Репетитор-онлайн — подготовка к ЦТ

Пример 11. Шесть одинаковых резисторов по 20 Ом каждый и два конденсатора с электроемкостями 15 и 25 мкФ соединены в цепь так, как показано на рисунке. К концам участка подключают источник с ЭДС, равной 0,23 кВ, и внутренним сопротивлением 3,5 Ом. Найти разность потенциалов между обкладками второго конденсатора.

Решение. Между точками A и Б ток не протекает, так как между этими точками в схему включены конденсаторы. Для определения разности потенциалов между указанными точками упростим схему, исключив из рассмотрения участок АБ.

На рис. а показана схема упрощенной цепи.

Ток течет через резисторы R ₁, R ₂, R ₃, R ₄ и R ₆, соединенные последовательно. Общее сопротивление такой цепи:

R _общ = R ₁ + R ₂ + R ₃ + R ₄ + R ₆ = 5R,

где R ₁ = R ₂ = R ₃ = R ₄ = R ₆ = R.

Сила тока I определяется законом Ома для полной цепи:

I=ℰRобщ+r=ℰ5R+r,

где ℰ — ЭДС источника тока, ℰ = 0,23 кВ; r — внутреннее сопротивление источника тока, r = 3,5 Ом; R _общ — общее сопротивление цепи, R _общ = 5R.

Рассчитаем падение напряжения между точками А и Б.

Между точками А и Б находятся резисторы сопротивлениями R ₂, R ₃ и R ₄, соединенные между собой последовательно, как показано на рис. б.

Их общее сопротивление

R _общ1 = R ₂ + R ₃ + R ₄ = 3R.

Падение напряжения на указанных резисторах определяется формулой

U _АБ = IR _общ1,

или в явном виде, —

UАБ=3ℰR5R+r.

Между точками А и Б включена батарея конденсаторов C ₁ и C ₂, соединенных между собой последовательно, как показано на рис. в.

Их общая электроемкость

Cобщ=C1C2C1+C2,

где C ₁ — электроемкость первого конденсатора, C ₁ = 15 мкФ; C ₂ — электроемкость второго конденсатора, C ₂ = 25 мкФ.

Разность потенциалов на обкладках батареи:

Uобщ=qCобщ,

где q — заряд на обкладках каждого из конденсаторов (совпадает с зарядом батареи при последовательном соединении конденсаторов), q = = C ₁U ₁ = C ₂U ₂; U ₁ — разность потенциалов между обкладками первого конденсатора; U ₂ — разность потенциалов между обкладками второго конденсатора (искомая величина).

В явном виде разность потенциалов между обкладками конденсаторов определяется формулой

Uобщ=C2U2Cобщ=(C1+C2)U2C1.

Падение напряжения на резисторах между точками А и Б совпадает с разностью потенциалов на батарее конденсаторов, подключенной к указанным точкам:

U _АБ = U _общ.

Данное равенство, записанное в явном виде

3ℰR5R+r=(C1+C2)U2C1,

позволяет получить выражение для искомой величины:

U2=3ℰRC1(5R+r)(C1+C2).

Произведем вычисление:

U2=3⋅0,23⋅103⋅20⋅15⋅10−6(5⋅20+3,5)(15+25)⋅10−6=50 В.

Между обкладками второго конденсатора разность потенциалов составляет 50 В.

ЭДС, напряжение и разность потенциалов. Закон Ома для неоднородного участка цепи.

Постоянный электрический ток может быть создан только в замкнутой цепи, в которой свободные носители заряда циркулируют по замкнутым траекториям. Электрическое поле в разных точках такой цепи неизменно во времени. Следовательно, электрическое поле в цепи постоянного тока имеет характер замороженного электростатического поля. Но при перемещении электрического заряда в электростатическом поле по замкнутой траектории, работа электрических сил равна нулю. Поэтому для существования постоянного тока необходимо наличие в электрической цепи устройства, способного создавать и поддерживать разности потенциалов на участках цепи за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Такие устройства называются источниками постоянного тока. Силы неэлектростатического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются сторонними силами.

Природа сторонних сил может быть различной. В гальванических элементах или аккумуляторах они возникают в результате электрохимических процессов, в генераторах постоянного тока сторонние силы возникают при движении проводников в магнитном поле. Под действием сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля, благодаря чему в замкнутой цепи может поддерживаться постоянный электрический ток.

При перемещении электрических зарядов по цепи постоянного тока сторонние силы, действующие внутри источников тока, совершают работу.

Физическая величина, равная отношению работы Aст сторонних сил при перемещении заряда q от отрицательного полюса источника тока к положительному к величине этого заряда, называется электродвижущей силой источника (ЭДС):

Таким образом, ЭДС определяется работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда. Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).

При перемещении единичного положительного заряда по замкнутой цепи постоянного тока работа сторонних сил равна сумме ЭДС, действующих в этой цепи, а работа электростатического поля равна нулю.

Цепь постоянного тока можно разбить на определенные участки. Те участки, на которых не действуют сторонние силы (то есть участки, не содержащие источников тока), называются однородными. Участки, включающие источники тока, называются неоднородными.

Внимание!

Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.

При перемещении единичного положительного заряда по некоторому участку цепи работу совершают как электростатические (кулоновские), так и сторонние силы. Работа электростатических сил равна разности потенциалов Δφ12 = φ1 – φ2 между начальной (1) и конечной (2) точками неоднородного участка. Работа сторонних сил равна по определению электродвижущей силе 12, действующей на данном участке. Поэтому полная работа равна

Величину U12 принято называть напряжением на участке цепи 1–2. В случае однородного участка напряжение равно разности потенциалов:

Для участка цепи, содержащего ЭДС, закон Ома записывается в следующей форме:

Это соотношение принято называть обобщенным законом Ома.

Закон Ома для полной цепи:

сила тока в полной цепи равна электродвижущей силе источника, деленной на сумму сопротивлений однородного и неоднородного участков цепи.

Поможем написать любую работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Электродвижущая сила (Э.

При соединении проводником двух тел, имеющих разные потенциалы, в проводнике возникает ток. Однако как только тела обменяются частью зарядов, их потенциалы выравниваются и ток прекращается.

Рис. 1

Источником э. д. с. является устройство, преобразующее тот или иной вид энергии в электрическую. Преобразование механической энергии в электрическую осуществляется в электрических машинах; в гальванических элементах в электрическую энергию превращается химическая энергия.

Для создания тока в проводнике концы проводника присоединяются к зажимам источника э. д. с. В проводнике появляется поле, и начинается движение зарядов.

Проводники и источники э. д. с., соединенные между собой так, что для электрического тока образуется замкнутый путь, составляют электрическую цепь. При этом источники э. д. с. называются внутренней частью цепи, остальные элементы цепи образуют внешнюю ее часть.
Рассмотрим замкнутую электрическую цепь, представленную на рис. 1.

В источнике э. д. с. существует так называемое стороннее электрическое поле Ест, электрические силы которого поддерживают разность потенциалов на зажимах.

Э. д. с. как бы непрерывно нагнетает заряды на отрицательные и положительные полюсы источника, между которыми и появляется разность потенциалов и возникает постоянный электрический ток.

Электродвижущая сила источника э. д. с. при разомкнутой внешней цепи равна разности потенциалов на зажимах источника.

⇒ВНИМАНИЕ⇐

• Материал на блоге⇒ Весь материал предоставляется исключительно в ознакомительных целях! При распространении материала используйте пожалуйста ссылку на наш блог!
• Ошибки⇒ Если вы обнаружили ошибки в статье, то сообщите нам через контакты или в комментариях к статье. Мы будем очень признательны!
• Файлообменники⇒ Если Вам не удалось скачать материал по причине нерабочих ссылок или отсутствующих файлов на файлообменниках, то сообщите нам через контакты или в комментариях к статье.
• Правообладателям⇒ Администрация блога отрицательно относится к нарушению авторских прав на www.electroengineer.ru. Поэтому, если Вы являетесь правообладателем исключительных прав на любой материал, предоставленный на ресурсе, то сообщите нам через контакты и мы моментально примем все действия для удаления Вашего материала.

⇓ОБСУДИТЬ СТАТЬЮ⇓

19. Эдс, разность потенциалов и напряжение.

Электродвижущая сила (ЭДС) — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних (н епотенциальных) сил висточниках постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура.

ЭДС можно выразить через напряжённость электрического поля сторонних сил (). В замкнутом контуре () тогда ЭДС будет равна:

, где — элемент длины контура.

Причиной электродвижущей силы может стать изменение магнитного поля в окружающем пространстве. Это явление называетсяэлектромагнитной индукцией. Величина ЭДС индукции в контуре определяется выражением

где — поток магнитного поля через замкнутую поверхность , ограниченную контуром. Знак «−» перед выражением показывает, что индукционный ток, созданный ЭДС индукции, препятствует изменению магнитного потока в контуре (см. правило Ленца).

Электрическое напряжение между двумя точками электрической цепи или электрического поля, равно работе электрического поля по перемещению единичного положительного заряда из одной точки в другую. В потенциальном электрическом поле эта работа не зависит от пути, по которому перемещается заряд; в этом случае Э. н. между двумя точками совпадает с разностью потенциалов между ними.

Если поле непотенциально, то напряжение зависит от того пути, по которому перемещается заряд между точками. Непотенциальные силы, называются сторонними, действуют внутри любого источника постоянного тока (генератора, аккумулятора, гальванического элемента и др.). Под напряжением на зажимах источника тока всегда понимают работу электрического поля по перемещению единичного положительного заряда вдоль пути, лежащего вне источника; в этом случае Э. н. равно разности потенциалов на зажимах источника и определяется законом Ома: U = IR—E, где I — сила тока, R — внутреннее сопротивление источника, а E — его электродвижущая сила (эдс). При разомкнутой цепи (I = 0) напряжение по модулю равно эдс источника. Поэтому эдс источника часто определяют как Э. н. на его зажимах при разомкнутой цепи.

В случае переменного тока Э. н. обычно характеризуется действующим (эффективным) значением, которое представляет собой среднеквадратичное за период значение напряжения. Напряжение на зажимах источника переменного тока или катушки индуктивности измеряется работой электрического поля по перемещению единичного положительного заряда вдоль пути, лежащего вне источника или катушки. Вихревое (непотенциальное) электрическое поле на этом пути практически отсутствует, и напряжение равно разности потенциалов.

Электродвижущая сила (ЭДС) — физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура.

Наименование и обозначение производной единицы СИ:

международное – volt, V

русское – вольт, В

Выражение через основные и производные единицы СИ:

1 V = 1 W / A

Разница между потенциалом и напряжением. Электродвижущая сила, напряжение и разность потенциалов

Электростатическое поле обладает энергией. Если в электростатическом поле находится электрический заряд, то поле, действуя на него с некоторой силой, будет его перемещать, совершая работу. Всякая работа связана с изменением какого — то вида энергии. Работу электростатического поля по перемещению заряда принято выражать через величину, называемую разностью потенциалов.

где q — величина перемещаемого заряда,

j 1 и j 2 — потенциалы начальной и конечной точек пути.

Для краткости в дальнейшем будем обозначать . V — разность потенциалов.

V = A/q. РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ МЕЖДУ ТОЧКАМИ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ — ЭТО РАБОТА, КОТОРУЮ СОВЕРШАЮТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИЛЫ ПРИ ПЕРЕМЕЩЕНИИ МЕЖДУ НИМИ ЗАРЯДА В ОДИН КУЛОН .

[V] = В. 1 вольт — это разность потенциалов между точками, при перемещении между которыми заряда в 1 кулон, электростатические силы совершают работу в 1 джоуль.

Разность потенциалов между телами измеряют электрометром, для чего одно из тел соединяют проводниками с корпусом электрометра, а другое — со стрелкой. В электрических цепях разность потенциалов между точками цепи измеряют вольтметром.

С удалением от заряда электростатическое поле ослабевает. Следовательно, стремится к нулю и энергетическая характеристика поля — потенциал. В физике потенциал бесконечно удалённой точки принимается за ноль. В электротехнике же считают, что нулевым потенциалом обладает поверхность Земли.

Если заряд перемещается из данной точки в бесконечность, то

A = q(j — O) = qj => j= A/q, т.е. ПОТЕНЦИАЛ ТОЧКИ — ЭТО РАБОТА, КОТОРУЮ НАДО СОВЕРШИТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СИЛАМ, ПЕРЕМЕЩАЯ ЗАРЯД В ОДИН КУЛОН ИЗ ДАННОЙ ТОЧКИ В БЕСКОНЕЧНОСТЬ .

Пусть в однородном электростатическом поле с напряженностью E перемещается положительный заряд q вдоль направления вектора напряженности на расстояние d. Работу поля по перемещению заряда можно найти и через напряженность поля и через разность потенциалов. Очевидно, что при любом способе вычисления работы получается одна и та же ее величина.

A = Fd = Eqd = qV. =>

Эта формула связывает между собой силовую и энергетическую характеристики поля. Кроме того, она дает нам единицу напряженности.

[E] = В/м. 1 В/м — это напряженность такого однородного электростатического поля, потенциал которого изменяется на 1 В при перемещении вдоль направления вектора напряженности на 1 м.

ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ.

Увеличение разности потенциалов на концах проводника вызывает увеличение силы тока в нем. Ом экспериментально доказал, что сила тока в проводнике прямо пропорциональна разности потенциалов на нем.

При включении разных потребителей в одну и ту же электрическую цепь сила тока в них различна. Значит разные потребители по — разному препятсявуют прохождению по ним электрического тока. ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА, ХАРАКТЕРИЗУЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ПРОВОДНИКА ПРЕПЯТСТВОВАТЬ ПРОХОЖДЕНИЮ ПО НЕМУ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА, НАЗЫВАЕТСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ . Сопротивление данного проводника — это постоянная величина при постоянной температуре. При повышении температуры сопротивление металлов возрастает, жидкостей — падает. [R] = Ом. 1 Ом — это сопротивление такого проводника, по которому течет ток 1 А при разности потенциалов на его концах 1В. Чаще всего используются металлические проводники. Носителями тока в них являются свободные электроны. При движении по проводнику они взаимодействуют с положительными ионами кристаллической решетки, отдавая им часть своей энергии и теряя при этом скорость. Для получения нужного сопротивления используют магазин сопротивлений. Магазин сопротивлений представляет собой набор проволочных спиралей с известными сопротивлениями, которые можно включать в цепь в нужной комбинации.

Ом экспериментально установил, что СИЛА ТОКА В ОДНОРОДНОМ УЧАСТКЕ ЦЕПИ ПРЯМО ПРОПОРЦИОНАЛЬНА РАЗНОСТИ ПОТЕНЦИАЛОВ НА КОНЦАХ ЭТОГО УЧАСТКА И ОБРАТНО ПРОПОРЦИОНАЛЬНА СОПРОТИВЛЕНИЮ ЭТОГО УЧАСТКА.

Однородным участком цепи называется участок, на котором нет источников тока. Это закон Ома для однородного участка цепи — основа всех электротехнических расчетов.

Включая проводники разной длины, разного поперечного сечения, сделанные из разных материалов, было установлено: СОПРОТИВЛЕНИЕ ПРОВОДНИКА ПРЯМО ПРОПОРЦИОНАЛЬНО ДЛИНЕ ПРОВОДНИКА И ОБРАТНО ПРОПОРЦИОНАЛЬНО ПЛОЩАДИ ЕГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ. СОПРОТИВЛЕНИЕ КУБА С РЕБРОМ В 1 МЕТР, СДЕЛАННОГО ИЗ КАКОГО — ТО ВЕЩЕСТВА, ЕСЛИ ТОК ИДЕТ ПЕРЕПЕНДИКУЛЯРНО ЕГО ПРОТИВОПОЛОЖНЫМ ГРАНЯМ, НАЗЫВАЕТСЯ УДЕЛЬНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ ЭТОГО ВЕЩЕСТВА . [r] = Ом м. Часто используется и несистемная единица удельного сопротивления — сопротивление проводника с площадью поперечного сечения 1 мм 2 и длиной 1 м. [r]=Ом мм 2 /м.

Удельное сопротивление вещества — табличная величина. Сопротивление проводника пропорционально его удельному сопротивлению.

На зависимости сопротивления проводника от его длины основано действие ползунковых и ступенчатых реостатов. Ползунковый реостат представляет собой керамический цилиндр с намотанной на него никелиновой проволокой. Подключение реостата в цепь осуществляется с помощью ползуна, включающего в цепь большую или меньшую длину обмотки. Проволока покрывается слоем окалины, изолирующей витки друг от друга.

А)ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ И ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ.

Часто в электрическую цепь включается несколько потребителей тока. Это связано с тем, что не рационально иметь у каждого потребителя свой источник тока. Существует два способа включения потебителей: последовательное и параллельное, и их комбинации в виде смешанного соединения.

а) Последовательное соединение потребителей.

При последовательном соединении потебители образуют непрерывную цепочку, в которой потребители соединяются друг за другом. При последовательном соединении нет ответвлений соединительных проводов. Рассмотрим для простоты цепь из двух последовательно соединенных потребителей. Электрический заряд, прошедший через один из потребителей, пройдет и через второй, т.к. в проводнике, соединяющем потребители не может быть исчезновения, возникновения и накапливания зарядов. q=q 1 =q 2 . Разделив полученное уравнение на время прохождения тока по цепи, получим связь между током, протекающим по всему соединению, и токами, протекающими по его участкам.

Очевидно, что работа по перемещению единичного положительного заряда по всему соединению слагается из работ по перемещению этого заряда по всем его участкам. Т.е. V=V 1 +V 2 (2).

Общая разность потенциалов на последовательно соединенных потребителях равна сумме разностей потенциалов на потребителях.

Разделим обе части уравнения (2) на силу тока в цепи, получим: U/I=V 1 /I+V 2 /I. Т.е. сопротивление всего последовательно соединенного участка равно сумме сопротивлений потебителей его составляющих.

Б) Паралельное соединение потребителей.

Это самый распространенный способ включения потребителей. При этом соединении все потребители включаются на две общие для всех потребителей точки.

При прохождении параллельного соединения, электрический заряд, идущий по цепи, делится на несколько частей, идущих по отдельным потребителям. По закону сохранения заряда q=q 1 +q 2 . Разделив данное уравнение на время прохождения заряда, получим связь между общим током, идущим по цепи, и токами, идущими по отдельным потребителям.

В соответствии с определением разности потенциалов V=V 1 =V 2 (2).

По закону Ома для участка цепи заменим силы токов в уравнении (1) на отношение разности потенциалов к сопротивлению. Получим: V/R=V/R 1 +V/R 2 . После сокращения: 1/R=1/R 1 +1/R 2 ,

т.е. величина, обратная сопротивлению параллельного соединения, равна сумме величин, обратных сопротивлениям отдельных его ветвей.

Разность потенциалов

Понятно, что одно тело можно подогреть больше, а другое меньше. Степень нагрева тела именуется его температурой. Подобно этому, одно тело можно наэлектризовать больше другого. Степень электризации тела охарактеризовывает величину, именуемую электронным потенциалом либо просто потенциалом тела.

Что означает наэлектризовать тело? Это означает сказать ему электронный заряд , т. е. прибавить к нему некое количество электронов, если мы тело заряжаем негативно, либо отнять их от него, если мы тело заряжаем положительно. В том и другом случае тело будет владеть определенной степенью электризации, т. е. тем либо другим потенциалом, при этом тело, заряженное положительно, обладает положительным потенциалом, а тело, заряженное негативно, — отрицательным потенциалом.

Разность уровней электронных зарядов 2-ух тел принято именовать разностью электронных потенциалов либо просто разностью потенциалов .

Следует подразумевать, что если два схожих тела заряжены одноименными зарядами, но одно больше, чем другое, то меж ними также будет существовать разность потенциалов.

Не считая того, разность потенциалов существует меж 2-мя такими телами, одно из которых заряжено, а другое не имеет заряда. Так, к примеру, если какое-либо тело, изолированное от земли, имеет некий потенциал, то разность потенциалов меж ним и землей (потенциал которой принято считать равным нулю) численно равна потенциалу этого тела.

Итак, если два тела заряжены таким макаром, что потенциалы их неодинаковы, меж ними безизбежно существует разность потенциалов.

Всем известное явление электризации расчески при трении ее о волосы есть не что другое, как создание разности потенциалов меж расческой и волосами человека.

Вправду, при трении расчески о волосы часть электронов перебегает на расческу, заряжая ее негативно, волосы же, утратив часть электронов, заряжаются в той же степени, что и расческа, но положительно. Сделанная таким макаром разность потенциалов может быть сведена к нулю прикосновением расчески к волосам. Этот оборотный переход электронов просто находится на слух, если наэлектризованную расческу приблизить к уху. Свойственное потрескивание будет свидетельствовать о происходящем разряде.

Говоря выше о разности потенциалов, мы имели в виду два заряженных тела, но разность потенциалов можно получить и меж разными частями (точками) 1-го и такого же тела.

Так, к примеру, разглядим, что произойдет в кусочке медной проволоки, если под действием какой-нибудь наружной силы нам получится свободные электроны, находящиеся в проволоке, переместить к одному концу ее. Разумеется, на другом конце проволоки получится недочет электронов, тогда и меж концами проволоки возникнет разность потенциалов.

Стоит нам закончить действие наружной силы, как электроны тотчас же, в силу притяжения разноименных зарядов, устремятся к концу проволоки, заряженному положительно, т. е. к месту, где их недостает, и в проволоке вновь наступит электронное равновесие.

Электродвижущая сила и напряжение

Д ля поддержания электронного тока в проводнике нужен некий наружный источник энергии, который всегда поддерживал бы разность потенциалов на концах этого проводника.

Такими источниками энергии служат так именуемые источники электронного тока , владеющие определенной электродвижущей силой , которая делает и долгое время поддерживает разность потенциалов на концах проводника.

Электродвижущая сила (сокращенно ЭДС) обозначается буковкой Е . Единицей измерения ЭДС служит вольт. У нас в стране вольт сокращенно обозначается буковкой «В», а в международном обозначении — буковкой «V».

Итак, чтоб получить непрерывное течение электронного тока, нужна электродвижущая сила, т. е. нужен источник электронного тока.

Первым таким источником тока был так именуемый «вольтов столб», который состоял из ряда медных и цинковых кружков, проложенных кожей, смоченной в подкисленной воде. Таким макаром, одним из методов получения электродвижущей силы является хим взаимодействие неких веществ, в итоге чего хим энергия преобразуется в энергию электронную. Источники тока, в каких таким методом создается электродвижущая сила, именуются хим источниками тока .

В текущее время хим источники тока — гальванические элементы и батареи — обширно используются в электротехнике и электроэнергетике.

Другим главным источником тока, получившим обширное распространение во всех областях электротехники и электроэнергетики, являются генераторы .

Генераторы инсталлируются на электростанциях и служат единственным источником тока для питания электроэнергией промышленных компаний, электронного освещения городов, электронных стальных дорог, трамвая, метро, троллейбусов и т. д.

Как у хим источников электронного тока (частей и аккумов), так и у генераторов действие электродвижущей силы совсем идиентично. Оно состоит в том, что ЭДС делает на зажимах источника тока разность потенциалов и поддерживает ее долгое время.

Эти зажимы именуются полюсами источника тока. Один полюс источника тока испытывает всегда недочет электронов и, как следует, обладает положительным зарядом, другой полюс испытывает излишек электронов и, как следует, обладает отрицательным зарядом.

Соответственно этому один полюс источника тока именуется положительным (+), другой — отрицательным (-).

Источники тока служат для питания электронным током разных устройств — потребителей тока. Потребители тока с помощью проводников соединяются с полюсами источника тока, образуя замкнутую электронную цепь. Разность потенциалов, которая устанавливается меж полюсами источника тока при замкнутой электронной цепи, именуется напряжением и обозначается буковкой U.

Единицей измерения напряжения, так же как и ЭДС, служит вольт.

Если, к примеру, нужно записать, что напряжение источника тока равно 12 вольтам, то пишут: U — 12 В.

Для измерения ЭДС либо напряжения применяется прибор, именуемый вольтметром.

Чтоб измерить ЭДС либо напряжение источника тока, нужно вольтметр подключить конкретно к его полюсам. При всем этом, если электронная цепь разомкнута, то вольтметр покажет ЭДС источника тока. Если же замкнуть цепь, то вольтметр уже покажет не ЭДС, а напряжение на зажимах источника тока.

ЭДС, развиваемая источником тока, всегда больше напряжения на его зажимах.

Если в проводнике создать электрическое поле и не принять мер для его поддержания, то перемещение носителей заряда приведет очень быстро к тому, что поле внутри проводника исчезнет и, следовательно, ток прекратится. Для того чтобы поддерживать ток достаточно длительное время, нужно от конца проводника с меньшим потенциалом j 2 (носители заряда предполагаются положительными) непрерывно отводить приносимые сюда током заряды, а к концу с большим потенциалом j 1 непрерывно их подводить (рис.20.1).

j 1 j 2

Рис. 20.1. К понятию ЭДС.

Иными словами, необходимо осуществить круговорот зарядов, при котором они двигались бы по замкнутому пути. Циркуляция вектораэлектростатического поля к равна нулю . Поэтому в замкнутой цепи наряду с участками, на которых положительные заряды движутся в сторону убывания j , должны иметься участки, на которых перенос положительных зарядов происходит в направлении возрастания j , т. е. против сил электростатического поля (см. изображенную пунктиром часть цепи на рис.20. 1). Перемещение носителей на этих участках возможно лишь с помощью сил неэлектростатического происхождения, называемых сторонними силами . Таким образом, для поддержания тока необходимы сторонние силы, действующие либо на всем протяжении цепи, либо на отдельных ее участках. Они могут быть обусловлены силами механического происхождения, химическими процессами, диффузией носителей заряда в неоднородной среде или через границу двух разнородных веществ, электрическими (но не электростатическими) полями, порождаемыми меняющимися во времени магнитными полями, и т.д.

Сторонние силы можно охарактеризовать работой, которую они совершают над перемещающимися по цепи зарядами. Величина, равная работе сторонних сил, отнесенной к единице положительного заряда, называется электродвижущей силой (ЭДС) Е, действующей в цепи или на ее участке. Следовательно, если работа сторонних сил над зарядом q равна А, то по определению

Е = А/q. (20.6)

Из сопоставления формул для потенциала и ЭДС вытекает, что размерность ЭДС совпадает с размерностью потенциала. Поэтому Е измеряется в тех же единицах, что и j — в вольтах (В).

Стороннюю силу f ст действующую на заряд q , можно представить в виде

Векторную величину Е ст называют напряженностью поля сторонних сил. Работу сторонних сил над зарядом q на всем протяжении замкнутой цепи можно выразить следующим образом:

Разделив эту работу на q пр = +1, получим ЭДС, действующую в цепи:

Таким образом, ЭДС, действующая в замкнутой цепи, может быть определена как циркуляция вектора напряженности поля сторонних сил.

Электродвижущая сила, действующая на участке 1 — 2, очевидно, равна

Е 12 = (20.7)

Кроме сторонних сил на заряд действуют силы электростатического поля f Е = qЕ . Следовательно, результирующая сила, действующая в каждой точке цепи на заряд q, равна

.

Работа, совершаемая этой силой над зарядом q на участке цепи 1 — 2, дается выражением

= qЕ 12 + q(j 1 — j 2 ). (20.8)

Для замкнутой цепи работа электростатических сил равна нулю, так что A = qЕ ..

Величина, численно равная работе , совершаемой электростатическими и сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда, называется падением напряжения или просто напряжением U на данном участке цепи. В соответствии с формулой (20.8)

U 12 = j 1 — j 2 + Е 12 . (20.9)

При отсутствии сторонних сил напряжение U совпадает с разностью потенциалов j 1 — j 2 .

Разность потенциалов и сопротивление — Электрические цепи — AQA — GCSE Combined Science Revision — AQA Trilogy

Ток через компонент зависит как от сопротивления компонента, так и от разности потенциалов на нем.

Измерение разности потенциалов

Чтобы измерить разность потенциалов на компоненте, вольтметр должен быть размещен параллельно с этим компонентом, чтобы измерить разницу в энергии от одной стороны компонента к другой.Разница потенциалов также известна как напряжение и измеряется в вольтах (В).

Разница потенциалов — это мера того, сколько энергии передается между двумя точками в цепи.

Энергия, напряжение и заряд

Когда заряд проходит через разность потенциалов, выполняется электрическая работа и передается энергия. Разность потенциалов можно рассчитать по формуле:

\ [потенциальная разность = \ frac {энергия} {заряд} \]

\ [V = \ frac {E} {Q} \]

Это когда:

• разность потенциалов ( В, ) измеряется в вольтах (В)
• энергия ( E ) измеряется в джоулях (Дж)
• заряд ( Q ) измеряется в кулонах (C)

Один вольт — это разность потенциалов, когда один кулон заряда передает один джоуль энергии.

Пример

Какова разница потенциалов между двумя точками, если заряд 2 C сместится на 4 Дж?

\ [V = \ frac {E} {Q} \]

\ [V = \ frac {4} {2} \]

\ [V = 2 ~ V \]

Вопрос

Сколько энергии передается, когда заряд 3 Кл проходит через разность потенциалов 6 В?

Показать ответ

\ [V = \ frac {E} {Q} \]

\ [E = V \ times Q \]

\ [E = 6 \ times 3 \]

\ [ E = 18 ~ Дж \]

Сопротивление

Когда заряд движется через разность потенциалов, совершается электрическая работа и передается энергия.Разность потенциалов можно рассчитать по формуле:

разность потенциалов = ток × сопротивление

\ [V = I \ times R \]

Это когда:

• разность потенциалов ( В, ) измеряется в вольтах. (В)
• ток ( I ) измеряется в амперах (A)
• сопротивление ( R ) измеряется в омах (Ом)

Один вольт — это разность потенциалов, когда один кулон заряда передает один джоуль энергии.

Проводники имеют низкое сопротивление. Изоляторы обладают высоким сопротивлением.

Пример

Какова разница потенциалов, если ток 2 А протекает через сопротивление 40 Ом?

\ [V = I \ times R \]

\ [V = 2 \ times 40 \]

\ [V = 80 ~ V \]

Вопрос

Каково сопротивление компонента, если 12 В вызывает через него ток 2 А?

Показать ответ

\ [V = I \ times R \]

\ [R = \ frac {V} {I} \]

\ [R = \ frac {12} {2} \]

\ [R = 6 ~ Ω \]

Цепи — ток, разность потенциалов, сопротивление и элементы в последовательной и параллельной цепях, сохранение заряда

Элементы последовательно и параллельно

Ячейки в серии

Когда элементы соединены последовательно друг с другом, и все они подключены в одном направлении, общая разность потенциалов, подаваемая в цепь, представляет собой сложенные вместе индивидуальные разности потенциалов.

V _всего = V ₁ + V ₂ + V ₃

Идентичные ячейки параллельно друг другу

Когда идентичные элементы параллельны друг другу, общая разность потенциалов, подаваемая в цепь, равна разности потенциалов только одной из ячеек.

V _всего = V ₁ = V ₂ = V ₃

Итак, если три ячейки по 2 В соединены параллельно друг с другом, разность потенциалов, подаваемая в цепь, составляет 2 В.

Резисторы последовательно и параллельно

Резисторы серии

Когда резисторы соединены последовательно друг с другом, общее сопротивление складывается из отдельных сопротивлений.

Резисторы, включенные параллельно

Когда резисторы соединены параллельно друг с другом , общее сопротивление определяется с помощью следующего уравнения.

Ток в последовательной и параллельной цепях

Сохранение заряда — «общий заряд, текущий в соединение проводов, должен быть равен полному заряду, вытекающему из соединения».

Первый закон Кирхгофа — «сумма токов, протекающих в месте соединения проводов, должна равняться сумме токов, исходящих от места соединения проводов».

Ток в последовательных цепях .

Когда вы включаете амперметр в последовательную цепь, ток остается неизменным, куда бы вы ни вставили амперметр.

Ток в параллельных цепях .

Полный ток, протекающий от ячейки к ветвям в цепи, всегда должен быть равен току, протекающему через каждый компонент в ветвях цепи, когда они складываются.

Если компоненты имеют разное сопротивление, тогда ток через каждый компонент может быть разным, но когда вы складываете их вместе, они должны составлять общую сумму тока, выходящего из ячейки.

Разница потенциалов в последовательной и параллельной цепях

Второй закон Кирхгофа — «сумма ЭДС в любом замкнутом контуре в цепи должна быть равна сумме разностей потенциалов в замкнутом контуре в цепи».

Разность потенциалов в последовательной цепи .

Полная разность потенциалов, подаваемая ячейкой, делится между компонентами. Если все компоненты имеют одинаковое сопротивление, между ними будет одинаковая разность потенциалов.

Если сопротивления не равны, они могут иметь разную величину разности потенциалов на них, но при суммировании они всегда должны равняться p.d. поставляется ячейкой.

Разность потенциалов в параллельных цепях .

Разность потенциалов, подаваемая элементом, равна разности потенциалов на каждом компоненте в параллельной цепи.

Последовательные резисторы

Когда резисторы включены последовательно, они выстраиваются в цепочку, поэтому ток имеет только один путь и, следовательно, одинаков на каждом резисторе.

Сумма разностей потенциалов на каждом резисторе равна общей разности потенциалов во всей цепи.Для двух последовательно включенных резисторов получаем:

DV = DV ₁ + DV ₂

I R _eq = I R ₁ + I R ₂

Поскольку ток одинаков, получаем:

R _eq = R ₁ + R ₂

Это верно в целом и может быть распространено на любое количество резисторов. Эквивалентное сопротивление последовательно включенных резисторов составляет:

R _экв = R ₁ + R ₂ + R ₃ +…

Один эквивалентный резистор имеет тот же ток, что и каждый резистор в последовательной цепи, а разность потенциалов на нем равна общей разности потенциалов во всей цепочке резисторов. Батарея не может отличить последовательную цепочку резисторов от эквивалентного резистора.

Резисторы параллельно

Когда резисторы расположены параллельно, ток может проходить по нескольким путям. Параллельно все резисторы соединены вместе на одном конце, а также все соединены вместе на другом конце.Разность потенциалов на каждом резисторе одинакова, и токи складываются, чтобы равняться общему току, входящему (и выходящему) из параллельной комбинации.

Для двух резисторов, включенных параллельно:

Я = Я ₁ + Я ₂ .

Все разности потенциалов одинаковы, поэтому:

Это верно в целом и может быть применено к любому количеству резисторов. Эквивалентное сопротивление параллельно включенных резисторов составляет:

Пример серии

Три резистора номиналом 8 Вт, 8 Вт, и 4 Вт подключены последовательно к 10-вольтовой батарее.

(а) Какой общий ток обеспечивает аккумулятор?

(b) Какова разность потенциалов на каждом резисторе?

Сначала найдите эквивалентное сопротивление, которое составляет 20 Вт, сумму отдельных сопротивлений.

Ток от АКБ:

Это ток, проходящий через каждый резистор. Разность потенциалов на каждом резисторе можно найти с помощью закона Ома:

Каждый резистор мощностью 8 Вт имеет разность потенциалов DV = I R = 4 В

Резистор 4 Вт имеет разность потенциалов DV = I R = 2 В

Сумма разностей потенциалов на каждом резисторе равна напряжению батареи, как и должно быть.

Пример параллели

Три резистора номиналом 8 Вт, 8 Вт, и 4 Вт подключены параллельно друг к другу и к 10-вольтовой батарее.

(а) Какой общий ток обеспечивает аккумулятор?

(b) Какая мощность рассеивается на каждом резисторе?

Сначала найдите эквивалентное сопротивление, которое составляет:

Переверните это вверх дном, чтобы получить R _eq = 2 Вт

Ток через каждый резистор можно найти с помощью закона Ома.

Сумма токов равняется общему току от батареи, как и должно быть.

Мощность, рассеиваемая каждым резистором, может быть определена различными способами. Вот один из способов:

Это всего 50 Вт. Сравните это с мощностью, подаваемой на схему от батареи:

P = DV I = 10 * 5 = 50 Вт.

Согласны, как надо.

Схема делителя напряжения | Разница потенциалов в резисторных цепях

Определение разницы потенциалов

Рассмотрим задачу перемещения заряда от A к B в однородном электрическом поле. Пусть это движение будет против электрического поля. Некоторая работа будет выполнена внешней силой с этим зарядом, и эта работа изменит потенциальную энергию на более высокое значение. Объем проделанной работы равен изменению потенциальной энергии.Это изменение потенциальной энергии приведет к разнице потенциалов между двумя точками A и B. Эта разность потенциалов называется разностью потенциалов и измеряется в вольтах (В).

Разница потенциалов обозначается ∆V и определяется как разность потенциалов или напряжений между двумя точками.
Если VA — это потенциал на A, а VB — это потенциал на B, тогда из определения разности потенциалов

∆VBA = VB — VA

Например, рассмотрим следующий резистор R1.

Потенциал, приложенный к одному концу резистора (точка A), равен 8 В, а потенциал на другом конце резистора (точка B) равен 5 В.

Разность потенциалов между двумя точками A и B равна

VAB = 8 — 5 = 3 В.

Это также называется потенциалом на резисторе.

Ток течет в электрической цепи в виде заряда, тогда как потенциал не течет и не движется. Возможная разница применяется между двумя точками.

Единица измерения разности потенциалов между двумя точками — вольт.Вольт определяется как падение потенциала на резисторе 1 Ом (Ом) при протекании через него тока 1 Ампер.

Следовательно,

1 Вольт = 1 Ампер × 1 Ом

В = I × R

Согласно закону Ома, ток, протекающий в линейной цепи, прямо пропорционален разности потенциалов в цепи. Следовательно, если разность потенциалов, приложенная к цепи, больше, то ток, протекающий в цепи, больше.

Например, если одна сторона резистора 1 Ом имеет потенциал 8 В, а другая сторона — 2 В, то разность потенциалов на резисторе составляет 5 В.Ток, протекающий через резистор, составляет

I = V / R = 5 В / 1 Ом = 5 Ампер.

Теперь для того же резистора 1 Ом, если потенциал, приложенный на одном конце, повышается с 8 В до 12 В, а на другом конце — с 2 В до 4 В. Тогда разность потенциалов на резисторе теперь равна 8 В. Ток, протекающий через резистор в этой ситуации, составляет 8 А.

I = V / R = 8 В / 1 Ом = 8 Ампер.

Обычно в электрических цепях более низкий потенциал — это земля или земля. Это значение обычно считается 0 В.Следовательно, разность потенциалов равна приложенному напряжению. Земля считается общей точкой в ​​цепи. Эта ссылка на землю или землю как общую точку в электрических цепях полезна для облегчения понимания схемы. Разность потенциалов также называется напряжением.

Напряжения, соединенные последовательно, складываются для получения общего напряжения в цепи. Это можно наблюдать в резисторах, включенных последовательно. Если V1, V2 и V3 соединены последовательно, то общее напряжение VT равно

В _T = V1 + V2 + V3.

При параллельном соединении элементов напряжение на них одинаковое. Это можно наблюдать в резисторах в параллельном руководстве.

В _Т = V1 = V2 = V3.

Примеры разницы потенциалов

1. Если 1500 джоулей потенциальной энергии передается для перемещения заряда в 125 кулонов между выводами батареи, то разность потенциалов составляет

∆E = 1500 Дж

Q = 125 C

Разность потенциалов V = ∆E / C

V = 1500/125 = 12 Дж / кулон = 12 В

2.Рассмотрим резистор сопротивлением 10 Ом. Пусть один конец резистора подключен к потенциалу 15 В. Пусть другой конец резистора подключен к потенциалу 5 В. Ток, протекающий через резистор, можно рассчитать следующим образом.

Две клеммы резистора имеют два разных потенциала, то есть 15 В и 5 В соответственно. Пусть двумя клеммами будут A и B. Следовательно, напряжение на A равно VA = 15 В, а напряжение на B равно VB = 5 В. Тогда разность потенциалов между A и B — это напряжение на резисторе.

VAB = VA — VB = 15 — 5 = 10 В.

Тогда ток, протекающий через резистор, можно рассчитать по закону Ома как

I = VAB / R = 10/10 = 1 ампер.

Схема делителя напряжения

Резисторы, включенные последовательно, используются для создания схемы делителя напряжения. Делитель напряжения представляет собой линейную схему, выходное напряжение которой составляет часть входного напряжения.

Ниже показана простая схема делителя напряжения с 2 резисторами.

Потенциал на каждом резисторе при последовательном включении зависит от значения сопротивления.Принцип делителя напряжения заключается в создании напряжения, составляющего часть входного напряжения.

Следующая схема используется для демонстрации принципа делителя напряжения для нескольких выходных напряжений.

Здесь резисторы R1, R2, R3 и R4 включены последовательно. Выходное напряжение на каждом резисторе привязано к общей точке P. Пусть эквивалентное сопротивление последовательно соединенных резисторов равно RT. Тогда R _T = R1 + R2 + R3 + R4.

Пусть разность потенциалов на каждом резисторе равна V _R1 , V _R2 , V _R3 и V _R4 соответственно для R1, R2, R3 и R4.Тогда приведенная выше схема может производить 4 различных напряжения, составляющих доли напряжения питания V.

Формула делителя напряжения

Значение выходного напряжения в типовой схеме делителя напряжения рассчитывается следующим образом.

Здесь Vin — напряжение питания. I — ток в цепи, протекающий через оба резистора.

Пусть VR1 будет падением напряжения на резисторе R1, а VR2 будет падением напряжения на резисторе R2. Тогда сумма этих отдельных падений напряжения равна общему напряжению в цепи, которое является напряжением питания Vin.

Vin = VR1 + VR2 — — — 1

Уравнения для отдельных падений напряжения на каждом резисторе могут быть рассчитаны по закону Ома.

VR1 = I × R1 — — — 2

И VR2 = I × R2 — — — 3

Но напряжение на резисторе R2 равно VOUT.

Следовательно, VOUT = I × R2 — — — 4

Следовательно, из уравнений 1, 2 и 3

Vin = I × R1 + I × R2 = I × (R1 + R2) — — — 5

Но значение тока I через выходное напряжение можно записать следующим образом, используя уравнение 4.

I = VOUT / R2 — — — 6

Используя уравнения 5 и 6

VOUT = Vin × (R¬2 / R1 + R2)

Следовательно, VOUT = VIN × R2 / (R1 + R2)

В случае схемы делителя напряжения, имеющей несколько выходов, выходное напряжение можно рассчитать по следующей формуле.

VX = V × (RX / REQ)

Где VX — напряжение, которое необходимо найти.

RX — полное сопротивление выходного напряжения.

Возможные значения RX:

R1 между P и P1

R1 + R2 между P и P2

R1 + R2 + R3 между P и P3

R1 + R2 + R3 + R4 между P и P4.

R _EQ — эквивалентное сопротивление резистора при последовательном включении.

R _EQ = R1 + R2 + R3 + R4

В — напряжение питания.

Следовательно, возможные выходные напряжения равны

V1 = V × R1 / R _EQ

V2 = V × (R1 + R2) / R _EQ

V3 = V × (R1 + R2 + R3) / R _EQ

V4 = V × (R1 + R2 + R3 + R4) / R _EQ = V

Пример делителя напряжения

Рассмотрим следующую схему делителя напряжения.

Он состоит из трех последовательно соединенных резисторов для создания двух выходных напряжений. Напряжение питания составляет 240 В.

Значения сопротивления: R1 = 10 Ом, R2 = 20 Ом и R3 = 30 Ом.

Следовательно, эквивалентное сопротивление цепи равно

R _EQ = R1 + R2 + R3 = 10 + 20 + 30 = 60 Ом.

Теперь два возможных выходных напряжения можно рассчитать следующим образом:

V _out1 = V × (R2 + R3) / REQ

V _out1 = 240 × (20 + 30) / 60

V _out1 = 200 В.

V _out2 = V × R3 / REQ

V _out2 = 240 × 30/60

V _out2 = 120 В.

Ток в цепи

I = V / R _EQ = 240/60 = 4 ампер.

Следовательно, отдельные падения напряжения на каждом резисторе можно рассчитать следующим образом:

В _R1 = I × R1 = 4 × 10 = 40 В.

В _R2 = I × R2 = 4 × 20 = 80 В

В _R3 = I × R3 = 4 × 30 = 120 В.

Применение схем делителя напряжения

Последовательные резисторы образуют схемы делителя напряжения. Принцип делителя напряжения лежит в основе конструкции потенциометра, который действует как простой регулятор напряжения.

Цепи делителя напряжения используются в цепях датчиков. Наиболее часто используемые датчики в виде цепей делителей напряжения — это термисторы и светозависимые резисторы.

Физика для науки и техники II

6.13 Возможная разница между двумя точками в цепи от Office of Academic Technologies на Vimeo.

6.13 Разница потенциалов между двумя точками в цепи

Рассмотрим простую схему, которая состоит из источника питания, электромагнитной силы, скажем, батареи, так что разность потенциалов между ее выводами равна 10 вольт. Давайте подключим его к резистору с сопротивлением 5 Ом. А еще давайте воспользуемся амперметром, который измеряет ток в цепи.Как только мы включим переключатель, конечно, по закону Ома, поскольку R равно ε по сравнению с i , мы ожидаем, что ток будет равен 10 вольт, разделенным на 5 Ом, что равно 2 амперам, для протекания цепи.

Но на самом деле значение амперметра, которое мы собираемся считывать, будет немного меньше 2 ампер, что указывает на наличие другого сопротивления в цепи. Это сопротивление в основном возникает через то, что мы называем внутренним сопротивлением батареи.И он, как правило, представлен этим символом. И поэтому наш блок ЭДС будет состоять из этого внутреннего сопротивления.

Теперь, когда ток не течет через источник питания, другими словами, когда ЭДС источника питания не накачивает заряды, разность потенциалов между его выводами составляет 10 вольт. Но всякий раз, когда мы вводим батарею в схему, подключая ее к концам сопротивления, R , тогда мы будем вводить внутреннее сопротивление батареи, подключенной последовательно, к сопротивлению, R .Другими словами, эквивалент R ( R eq ) в этой схеме будет равен маленькому r плюс большому R .

Итак, в идеальной схеме или в случае идеальной батареи, всякий раз, когда мы включаем переключатель, мы будем иметь ток ε через R , протекающий по цепи. Но в этом случае i ‘ снова будет равно разности потенциалов на резисторе, равной ε , деленной на общее сопротивление цепи, и это будет R плюс . r .Поскольку знаменатель становится больше, ток, потребляемый от источника питания или от электродвижущей силы, будет относительно меньше по сравнению с идеальным корпусом батареи. Итак, если текущие i проходят через эту систему, то i ‘ будет проходить через эту систему.

Отсюда, допустим, мы хотим определить разность потенциалов между любыми двумя точками в данной электрической цепи. Допустим, нас интересует разность потенциалов между этими двумя точками.Чтобы сделать это, мы начнем с первой точки и проследим изменение потенциала по мере продвижения к другой точке по любой из возможных ветвей, другими словами, пройдя этот путь или пройдя этот путь. ветка.

Допустим, мы начинаем с точки a , поэтому потенциал равен V a . Затем сначала пройдите по этому пути, и ток течет от положительного к отрицательному концу. Итак, проходя через эту ветвь, мы пересечем сопротивление R в том же направлении, что и направление тока.Следовательно, потенциал уменьшится на минус i раз R . Затем мы, в конце концов, придем к другому вопросу, который нас интересует.

Следовательно, этот общий потенциал должен быть равен потенциалу в точке b . Таким образом, отсюда мы можем сказать, что точка разности потенциалов a и точка b , V a минус V b , будет равна i умноженным на R . Или мы можем выразить это как V a минус V b равно i в явной форме.Фактически, в этом случае мы называем это как i ′, ε более R плюс r умноженное на R .

Теперь, если мы выберем другой путь, допустим, это путь 1, который следует через эту ветвь, и если мы выберем другой путь, идущий от a к b вдоль второй доступной ветви, тогда мы можем запишите наши уравнения как — скажем, это путь 2. Для пути 2, начиная с первой точки, у нас есть V a , и теперь мы движемся в направлении, противоположном направлению потока тока. .Следовательно, потенциал увеличится в — раз от внутреннего сопротивления — раз.

А теперь пересечем ЭДС в направлении, противоположном направлению стрелки ЭДС, от положительного к отрицательному. Следовательно, потенциал уменьшится на ε вольт. Теперь мы подошли к другому пункту. Следовательно, некоторые изменения потенциала должны быть равны потенциалу в точке b . Переставив это выражение, мы получим V a минус V b будет равно ε минус i умноженное на r .

Опять же, если вы запишете ток в его явной форме, у нас будет ε минус ε на R плюс r умножить на r . Общий знаменатель в правой части даст нам ε умножить на R плюс ε умножить на малое r минус ε умножить на r разделить на R плюс r . ε раз меньше r отменит, и это даст нам ε умножить на R по сравнению с R плюс r .Таким образом, вы можете легко увидеть, что у нас есть точно такой же результат, как разность потенциалов между точкой a и точкой b , если перейти от точки a к точке b двумя разными способами. И это общая процедура, которую мы применяем, чтобы иметь возможность вычислить разность потенциалов между любыми двумя точками в данной электрической цепи.

Итак, если мы сформулируем здесь процедуру, мы можем сказать, что найти разность потенциалов между любыми двумя точками в цепи, начать с одной точки и пройти по цепи к другой точке, следуя любому пути, и добавить, алгебраически, изменения в потенциале, с которым вы столкнетесь.

Давайте вернемся к нашей цепи и разрежем ее прямо перед батареей в точке b . Если мы это сделаем, это будет выглядеть так. Начнем с точки b , и вот батарея, место действия ЭДС или электродвижущей силы. Его внутреннее сопротивление, , затем движется дальше, сопротивление , и вот точка . И, в конце концов, мы снова получим точку b прямо здесь.

Что ж, если мы посмотрим на изменение потенциала по мере того, как мы начнем от этого конца к другому концу этой цепи, я помечу каждый компонент вдоль этой ветви.В точке b у нас есть потенциал V b , и этот потенциал не меняется до тех пор, пока мы не получим электродвижущую силу. И этот электродвигатель, перекачивая свои заряды с отрицательной клеммы на положительную, приведет к увеличению потенциала до и вольт. И тогда потенциал будет оставаться на этом уровне, пока заряды не пройдут через внутреннее сопротивление электродвижущей силы. Это внутреннее сопротивление приведет к уменьшению потенциала в – раз на –.

Итак, вы знаете, что ток течет от положительного конца к отрицательному по этой ветви. Как только заряды выходят из части внутреннего сопротивления, потенциал остается на этом уровне, который имеет тот же потенциал, что и эта точка — здесь. Затем, когда заряды входят в это сопротивление, R , тогда потенциал уменьшается еще дальше — i раз R , i раз больше R , вплоть до потенциала V b .Вот как будет изменяться потенциал, когда мы будем двигаться в направлении тока по этой цепи. Опять же, единицы здесь представляют собой настоящую батарею. И если мы пренебрегаем внутренним сопротивлением батареи, мы называем эту батарею «идеальной батареей».

Калькулятор закона Ома

Наш калькулятор закона Ома — это удобный небольшой инструмент, который поможет вам найти взаимосвязь между напряжением, током и сопротивлением в данном проводнике. Формула закона Ома и формула напряжения в основном используются в электротехнике и электронике.Кроме того, если вы знаете, как рассчитать мощность, вы можете найти его очень полезным при изучении электронных схем. Все эти расчеты вы производите с помощью нашего Калькулятора Ом.

В оставшейся части статьи вы найдете:

• Формула закона Ома
• Как пользоваться формулой напряжения
• Что такое уравнение мощности?
• Как рассчитать мощность
• Закон Ома для анизотропных материалов

Формула закона Ома

Закон Ома — один из основных законов физики.Он описывает взаимосвязь между напряжением, силой тока (также известной как ток) и сопротивлением. Напряжение относится к разности потенциалов между двумя точками электрического поля. Сила тока связана с потоком носителей электрического заряда, обычно электронов или электронодефицитных атомов. Последний термин, сопротивление, — это сопротивление вещества потоку электрического тока.

Ома гласит, что ток течет по проводнику со скоростью, пропорциональной напряжению между концами этого проводника.Другими словами, соотношение между напряжением и током постоянно:

I / V = ​​const

Формулу закона Ома можно использовать для расчета сопротивления как отношения напряжения и тока. Это может быть записано как:

R = V / I

Где:

• R — сопротивление
• В — напряжение
• I — текущий

Сопротивление выражается в омах. И устройство, и правило названы в честь Георга Ома — физика и изобретателя закона Ома.

Помните, что формула закона Ома относится только к веществам, которые способны вызывать энергию. такие как металлы и керамика. Однако есть много других материалов, для которых нельзя использовать формулу закона Ома, например, полупроводники и изоляторы. Закон Ома также действует только при определенных условиях, например, при фиксированной температуре.

Ищете практическое применение закона Ома? Обязательно ознакомьтесь с калькулятором светодиодного резистора!

Формула напряжения

Формула напряжения — это одно из трех математических уравнений, связанных с законом Ома.Это формула, приведенная в предыдущем абзаце, но переписанная так, чтобы вы могли рассчитать напряжение на основе тока и сопротивления, то есть формула напряжения является произведением тока и сопротивления. Уравнение:

В = ИК

Это значение измеряется в вольтах.

Какое уравнение для мощности?

Еще одна величина, которую вы можете вычислить на основании закона Ома, — это мощность. Мощность — это произведение напряжения и тока, поэтому уравнение выглядит следующим образом:

P = V x I

С помощью этой формулы вы можете рассчитать, например, мощность лампочки.Если вы знаете, что напряжение батареи 18V , а ток 6A , вы можете, что мощность будет 108, со следующим расчетом:

P = 6A x 18V = 108 Вт

Как рассчитать мощность?

Если вы все еще не знаете, как рассчитать мощность по приведенным формулам, или просто хотите сэкономить время, вы можете использовать наш калькулятор закона Ома. Структура этого инструмента не слишком сложна, просто введите любые два из четырех значений, чтобы получить два других.Калькулятор закона Ома основан на формуле мощности вместе с формулой закона Ома. Все, что вам нужно сделать, чтобы получить значение мощности, это набрать:

1. Напряжение (в вольтах)
2. Ток (выраженный в амперах)

Затем калькулятор закона Ома выдаст вам два значения — сопротивление, выраженное в омах, и мощность, выраженное в ваттах. Если вам нужен этот результат в другом устройстве, вы можете использовать наш калькулятор ватт в ампер.

Закон Ома для анизотропных материалов

Существует еще одна версия закона Ома, которая использует положение электрических свойств внутри проводника.Некоторые предпочитают его предыдущей формуле из-за его размерного вида. Электропроводящие материалы подчиняются закону Ома, когда удельное сопротивление материалов не зависит от величины и направления приложенного электрического поля.

Вы можете найти следующую формулу, если нажмете кнопку Расширенный режим :

ρ = E / J , где

• ρ — удельное сопротивление проводящего материала.

• E — вектор электрического поля.

• J — вектор плотности тока.

Что касается изотропных материалов, лучше всего использовать первую формулу, поскольку она намного менее сложна. Изотропные материалы — это материалы с одинаковыми электрическими свойствами во всех направлениях, например металлы и стекло. Эта формула может пригодиться при работе с анизотропными материалами, такими как дерево или графит.

Разность потенциалов и ток — Ausgrid

При обсуждении электрической энергии необходимо понимать несколько важных величин.

Разность потенциалов или напряжение (В)

Это говорит вам, сколько энергии доступно для проталкивания электрических зарядов через цепь. Для физика это мера «разницы электрической потенциальной энергии, которую заряд имеет в одной точке по сравнению с другой».

Знакомый способ понять разность потенциалов — это представить себе камень на вершине холма. Камень обладает большой потенциальной гравитационной энергией, которую он может потерять, если упадет на землю.В аккумуляторе или источнике питания электрические заряды на одном выводе (обычно это положительный вывод) имеют БОЛЬШЕ энергии (потенциальная электрическая энергия), чем когда они попадают на другой вывод, то есть они могут упасть с положительной клеммы на отрицательную. Терминал. Для того, чтобы заряды потеряли свою энергию, им требуется токопроводящий путь, позволяющий им упасть с электрического холма. Этот путь представляет собой ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ЦЕПЬ, которая позволяет зарядам терять свою избыточную энергию при перемещении по цепи.Это похоже на скалу на холме. Если позволить, он может упасть на «землю» и потерять накопленную энергию.

Энергия, которую должны терять заряды, называется «разностью потенциалов». Разность потенциалов показывает, сколько энергии должны терять заряды за кулон. Разность потенциалов измеряется в вольтах, символ V, где 1 вольт эквивалентен разнице энергии в 1 джоуль для каждого кулоновского заряда. Разницу потенциалов обычно называют напряжением.

Электрический ток (I)

Это скорость , с которой электрические заряды проходят через цепь, то есть насколько быстро электрические заряды проходят через цепь. Амперметр используется в цепи для регистрации тока. Электрический ток обозначен символом I и измеряется в ампер (символ A ), где 1 ампер эквивалентен потоку 1 кулон в секунду .Хотя первоначально считалось, что ток представляет собой поток положительного заряда, теперь мы знаем, что в большинстве случаев это только очень крошечные отрицательно заряженные электронов , которые протекают по проводам в виде тока.