующий по своему пути, когда он проходит через полный контур, становится очевидным, что заряд достигает места разветвления до достижения резистора. В месте разветвления, которое иногда называют узлом, заряд проходит по одному из трех возможных путей через резисторы.Вместо того, чтобы проходить через каждый резистор, один заряд будет проходить через единственный резистор во время полного цикла вокруг цепи. Таким образом, он соответствует критериям параллельной цепи. Знание того, что схема является параллельной, позволяет связать общее или эквивалентное сопротивление цепи с отдельными значениями сопротивления с помощью уравнения эквивалентного сопротивления, описанного выше.

1 / R eq = 1 / R 1 + 1 / R 2 + 1 / R 3 +… (параллельное соединение)

В месте разветвления заряд разделяется на отдельные пути.Таким образом, ток в отдельных путях будет меньше, чем ток вне путей. Общий ток в цепи и ток в батарее равны сумме тока в отдельных цепях. В форме уравнения можно записать, что

I аккумулятор = I 1 + I 2 + I 3 +… (параллельные цепи)

Текущие значения этих отдельных ветвей контролируются двумя величинами — сопротивлением резистора в ветви и разностью электрических потенциалов (ΔV), приложенной к ветви.В соответствии с уравнением закона Ома, рассмотренным выше, можно сказать, что ток в ветви 1 равен разности электрических потенциалов на ветви 1, деленной на сопротивление ветви 1. Аналогичные утверждения можно сделать и для других ветвей. В форме уравнения можно сказать, что

I 1 = ΔV 1 / R 1 I 2 = ΔV 2 / R 2 I 3 = ΔV 3 / R 3

Эклектические разности потенциалов (ΔV 1 , ΔV 2 и ΔV 3 ) на отдельных резисторах часто называют падениями напряжения.Подобно последовательным цепям, любой заряд, покидающий батарею, должен испытывать такое же падение напряжения, как и усиление, которое он получает при прохождении через батарею. Но в отличие от последовательных цепей, в параллельной цепи заряд проходит только через один резистор. Таким образом, падение напряжения на этом резисторе должно равняться разности электрических потенциалов на батарее. В форме уравнения можно сказать, что

ΔV аккумулятор = ΔV 1 = ΔV 2 = ΔV 3 +… (параллельные цепи)

где ΔV аккумулятор — это электрический потенциал, накопленный в аккумуляторе, а ΔV 1 , ΔV 2 и ΔV 3 — это падения напряжения (или разности электрических потенциалов) на отдельных резисторах.

Более подробное и исчерпывающее обсуждение параллельных схем и их анализа можно найти в Учебном пособии по физике.

Привычки эффективно решать проблемы

Эффективный решатель проблем по привычке подходит к физической проблеме таким образом, который отражает набор дисциплинированных привычек. Хотя не все эффективные специалисты по решению проблем используют один и тот же подход, все они имеют общие привычки.Эти привычки кратко описаны здесь. Эффективное решение проблем …

  • … внимательно читает задачу и создает мысленную картину физической ситуации. При необходимости они набрасывают простую схему физической ситуации, чтобы помочь визуализировать ее.
  • … идентифицирует известные и неизвестные величины и записывает их в организованном порядке, часто записывая их на самой диаграмме. Они приравнивают заданные значения к символам, используемым для представления соответствующей величины (например,г., ΔV = 9,0 В; R = 0,025 Ом; Я = ???).
  • … строит стратегию решения неизвестной величины; стратегия, как правило, сосредоточена вокруг использования физических уравнений и во многом зависит от понимания принципов физики.
  • … определяет подходящую (ые) формулу (ы) для использования, часто записывая их. При необходимости они выполняют необходимое преобразование количеств в правильные единицы.
  • … выполняет подстановки и алгебраические манипуляции, чтобы найти неизвестную величину.

Подробнее …

Дополнительная литература / Учебные пособия:

Следующие страницы Учебного пособия по физике могут быть полезны для того, чтобы помочь вам понять концепции и математику, связанные с этими проблемами.

Набор проблем электрических цепей

Просмотреть набор задач

Электрические схемы Решения с аудиогидом

Просмотрите аудиогид решения проблемы:
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34

Regents Physics Электрический ток

Расход заряда

Электрический ток — это поток заряда, так же как потоки воды — это поток молекул воды.Молекулы воды имеют тенденцию течь из областей с высокой потенциальной гравитационной энергией в области с низкой гравитационной потенциальной энергией. Электрические токи текут от высокого электрического потенциала к низкому электрическому потенциалу . И чем больше разница между высоким и низким потенциалом, тем больше тока течет!

В большинстве электрических токов движущиеся заряды представляют собой отрицательные электроны. Однако по историческим причинам, восходящим к Бену Франклину, мы говорим, что условных токов, протекающих в направлении положительных зарядов, переместятся на .Хотя это неудобно, довольно легко оставаться прямо, если вы просто помните, что действительные движущиеся заряды, электроны, текут в направлении, противоположном направлению электрического тока. Имея это в виду, мы можем утверждать, что положительный ток течет от высокого потенциала к низкому потенциалу , даже если носители заряда (электроны) фактически текут от низкого потенциала к высокому.

Электрический ток (I) измеряется в амперах, (A), или амперах, и может быть рассчитан путем нахождения общего количества заряда (q) в кулонах, которое проходит через определенную точку за данный момент времени (t).Следовательно, электрический ток можно рассчитать как:

Вопрос: Заряд 30 кулонов проходит через Резистор 24 Ом за 6,0 сек. Что это ток через резистор?

Ответ:

Сопротивление

Как мы узнали ранее, электрические заряды могут легко перемещаться в одних материалах (проводниках) и менее свободно в других (изоляторах). Мы описываем способность материала проводить электрический заряд как проводимость .Хорошие проводники обладают высокой проводимостью. Электропроводность материала зависит от:

  1. Плотность бесплатных зарядов, доступных для перемещения
  2. Подвижность этих бесплатных зарядов

Аналогичным образом мы описываем способность материала противостоять движению электрического заряда с помощью сопротивления , обозначенного греческой буквой ро (). Удельное сопротивление измеряется в ом-метрах, которые представлены греческой буквой омега, умноженной на метры (• м). И проводимость, и удельное сопротивление являются свойствами материала.

Когда объект создается из материала, тенденция материала проводить электричество или проводимость зависит от проводимости материала, а также от формы материала. Например, полая цилиндрическая труба имеет более высокую проводимость воды, чем цилиндрическая труба, заполненная ватой. Однако форма трубы также играет роль. Очень толстая, но короткая труба может пропускать много воды, но очень узкая и очень длинная труба не может проводить столько воды. И геометрия объекта, и состав объекта влияют на его проводимость .

Сосредоточившись на способности объекта сопротивляться потоку электрического заряда, мы обнаруживаем, что объекты, сделанные из материалов с высоким удельным сопротивлением, имеют тенденцию препятствовать прохождению электрического тока и имеют высокое сопротивление . Кроме того, материалы, имеющие форму длинных и тонких объектов, также увеличивают электрическое сопротивление объекта. Наконец, объектов обычно демонстрируют более высокое удельное сопротивление при более высоких температурах . Мы объединили все эти факторы, чтобы описать сопротивление объекта потоку электрического заряда.Сопротивление — это функциональное свойство объекта, которое описывает способность объекта препятствовать прохождению через него заряда. Единицы сопротивления — Ом ().

Для любой заданной температуры мы можем рассчитать электрическое сопротивление объекта в Ом, используя следующую формулу, которую можно найти в справочной таблице.

В этой формуле R — сопротивление объекта, в Ом (), rho () — удельное сопротивление материала, из которого сделан объект, в Ом * метрах (• м), L — длина объекта в метрах, а A — площадь поперечного сечения объекта в метрах в квадрате.Обратите внимание, что таблица удельного сопротивления материалов для постоянной температуры дана вам в справочной таблице!

Давайте попробуем на примере задачи вычислить электрическое сопротивление объекта:

Вопрос: Провод длиной 3,50 метра с площадью поперечного сечения
3,14 × 10 –6 м 2 при 20 ° Цельсия имеет сопротивление 0,0625. Определите удельное сопротивление проволоки и материала, из которого она изготовлена.

Ответ:

Закон Ома

Если сопротивление препятствует прохождению тока, а разность потенциалов способствует прохождению тока, имеет смысл только то, что эти величины должны быть каким-то образом связаны.Джордж Ом изучил и количественно определил эти отношения для проводников и резисторов по известной формуле, ныне известной как закон Ома :

.

Закон Ома может иметь более качественный смысл, если мы немного его изменим:

Теперь легко увидеть, что ток, протекающий через проводник или резистор (в амперах), равен разности потенциалов на объекте (в вольтах), деленной на сопротивление объекта (в омах). Если вы хотите, чтобы протекал большой ток, вам потребуется большая разность потенциалов (например, большая батарея) и / или очень маленькое сопротивление.

Вопрос: Ток в проводе 24 ампера при подключении к 1,5 вольт аккумулятор. Найдите сопротивление провода.

Ответ:

Примечание: Закон Ома на самом деле не является законом физики — не все материалы подчиняются этому соотношению. Однако это очень полезная эмпирическая зависимость, которая точно описывает ключевые электрические характеристики проводников и резисторов. Один из способов проверить, является ли материал омическим (если он соответствует закону Ома), — это построить график зависимости напряжения отток через материал. Если материал подчиняется закону Ома, вы получите линейную зависимость, а наклон линии равен сопротивлению материала.


Электрические схемы

Электрическая цепь представляет собой замкнутый контур, по которому может течь ток. Электрическая цепь может состоять практически из любых материалов (включая людей, если мы не будем осторожны!), Но практически говоря, они обычно состоят из электрических устройств, таких как провода, батареи, резисторы и переключатели.Обычный ток будет проходить по полному замкнутому контуру (замкнутая цепь) от высокого потенциала к низкому, поэтому электроны фактически текут в противоположном направлении, от низкого потенциала к высокому. Если путь не является замкнутым контуром (разомкнутым контуром), заряд не будет течь.

Электрические цепи, представляющие собой трехмерные конструкции, обычно представляются в двух измерениях с помощью диаграмм, известных как принципиальные схемы. Эти схемы представляют собой упрощенные стандартизованные представления, в которых общие элементы схемы представлены определенными символами, а провода, соединяющие элементы в схеме, представлены линиями.Условные обозначения основных схем показаны в Справочной таблице по физике.

Для протекания тока по цепи необходим источник разности потенциалов. Типичными источниками разности потенциалов являются гальванические элементы, батареи (состоящие из двух или более элементов, соединенных вместе) и источники питания (напряжения). В общей терминологии мы часто называем гальванические элементы батареями. Рисуя элемент или батарею на принципиальной схеме, помните, что более длинная сторона символа — это положительный полюс.

Электрические цепи должны образовывать полный проводящий путь для протекания тока. В примере схемы, показанной ниже слева, цепь является неполной, потому что переключатель разомкнут, поэтому ток не будет течь, и лампа не будет гореть. Однако в схеме внизу справа переключатель замкнут, образуя контур замкнутого контура. Пойдет ток, и лампа загорится.

Обратите внимание, что на рисунке справа обычный ток будет течь от положительного к отрицательному, создавая путь тока в цепи по часовой стрелке.Однако настоящие электроны в проводе движутся в противоположном направлении или против часовой стрелки.


Вольтметры

Вольтметры — это инструменты, используемые для измерения разности потенциалов между двумя точками в цепи. Вольтметр подключается параллельно измеряемому элементу, что означает создание пути переменного тока вокруг измеряемого элемента и через вольтметр. Вы правильно подключили вольтметр, если вы можете удалить вольтметр из цепи, не разрывая цепь.На схеме справа вольтметр подключен для правильного измерения разности потенциалов на лампе. Вольтметры имеют очень высокое сопротивление, чтобы минимизировать ток, протекающий через вольтметр, и влияние вольтметра на цепь.


Амперметры

Амперметры — это инструменты, используемые для измерения тока в цепи. Амперметр включен последовательно со схемой, так что измеряемый ток протекает непосредственно через амперметр. Чтобы правильно вставить амперметр, цепь должна быть разомкнута.Амперметры имеют очень низкое сопротивление, чтобы минимизировать падение потенциала через амперметр и воздействие амперметра на цепь, поэтому включение амперметра в цепь параллельно может привести к очень высоким токам и может вывести из строя амперметр. На схеме справа амперметр подключен правильно для измерения тока, протекающего по цепи.

Вопрос: На электрической схеме справа возможно расположение амперметра и вольтметра обозначены кружками 1, 2, 3 и 4.Где должен быть расположен амперметр? правильно измерить полный ток и где должен ли вольтметр быть правильно расположен измерить общее напряжение?

Ответ: Для измерения полного тока амперметр должен быть помещен в положение 1, так как весь ток в цепи должен проходить через этот провод, а амперметры всегда подключаются последовательно.

Для измерения общего напряжения в цепи вольтметр можно установить в положение 3 или 4.Вольтметры всегда размещаются параллельно с анализируемым элементом схемы, а позиции 3 и 4 эквивалентны, потому что они соединены проводами (а потенциал всегда одинаков в любом месте идеального провода).

Энергия и мощность

Так же, как механическая мощность — это скорость, с которой расходуется механическая энергия, электрическая мощность — это скорость, с которой расходуется электрическая энергия. Ранее мы узнали, что когда вы работаете над чем-то, вы изменяете его энергию, и что электрическая работа или энергия равны разнице между зарядом и потенциалом.Следовательно, мы можем записать наше уравнение для электрической мощности как:

Однако мы также знаем, что количество заряда, перемещающегося за точку за данную единицу времени, является текущим, поэтому мы можем продолжить наш вывод следующим образом:

Итак, электрическая мощность, затрачиваемая в цепи, — это электрический ток, умноженный на разность потенциалов (напряжение). Используя закон Ома, мы можем расширить его еще больше, чтобы предоставить нам несколько различных методов для расчета электрической мощности, рассеиваемой резистором:

Конечно, сохранение энергии по-прежнему применяется, поэтому энергия, используемая в резисторе, преобразуется в тепло (в большинстве случаев) и свет, или ее можно использовать для работы.Посмотрим, сможем ли мы применить эти знания на практике.

Вопрос: Тостерная печь на 110 вольт потребляет ток 6 ампер на максимальной мощности, преобразуя электрическую энергию в тепловую. Какая максимальная мощность тостера?

Ответ:

Ток и напряжение — AP Physics 1

Если вы считаете, что контент, доступный через Веб-сайт (как определено в наших Условиях обслуживания), нарушает одно или другие ваши авторские права, сообщите нам, отправив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее в информацию, описанную ниже, назначенному ниже агенту.Если репетиторы университета предпримут действия в ответ на ан Уведомление о нарушении, оно предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, которая предоставила такой контент средствами самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении прав может быть отправлено стороне, предоставившей доступ к контенту, или третьим лицам, таким как в виде ChillingEffects.org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатам), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или действие нарушает ваши авторские права.Таким образом, если вы не уверены, что контент находится на Веб-сайте или по ссылке с него нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к юристу.

Чтобы отправить уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись правообладателя или лица, уполномоченного действовать от их имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробностей, чтобы позволить репетиторам университетских школ найти и точно идентифицировать этот контент; например, мы требуем а ссылка на конкретный вопрос (а не только на название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; а также Ваше заявление: (а) вы добросовестно считаете, что использование контента, который, по вашему утверждению, нарушает ваши авторские права не разрешены законом, владельцем авторских прав или его агентом; (б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство, что вы либо владелец авторских прав, либо лицо, уполномоченное действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему уполномоченному агенту по адресу:

Чарльз Кон Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105

Или заполните форму ниже:

Электрический ток — Университетская физика, том 2

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Опишите электрический ток
  • Определите единицу измерения электрического тока
  • Объясните направление тока

До сих пор мы рассматривали в основном статические заряды.Когда заряды действительно двигались, они ускорялись в ответ на электрическое поле, создаваемое разностью напряжений. Заряды теряли потенциальную энергию и получали кинетическую энергию, когда они проходили через разность потенциалов, где электрическое поле действовало на заряд.

Хотя заряды не требуют прохождения материала, большая часть этой главы посвящена пониманию движения зарядов через материал. Скорость, с которой заряды протекают мимо места, то есть количество заряда в единицу времени, известна как электрический ток .Когда заряды протекают через среду, ток зависит от приложенного напряжения, материала, через который протекают заряды, и состояния материала. Особый интерес представляет движение зарядов в проводящем проводе. В предыдущих главах заряды ускорялись из-за силы, создаваемой электрическим полем, теряя потенциальную энергию и приобретая кинетическую энергию. В этой главе мы обсуждаем ситуацию силы, создаваемой электрическим полем в проводнике, когда заряды теряют кинетическую энергию в материале, достигая постоянной скорости, известной как « дрейфовая скорость ».Это аналогично тому, как объект, падающий через атмосферу, теряет кинетическую энергию в воздух, достигая постоянной конечной скорости.

Если вы когда-либо проходили курс по оказанию первой помощи или технике безопасности, вы, возможно, слышали, что в случае поражения электрическим током важным фактором, влияющим на силу удара и количество ударов током, является сила тока, а не напряжение. повреждение человеческого тела. Ток измеряется в единицах, называемых амперами; Возможно, вы заметили, что автоматические выключатели в вашем доме и предохранители в машине имеют номинал в амперах (или амперах).Но что такое ампер и что он измеряет?

Определение тока и ампер

Электрический ток определяется как скорость, с которой протекает заряд. При наличии большого тока, например, используемого для работы холодильника, большое количество заряда перемещается по проводу за небольшой промежуток времени. Если ток небольшой, например, используемый для работы портативного калькулятора, небольшое количество заряда перемещается по цепи в течение длительного периода времени.

Большинство электроприборов рассчитаны в амперах (или амперах), необходимых для правильной работы, равно как и предохранители и автоматические выключатели.

Скорость потока заряда текущая. Ампер — это поток одного кулона заряда через область за одну секунду. Ток в один ампер будет результатом протекания электронов через область A каждую секунду.

Расчет среднего тока Основное назначение аккумуляторной батареи в легковом или грузовом автомобиле — запускать электрический стартер, который запускает двигатель. Для запуска двигателя требуется большой ток, подаваемый аккумулятором. После запуска двигателя устройство, называемое генератором переменного тока, берет на себя подачу электроэнергии, необходимой для работы транспортного средства и для зарядки аккумулятора.

(a) Какой средний ток возникает, когда аккумулятор грузового автомобиля приводит в движение 720 C заряда за 4,00 с при запуске двигателя? (b) Сколько времени требуется 1,00 C для зарядки аккумулятора?

Стратегия

Мы можем использовать определение среднего тока в уравнении, чтобы найти средний ток в части (а), поскольку даны заряд и время. Что касается части (b), когда мы знаем средний ток, мы можем определить его, чтобы найти время, необходимое для того, чтобы заряд 1,00 C прошел от батареи.

Решение а. Ввод данных значений заряда и времени в определение тока дает

г. Решение зависимости времени и ввод известных значений заряда и тока дает

Значение а. Это большое значение тока иллюстрирует тот факт, что большой заряд перемещается за небольшой промежуток времени. Токи в этих «стартерных двигателях» довольно велики, чтобы преодолеть инерцию двигателя. б. Сильный ток требует короткого времени для подачи большого количества заряда.Этот большой ток необходим для подачи большого количества энергии, необходимой для запуска двигателя.

Проверьте свои знания В портативных калькуляторах часто используются небольшие солнечные элементы для обеспечения энергии, необходимой для выполнения расчетов, необходимых для выполнения следующего экзамена по физике. Ток, необходимый для работы вашего калькулятора, может составлять всего 0,30 мА. Сколько времени потребуется, чтобы заряд 1,00 C потек из солнечных элементов? Можно ли использовать солнечные элементы вместо батарей для запуска традиционных двигателей внутреннего сгорания, которые в настоящее время используются в большинстве легковых и грузовых автомобилей?

Время для 1.00 C заряда для протекания будет, чуть меньше часа. Это сильно отличается от 5,55 мс для аккумулятора грузовика. Калькулятор требует очень мало энергии для работы, в отличие от стартера грузовика. Есть несколько причин, по которым в автомобилях используются батареи, а не солнечные элементы. Помимо очевидного факта, что источник света для запуска солнечных элементов в автомобиле или грузовике не всегда доступен, большое количество тока, необходимого для запуска двигателя, не может быть легко обеспечено современными солнечными элементами.Солнечные элементы могут быть использованы для зарядки батарей. Зарядка аккумулятора требует небольшого количества энергии по сравнению с энергией, необходимой для работы двигателя и других аксессуаров, таких как обогреватель и кондиционер. Современные автомобили на солнечных батареях питаются от солнечных батарей, которые могут приводить в действие электродвигатель, а не двигатель внутреннего сгорания.

Проверьте свое понимание Автоматические выключатели в доме имеют номинал в амперах, обычно в диапазоне от 10 до 30 ампер, и используются для защиты жителей от повреждений, а их электроприборы — от повреждений из-за больших токов.Один автоматический выключатель на 15 А можно использовать для защиты нескольких розеток в гостиной, а один автоматический выключатель на 20 А можно использовать для защиты холодильника на кухне. Что вы можете сделать из этого о токе, используемом различными приборами?

Суммарный ток, необходимый всем приборам в гостиной (несколько ламп, телевизор и ваш ноутбук), потребляет меньше тока и потребляет меньше энергии, чем холодильник.

Ток в цепи

В предыдущих параграфах мы определили ток как заряд, который проходит через площадь поперечного сечения в единицу времени.Для прохождения заряда через прибор, такой как фара, показанная на (Рисунок), должен быть полный путь (или цепь) от положительной клеммы к отрицательной. Рассмотрим простую схему автомобильного аккумулятора, выключателя, лампы фары и проводов, обеспечивающих ток между компонентами. Для того, чтобы лампа загорелась, должен быть полный путь прохождения тока. Другими словами, заряд должен иметь возможность покинуть положительную клемму батареи, пройти через компонент и вернуться к отрицательной клемме батареи.Переключатель предназначен для управления цепью. На части (а) рисунка показана простая схема автомобильного аккумулятора, выключателя, токопроводящей дорожки и лампы фары. Также показана схема цепи [часть (b)]. Схема — это графическое представление схемы, которое очень полезно для визуализации основных характеристик схемы. В схемах используются стандартные символы для обозначения компонентов в цепях и сплошные линии для обозначения проводов, соединяющих компоненты. Батарея показана в виде серии длинных и коротких линий, представляющих историческую гальваническую батарею.Лампа изображена в виде круга с петлей внутри, что представляет собой нить накаливания. Переключатель показан в виде двух точек с проводящей полосой для соединения этих двух точек, а провода, соединяющие компоненты, показаны сплошными линиями. Схема в части (c) показывает направление тока, когда переключатель замкнут.

(а) Простая электрическая схема фары (лампы), аккумулятора и переключателя. Когда переключатель замкнут, непрерывный путь для прохождения тока обеспечивается проводящими проводами, соединяющими нагрузку с выводами батареи.(b) На этой схеме батарея представлена ​​параллельными линиями, которые напоминают пластины в оригинальной конструкции батареи. Более длинные линии указывают на положительную клемму. Токопроводящие провода показаны сплошными линиями. Переключатель показан в разомкнутом положении в виде двух клемм с линией, представляющей токопроводящую шину, которая может контактировать между двумя клеммами. Лампа представлена ​​в виде круга, охватывающего нить накаливания, как если бы это была лампа накаливания. (c) Когда переключатель замкнут, цепь замыкается, и ток течет от положительной клеммы к отрицательной клемме батареи.

Когда переключатель замкнут на (Рисунок) (c), существует полный путь для прохождения зарядов от положительной клеммы аккумулятора через переключатель, затем через фару и обратно к отрицательной клемме аккумулятора. Обратите внимание, что направление тока — от положительного к отрицательному. Направление обычного тока всегда представлено в направлении протекания положительного заряда от положительного вывода к отрицательному.

Обычный ток течет от положительной клеммы к отрицательной, но в зависимости от реальной ситуации положительные заряды, отрицательные заряды или и то, и другое могут перемещаться.В металлических проводах, например, ток переносится электронами, то есть движутся отрицательные заряды. В ионных растворах, таких как соленая вода, движутся как положительные, так и отрицательные заряды. То же самое и с нервными клетками. Генератор Ван де Граафа, используемый для ядерных исследований, может производить ток чисто положительных зарядов, таких как протоны. В ускорителе Теватрон в Фермилабе, до его закрытия в 2011 году, сталкивались пучки протонов и антипротонов, движущихся в противоположных направлениях. Протоны положительны, и поэтому их ток направлен в том же направлении, в котором они движутся.Антипротоны заряжены отрицательно, и, следовательно, их ток идет в направлении, противоположном направлению движения реальных частиц.

Более пристальный взгляд на ток, протекающий по проводу, показан на (Рисунок). На рисунке показано движение заряженных частиц, составляющих ток. Тот факт, что обычный ток считается направленным в направлении протекания положительного заряда, можно проследить до американского ученого и государственного деятеля Бенджамина Франклина 1700-х годов. Не зная о частицах, составляющих атом (а именно о протоне, электроне и нейтроне), Франклин полагал, что электрический ток течет от материала, в котором больше «электрической жидкости», и к материалу, в котором этого «меньше». электрическая жидкость.Он ввел термин положительный для материала, в котором больше этой электрической жидкости, и отрицательный для материала, в котором отсутствует электрическая жидкость. Он предположил, что ток будет течь от материала с большим количеством электрической жидкости — положительного материала — к отрицательному материалу, в котором меньше электрической жидкости. Франклин назвал это направление тока положительным током. Это было довольно продвинутое мышление для человека, который ничего не знал об атоме.

Ток I — это скорость, с которой заряд движется через область A , такую ​​как поперечное сечение провода.Обычный ток определяется движением в направлении электрического поля. (а) Положительные заряды движутся в направлении электрического поля, которое совпадает с направлением обычного тока. (б) Отрицательные заряды движутся в направлении, противоположном электрическому полю. Обычный ток идет в направлении, противоположном движению отрицательного заряда. Поток электронов иногда называют электронным потоком.

Теперь мы знаем, что материал является положительным, если в нем больше протонов, чем электронов, и отрицательным, если в нем больше электронов, чем протонов.В проводящем металле ток в основном возникает из-за того, что электроны текут от отрицательного материала к положительному, но по историческим причинам мы рассматриваем положительный ток, и ток, как показано, течет от положительного вывода батареи к положительному. отрицательный терминал.

Важно понимать, что электрическое поле присутствует в проводниках и отвечает за производство тока ((рисунок)). В предыдущих главах мы рассматривали случай статического электричества, когда заряды в проводнике быстро перераспределяются по поверхности проводника, чтобы нейтрализовать внешнее электрическое поле и восстановить равновесие.В случае электрической цепи заряды никогда не достигают равновесия с помощью внешнего источника электрического потенциала, такого как батарея. Энергия, необходимая для перемещения заряда, обеспечивается электрическим потенциалом от батареи.

Хотя электрическое поле отвечает за движение зарядов в проводнике, работа, совершаемая над зарядами электрическим полем, не увеличивает кинетическую энергию зарядов. Мы покажем, что электрическое поле отвечает за поддержание движения электрических зарядов с «дрейфовой скоростью».”

Сводка

  • Средний электрический ток — это скорость протекания заряда, определяемая выражением, где — количество заряда, проходящего через область во времени.
  • Мгновенный электрический ток или просто ток I — это скорость, с которой протекает заряд. Принимая предел, когда изменение во времени приближается к нулю, мы имеем, где — производная заряда по времени.
  • Направление обычного тока принимается за направление, в котором движется положительный заряд.В простой цепи постоянного тока (DC) это будет от положительной клеммы батареи к отрицательной.
  • Единицей измерения тока в системе СИ является ампер или просто ампер (А), где.
  • Ток состоит из потока свободных зарядов, таких как электроны, протоны и ионы.

Концептуальные вопросы

Может ли провод пропускать ток и оставаться нейтральным, то есть иметь нулевой общий заряд? Объяснять.

Если по проводу протекает ток, заряды входят в провод с положительной клеммы источника напряжения и уходят с отрицательной клеммы, поэтому общий заряд остается нулевым, пока через него протекает ток.

Автомобильные аккумуляторы указаны в ампер-часах. Какой физической величине соответствуют ампер-часы (напряжение, ток, заряд, энергия, мощность,…)?

При работе с мощными электрическими цепями рекомендуется по возможности работать «одной рукой» или «держать одну руку в кармане». Почему это разумное предложение?

Использование одной руки снижает вероятность «замыкания цепи» и протекания тока через ваше тело, особенно тока, протекающего через ваше сердце.

Глоссарий

ампер (ампер)
единица СИ для тока;
контур
полный путь, по которому проходит электрический ток
условный ток
ток, который течет по цепи от положительной клеммы батареи через цепь к отрицательной клемме батареи
электрический ток
ставка, по которой течет заряд,
схема
графическое представление схемы с использованием стандартных символов для компонентов и сплошных линий для провода, соединяющего компоненты
Закон

Ома для простых электрических цепей, Рон Куртус

SfC Home> Физика> Электричество>

Рона Куртуса (от 23 октября 2019 г.)

Закон Ома является наиболее фундаментальной формулой для простых электрических цепей .Он утверждает, что электрический ток, проходящий через проводник, прямо пропорционален разности потенциалов на проводнике. Впервые он был сформулирован в 1827 году немецким физиком Георгом Омом во время экспериментов по изучению того, насколько хорошо металлы проводят электричество.

Закон

Ома лучше всего демонстрируется в простой электрической цепи постоянного тока. Хотя это также относится к цепям переменного тока, необходимо учитывать другие возможные переменные.

Соотношение между током, напряжением и сопротивлением в цепи позволяет вычислить одну переменную, если вы используете значения двух других.

Вопросы, которые могут у вас возникнуть:

  • Что означают параметры в уравнении?
  • Какая конфигурация схемы?
  • Как применить закон Ома?

Этот урок ответит на эти вопросы. Полезный инструмент: Преобразование единиц



Уравнение

Закон

Ома показывает взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением в простой электрической цепи. Самая простая форма уравнения:

В = ИК

где:

  • V — напряжение в вольтах ( V )
  • I — ток в амперах или амперах ( A )
  • R — сопротивление в Ом ( Ом — греческая буква Омега)

Таким образом, если вы знаете ток и сопротивление, вы можете использовать формулу для определения напряжения.

Используя алгебру, вы можете изменить порядок переменных в соответствии со своими потребностями. Например, если вы знаете напряжение и сопротивление и хотите найти ток, вы можете использовать:

I = V / R

Или, если вы знаете напряжение и ток и хотите найти сопротивление, вы можете использовать:

R = V / I

Конфигурация

Простая электрическая цепь состоит из металлических проводов, идущих к источнику питания и от него, а также источника сопротивления, такого как резисторы или электрическая лампочка, включенных последовательно с источником.Типичным источником питания является батарея постоянного тока, хотя также может применяться генератор постоянного или переменного тока.

Примечание : Если цепь переменного тока включает в себя такие компоненты, как конденсаторы или катушки индуктивности, закон Ома не применяется.

Простая цепь постоянного тока

Используя уравнение

Важность закона Ома заключается в том, что, если вы знаете значение двух переменных в уравнении, вы можете определить третью. Вы можете измерить любой из параметров с помощью вольтметра.Большинство вольтметров или мультиметров измеряют напряжение, ток и сопротивление как переменного, так и постоянного тока.

Найти напряжение

Если вам известны ток и сопротивление, вы можете найти напряжение из В = I R . Например, если ток I = 0,2 А и сопротивление R = 1000 Ом , то

В = 0,2 А * 1000 Ом = 200 В

Найти текущий

Если вы знаете напряжение и сопротивление, вы можете использовать алгебру, чтобы изменить уравнение на I = V / R , чтобы найти ток.Например, если В = 110 В и R = 22000 Ом , то

I = 110 В / 22000 Ом = 0,005 А

Найдите сопротивление

Если вы знаете напряжение и ток, вы можете использовать алгебру, чтобы изменить уравнение на R = V / I , чтобы найти сопротивление. Если В = 220 В и I = 5 А , то

R = 220 В / 5 A = 44 Ом

Сводка

Закон

Ома — это уравнение V = I R , которое показывает взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением в простой электрической цепи.Он может применяться как к цепям переменного, так и постоянного тока.


Будьте полны решимости сделать все возможное


Ресурсы и ссылки

Полномочия Рона Куртуса

Сайтов

Немного истории об Ом — Краткая история

Закон Ома — Объяснение, включая калькулятор закона Ома

Основные электрические законы — Включает теорию цепей

Формулы электрических цепей — Уравнения высокого уровня для решения проблем

Электроэнергетические ресурсы постоянного и переменного тока

Физические ресурсы

Книги

Научитесь электричеству и электронике Стэна Гибилиско; Макгроу-Хилл; (2001) 34 доллара.95 — Руководство для профессионалов, любителей и техников, желающих изучить цепи переменного и постоянного тока


Вопросы и комментарии

Есть ли у вас какие-либо вопросы, комментарии или мнения по этой теме? Если да, отправьте свой отзыв по электронной почте. Я постараюсь вернуться к вам как можно скорее.


Поделиться страницей

Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:


Студенты и исследователи

Веб-адрес этой страницы:
www.school-for-champions.com/science/
electric_ohms_law.htm

Пожалуйста, включите его в качестве ссылки на свой веб-сайт или в качестве ссылки в своем отчете, документе или тезисе.

Авторские права © Ограничения


Где ты сейчас?

Школа чемпионов

По физике

Закон Ома для простых электрических цепей

.
Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *