기전력, 전압 및 전위차
잠재적 차이
한 몸은 더 많이 가열되고 다른 몸은 덜 가열될 수 있다는 것은 분명합니다. 신체가 가열되는 정도를 온도라고 합니다. 유사하게, 한 신체는 다른 신체보다 더 많이 전기화될 수 있습니다. 신체의 대전 정도는 전자 전위 또는 단순히 신체의 전위라는 값을 특징짓습니다.
몸에 전기를 공급한다는 것은 무엇을 의미합니까? 그에게 말하라는 뜻이다. 전자 요금, 즉 우리가 몸을 음으로 충전하면 일정량의 전자를 거기에 추가하고 몸을 양으로 충전하면 전자를 제거합니다. 두 경우 모두 신체는 어느 정도의 대전, 즉 하나 또는 다른 전위를 갖는 반면 양전하를 띤 신체는 양전하를 띠고 음전하를 띤 신체는 음전위를 갖습니다.
전자 요금 수준의 차이일반적으로 2개의 몸체를 호출합니다. 전자 전위차아니면 그냥 전위차.
두 개의 유사한 몸체가 동일한 전하로 충전되어 있지만 하나가 다른 것보다 크면 둘 사이에 잠재적인 차이도 있음을 이해해야 합니다.
또한, 이러한 2개의 물체 사이에는 전위차가 존재하며, 그 중 하나는 전하를 띠고 다른 하나는 전하를 띠지 않습니다. 따라서 예를 들어 지구에서 분리된 어떤 물체에 특정 전위가 있는 경우 해당 물체와 지구(전위가 0으로 간주됨) 사이의 전위차는 이 몸체의 전위와 수치적으로 동일합니다.
따라서 두 물체가 전위가 같지 않은 방식으로 대전되면 필연적으로 두 물체 사이에 전위차가 존재하게 됩니다.
모두가 알고 있다 대전 현상빗을 머리카락에 문지르면 빗과 사람의 머리카락 사이에 잠재적인 차이가 생기는 것뿐입니다.
실제로 빗이 머리카락에 문지르면 전자의 일부가 빗으로 흘러가 음전하를 띠는 반면 전자의 일부를 잃은 머리카락은 빗과 같은 정도이지만 양전하를 띠게 됩니다. 빗을 머리카락에 대면 이러한 방식으로 전위차가 0으로 줄어들 수 있습니다. 전자의 이러한 역전이는 전기 빗을 귀에 더 가까이 가져오면 단순히 들을 수 있습니다. 특징적인 딱딱 소리는 방전이 일어나고 있음을 나타냅니다.
전위차에 대해 위에서 말하면서, 우리는 두 개의 대전체를 염두에 두었지만, 전위차는 1st와 같은 몸체의 다른 부분(점) 사이에서도 얻을 수 있습니다.
예를 들어, 어떤 외부 힘의 작용으로 와이어의 자유 전자가 와이어의 한쪽 끝으로 이동하면 구리 와이어에서 어떤 일이 발생하는지 봅시다. 물론 도선의 다른 쪽 끝에서는 전자가 부족하게 되어 도선 끝 사이에 전위차가 발생하게 됩니다.
외력의 작용이 끝나자 마자 반대 전하의 인력으로 인해 전자는 즉시 양전하를 띠는 와이어 끝, 즉 부족한 곳으로 돌진하고 전자 평형 다시 전선에 올 것이다.
기전력 및 전압
디 도체에서 전자 전류를 유지하려면 이 도체 끝에서 항상 전위차를 유지하는 외부 에너지원이 필요합니다.
이러한 에너지원은 소위 전자 전류 소스누가 특정 소유 기전력 만드는 것과 오랫동안도체 끝에서 전위차를 유지합니다.
기전력(EMF로 약칭)은 문자 E로 표시됩니다.. EMF의 측정 단위는 볼트입니다. 우리나라에서 볼트는 문자 "B"로 약칭되며, 국제 지정- 문자 "V".
따라서 지속적인 전자전류의 흐름을 얻기 위해서는 기전력, 즉 전류의 공급원이 필요하다.
최초의 전류 소스는 산성화된 물에 적신 가죽이 늘어선 일련의 구리 및 아연 원으로 구성된 소위 "볼타 컬럼"이었습니다. 따라서 기전력을 얻는 방법 중 하나는 특정 물질의 화학적 상호 작용으로 화학 에너지가 전자 에너지로 변환됩니다. 이 방법으로 기전력이 생성되는 전류원을 화학 전류 소스.
현재 화학 전류 소스 - 갈바니 전지및 배터리 - 전기 공학 및 전력 산업에서 널리 사용됩니다.
전기 공학 및 전력 산업의 모든 영역에서 널리 보급된 또 다른 주요 전류 소스는 발전기입니다.
발전기는 발전소에 설치되며 산업 회사, 전자 도시 조명, 전자 철도, 트램, 지하철, 무궤도 전차 등에 전력을 공급하는 유일한 전류원으로 사용됩니다.
전자 전류의 화학적 소스(부품 및 배터리)와 발전기의 경우 기전력의 작용은 완전히 동일합니다. EMF는 전류 소스의 단자에서 전위차를 만들어 오랫동안 유지한다는 사실로 구성됩니다.
이러한 클램프를 전류 소스 극이라고 합니다. 전류원의 한 극은 항상 전자 부족을 경험하고, 당연히 양전하를 띠고, 다른 극은 과잉 전자를 경험하고 당연히 음전하를 띠게 됩니다.
따라서 전류 소스의 한 극을 양극(+), 다른 극을 음극(-)이라고 합니다.
전류 소스는 전류 소비자와 같은 다양한 장치에 전자 전류를 공급하는 데 사용됩니다. 전류 소비자는 도체의 도움으로 전류 소스의 극에 연결되어 폐쇄 전자 회로를 형성합니다. 닫힌 전자 회로가있는 전류 소스의 극 사이에 설정된 전위차는 전압이라고하며 문자 U로 표시됩니다.
EMF와 마찬가지로 전압의 단위는 볼트입니다.
예를 들어, 전류 소스의 전압이 12V라고 기록해야 하는 경우 U - 12V로 작성합니다.
EMF 또는 전압을 측정하기 위해 전압계라는 장치가 사용됩니다.
전류 소스의 EMF 또는 전압을 측정하려면 전압계를 해당 극에 특별히 연결해야 합니다. 이 모든 것으로 전자 회로가 열려 있으면 전압계에 전류 소스의 EMF가 표시됩니다. 회로를 닫으면 전압계에 더 이상 EMF가 표시되지 않고 전류 소스 단자의 전압이 표시됩니다.
전류원에 의해 발생된 EMF는 항상 단자의 전압보다 큽니다.
탐색기에서 생성하는 경우 전기장유지하기위한 조치를 취하지 않으면 전하 캐리어의 움직임이 매우 빠르게 도체 내부의 필드가 사라지고 따라서 전류가 멈춘다는 사실로 이어집니다. 충분히 오랜 시간 동안 전류를 유지하기 위해서는 낮은 전위를 가진 도체의 끝에서 필요합니다. j2(전하 캐리어는 양수로 가정) 전류에 의해 여기에 가져온 전하를 지속적으로 제거하고 큰 잠재력을 가진 끝쪽으로 j1지속적으로 그들을 내립니다(그림 20.1).
제 1 제 2
쌀. 20.1. EMF의 개념에.
즉, 닫힌 경로를 따라 이동하는 전하의 주기를 수행해야 합니다. 벡터 순환 정전기장 k는 0과 같습니다. 따라서 폐회로에서 양전하가 감소하는 방향으로 이동하는 영역과 함께 제이, 증가하는 방향으로 양전하의 이동이 발생하는 영역이 있어야합니다. 제이, 즉 정전기장의 힘에 반대합니다(그림 20.1에서 점선으로 표시된 회로 부분 참조). 이 지역에서 캐리어의 이동은 힘의 도움으로 만 가능합니다. 비 정전기 기원, 호출 외부 세력 . 따라서 전류를 유지하려면 회로 전체 또는 개별 섹션에서 작용하는 외력이 필요합니다. 그것들은 기계적 기원의 힘, 화학적 과정, 불균일한 매질에서의 전하 운반체의 확산 또는 두 개의 서로 다른 물질의 경계를 통한 시간 변화에 의해 생성된 전기장(정전기는 아님)으로 인해 발생할 수 있습니다. 자기장, 등.
외력은 사슬을 따라 움직이는 전하에 하는 일에 의해 특징지어질 수 있습니다. 양전하의 단위라고 하는 외력의 작업과 동일한 값을 회로 또는 해당 섹션에서 작용하는 기전력(EMF) E라고 합니다. 따라서 충전에 외력이 작용하면 큐 A와 같으면 정의에 따라
이자형= A/Q. (20.6)
전위와 EMF의 공식을 비교하면 EMF의 차원이 전위의 차원과 일치함을 알 수 있습니다. 그렇기 때문에 이자형와 같은 단위로 측정 제이- 볼트(V).
전하에 작용하는 외력 f st 큐, 로 나타낼 수 있습니다
벡터 값 먹기외부 힘의 장의 강도라고합니다. 충전에 대한 외력의 작용 큐폐쇄 회로 전체에서 다음과 같이 표현할 수 있습니다.
이 작업을 q pr \u003d +1로 나누면 회로에서 작용하는 EMF를 얻습니다.
따라서 폐쇄 회로에서 작용하는 EMF는 외력의 전계 강도 벡터의 순환으로 정의할 수 있습니다.
섹션 1 - 2에 작용하는 기전력은 분명히 다음과 같습니다.
이자형 12 = (20.7)
외력 외에도 정전기장력이 전하에 작용합니다. 에프전자 = q 이자형. 따라서 전하 q에 대한 체인의 각 지점에 작용하는 결과적인 힘은 다음과 같습니다.
.
이 힘이 전하에 대해 한 일 큐체인 섹션 1 - 2에서 다음 식으로 제공됩니다.
= q 이자형 12 + q( j 1 - j 2). (20.8)
폐쇄 회로의 경우 정전기력의 일은 0이므로 A = qE..
작업량과 수치적으로 동일단일 양전하를 움직일 때 정전기 및 외력에 의해 수행, 전압 강하라고 함 또는 단순히 전압 U 회로의 이 부분에서. 공식 (20.8)에 따르면
유 12 = 제이 1 - 제이 2 + 이자형 12 . (20.9)
외부 힘이 없을 때 전압 U는 전위차와 일치합니다. j 1 - j 2 .
정전기 장에는 에너지가 있습니다. 정전기 장에 전하가 있으면 어떤 힘으로 작용하는 장이 움직여 일을합니다. 모든 일은 일종의 에너지 변화와 관련이 있습니다. 전하를 이동시키는 정전기장의 일은 일반적으로 전위차라고 하는 양으로 표현됩니다.
여기서 q는 전송된 전하의 값이고,
j 1 및 j 2 - 경로의 시작점과 끝점의 전위.
간결함을 위해 이제부터 로 표시하겠습니다. V는 전위차입니다.
V = A/q. 전기장의 점들 사이의 잠재적인 차이는 전하가 그들 사이에서 움직이는 하나의 펜던트일 때 전기력이 하는 일입니다 .
[V] \u003d V. 1 볼트는 1 쿨롱의 전하가 이동할 때 1 줄의 작업을 수행하는 점 사이의 전위차입니다.
몸체 사이의 전위차는 전위계로 측정되며 몸체 중 하나는 도체로 전위계 몸체에 연결되고 다른 하나는 화살표에 연결됩니다. 전기 회로에서 회로 지점 간의 전위차는 전압계로 측정됩니다.
전하로부터 거리가 멀어지면 정전기장이 약해집니다. 결과적으로, 0과 필드의 에너지 특성 - 전위가되는 경향이 있습니다. 물리학에서 무한대 점의 전위는 0으로 간주됩니다. 전기 공학에서 지구의 표면은 0의 잠재력을 가지고 있다고 믿어집니다.
전하가 주어진 점에서 무한대로 이동하면
A = q(j - O) = qj => j= A/q, 즉 한 점의 가능성은 전기력이 해야 하는 일이며, 한 펜던트의 전하를 주어진 점에서 무한대로 옮기는 것입니다. .
양전하 q가 거리 d에서 강도 벡터의 방향을 따라 강도 E를 갖는 균일한 정전기장에서 이동한다고 가정합니다. 전하를 이동시키는 필드의 작업은 필드 강도와 전위차를 통해 찾을 수 있습니다. 분명히, 작업을 계산하는 모든 방법으로 동일한 값을 얻습니다.
A = Fd = Eqd = qV. =>
이 공식은 필드의 전력 및 에너지 특성을 연결합니다. 또한, 그것은 우리에게 긴장의 단위를 제공합니다.
[E] = V/m. 1V / m은 이러한 균일 한 정전기장의 강도이며, 강도 벡터의 방향을 따라 1m 이동할 때 전위가 1V만큼 변경됩니다.
체인 섹션에 대한 옴의 법칙.
도체 끝에서 전위차가 증가하면 도체의 전류가 증가합니다. 옴은 도체의 전류 강도가 도체 양단의 전위차에 정비례한다는 것을 실험적으로 증명했습니다.
다른 소비자를 동일한 것에 연결할 때 전기 회로현재 강도가 다릅니다. 이것은 다른 소비자가 다른 방식으로 그들을 통과하는 것을 방지한다는 것을 의미합니다. 전류. 전류가 통과하는 것을 방지하는 도체의 능력을 특징으로 하는 물리적 양을 전기 저항이라고 합니다. . 주어진 도체의 저항은 일정한 온도에서 일정한 값입니다. 온도가 상승함에 따라 금속의 저항은 증가하고 액체의 저항은 감소합니다. [R] = 옴. 1 Ohm은 1V의 끝 부분에서 전위차와 함께 1A의 전류가 흐르는 그러한 도체의 저항입니다. 가장 일반적으로 사용되는 금속 도체. 그 안의 현재 캐리어는 자유 전자입니다. 도체를 따라 이동할 때 결정 격자의 양이온과 상호 작용하여 에너지의 일부를 제공하고 속도를 잃습니다. 원하는 저항을 얻으려면 저항 상자를 사용하십시오. 저항 상자는 원하는 조합으로 회로에 포함될 수 있는 알려진 저항을 가진 와이어 코일 세트입니다.
Ohm은 실험적으로 다음을 발견했습니다. 회로의 균질한 섹션의 현재 강도는 이 섹션의 끝에 있는 잠재적 차이에 정비례하고 이 섹션의 저항에 반비례합니다.
회로의 균질 섹션은 전류 소스가 없는 섹션입니다. 이것은 모든 전기 계산의 기초인 회로의 균질한 부분에 대한 옴의 법칙입니다.
길이가 다른 도체를 포함하여 교차 구역~에서 만들어진 다른 재료, 발견: 도체의 저항은 도체의 길이에 정비례하고 단면적에 반비례합니다. 어떤 물질로 만들어진 모서리가 1미터인 정육면체의 저항은 전류가 반대 면에 수직으로 흐를 경우 이 물질의 특정 저항이라고 합니다. . [r] \u003d Ohm m. 저항의 비 시스템 단위가 종종 사용됩니다 - 단면적이 1 mm 2이고 길이가 1 m 인 도체의 저항 [r] \ u003d 옴 mm 2 / m.
비저항물질 - 표 값. 도체의 저항은 저항에 비례합니다.
슬라이더 및 스텝 가변 저항의 동작은 길이에 대한 도체 저항의 의존성을 기반으로 합니다. 슬라이더 가변 저항은 주변에 니켈선 와이어가 감긴 세라믹 실린더입니다. 가변 저항을 회로에 연결하는 것은 슬라이더를 사용하여 수행되며, 여기에는 회로의 권선 길이가 더 길거나 짧습니다. 와이어는 스케일 레이어로 덮여있어 회전을 서로 분리합니다.
A) 소비자의 직렬 및 병렬 연결.
종종 여러 전류 소비자가 전기 회로에 포함됩니다. 이는 각 소비자가 고유한 전류 소스를 갖는 것이 합리적이지 않기 때문입니다. 소비자를 켜는 두 가지 방법이 있습니다. 직렬 및 병렬 및 혼합 연결 형태의 조합입니다.
a) 소비자의 직렬 연결.
~에 직렬 연결소비자는 소비자가 차례로 연결되는 연속 체인을 형성합니다. 직렬로 연결하면 탭이 없습니다. 연결 전선. 단순화를 위해 직렬로 연결된 두 소비자의 체인을 고려하십시오. 소비자 중 하나를 통과한 전하는 두 번째 소비자도 통과하기 때문입니다. 소비자를 연결하는 도체에는 전하의 소멸, 발생 및 축적이 없습니다. q=q 1 =q 2 . 결과 방정식을 회로를 통한 전류 통과 시간으로 나누면 전체 연결을 통해 흐르는 전류와 해당 섹션을 통해 흐르는 전류 사이의 관계를 얻습니다.
연결 전체에 걸쳐 단일 양전하를 이동시키는 작업은 모든 섹션을 통해 이 전하를 이동시키는 작업으로 구성되어 있음이 분명합니다. 저것들. V \u003d V 1 + V 2 (2).
직렬 연결된 소비자의 총 전위차는 소비자 간의 전위차의 합과 같습니다.
방정식 (2)의 두 부분을 회로의 전류로 나누면 U/I=V 1 /I+V 2 /I가 됩니다. 저것들. 전체 직렬 연결 섹션의 저항은 해당 구성 요소의 소비자 저항의 합과 같습니다.
B) 소비자의 병렬 연결.
이것은 소비자를 활성화하는 가장 일반적인 방법입니다. 이 연결을 통해 모든 소비자는 모든 소비자에 대한 두 가지 공통 지점에 연결됩니다.
통과할 때 병렬 연결, 회로를 통과하는 전하는 개별 소비자를 통과하는 여러 부분으로 나뉩니다. 전하 보존 법칙에 따르면 q=q 1 +q 2 . 이 방정식을 전하 이동 시간으로 나누면 회로를 통해 흐르는 총 전류와 개별 소비자를 통해 흐르는 전류 사이의 관계를 얻을 수 있습니다.
전위차의 정의에 따라 V=V 1 =V 2 (2).
회로 섹션에 대한 옴의 법칙에 따라 방정식 (1)의 전류 강도를 저항에 대한 전위차의 비율로 바꿉니다. 우리는 V / R \u003d V / R 1 + V / R 2를 얻습니다. 감소 후: 1/R=1/R 1 +1/R 2 ,
저것들. 병렬 연결 저항의 역수는 개별 분기의 저항 역수의 합과 같습니다.