DC pe scurt. curent electric DC

2.1. Constant electricitate.
Puterea curentă. densitatea curentă

Un curent electric este o mișcare direcționată a sarcinilor electrice. Dacă substanța conține purtători de sarcină liberi - electroni, ioni, capabili să se deplaseze pe distanțe considerabile, atunci în prezența unui câmp electric dobândesc o mișcare dirijată, care se suprapune mișcării lor haotice termice. Ca rezultat, purtătorii de taxe gratuite se deplasează într-o anumită direcție.

Caracteristica cantitativă a curentului electric este mărimea sarcinii transferate prin suprafața luată în considerare pe unitatea de timp. Se numește puterea curentă. Dacă o sarcină D este transferată pe suprafață în timp q, atunci curentul este egal cu:

Unitatea de măsură a intensității curentului în sistemul SI de unități este Amperi (A), . Un curent care nu se modifică în timp se numește curent constant.

Atât purtătorii pozitivi, cât și cei negativi pot participa la formarea curentului; câmp electric le deplasează în direcții opuse. Direcția curentului este determinată de obicei de direcția de mișcare a purtătorilor pozitivi. De fapt, curentul în majoritatea cazurilor este creat de mișcarea electronilor, care, fiind încărcați negativ, se deplasează în direcția opusă celei luate pentru direcția curentului. Dacă purtătorii pozitivi și negativi se mișcă simultan într-un câmp electric, atunci curentul total este definit ca suma curenților formați de purtătorii fiecărui semn.

Pentru cuantificarea curentului electric se folosește și o altă valoare, numită densitate de curent. Densitatea de curent este o valoare egală cu sarcina care trece pe unitatea de timp printr-o unitate de suprafață perpendiculară pe direcția de mișcare a sarcinilor. Densitatea de curent este o mărime vectorială.

Orez. 3.1

Notează prin n concentrația purtătorilor de curent, adică numărul lor pe unitate de volum. Să desenăm o zonă infinit de mică D într-un conductor care poartă curent S, perpendicular pe viteza particulelor încărcate . Să construim pe el un cilindru drept infinit scurt cu înălțimea , așa cum se arată în Fig. 3.1. Toate particulele închise în interiorul acestui cilindru vor trece prin zonă în timp, transferând o sarcină electrică prin aceasta în direcția vitezei:

Astfel, o sarcină electrică este transferată printr-o unitate de suprafață pe unitate de timp. Să introducem un vector care coincide în direcție cu vectorul viteză. Vectorul rezultat va fi densitatea curentului electric. Deoarece există o densitate de sarcină volumetrică, densitatea de curent va fi egală cu . Dacă purtătorii de curent sunt atât sarcini pozitive, cât și negative, atunci densitatea curentului este determinată de formula:

,

unde și sunt densitățile de volum ale sarcinilor pozitive și negative și sunt vitezele mișcării lor ordonate.

Câmpul vectorial poate fi reprezentat folosind linii de curgere, care sunt construite în același mod ca liniile vectorului de intensitate, adică vectorul de densitate de curent în fiecare punct al conductorului este direcționat tangențial la linia curentă.

Forta electromotoare

Dacă în conductor se creează un câmp electric și acest câmp nu este menținut, atunci mișcarea purtătorilor de curent va face ca câmpul din interiorul conductorului să dispară, iar curentul se va opri. Pentru a menține curentul în circuit pentru un timp suficient de lung, este necesar să se efectueze mișcarea sarcinilor de-a lungul unei traiectorii închise, adică să se facă linii. curent continuuînchis. Prin urmare, într-un circuit închis trebuie să existe secțiuni în care purtătorii de sarcină se vor deplasa împotriva forțelor câmp electrostatic, adică de la puncte cu potenţial mai mic la puncte cu potenţial mai mare. Acest lucru este posibil numai în prezența unor forțe neelectrice, numite forțe străine. Forțele externe sunt forțe de orice natură, cu excepția celor Coulomb.

Se numește o mărime fizică egală cu munca forțelor externe atunci când se deplasează o sarcină unitară într-o anumită secțiune a circuitului forta electromotoare(EMF) care operează în acest domeniu:

Forța electromotoare este cea mai importantă caracteristică energetică a sursei. Forța electromotoare se măsoară, ca și potențialul, în volți.

În orice real circuit electric puteți oricând să selectați o secțiune care servește la menținerea curentului (sursa curentă) și să considerați restul ca o „încărcare”. Forțele externe acționează în mod necesar în sursa de curent, prin urmare, în cazul general, aceasta este caracterizată printr-o forță și rezistență electromotoare r, care se numeşte rezistenţa internă a sursei. În sarcină pot acționa și forțe externe, dar în cele mai simple cazuri sunt absente, iar sarcina se caracterizează doar prin rezistență.

Forța rezultată care acționează asupra sarcinii în fiecare punct al circuitului este egală cu suma forțelor electrice și a forțelor terțe:

Lucrul efectuat de această forță asupra sarcinii într-o secțiune a circuitului 1-2 va fi egal cu:

unde este diferența de potențial dintre capetele secțiunii 1-2, este forța electromotoare care acționează asupra acestei secțiuni.

Valoarea egală numeric cu munca efectuată de forțele electrice și externe la deplasarea unei singure sarcini pozitive se numește cădere de tensiune sau pur și simplu tensiune într-o secțiune dată a circuitului. Prin urmare, .

Secțiunea lanțului asupra căreia nu acționează forțele externe se numește omogenă. Zona în care forțele externe acționează asupra purtătorilor de curent se numește neomogenă. Pentru o secțiune omogenă a circuitului, adică tensiunea coincide cu diferența de potențial la capetele secțiunii circuitului.

Legea lui Ohm

Ohm a stabilit experimental legea conform căreia puterea curentului care curge printr-un conductor metalic omogen este proporțională cu căderea de tensiune pe conductor:

unde este lungimea conductorului, este aria secțiune transversală, este un coeficient care depinde de proprietățile materialului, numit rezistivitate electrică. Rezistivitatea este numeric egală cu rezistența unei unități de lungime a unui conductor având o suprafață a secțiunii transversale egală cu unitatea.

Orez. 3.2

Într-un conductor izotrop, mișcarea ordonată a purtătorilor de curent are loc în direcția vectorului intensității câmpului electric. Prin urmare, direcțiile vectorilor și coincid. Să găsim legătura dintre și în același punct al conductorului. Pentru a face acest lucru, selectăm mental în vecinătatea unui anumit punct un volum cilindric elementar cu generatoare paralele cu vectorii și (Fig. 3.2). Un curent trece prin secțiunea transversală a cilindrului. Deoarece câmpul din interiorul volumului selectat poate fi considerat uniform, tensiunea aplicată cilindrului este egală cu , unde este intensitatea câmpului într-o locație dată. Rezistența cilindrului, conform (3.2), este . Înlocuind aceste valori în formula (3.1), ajungem la relația:

,

Profitând de faptul că vectorii și au aceeași direcție, putem scrie

Să rescriem (3.4) sub forma

.

Orez. 3.3

Această formulă exprimă legea lui Ohm pentru o secțiune neomogenă a unui lanț.

Luați în considerare cel mai simplu circuit închis care conține o sursă de curent și o sarcină cu rezistență R(Fig. 3.3). Neglijăm rezistența firelor de plumb. Punând , obținem expresia legii lui Ohm pentru un circuit închis:

Un voltmetru ideal, conectat la bornele unei surse de curent de lucru, arată tensiunea, după cum rezultă din legea lui Ohm pentru o secțiune omogenă a circuitului - în acest caz, pentru rezistența de sarcină. Înlocuind puterea curentului din această expresie în legea lui Ohm pentru un circuit închis, obținem:

Din aceasta se poate observa că tensiunea U la bornele unei surse de lucru este întotdeauna mai mică decât EMF-ul acesteia. Este mai aproape de mai multa rezistentaîncărcături R.În limita de la , tensiunea la bornele unei surse deschise este egală cu EMF a acesteia. În cazul invers, când R=0, care corespunde unui scurtcircuit al sursei de curent, U=0, iar curentul de scurtcircuit este maxim: .

Legea lui Ohm vă permite să calculați orice circuit complex. Un circuit ramificat se caracterizează prin puterea curenților care circulă prin secțiunile sale, rezistența secțiunilor și FEM incluse în aceste secțiuni. Puterea curentului și EMF sunt mărimi algebrice, adică sunt considerate pozitive dacă forța electromotoare contribuie la mișcarea sarcinilor pozitive în direcția aleasă, iar curentul circulă în această direcție, iar negativă în cazul opus. Cu toate acestea, calculul direct al lanțurilor ramificate poate fi dificil. Acest calcul este mult simplificat prin folosirea regulilor propuse de Kirchhoff.

Kirchhoff guvernează

G. Kirchhoff (1824–1887) a studiat în detaliu legea lui Ohm și a dezvoltat o metodă generală de calcul a curenților continui în circuitele electrice, inclusiv cele care conțin mai multe surse de EMF. Această metodă se bazează pe două reguli numite legile lui Kirchhoff. Prima regulă a lui Kirchhoff se aplică nodurilor, adică punctelor în care cel puțin trei conductori converg. Deoarece luăm în considerare cazul curenților continui, în orice punct al circuitului, inclusiv în orice nod, sarcina disponibilă trebuie să rămână constantă, deci suma curenților care curg către nod trebuie să fie egală cu suma celor care ies. Dacă suntem de acord să considerăm pozitivi curenții care se apropie de nod și cei de ieșire negativi, atunci putem spune că suma algebrică a puterilor curenților din nod este egală cu zero:

Puteți obține același raport dacă sunteți de acord, ocolind circuitul într-o anumită direcție, de exemplu, în sensul acelor de ceasornic, considerați pozitivi acei curenți a căror direcție coincide cu direcția bypass-ului și negativ - cei a căror direcție este opusă direcției bypass-ului . De asemenea, vom considera pozitive acele EMF care cresc potențialul în direcția de ocolire a circuitului și negative - cele care scad potențialul în direcția de bypass.

Acest raționament poate fi aplicat oricărei bucle închise, așa că a doua regulă a lui Kirchhoff poate fi scrisă în general după cum urmează:

,

Unde n este numărul de secțiuni din circuit și m este numărul de surse EMF. A doua regulă a lui Kirchhoff exprimă împrejurarea evidentă că atunci când ocolim circuitul complet, ne întoarcem la punctul de plecare cu același potențial.

Astfel, în orice buclă închisă, aleasă în mod arbitrar în cu catenă ramificată conductoare, suma algebrică a produselor intensităților curenților care circulă prin rezistențele secțiunilor corespunzătoare ale circuitului este egală cu suma algebrică a FEM întâlnite în acest circuit.

La fizică pentru clasa a 11-a (Kasyanov V.A., 2002),
o sarcină №17
la capitolul " Curent electric constant. DISPOZIȚII PRINCIPALE».

Electricitate

Electricitate- mișcarea ordonată (dirijată) a particulelor încărcate Mișcarea direcționată a sarcinilor libere (purtători de curent) într-un conductor este posibilă sub influența unui câmp electric extern

Direcția de mișcare a particulelor încărcate pozitiv este luată ca direcție a curentului.

Puterea curentă la un moment dat- o mărime fizică scalară egală cu limita raportului dintre mărimea sarcinii electrice care a trecut prin secțiunea transversală a conductorului și intervalul de timp al trecerii acestuia

Unitatea de măsură a curentului (unitatea de bază SI) - amper (1 A) 1 A = 1 C/s

curent electric continuu - curent care nu se schimbă în timp

Sursa actuala- un dispozitiv care separă sarcinile pozitive și negative

Forțe terțe- forte de origine neelectrostatica, care determina separarea sarcinilor in sursa de curent

EMF- mărime fizică scalară egală cu raportul dintre munca forțelor externe pentru a muta o sarcină pozitivă de la polul negativ al sursei de curent la cel pozitiv la valoarea acestei sarcini:

EMF este egală cu tensiunea dintre polii unei surse de curent deschise.

Legea lui Ohm pentru un conductor omogen (secțiunea circuitului): curentul într-un conductor omogen este direct proporțional cu tensiunea aplicată și invers proporțional cu rezistența conductorului

Rezistența unui conductor este direct proporțională cu rezistivitatea și lungimea acestuia și invers proporțională cu aria secțiunii sale transversale.

Unitatea de rezistență este ohm (1 ohm) 1 ohm = 1 V/A

Rezistor- un conductor cu o anumită rezistență constantă

Rezistivitate- mărime fizică scalară, numeric egală cu rezistența unui conductor cilindric omogen de unitate de lungime și unitate de suprafață.

Unitatea de măsură a rezistivității este un ohmmetru (1 ohm m).

Rezistența specifică a unui conductor metalic crește liniar cu temperatura:

unde ρ 0 - rezistivitate la T 0 \u003d 293 K, ΔT \u003d T-T 0, α - coeficientul de temperatură al rezistenței. Unitate coeficient de temperatură rezistenta K -1 . Rezistivitatea unui semiconductor scade odată cu creșterea temperaturii din cauza creșterii numărului de sarcini libere capabile să transporte curent electric.

Gaură- o stare electronică liberă în rețeaua cristalină, care are o sarcină pozitivă în exces.

Supraconductivitate- un fenomen fizic constând într-o scădere bruscă la zero a rezistenței unei substanțe.

Temperatura critica este temperatura tranziției bruște a materiei de la starea normală la starea supraconductoare.

efect izotopic- dependenţa temperaturii critice de masa ionilor din reţeaua cristalină.

Curentul electric dintr-un supraconductor se datorează mișcării coordonate a perechilor de electroni interconectați prin interacțiunea cu rețeaua cristalină.

La conexiune serială rezistențe, rezistența totală a circuitului este egală cu suma rezistențelor acestora. conexiune paralelă rezistențe, conductivitatea circuitului este egală cu suma conductivităților lor Legea lui Ohm pentru un circuit închis: puterea curentului într-un circuit închis este direct proporțională cu EMF al sursei și invers proporțională cu impedanța circuitului:

unde R și r sunt rezistențele externe și interne ale circuitului.

Legea lui Ohm pentru un circuit închis cu mai multe surse de curent conectate în serie:

puterea curentului într-un circuit închis cu surse de curent conectate în serie este direct proporțională cu suma algebrică a EMF lor și invers proporțională cu impedanța circuitului:

Ampermetru măsoară puterea curentului electric, este inclus în circuit în serie

Shunt- un conductor conectat în paralel cu ampermetrul pentru a crește limita măsurătorilor acestuia *

unde R A este rezistența ampermetrului, n este multiplicitatea modificărilor limitei de măsurare.

Voltmetru măsoară tensiunea electrică. Conectat în paralel

Rezistenta suplimentara - un conductor conectat în serie cu un voltmetru pentru a-și mări domeniul de măsurare.

unde R v este rezistența voltmetrului Cantitatea de căldură degajată în conductor este egală cu munca curentului electric.

Legea Joule-Lenz: cantitatea de căldură degajată într-un conductor cu curent este egală cu produsul dintre pătratul puterii curentului, rezistența conductorului și timpul necesar curentului pentru a trece prin el:

curent electric - munca efectuată pe unitatea de timp de un câmp electric în timpul mișcării ordonate a particulelor încărcate într-un conductor

Puterea maximă este transferată către consumator dacă rezistența de sarcină este egală cu rezistența totală a sursei de curent și a firelor de alimentare

Lichidele, ca și solidele, pot fi conductoare de curent electric.

electroliti- substanţe ale căror soluţii şi topituri au conductivitate ionică.

Disocierea electrolitică - scindarea moleculelor de electrolit în ioni pozitivi și negativi sub acțiunea unui solvent

Electroliză- eliberarea pe electrozi a substanțelor care alcătuiesc electrolitul, atunci când un curent electric trece prin soluția sa (sau se topește)

Legea lui Faraday: masa substanței eliberată pe electrod este direct proporțională cu sarcina care a trecut prin soluția (topirea) electrolitului. unde k este echivalentul electrochimic al substanței.

Unitatea echivalentului electrochimic este kilogramul per pandantiv (1 kg/C).

Legea Faraday combinată:

unde M este masa molară, n este valența element chimic; Constanta lui Faraday F = 9,65-10 4 C/mol.

Tema 4. Curentul electric continuu

Întrebări de studiu:

1. Legile curentului electric continuu.

2. Un circuit electric simplu.

Introducere

Electrostatica studiază interacțiunea corpurilor electrificate (încărcări) care nu sunt

deplasându-se unul față de celălalt. Dar în natură, și mai ales în inginerie electrică,

fenomenele sunt cel mai adesea asociate cu taxe de mutare, adică electrice

curenții de schi. Studiul curentului electric ca fenomen și descoperirea modalităților de a crea (genera) a fost factorul care a asigurat dezvoltarea industriei de energie electrică, electronică, electrochimie și, prin urmare, a contribuit la dezvoltarea multor tehnologii moderne.

Metode moderne de recepție și transmitere energie electrica se bazează pe mai multe legi descoperite în secolul al XIX-lea. Fenomenele și procesele asociate cu curentul electric sunt studiate în secțiunea doctrinei electricității, care se numește electrodinamică. Până în prezent, aplicarea acestor legi a dus la crearea mai multor științe tehnice, în complexitatea lor depășind semnificativ electrodinamica.

Această prelegere discută legile de bază ale celui mai simplu tip de curent - curent electric continuu, precum și legile sale pentru curentul în conductorii metalici și un sistem simplu de conductori, care se numește circuit electric.

unu . Legile curentului electric continuu

1.1 Electricitate. Curent de conducere

1. Fenomenul curentului electric este dezvăluit într-un experiment simplu. Dacă două corpuri încărcate opus (de exemplu, plăci de condensator) sunt conectate cu un fir metalic (Fig. 1.1.1), atunci poate fi detectată o creștere pe termen scurt a temperaturii firului, până la topirea acestuia cu un condensator suficient. încărca. Motivul este că corpurile încărcate aveau potențiale diferite și un câmp electric comun, iar când erau conectate printr-un fir, câmpul făcea treaba și

mutarea sarcinilor de-a lungul unui fir de la un corp la altul. Sarcinile mutate („curgete”) s-au compensat reciproc, diferența de potențial a plăcilor a scăzut la zero și procesul de mișcare a sarcinilor s-a oprit. Această mișcare a sarcinilor este un curent electric. În cazul luat în considerare, curentul a fost Pe termen scurt. În practică, se folosesc atât curenți pe termen scurt, cât și curenți pe termen lung.

Definiție . Curentul electric se numește mișcarea ordonată a sarcinilor electrice - corpuri electrificate micro și macroscopice.

cunoscut trei soiuri curent electric:

1) curenti macroscopiciîn natură, datorită mișcării norilor de tunete în atmosferă sau a fluxurilor de magmă interne

ri a globului, descărcări electrice de fulgere; 2) curenti de conducereîn materie; purtătorii de sarcină sunt electronii și io-

3) curenți în vid, adică în zonele spațiului în care materia este absentă sau are o concentrație foarte scăzută (de exemplu, curenții de electroni în tuburile catodice, particulele elementare în razele cosmice și acceleratorii).

Curenții electrici sunt detectați prin efectul lor asupra corpurilor externe. Aceste influențe sunt:

1) termice - curenții încălzesc corpurile prin care trec;

2) mecanice - curenții deviază un ac magnetic sau alți curenți;

3) chimice - curenții asigură procesul de electroliză în soluții de substanțe (electroliți);

4) biologice - curenții inițiază contracția musculară și afectează funcțiile vitale ale obiectelor biologice.

2. De cea mai mare importanță practică sunt curenti de conducere.

Definiție . Curentul de conducere este un curent electric în corpuri.

Pentru existența unui curent de conducere este necesar să existe (1) o diferență de potențial între punctele corpului și (2) purtători liberi de sarcină electrică în corpuri.

Se numesc corpurile în care este posibilă existența unui curent de conducere conductoare electrice . Ele trebuie să fie în stare solidă sau lichidă. Conductorii includ metale și electroliți - soluții de sare. În metale, electronii sunt purtători liberi de sarcină electrică, iar în electroliți

– ioni (cationi și anioni).

În absența unui câmp electric extern, purtătorii de sarcină din interiorul conductorilor se mișcă și ei, dar această mișcare este termică, adică haotică. Microcurenții existenți în conductori se compensează reciproc. Un câmp electric extern transmite tuturor sarcinilor componentă de mișcare direcțională, care se suprapune haoticului.

Definiție . Viteza mișcării ordonate a purtătorilor de sarcină într-un conductor cu curent electric se numește viteza de derive a purtătorilor de sarcină.

v DR.

Definiție . Liniile de-a lungul cărora există o mișcare ordonată a purtătorilor de sarcină într-un conductor se numesc linii de curent.

Vectorii viteză de derivă sunt direcționați tangențial la liniile de curent corespunzătoare.

Regula: direcția vitezei de derivă a purtătorilor de sarcină pozitivă (q0 0 .

Printr-un câmp electrostatic, sarcinile pozitive se deplasează de la punctele cu un potențial mai mare în valoare absolută la punctele cu un potențial mai mic.

În conductoarele metalice, direcția curentului este opusă direcției adevărate de mișcare a electronilor - purtători de sarcină reali.

3. Principalele marimi cantitative folosite pentru a descrie curentul electric sunt puterea curentului si densitatea curentului.

Selectăm un punct N în interiorul conductorului și desenăm prin el vectorul viteză de derive v DR și linia de curgere corespunzătoare (Fig. 1.1.2). Apoi construim o zonă elementară (infinit mică) dS, care trece prin t. Nperpendi-

în mod particular la vectorul v DR : dS v DR .

În prezența unui curent în conductor, o sarcină dq trece prin aria dS în timp dt. Este evident că

d qd td q= Id t.

Definiție Puterea curentului în vecinătatea unui punct dat N conductor se numește

o mărime fizică scalară egală cu sarcina electrică care trece prin zona elementară d S pe unitatea de timp:

I = dq/dt.

Dacă concentrația purtătorilor de sarcină în conductor este n și fiecare purtător are o sarcină q 0,

atunci este ușor să arătăm că dq =q 0 n v DS dS dt . Apoi Fig. 1.1.2 densitatea curentului și puterea curentului în punctul N al conductorului

sunt descrise prin expresii:

j =q 0 n v DR ,j =q 0 n v DR ;

I = jd S = q0 nv DR d S.

Unitatea de bază pentru măsurarea puterii curentului este „amperi”: \u003d 1A, iar densitatea curentului - „amperi împărțit la metru patrat„: \u003d 1A / m 2.

Estimarea arată că la un curent I = 1A într-un conductor de cupru, pentru care concentrația în volum a electronilor de valență este n 1028 m–3, viteza lor de deriva este v DR 10–2 m/s. Această viteză este mult mai mică decât viteza medie a mișcării haotice a electronilor de valență în volumul conductorului (v СР 106 m/s).

4. În practică, conductoarele metalice sunt foarte utilizate. secțiune transversală normală constantă:S=idem. Pentru ei, liniile de curent sunt paralele, iar vectorul

ry densitatea curentuluiîn toate punctele oricărei secțiuni normale în același moment

Punctele de timp sunt aceleași, adică sunt paralele, îndreptate într-o singură direcție și egale în valoare absolută: j S , j = = const. Rezistența curentului în conductoarele cu secțiune transversală constantă este suma intensităților curentului prin toate cele n zone elementare dS i, în care orice secțiune normală S poate fi împărțită:

5. Definiție. Un curent electric se numește constant dacă curentul

nu se schimbă în timp.

Din definiția puterii curentului, rezultă că la un curent constant printr-o secțiune dată S a conductorului pentru perioade egale de timp t trece aceeași cantitate.

taxa q:

IPOST =const d q = Id t q= Id t= IPOST d t = IPOST t IPOST = q/ t.

Pentru doi conductori de secțiuni transversale diferite S 1 și S 2 la aceeași putere a curentului (I 1 \u003d I 2), modulele de densitate de curent, invers proporționale cu ariile de secțiune transversală ale conductorilor (j \u003d I / S ) sunt legate după următoarea expresie:

j1 / j2 = S2 / S1 .

1.2 Legea lui Ohm pentru curentul într-un conductor

1. Un curent electric într-un conductor există atunci când există o diferență de potențial în câmpul electric (tensiune electrostatică) la capetele conductorului. Experimental, relația dintre puterea curentului și tensiune a fost stabilită de fizicianul german G. Ohm

Legea lui Ohm pentru curentul într-un conductor: puterea curentului într-un conductor omogen este direct proporțională cu tensiunea electrostatică la capetele sale -

Se numește coeficientul de proporționalitate (greacă „lambda”) conductivitate electrică(conductivitate electrică) conductor.

Dar de obicei, în loc de conductivitate electrică, este invers proporțională

valoarea sa - rezistenţa electrică a conductorului R 1/ .

În acest caz, legea lui Ohm pentru conductor are forma:

I = U/R.

Unitatea de măsură de bază rezistență electrică este „ohm”: [ R ] \u003d 1 V / A \u003d 1 Ohm - aceasta este rezistența conductorului, în care, cu o diferență de potențial de 1V, curge un curent continuu de 1A.

2. S-a stabilit experimental că rezistenţa electrică depinde de (1). compoziție chimică conductoare, (2) forma și dimensiunea lor și (3) temperatura lor.

Rezistența unui conductor omogen de secțiune transversală constantă direct proporțional cu lungimea sa și invers proporțional cu aria sa normal secțiune transversală:

R = l/S.

Coeficientul de proporționalitate din această expresie este o caracteristică fizică a substanței din care constă conductorul și se numește electrice specifice

rezistența chimică a substanței din care este compus conductorul.

Unitatea de măsură a rezistivității este „ori ohmi

metru ": \u003d 1 Ohm m. Argintul are cea mai scăzută rezistivitate

(= 1,6 10–8 ohm m) și cupru (= 1,7 10–8 ohm m).

3. Dependența rezistenței conductorului de temperatură se datorează dependenței de temperatură a rezistivității. La temperaturi nu prea diferit de normal, această dependență în prima aproximare are următoarea formă:

0 (1 +t) =0T,R =R0(1 +t) =R0T;

aici și 0 ,R și R 0 – rezistivitateși rezistența conductorului la temperaturi, respectiv, t și 0C (T și 273,15K). Coeficientul de proporționalitate (1/273)K -1 este aproape același pentru toți conductorii metalici:

(1/273) K -1 - și se numește coeficient de temperatură al rezistenței.

Creșterea rezistenței electrice odată cu creșterea temperaturii este caracteristica principală, conform căreia, din toate substanțele conductoare, grup de conductori. Alte grupe de substanțe se caracterizează printr-o scădere a rezistenței odată cu creșterea temperaturii; ei alcătuiesc grupuri de semiconductori merge-

electricieni.

4. În circuitele electrice și radio, este adesea necesar să existe anumite valori specifice ale rezistenței conductoarelor. Acestea sunt instalate prin selectarea conductoarelor standardizate numite rezistențe. Rezistoarele sunt combinate în sisteme. Calculul rezistenței sistemului de rezistențe (echivalent cu

rezistenta sistemului) se bazează pe dependențe, care sunt supuse

tivleniya două sisteme simple- lanț paralel și în serie-

zistori.

Sistem lanț paralel rezistențele cu rezistențele R 1, R 2, R 3, .., R n este prezentată în Fig. 1.2.1a: mai întâi, unul dintre cele două borne ale fiecărui rezistor este conectat și formează primul nod A, iar apoi a doua concluzie sunt conectate în al doilea nod B. La nodul-

se aplică tensiunea A și B U, la fel pentru toate rezistențele:

U 1 \u003d U 2 \u003d U 3 \u003d ... \u003d U n \u003d U.

De la polul pozitiv al sursei circulă un curent de forță I către nodul A. Aici se împarte în curenți I 1, I 2, I 3,.., I n, care se vor conecta la nodul B într-un curent de același fel. puterea initiala I. Adică, puterea curentului I este egală cu suma puterilor curentului din toate rezistențele:

Pe de altă parte, conform legii lui Ohm, I \u003d U / R PAR, unde R PAR este rezistența echivalentă a unui lanț paralel de rezistențe. Echivalarea părților corecte ale ultimelor expresii

zhenii, obținem o formulă de calcul RPAR: valoarea invers proporțională cu rezistența echivalentă a unui șir paralel de rezistențe este egală cu suma valorilor invers proporționale cu rezistențele lor:

5. Schema lanț serial rezistențele cu rezistențe R 1, R 2, R 3, .., R n este prezentată în Fig. 1.2.1b: rezistențele sunt conectate la bornele lor ca vagoanele.

Dacă se aplică tensiune la bornele libere ale rezistențelor extreme R 1 și R n, atunci

curentul va fi același la toate rezistențele:

I 1 \u003d I 2 \u003d I 3 \u003d ... \u003d I n \u003d I,

iar tensiunea pe fiecare dintre rezistențe, conform legii lui Ohm, depinde de propria rezistență:

Ui = Ii Ri = IRi .

Evident, tensiunea U la capetele lanțului este egală cu suma tensiunilor de pe fiecare rezistor:

Pe de altă parte, U = IR LAST , unde R LAST este rezistența echivalentă a circuitului considerat. Echivalând părțile corecte ale ultimelor expresii, obținem că echivalentul

rezistența benzii a unui lanț de rezistențe în serie este egală cu suma rezistențelor acestora:

R LAST= R i . eu 0

Folosind rapoartele R PAR și R LATCH obținute, este posibil să se calculeze rezistența oricărui sistem de rezistențe, evidențiind treptat lanțurile serie și/sau paralele din acesta.

1.3 Legea Joule-Lenz pentru curentul într-un conductor

1. Curentul electric din conductor există datorită muncii efectuate de câmpul electrostatic pentru a transfera o sarcină pozitivă de-a lungul conductorului:

AR \u003d q (1 - 2) \u003d q U.

La curent continuu q \u003d I t. Apoi, având în vedere Legea lui Ohm pentru curentul într-un conductor, putem exprima munca câmpului electrostatic în termeni de parametrii de curent:

AR \u003d I2 R t \u003d (U2 / R) t \u003d IU t

2. J.P. Joule și, independent de el, fizicianul rus E.Kh. Lenz (1804-1865) în

1841-42 stabilit experimental: dacă curentul este trecut printr-un staționar

conductor metalic, atunci singurul efect observat este încălzirea conductorului, adică eliberarea căldurii Q în spațiul înconjurător.

În acest caz, în virtutea legii conservării și transformării energiei

QR = AR = I2 R t.

Această egalitate este o expresie cantitativă a legii Joule-Lenz pentru un conductor: cantitatea de căldură degajatăîn orice conductor când pro-

când trece un curent continuu prin el, acesta este egal cu produsul dintre pătratul puterii curentului și rezistența electrică a conductorului și timpul în care trece curentul.

Folosirea legii lui Ohm vă permite să modificați expresia legii lui Joule-Lenz:

QR = I2 R t = (U2 / R) t = IU t.

Este clar că dacă un conductor purtător de curent se mișcă sub acțiunea lui camp magnetic(motor electric) sau procese chimice (electroliza) au loc în el, atunci munca curentului va depăși cantitatea de căldură degajată.

Intensitatea degajării căldurii este caracterizată de puterea curentului - fizică

cu o valoare egală cu munca curentului pe unitatea de timp:

N A / t \u003d I 2 R \u003d U2 / R \u003d IU.

3. Eliberarea de căldură se explică prin faptul că purtătorii de sarcină interacționează cu rețeaua cristalină a conductorului și transferă în aceasta energia mișcării lor ordonate.

Efectul termic al curentului a găsit o largă aplicație în tehnologie, care a început odată cu invenția în 1873. Inginerul rus A.N. Lodygin (1847-1923) bec incandescent. Pe acest fenomen se bazează acțiunea cuptoarelor electrice cu mufă, a echipamentelor pentru sudarea cu arc electric și prin rezistență a metalelor, a încălzitoarelor electrice de uz casnic și multe altele.

2. Circuit electric simplu

2.1 Sursa de curent continuu. Forța electromotoare a sursei de curent

1. Dacă asupra purtătorilor de sarcină din conductor (rezistor) acţionează numai forţa câmpului electrostatic (ca în experimentul ilustrat în Fig. 1.1.1), atunci purtătorii se deplasează din punctele conductorului cu potenţial mai mare în puncte. cu un potential mai mic. Acest lucru duce la egalizarea potențialelor în toate punctele conductorului și, în consecință, la dispariția curentului.

Principala aplicație practică este pentru curenți continui, inclusiv curenți continui. Pentru existență curent continuu sunt necesare dispozitive capabile să creeze și să mențină la capetele conductorului diferenta de potential constanta. Ta-

ce dispozitive sunt numite surse de curent continuu.În sursele curente, pro-

vine o separare spațială continuă a sarcinilor pozitive și negative la polii sursei , care oferă o diferență de potențial între ele.

la polii sursei de curent (Fig.2.1.1).

Este important ca, spre deosebire de curentul din conductor, sursa interioara curent (ca

sarcini pozitive) este direcționată din negativ polul este pozitiv

nume . Această direcție se numește direcția naturală a curentului în sursă.

Reflectă fizic corect esența proceselor din sursa de curent și corespunde regulii care determină direcția curentului în rezistența conectată la polii sursei.

Rolul sursei de energie este similar cu rolul unei pompe, care este necesar pentru pomparea fluidului prin conductele unui sistem hidraulic. Din punct de vedere formal, sursa de curent „pompează” sarcini pozitive de la polul său negativ la cel pozitiv.

2. Forțele externe fac munca A STOP asupra separării și mișcării sarcinilor electrice în interiorul sursei și crearea unui câmp electric între polii acesteia.

Definiție . Forța electromotoare (EMF) a unei surse de curent este o mărime fizică egală cu munca forțelor externe efectuate în sursă în producerea unei unități de sarcină pozitivă:

E A STOR / q + .

Similitudinea dintre definițiile EMF sursei de curent și potențialul câmpului electric explică faptul că unitatea principală de măsură a EMF este, de asemenea, „volt”:

[ E ] \u003d 1 J / C \u003d 1 V.

3. La baza tuturor surselor de curent sunt substanțele conductoare de electricitate. Prin urmare, sursele au o rezistență electrică, care se numește rezistență internăși se notează cu litera r. Rezistența internă se manifestă prin încălzirea sursei în modul de funcționare, adică atunci când o rezistență este conectată la o sursă de curent. Cantitatea de căldură eliberată în sursele de curent respectă legea Joule-Lenz:

Qr = I2 r t.

Rezistența internă crește odată cu temperatura.

2.2 Secțiunea circuitului electric. Circuit închis simplu

1. Pentru a crea curenți electrici, rezistențele și sursele de curent trebuie utilizate împreună.

Definiție . Circuite electrice simple se numesc sisteme, state-

de la rezistențe, surse de curent și chei (întrerupătoare) conectate în serie.

Definiție . Secțiunea unui lanț simplu Se numește o parte a unui circuit electric simplu, care conține unul sau altul număr de rezistențe și/sau surse de curent.

Definiție . Secțiune omogenă a unui lanț simplu se numeste zona ce contine

trăgând numai rezistențe.

Un exemplu de secțiune omogenă a unui circuit este un lanț în serie de rezistențe (Fig. 1.2.1b). Fenomenul de curent continuu într-o secțiune omogenă a circuitului, constând din rezistențe, este descris de legile Ohm și Joule-Lenz pentru curentul din conductor.

2. Definiție. Secțiune neomogenă a lanțului numită o secțiune care conține rezistențe conectate în serie și surse de curent.

Definiție . Suma rezistențelor rezistențelor R și a rezistențelor interne r i ale surselor de curent dintr-o secțiune neomogenă a unui circuit simplu se numește rezistență totală

prin formarea unei secţiuni neomogene a lanţului.

curentul kov din zonă.

Definiție . Tensiune electrică pe secțiunea neomogenă a circuitului A-

B este valoarea egală cu suma algebrică a tensiunii electrice externe și a EMF (sumare ținând cont de semne) a surselor de curent incluse în secțiunea:

U AB (A -B) + E AB \u003d U + E AB;

aici E AB \u003d E 1 + E 2 + ... este suma algebrică (sumare ținând cont de semne) a EMF a surselor de curent din secțiune.

Cometariu. Se poate observa că pentru o secțiune omogenă a circuitului, tensiunea este identic egală cu tensiune electrostaticăîntre punctele curente de intrare și ieșire:

(U AB) UNU (A - B) UNU = U.

EMF E i în expresia pentru E AB sunt mărimi algebrice: valoarea lui E i

este luată cu semnul „+” dacă direcția curentului IAB în secțiunea circuitului coincide cu direcția naturală de mișcare a sarcinilor pozitive în sursa i-a (în Fig. 2.2.1 E 1 0); dacă direcția curentului IAB este opusă direcției naturale de mișcare a sarcinilor pozitive în sursă, atunci valoarea lui E i este luată din

semnul „-” (în Fig.2.2.1E 2 0). În acest fel,

E AB \u003d E 1E 2 ... .

3. Dacă conductoarele unei secţiuni neomogene lanțurile A-B sunt nemișcate, atunci, conform legii conservării și transformării energiei, munca forțelor electrostatice și externe care acționează în zonă este egală cu căldura degajată în rezistor și sursele de curent:

A AB \u003d Q AB.

Luați în considerare o secțiune de circuit care conține o singură sursă de curent cu rezistență internă r (în acest caz, E AB \u003d E 1 ). Este evident că

A AB \u003d A R + A r + A STOR,

unde (А R +А r ) =q + (А –В ) este munca forțelor electrostatice la deplasarea unei sarcini pozitive q + .

Din definiția EMF rezultă că A STOR \u003d q + E AB. Apoi

A AB \u003d q + (A - B) + q + E AB \u003d q + (A - B) + E AB \u003d q + U AB.

Pe de altă parte, cantitatea de căldură Q AB \u003d Q R + Q r și conform legii Joule-Lenz

și definiția curentului electric (I t \u003d q + )

QAB = I2 R t+ I2 r t= I(R+ r)(I t) = I(R+ r) q+ .

Echivalarea părților drepte ale ultimelor expresii pentru A AB și Q AB dă expresia

legea lui Ohm generalizată pentru o secțiune de lanț neomogenă:

puterea curentului într-o secțiune neomogenă a unui circuit electric este direct proporțională cu tensiune electrică la capetele secțiunii și este invers proporțională cu rezistența totală a secțiunii -

I \u003d (A -B) + E AB / (R + r) \u003d U AB / (R + r).

De aici rezultă că

U AB \u003d I (R + r) \u003d IR + Ir U R + U r,

unde U R IR și U r Ir sunt tensiunile electrostatice pe rezistor și pe cel intern

rezistența secțiunii lanțului. Acesta este tensiunea electrică la capetele secțiunii neomogene a circuitului este egală cu suma tensiunilor electrostatice pe rezistor și rezistența internă a sursei de curent:

U R + U r \u003d ( A - B) + E AB.

Cometariu. Pentru o secțiune omogenă a circuitului (E AB \u003d 0, r \u003d 0, U r \u003d 0) cu rezistență echivalentă R, legea lui Ohm generalizată se transformă în legea lui Ohm pentru curentul din conductor:

U=UR=IR.

Cometariu. Legea lui Ohm generalizată este valabilă nu numai pentru curentul continuu (U = const), ci și pentru orice modificare a curentului în timp. În acest caz, secțiunea de circuit poate conține și alte elemente electrice: (1) condensatoare cu tensiunea U C =q/C pe plăcile lor și (2) solenoizi care creează inducție electromagnetică EMF E i = –LdI/dt. Atunci trebuie luate în considerare mărimile U C și E i, respectiv, în părțile din stânga și din dreapta ecuației legii lui Ohm generalizate:

U R + U r + U C \u003d ( A - B) + E AB + E i].

Este important să ne amintim că litera A indică sfârșitul secțiunii circuitului de unde curge curentul (q 0) în secțiune.

4. Legea lui Ohm generalizată indică o metodă de măsurare a EMF a unei surse de curent. Dacă nu există curent în secțiunea neomogenă (I = 0), atunci rezultă că

E AB \u003d - (A -B) \u003d (B -A),

adică EMF care acționează într-un circuit neomogen este egal cu diferența de potențial electrostatic la capetele circuitului în modul când acestea nu sunt închise prin alte secțiuni.

Această măsurătoare se realizează prin conectarea polilor sursei la bornele voltmetrului.

2.3 Circuit închis simplu

1. Definiție. Circuit închis simplu se numește un lanț, care se obține prin legarea (închiderea) cheii K de capetele unei secțiuni ale unui lanț simplu (Fig. 2.3.1).

Rezistența R într-un circuit închis simplu se numește rezistență externă

mânca.

Folosind legea lui Ohm pentru curentul din conductor, puteți determina ce fracție a EMF E este tensiunea U R pe rezistența externă R:

I \u003d U R / R U R \u003d I R \u003d E R / (R + r) \u003d E / (1 + (r / R )) \u003d E (1 - (r / R )), cu r R.

Se poate observa că cu cât rezistența exterioară a circuitului este mai mare, cu atât valoarea lui U R este mai apropiată de valoarea lui E .

Dacă rezistența externă a circuitului este mult mai mică decât cea internă

(R r ), atunci lanțul va merge scurt circuit:

I KOR \u003d E / r.

Modul de scurtcircuit este extrem de periculos pentru sursele de curent. Rezistența lor internă are valori apropiate de 1 ohm (r 1 ohm). Prin urmare, curenții de scurtcircuit, chiar și la EMF scăzut, pot atinge zeci de amperi. Căldura Joule eliberată în acest caz, proporțională cu pătratul puterii curentului (Q ​​I 2 ), poate dezactiva sursa.

Un curent electric constant este mișcarea continuă a electronilor dintr-o regiune de sarcini negative (-) într-o regiune de sarcini pozitive (+) printr-un material conductor, cum ar fi un fir metalic. Deși descărcările statice sunt mișcări spontane ale particulelor încărcate de la o suprafață încărcată negativ la o suprafață încărcată pozitiv, nu există o mișcare continuă a particulelor printr-un conductor.

Pentru a crea un flux de electroni, este necesar un circuit de curent electric constant. Aceasta este o sursă de energie (de exemplu, o baterie) și un conductor care merge de la polul pozitiv la cel negativ. În circuit pot fi incluse diverse dispozitive electrice.

Mișcarea continuă a electronilor

Curentul continuu este mișcarea continuă a electronilor printr-un material conductor, cum ar fi un fir metalic. Particulele încărcate se deplasează spre potențialul pozitiv (+). Pentru a crea un flux de energie electrică, este necesar un circuit electric, constând dintr-o sursă de curent continuu și un fir care formează o buclă închisă. Un bun exemplu de astfel de circuit este o lanternă.

Deși electronii încărcați negativ se deplasează prin fir către polul pozitiv (+) al sursei de alimentare, mișcarea curentului este indicată în direcția opusă. Acesta este rezultatul unei convenții nefericite și confuze. Oamenii de știință care au experimentat curenții credeau că electricitatea se muta de la (+) la (-), iar acest lucru a fost în general acceptat chiar înainte de descoperirea electronilor. În realitate, particulele încărcate negative se deplasează spre polul pozitiv, opus direcției indicate ca direcție a fluxului de curent. Este confuz, dar odată ce s-a încheiat un acord, este greu să rezolvi lucrurile.

Tensiune, curent și rezistență

Electricitatea care trece printr-un fir sau alt conductor este caracterizată de tensiunea U, curentul I și rezistența R. Tensiunea este energie potențială. Curentul este fluxul de electroni într-un conductor, iar rezistența este forța sa de frecare.

O modalitate bună de a te gândi la un curent electric constant este să folosești analogia cu apa care curge printr-un furtun. Tensiunea este potențialul care crește la un capăt al unui fir din cauza unui exces de electroni încărcați negativ. Este ca presiunea crescută a apei într-un furtun. Potențialul face ca electronii să se miște prin fir într-o regiune cu sarcină pozitivă. Această energie potențială se numește tensiune și se măsoară în volți.

Curentul electric direct este fluxul de electroni, măsurat în amperi. Este ca viteza apei care se deplasează printr-un furtun.

Ohm este o unitate de măsură pentru rezistența electrică. Atomii conductorului sunt aranjați astfel încât electronii să treacă prin frecare mică. În izolatoare sau conductoare slabe, atomii oferă rezistență puternică sau împiedică mișcarea particulelor încărcate. Acest lucru este analog cu frecarea apei într-un furtun pe măsură ce trece prin acesta.

Astfel, tensiunea este ca presiunea, debitul este ca curentul, iar rezistența hidraulică este ca electrică.

Crearea curentului continuu

Deși electricitatea statică poate fi descărcată printr-un fir metalic, nu este o sursă de curent continuu. Sunt baterii și generatoare.

Bateriile folosesc reacții chimice pentru a crea electricitate DC. De exemplu, baterie auto constă din plăci de plumb plasate într-o soluție de acid sulfuric. Atunci când plăcile primesc o încărcare de la rețea sau de la alternatorul mașinii, se schimbă chimic și țin încărcarea. Această sursă de curent continuu poate fi apoi folosită pentru a alimenta farurile mașinii etc. Problema este că acid sulfuric foarte coroziv și periculos.

O altă baterie poate fi făcută independent de o lămâie. Nu necesită încărcare, dar depinde de reacția acidă a diferitelor metale. Cuprul și zincul funcționează cel mai bine. Puteți folosi sârmă de cupru sau o monedă. Un cui galvanizat poate fi folosit ca un alt electrod. Fierul de călcat va funcționa și el, dar nu la fel de bine. Suficient pentru a lipi sârmă de cupruși un cui galvanizat într-o lămâie obișnuită și măsurați tensiunea dintre ele cu un voltmetru. Unii au reușit chiar să aprindă o lanternă cu această baterie.

O sursă de încredere este generatorul, care este făcut din sârmă înfășurată între polii nord și sud ai unui magnet.

Astfel, curentul electric continuu este mișcarea continuă a electronilor de la polul negativ la cel pozitiv al unui conductor, cum ar fi un fir metalic. Este necesar un circuit pentru trecerea particulelor încărcate. În ea, direcția mișcării curentului este opusă fluxului de electroni. Circuitul este caracterizat de cantități precum tensiunea, curentul și rezistența. Sursele de curent continuu sunt bateriile și generatoarele.

Circuite electrice

Circuitul electric de curent continuu este alcătuit dintr-o sursă, la ai cărei poli sunt conectate conductoare, care leagă receptorii într-un circuit închis. Aceasta este o condiție prealabilă pentru trecerea curentului. Circuitele pot fi în serie, paralele sau o combinație.

Dacă luați o sursă de curent continuu, cum ar fi o baterie, și conectați polii ei pozitivi și negativi cu fire la o sarcină, cum ar fi un bec, atunci se formează un circuit electric. Cu alte cuvinte, electricitatea circulă de la un terminal al bateriei la altul. Un întrerupător poate fi instalat în serie cu lampa, care, dacă este necesar, va regla alimentarea cu curent electric continuu.

Surse DC

Circuitul necesită o sursă de alimentare. De regulă, pentru aceasta se utilizează o baterie sau un acumulator. O altă sursă de energie este un generator de curent continuu. În plus, este posibilă trecerea curentului alternativ prin redresor. Un adaptor comun utilizat cu unele dispozitive portabile (cum ar fi smartphone-urile) convertește 220 V AC în tensiune constantă 5 V.

conductoare

Firele și sarcina trebuie să conducă electricitatea. Cuprul sau aluminiul sunt buni conductori și au rezistență scăzută. Filamentul de wolfram dintr-o lampă incandescentă conduce curentul, dar are o rezistență ridicată care îl face să se încălzească și să strălucească.

Conexiune serială și paralelă

Într-un circuit electric, mai multe dispozitive, cum ar fi becurile, pot fi conectate într-o singură linie între polii pozitiv și negativ ai unei baterii. O astfel de conexiune se numește serial. O problemă cu acest aranjament este că, dacă un bec se arde, acesta acționează ca un întrerupător și oprește întregul circuit.

Receptoarele pot fi, de asemenea, conectate în paralel, astfel încât, dacă oricare dintre lămpi se stinge, circuitul să nu fie dezactivat. circuit paralel pornirea este folosită nu numai în ghirlandele de pom de Crăciun - cablarea electrică în case se realizează și în paralel. Prin urmare, iluminatul și aparatele pot fi pornite și oprite independent unele de altele.

Legea lui Ohm

Legile curentului electric continuu includ legea lui Ohm, care este formula cea mai fundamentală pentru circuitele electrice. Potrivit acestuia, curentul care trece prin conductor este direct proporțional cu diferența de potențial peste el. Legea a fost formulată pentru prima dată în 1827 Fizicianul german Georg Ohm când a investigat conductivitatea metalelor. Legea lui Ohm descrie cel mai bine circuitele electrice DC simple. Deși se aplică și la curent alternativ, caz în care ar trebui luate în considerare alte posibile variabile. Relația dintre curent, tensiune și rezistență vă permite să calculați o mărime fizică dacă sunt cunoscute valorile celorlalte două.

Legea lui Ohm arată relația dintre tensiune, curent și rezistență într-un circuit electric simplu.. În forma sa cea mai simplă, este scrisă ca U = I × R. Aici U este tensiunea în volți, I este curentul în amperi și R este rezistența în ohmi. Astfel, dacă se cunosc I și R, se poate calcula U. Dacă este necesar, formula poate fi modificată prin metode algebrice. De exemplu, dacă U și R sunt cunoscuți și trebuie găsit eu, atunci trebuie utilizată ecuația I = U / R. Sau, dacă sunt date U și I și trebuie calculat R, atunci expresia R = U / I este folosit.

Importanța Legii lui Ohm este că, dacă valoarea a două variabile dintr-o ecuație este cunoscută, atunci a treia poate fi determinată. oricare dintre acestea mărimi fizice poate fi măsurat cu un voltmetru. Majoritatea voltmetrelor sau multimetrelor măsoară U, I, R curentului electric DC și AC.

calculul U, I, R

Tensiunea DC cu curent și rezistență cunoscute poate fi găsită prin formula U = I × R. De exemplu, dacă I ​​= 0,2 A și R = 1000 ohmi, atunci U = 0,2 A * 1000 ohmi = 200 V.

Dacă tensiunea și rezistența sunt cunoscute, curentul poate fi calculat folosind ecuația I = V / R. De exemplu, dacă U = 110 V și R = 22000 ohmi, atunci I = 110 V / 22000 ohmi = 0,005 A.

Dacă se cunosc tensiunea și curentul, atunci R = V / I. Dacă V = 220 V și I = 5 A, atunci R = 220 V / 5 A = 44 ohmi.

În acest fel, Legea lui Ohm arată relația dintre tensiune, curent și rezistență într-un circuit electric simplu.. Poate fi aplicat atât la circuitele DC cât și AC.

putere DC

O sarcină care se mișcă într-un circuit (dacă nu este un supraconductor) consumă energie. Acest lucru poate face ca motorul să se încălzească sau să se rotească. Energie electrică este viteza cu care energia electrică este convertită într-o altă formă, cum ar fi energia mecanică, căldura sau lumina. Este egal cu produsul dintre curent și tensiune: P = U × I. Se măsoară în wați. De exemplu, dacă U \u003d 220 V și I \u003d 0,5 A, atunci P \u003d 220 V * 0,5 A \u003d 110 W.

2. Curentul electric în metale. Dovada experimentală a naturii purtătorilor de sarcină electrică din metale. Fundamentele teoriei electronice clasice a conducerii în metale.

Ideea naturii electronice a purtătorilor de sarcină din metale, care a fost stabilită în teoria lui Drude și Lorentz, se bazează pe o serie de dovezi experimentale clasice.

Primul dintre aceste experimente este experiența lui Rikke (1901), în care în cursul anului el. curentul era trecut prin trei cilindri metalici (Cu, Al, Cu) de aceeași rază legați în serie cu capete lustruite cu grijă. În ciuda faptului că sarcina totală care a trecut prin cilindri a atins o valoare uriașă (aproximativ 3,5 * C), nu s-au găsit modificări în masa metalelor cele mai exterioare. Acest lucru a dovedit ipoteza că particulele de masă extrem de mică sunt implicate în transferul de sarcină.

În ciuda masei mici de purtători de sarcină, aceștia au proprietatea inerției, care a fost folosită în experimentele lui Mandelstam și Papaleksi și apoi în experimentele lui Stewart și Tolman, care au rotit bobina cu un număr foarte mare de spire la un uriaș. viteza (de ordinul a 300 m/s), apoi a frânat-o brusc. Ca urmare a deplasării sarcinilor din cauza inerției, a creat un impuls de curent și, cunoscând dimensiunile și rezistența conductorului și mărimea curentului înregistrat în experiment, a fost posibil să se calculeze raportul dintre sarcină și masa particulei, care s-a dovedit a fi foarte apropiată de valoarea obținută pentru un electron (1,7 * C /kg).

Fundamentele teoriei electronice clasice a conducerii în metale

Existența electronilor liberi în metale se explică prin faptul că, în timpul formării unei rețele cristaline a unui metal (ca urmare a apropierii atomilor izolați), electronii de valență, legați relativ slab de nucleele atomice, se desprind de atomii de metal. , devin „liberi” și se pot deplasa prin volum. ionii metalici pozitivi sunt localizați la nodurile rețelei cristaline, iar electronii liberi se mișcă aleatoriu între ei, formând un fel de gaz de electroni, calea liberă medie a electronilor este de aproximativ m ( distanța dintre nodurile rețelei).Electronii de conducere se ciocnesc cu ionii rețelei, transferându-le energie, în consecință, se stabilește un echilibru termodinamic între gazul de electroni și rețea.Conform teoriei Drude-Lorentz, electronii au același energia mișcării termice ca moleculele unui gaz monoatomic ideal și la temperatura camerei viteza termică a electronilor va fi de ordine de mărime/s, toți electronii Ele sunt considerate independente și pentru a explica fenomenele macroscopice (de exemplu, curentul) este suficient să cunoaștem comportamentul unui electron pentru a determina comportamentul tuturor electronilor. Prin urmare, o astfel de teorie se numește „aproximație cu un singur electron” și, în ciuda simplificării sale, dă unele rezultate satisfăcătoare.

Mișcarea haotică termică a electronilor nu poate duce la apariția unui curent. Când un câmp electric este aplicat unui conductor metalic, toți electronii capătă o mișcare direcționată, a cărei viteză poate fi estimată din densitatea curentului; chiar și la densități foarte mari (de ordinul a 10 -10 A / m), viteza mișcarea ordonată este de aproximativ m/s. Prin urmare, în calcule, viteza rezultată a electronului (termic + ordonat) poate fi înlocuită cu viteza mișcării termice.

Apare întrebarea cum se explică faptul transmiterii instantanee a semnalelor electrice pe distanțe lungi? Cert este că semnalul electric este purtat nu de acei electroni care se află la începutul liniei de transmisie, ci de un câmp electric cu o viteză de aproximativ 3 * m / s, implicând aproape instantaneu toți electronii de-a lungul lanțului. Prin urmare, un curent electric apare aproape instantaneu odată cu închiderea circuitului

Vă recomandăm să citiți

Echipament electric

Gătirea caserolei de orez ca la grădiniță

Stabilizatoare și UPS

Supă de pui cu porumb conservat și brânză

Montare

Pui cu cartofi la cuptor - cele mai bune retete

Echipament electric

Curcan la cuptor calorii la 100

Antenă

Marco Polo - Descoperitorul Asiei

Antenă

Marco Polo - Descoperitorul Asiei