У дома » Тела и анатомични области » Ток и напрежение. Видове и правила. Работа и характеристики. Определение за електрически ток

Ток и напрежение. Видове и правила. Работа и характеристики. Определение за електрически ток

". Днес искам да засегна такава тема като електрически ток. Какво е? Нека се опитаме да си спомним училищната програма.

Електрическият ток е подредено движение на заредени частици в проводник.

Ако си спомняте, за да се движат заредените частици (възниква електрически ток), трябва да създадете електрическо поле. За да създадете електрическо поле, можете да извършите такива елементарни експерименти като триене на пластмасова дръжка върху вълна и за известно време тя ще привлече леки предмети. Телата, способни да привличат предмети след триене, се наричат наелектризирани. Можем да кажем, че тялото в това състояние има електрически заряди, а самите тела се наричат заредени. От училищната програма знаем, че всички тела са изградени от малки частици (молекули). Молекулата е частица от вещество, която може да бъде отделена от тяло и ще има всички свойства, присъщи на това тяло. Молекулите на сложните тела се образуват от различни комбинации от атоми на прости тела. Например една водна молекула се състои от две прости: кислороден атом и един водороден атом.

Атоми, неутрони, протони и електрони - какво представляват те?

На свой ред атомът се състои от ядро и се върти около него електрони. Всеки електрон в атома има малък електрически заряд. Например, водороден атом се състои от ядро от електрон, въртящ се около него. Ядрото на атома се състои на свой ред от протони и неутрони. Ядрото на атома от своя страна има електрически заряд. Протоните, които изграждат ядрото, имат еднакви електрически заряди и електрони. Но протоните, за разлика от електроните, са неактивни, но тяхната маса е многократно по-голяма от масата на електрона. Частицата неутрон, която е част от атома, няма електрически заряд, тя е неутрална. Електроните, които се въртят около ядрото на атома, и протоните, които изграждат ядрото, са носители на еднакви електрически заряди. Между електрона и протона винаги има сила на взаимно привличане, а между самите електрони и между протоните - сила на взаимно отблъскване. Поради това електронът има отрицателен електрически заряд, а протонът положителен. От това можем да заключим, че има 2 вида електричество: положително и отрицателно. Наличието на еднакво заредени частици в атома води до факта, че между положително зареденото ядро на атома и въртящите се около него електрони съществуват сили на взаимно привличане, които държат атома заедно. Атомите се различават един от друг по броя на неутроните и протоните в ядрата, поради което положителният заряд на ядрата на атомите на различните вещества не е еднакъв. В атомите на различни вещества броят на въртящите се електрони не е еднакъв и се определя от положителния заряд на ядрото. Атомите на някои вещества са здраво свързани с ядрото, докато при други тази връзка може да бъде много по-слаба. Това обяснява различната сила на телата. Стоманената тел е много по-здрава от медната, което означава, че стоманените частици се привличат по-силно една към друга от медните частици. Привличането между молекулите е особено забележимо, когато те са близо една до друга. Повечето отличен примерДве капки вода се сливат в една при контакт.

Електрически заряд

В атома на всяко вещество броят на електроните, въртящи се около ядрото, е равен на броя на протоните, съдържащи се в ядрото. Електрическият заряд на електрона и протона е равен по големина, което означава, че отрицателният заряд на електроните е равен на положителния заряд на ядрото. Тези заряди се балансират взаимно и атомът остава неутрален. В атома електроните създават електронна обвивка около ядрото. Електронната обвивка и ядрото на атома са в непрекъснато осцилаторно движение. Когато атомите се движат, те се сблъскват един с друг и един или повече електрони излитат от тях. Атомът престава да бъде неутрален и става положително зареден. Тъй като положителният му заряд е станал по-отрицателен (слаба връзка между електрона и ядрото - метал и въглища). В други тела (дърво и стъкло) електронните черупки не са счупени. След като се отделят от атомите, свободните електрони се движат произволно и могат да бъдат уловени от други атоми. Процесът на появяване и изчезване в тялото е непрекъснат. С повишаване на температурата скоростта на вибрационното движение на атомите се увеличава, сблъсъците стават по-чести, стават по-силни, броят на свободните електрони се увеличава. Тялото обаче остава електрически неутрално, тъй като броят на електроните и протоните в тялото не се променя. Ако определено количество свободни електрони се отстрани от тялото, тогава положителният заряд става по-голям от общия заряд. Тялото ще бъде положително заредено и обратно. Ако в тялото се създаде липса на електрони, то се зарежда допълнително. Ако ексцесът е отрицателен. Колкото по-голям е този дефицит или излишък, толкова по-голям е електрическият заряд. В първия случай (по-положително заредени частици) телата се наричат проводници (метали, водни разтвори на соли и киселини), а във втория (липса на електрони, отрицателно заредени частици) диелектрици или изолатори (кехлибар, кварц, ебонит). За непрекъснатото съществуване на електрически ток е необходимо постоянно да се поддържа потенциална разлика в проводника.

Е, това е един малък курс по физика. Мисля, че с моя помощ си спомнихте училищната програма за 7 клас и ще анализираме каква е потенциалната разлика в следващата ми статия. Докато се срещнем отново на страниците на сайта.

Електричество

Преди всичко си струва да разберете какво представлява електрическият ток. Електрическият ток е подредено движение на заредени частици в проводник. За да възникне, първо трябва да се създаде електрическо поле, под въздействието на което гореспоменатите заредени частици ще започнат да се движат.

Първата информация за електричеството, появила се преди много векове, е свързана с електрическите "заряди", получени чрез триене. Още в древността хората са знаели, че кехлибарът, носен върху вълна, придобива способността да привлича леки предмети. Но само в края на XVIвек английски лекарГилбърт изследва подробно това явление и установи, че много други вещества имат абсолютно същите свойства. Телата, способни, подобно на кехлибар, след като се търкат, за да привличат леки предмети, той нарече наелектризирани. Тази дума произлиза от гръцката електрон - "кехлибар". Понастоящем казваме, че върху телата в това състояние има електрически заряди, а самите тела се наричат „заредени“.

Електрически заряди винаги възникват, когато различни вещества са в близък контакт. Ако телата са твърди, тогава техният близък контакт е възпрепятстван от микроскопични издатини и неравности, които съществуват по повърхността им. Стискайки и търкайки такива тела, ние сближаваме техните повърхности, които без натиск биха се докоснали само в няколко точки. В някои тела електрическите заряди могат да се движат свободно между тях различни частидокато при други не е възможно. В първия случай телата се наричат "проводници", а във втория - "диелектрици или изолатори". Проводници са всички метали, водни разтвори на соли и киселини и др. Примери за изолатори са кехлибар, кварц, ебонит и всички газове, които са при нормални условия.

Въпреки това трябва да се отбележи, че разделянето на телата на проводници и диелектрици е много произволно. Всички вещества провеждат електричество в по-голяма или по-малка степен. Електрическите заряди са положителни или отрицателни. Този вид ток няма да продължи дълго, защото електрифицираното тяло ще се разреди. За непрекъснатото съществуване на електрически ток в проводник е необходимо да се поддържа електрическо поле. За тези цели се използват източници на електрически ток. Най-простият случай на възникване на електрически ток е, когато единият край на проводника е свързан към електрифицирано тяло, а другият към земята.

Електрическите вериги, доставящи ток към осветителните крушки и електрическите двигатели, се появяват едва след изобретяването на батериите, което датира от около 1800 г. След това учението за електричеството се развива толкова бързо, че за по-малко от век то се превръща не просто в част от физиката, а в основата на нова електрическа цивилизация.

Основните количества електрически ток

Количеството електричество и силата на тока. Въздействието на електрическия ток може да бъде силно или слабо. Силата на електрическия ток зависи от количеството заряд, който преминава през веригата за определена единица време. Колкото повече електрони се преместват от единия полюс на източника към другия, толкова по-голям е общият заряд, носен от електроните. Този общ заряд се нарича количеството електричество, преминаващо през проводника.

По-специално, химическият ефект на електрическия ток зависи от количеството електричество, т.е. колкото повече заряд преминава през електролитния разтвор, толкова повече вещество ще се утаи върху катода и анода. В тази връзка количеството електричество може да се изчисли чрез претегляне на масата на веществото, отложено върху електрода, и познаване на масата и заряда на един йон от това вещество.

Силата на тока е количество, което е равно на съотношението на електрическия заряд, преминал през напречното сечение на проводника, към времето на неговия поток. Единицата за заряд е кулон (C), времето се измерва в секунди (s). В този случай единицата за сила на тока се изразява в C/s. Тази единица се нарича ампер (A). За да се измери силата на тока във верига, се използва електрически измервателен уред, наречен амперметър. За включване във веригата амперметърът е оборудван с два извода. Той е включен във веригата последователно.

електрическо напрежение. Вече знаем, че електрическият ток е подредено движение на заредени частици - електрони. Това движение се създава с помощта на електрическо поле, което извършва определена работа. Това явление се нарича работа на електрически ток. За да премести повече заряд през електрическа верига за 1 секунда, електрическото поле трябва да извърши повече работа. Въз основа на това се оказва, че работата на електрически ток трябва да зависи от силата на тока. Но има и друга стойност, от която зависи работата на тока. Тази стойност се нарича напрежение.

Напрежението е съотношението на работата на тока в определен участък от електрическата верига към заряда, протичащ през същия участък от веригата. Текущата работа се измерва в джаули (J), зарядът се измерва в висулки (C). В тази връзка единицата за измерване на напрежението ще бъде 1 J/C. Тази единица се нарича волт (V).

За да се появи напрежение в електрическа верига, е необходим източник на ток. В отворена верига напрежението присъства само на клемите на източника на ток. Ако този източник на ток е включен във веригата, напрежението ще се появи и в определени участъци от веригата. В тази връзка ще има и ток във веригата. Тоест, накратко можем да кажем следното: ако няма напрежение във веригата, няма ток. За измерване на напрежението се използва електрически измервателен уред, наречен волтметър. По външния си вид той прилича на споменатия по-горе амперметър, с единствената разлика, че буквата V е на скалата на волтметъра (вместо А на амперметъра). Волтметърът има две клеми, с помощта на които се включва паралелно на електрическата верига.

Електрическо съпротивление. След като свържете всички видове проводници и амперметър към електрическа верига, можете да видите, че когато използвате различни проводници, амперметърът произвежда различни показания, т.е. в този случай наличната сила на тока в електрическата верига е различна. Това явление може да се обясни с факта, че различните проводници имат различни електрическо съпротивление, което е физическа величина. В чест на немския физик тя е наречена Ом. Като правило във физиката се използват по-големи единици: килоом, мегаом и др. Съпротивлението на проводника обикновено се обозначава с буквата R, дължината на проводника е L, площта на напречното сечение е S. В този случай съпротивлението може да бъде написана като формула:

където коефициентът p се нарича съпротивление. Този коефициент изразява съпротивлението на проводник с дължина 1 m и площ на напречното сечение, равна на 1 m2. Съпротивлениеизразено в Ohm x m. Тъй като проводниците, като правило, имат доста малко напречно сечение, техните площи обикновено се изразяват в квадратни милиметри. В този случай единицата за съпротивление ще бъде Ohm x mm2/m. В таблицата по-долу. 1 показва съпротивлението на някои материали.

Таблица 1. Електрическо съпротивление на някои материали
Материал	p, Ohm x m2/m	Материал	p, Ohm x m2/m
		Платинено-иридиева сплав




Метал или сплав
		Манганин (сплав)
Алуминий		Константан (сплав)
Волфрам
		Нихром (сплав)
Никел (сплав)		Фехрал (сплав)
Никел (сплав)		Хромел (сплав)

Според табл. 1 става ясно, че медта има най-малкото електрическо съпротивление, а сплавта от метали има най-голямото. В допълнение, диелектриците (изолаторите) имат високо съпротивление.

Електрически капацитет. Вече знаем, че два изолирани един от друг проводника могат да натрупват електрически заряди. Това явление се характеризира с физична величина, която се нарича електрически капацитет. Електрическият капацитет на два проводника не е нищо повече от отношението на заряда на един от тях към потенциалната разлика между този проводник и съседния. Колкото по-ниско е напрежението, когато проводниците получават заряд, толкова по-голям е техният капацитет. Фарадът (F) се приема като единица за електрически капацитет. На практика се използват части от тази единица: микрофарад (µF) и пикофарад (pF).

Yandex.Direct Всички рекламиАпартаменти за ежедневен наем Казан!Апартаменти от 1000 рубли. ежедневно. Мини-хотели. Отчетни документи16.forguest.ru Апартаменти за ежедневен наем в КазанУютни апартаменти във всички квартали на Казан. Бърз апартамент под наем.fatyr.ru Нов Yandex.Browser!Удобни отметки и надеждна защита. Браузър за приятни разходки в мрежата!browser.yandex.ru 0+

Ако вземете два проводника, изолирани един от друг, поставите ги на малко разстояние един от друг, ще получите кондензатор. Капацитетът на кондензатора зависи от дебелината на неговите пластини и дебелината на диелектрика и неговата пропускливост. Чрез намаляване на дебелината на диелектрика между плочите на кондензатора е възможно значително да се увеличи капацитетът на последния. На всички кондензатори, в допълнение към техния капацитет, трябва да бъде посочено напрежението, за което са предназначени тези устройства.

Работа и мощност на електрически ток. От гореизложеното става ясно, че електрическият ток извършва определена работа. Когато електрическите двигатели са свързани, електрическият ток кара всякакъв вид оборудване да работи, движи влакове по релсите, осветява улиците, затопля дома, а също така произвежда химически ефект, тоест позволява електролиза и т.н. Можем да кажем, че работата на тока в определен участък от веригата е равна на произведението ток, напрежение и време, през което е извършена работата. Работата се измерва в джаули, напрежението във волтове, токът в ампери и времето в секунди. В това отношение 1 J = 1V x 1A x 1s. От това се оказва, че за да се измери работата на електрически ток, трябва да се използват три устройства наведнъж: амперметър, волтметър и часовник. Но това е тромаво и неефективно. Следователно, обикновено работата на електрически ток се измерва с електромери. Устройството на това устройство съдържа всички горепосочени устройства.

Силата на електрическия ток е равна на отношението на работата на тока към времето, през което е извършена. Мощността се обозначава с буквата "P" и се изразява във ватове (W). На практика се използват киловати, мегавати, хектовати и т. н. За да измерите мощността на веригата, трябва да вземете ватметър. Електрическата работа се изразява в киловатчаса (kWh).

Основни закони на електрическия ток

Закон на Ом. Напрежението и токът се считат за най-удобните характеристики на електрическите вериги. Една от основните характеристики на използването на електроенергия е бързото транспортиране на енергията от едно място на друго и нейното предаване до потребителя в желаната форма. Продуктът от потенциалната разлика и силата на тока дава мощност, т.е. количеството енергия, отделено във веригата за единица време. Както бе споменато по-горе, за измерване на мощността в електрическа верига ще са необходими 3 устройства. Възможно ли е да се направи с един и да се изчисли мощността от неговите показания и някои характеристики на веригата, като нейното съпротивление? Много хора харесаха тази идея, смятаха я за плодотворна.

И така, какво е съпротивлението на проводник или верига като цяло? Има ли проводник, като водопроводни тръби или тръби във вакуумна система, постоянно свойство, което може да се нарече съпротивление? Например, в тръбите съотношението на разликата в налягането, създаваща потока, разделено на скоростта на потока обикновено е постоянна характеристика на тръбата. По същия начин топлинният поток в проводника е обект на проста връзка, която включва температурната разлика, площта на напречното сечение на проводника и неговата дължина. Откриването на такава връзка за електрически вериги беше резултат от успешно търсене.

През 1820 г. нем учител в училищеГеорг Ом беше първият, който започна да търси горното съотношение. На първо място, той се стреми към слава и слава, което ще му позволи да преподава в университета. Това беше единствената причина той да избере област на обучение, която предлагаше особени предимства.

Ом беше син на шлосер, така че знаеше как да тегли метална тел с различна дебелина, която му беше необходима за експерименти. Тъй като в онези дни беше невъзможно да се купи подходяща жица, Ом го направи със собствените си ръце. По време на експериментите той пробва различни дължини, различни дебелини, различни метали и дори различни температури. Всички тези фактори той променяше на свой ред. По времето на Ом батериите все още бяха слаби, давайки ток с променлива сила. В тази връзка изследователят използва термодвойка като генератор, чийто горещ възел е поставен в пламък. Освен това той използва груб магнитен амперметър и измерва потенциалните разлики (Ом ги нарича "напрежения") чрез промяна на температурата или броя на термичните преходи.

Учението за електрическите вериги току-що получи своето развитие. След изобретяването на батериите около 1800 г. започва да се развива много по-бързо. Бяха проектирани и произведени различни устройства (доста често на ръка), бяха открити нови закони, появиха се понятия и термини и т.н. Всичко това доведе до по-дълбоко разбиране електрически явленияи фактори.

Актуализирането на знанията за електричеството, от една страна, доведе до появата на нова област на физиката, от друга страна, беше основата за бързото развитие на електротехниката, т.е. батерии, генератори, системи за захранване на осветление и електрическо задвижване , изобретени са електрически пещи, електродвигатели и др.

Откритията на Ом са от голямо значение както за развитието на теорията на електричеството, така и за развитието на приложната електротехника. Те направиха лесно прогнозирането на свойствата на електрическите вериги за постоянен ток, а по-късно и за променлив ток. През 1826 г. Ом публикува книга, в която очертава теоретичните заключения и експерименталните резултати. Но надеждите му не се оправдаха, книгата беше посрещната с насмешка. Това се случи, защото методът на грубо експериментиране изглеждаше малко привлекателен в епоха, когато много хора обичаха философията.

Ому нямаше друг избор, освен да напусне поста си на учител. Той не постигна назначение в университета по същата причина. В продължение на 6 години ученият живее в бедност, без увереност в бъдещето, изпитвайки чувство на горчиво разочарование.

Но постепенно творбите му печелят известност първо извън Германия. Ом беше уважаван в чужбина, неговите изследвания бяха използвани. В тази връзка сънародниците бяха принудени да го признаят в родината си. През 1849 г. получава професорско място в Мюнхенския университет.

Ом открива прост закон, който установява връзка между тока и напрежението за парче тел (за част от веригата, за цялата верига). Освен това той създаде правила, които ви позволяват да определите какво ще се промени, ако вземете проводник с различен размер. Законът на Ом се формулира по следния начин: силата на тока в даден участък от веригата е право пропорционална на напрежението в този участък и обратно пропорционална на съпротивлението на участъка.

Закон на Джаул-Ленц. Електрическият ток във всяка част на веригата извършва определена работа. Например, нека вземем някакъв участък от веригата, между краищата на който има напрежение (U). По дефиницията на електрическо напрежение, работата, извършена при преместване на единица заряд между две точки, е равна на U. Ако силата на тока в даден участък от веригата е i, тогава зарядът, който ще премине за време t, и следователно работата на електрическия ток в тази секция ще бъде:

Този израз е валиден за постоянен ток във всеки случай, за всеки участък от веригата, който може да съдържа проводници, електрически двигатели и т.н. Текущата мощност, т.е. работа за единица време, е равна на:

Тази формула се използва в системата SI за определяне на единицата напрежение.

Да приемем, че участъкът от веригата е неподвижен проводник. В този случай цялата работа ще се превърне в топлина, която ще се отдели в този проводник. Ако проводникът е хомогенен и се подчинява на закона на Ом (това включва всички метали и електролити), тогава:

където r е съпротивлението на проводника. В такъв случай:

Този закон за първи път е емпирично изведен от Е. Ленц и независимо от него от Джаул.

Трябва да се отбележи, че нагряването на проводниците намира многобройни приложения в инженерството. Най-често срещаните и важни сред тях са лампите с нажежаема жичка.

Закон за електромагнитната индукция. През първата половина на 19 век английският физик М. Фарадей открива явлението магнитна индукция. Този факт, станал собственост на много изследователи, даде мощен тласък на развитието на електротехниката и радиотехниката.

В хода на експериментите Фарадей установи, че когато броят на линиите на магнитна индукция, проникващи през повърхност, ограничена от затворен контур, се промени, в нея възниква електрически ток. Това е в основата на може би най-важния закон на физиката - закона за електромагнитната индукция. Токът, който възниква във веригата, се нарича индуктивен. Поради факта, че електрическият ток възниква във веригата само в случай на външни сили, действащи върху свободни заряди, тогава с променящ се магнитен поток, преминаващ през повърхността на затворена верига, същите тези външни сили се появяват в нея. Действието на външните сили във физиката се нарича електродвижеща сила или индукционна ЕМП.

Електромагнитната индукция се появява и в отворени проводници. В случай, че проводникът пресича линиите на магнитното поле, в краищата му се появява напрежение. Причината за появата на такова напрежение е индукционният ЕМП. Ако магнитният поток, преминаващ през затворената верига, не се променя, индуктивният ток не се появява.

Използвайки понятието „ЕМП на индукция“, може да се говори за закона за електромагнитната индукция, т.е. ЕМП на индукция в затворен контур е равна по абсолютна стойност на скоростта на промяна на магнитния поток през повърхността, ограничена от цикъл.

Правилото на Ленц. Както вече знаем, в проводника възниква индуктивен ток. В зависимост от условията на появата му, той има различна посока. По този повод руският физик Ленц формулира следното правило: индукционният ток, който възниква в затворена верига, винаги има такава посока, че създаденото от него магнитно поле не позволява промяна на магнитния поток. Всичко това причинява появата на индукционен ток.

Индукционният ток, както всеки друг, има енергия. Това означава, че в случай на индукционен ток се появява електрическа енергия. Според закона за запазване и преобразуване на енергията, горепосочената енергия може да възникне само поради количеството енергия на друг вид енергия. Така правилото на Ленц напълно съответства на закона за запазване и трансформация на енергията.

В допълнение към индукцията, в бобината може да се появи така наречената самоиндукция. Същността му е следната. Ако в бобината се появи ток или неговата сила се промени, тогава се появява променящо се магнитно поле. И ако магнитният поток, преминаващ през бобината, се промени, тогава в него възниква електродвижеща сила, която се нарича ЕМП на самоиндукция.

Според правилото на Ленц, ЕМП на самоиндукция, когато веригата е затворена, пречи на силата на тока и не позволява да се увеличи. Когато веригата EMF е изключена, самоиндукцията намалява силата на тока. В случай, че силата на тока в намотката достигне определена стойност, магнитното поле спира да се променя и ЕМП на самоиндукция става нула.

Електрическият ток е организирано движение на заредени частици.

2. При какви условия възниква електрически ток?

Електрически ток възниква, ако има свободни заряди, както и в резултат на действието на външно електрическо поле. За да се получи електрическо поле, е достатъчно да се създаде потенциална разлика между някои две точки на проводника.

3. Защо движението на заредените частици в проводник при липса на външно електрическо поле е хаотично?

Ако няма външно електрическо поле, тогава няма допълнителна компонента на скоростта, насочена по напрегнатостта на електрическото поле, което означава, че всички посоки на движение на частиците са еднакви.

4. Каква е разликата между движението на заредени частици в проводник при отсъствие и при наличие на външно електрическо поле?

При липса на електрическо поле движението на заредените частици е хаотично, а при наличието му движението на частиците е резултат от хаотично и постъпателно движение.

5. Как се избира посоката на електрическия ток? В каква посока се движат електроните в метален проводник, през който протича електрически ток?

За посока на електрическия ток се приема посоката на движение на положително заредените частици. В метален проводник електроните се движат в посока, обратна на посоката на тока.

Първата информация за електричеството, появила се преди много векове, е свързана с електрическите "заряди", получени чрез триене. вече в древни временахората знаеха, че кехлибарът, носен върху вълна, придобива способността да привлича леки предмети. Но едва в края на 16 век английският лекар Гилбърт изучава подробно това явление и установява, че много други вещества имат абсолютно същите свойства. Телата, способни, подобно на кехлибар, след като се търкат, за да привличат леки предмети, той нарече наелектризирани. Тази дума произлиза от гръцката електрон - "кехлибар". Понастоящем казваме, че върху телата в това състояние има електрически заряди, а самите тела се наричат „заредени“.

Електрически заряди винаги възникват, когато различни вещества са в близък контакт. Ако телата са твърди, тогава техният близък контакт е възпрепятстван от микроскопични издатини и неравности, които съществуват по повърхността им. Стискайки и търкайки такива тела, ние сближаваме техните повърхности, които без натиск биха се докоснали само в няколко точки. В някои тела електрическите заряди могат да се движат свободно между различни части, докато в други това не е възможно. В първия случай телата се наричат "проводници", а във втория - "диелектрици или изолатори". Проводници са всички метали, водни разтвори на соли и киселини и др. Примери за изолатори са кехлибар, кварц, ебонит и всички газове, които са при нормални условия.

Основните количества електрически ток

Електрическо съпротивление. След като свържете всички видове проводници и амперметър към електрическа верига, можете да забележите, че когато използвате различни проводници, амперметърът дава различни показания, тоест в този случай силата на тока, налична в електрическата верига, е различна. Това явление може да се обясни с факта, че различните проводници имат различно електрическо съпротивление, което е физическа величина. В чест на немския физик тя е наречена Ом. Като правило във физиката се използват по-големи единици: килоом, мегаом и др. Съпротивлението на проводника обикновено се обозначава с буквата R, дължината на проводника е L, площта на напречното сечение е S. В този случай съпротивлението може да бъде написана като формула:

R = R * L/S

където коефициентът p се нарича съпротивление. Този коефициент изразява съпротивлението на проводник с дължина 1 m и площ на напречното сечение, равна на 1 m2. Съпротивлението се изразява в Ohm x m. Тъй като проводниците, като правило, имат доста малко напречно сечение, техните площи обикновено се изразяват в квадратни милиметри. В този случай единицата за съпротивление ще бъде Ohm x mm2/m. В таблицата по-долу. 1 показва съпротивлението на някои материали.

*Таблица 1. Електрическо съпротивление на някои материали*
Материал	p, Ohm x m2/m	Материал	p, Ohm x m2/m
Мед	0,017	Платинено-иридиева сплав	0,25
злато	0,024	Графит	13
Месинг	0,071	Въглища	40
Калай	0,12	Порцелан	1019
Водя	0,21	Ебонит	1020
Метал или сплав
Сребро	0,016	Манганин (сплав)	0,43
Алуминий	0,028	Константан (сплав)	0,50
Волфрам	0,055	живак	0,96
Желязо	0,1	Нихром (сплав)	1,1
Никел (сплав)	0,40	Фехрал (сплав)	1,3
Никел (сплав)	0,40	Хромел (сплав)	1,5

Основни закони на електрическия ток

Закон на Ом. Напрежението и токът се считат за най-удобните характеристики на електрическите вериги. Една от основните характеристики на използването на електроенергия е бързото транспортиране на енергия от едно място на друго и нейното предаване до потребителя в желаната форма. Продуктът от потенциалната разлика и силата на тока дава мощност, т.е. количеството енергия, отделено във веригата за единица време. Както бе споменато по-горе, за измерване на мощността в електрическа верига ще са необходими 3 устройства. Възможно ли е да се направи с един и да се изчисли мощността от неговите показания и някои характеристики на веригата, като нейното съпротивление? Много хора харесаха тази идея, смятаха я за плодотворна.

През 1820 г. немският учител Георг Ом е първият, който започва да търси горното съотношение. На първо място, той се стреми към слава и слава, което ще му позволи да преподава в университета. Това беше единствената причина той да избере област на обучение, която предлагаше особени предимства.

Учението за електрическите вериги току-що получи своето развитие. След изобретяването на батериите около 1800 г. започва да се развива много по-бързо. Бяха проектирани и произведени различни устройства (доста често на ръка), бяха открити нови закони, появиха се понятия и термини и т.н. Всичко това доведе до по-дълбоко разбиране на електрическите явления и фактори.

A = Uit

P \u003d A / t \u003d Ui

Тази формула се използва в системата SI за определяне на единицата напрежение.

U=ir

където r е съпротивлението на проводника. В такъв случай:

A = rt2i

Този закон за първи път е емпирично изведен от Е. Ленц и независимо от него от Джаул.

Правилото на Ленц. Както вече знаем, в проводника възниква индуктивен ток. В зависимост от условията на появата му, той има различна посока. По този повод руският физик Ленц формулира следващото правило: индукционният ток, който възниква в затворена верига, винаги има такава посока, че магнитното поле, което създава, не позволява промяна на магнитния поток. Всичко това причинява появата на индукционен ток.

В проводниците при определени условия може да възникне непрекъснато подредено движение на свободни носители на електрически заряд. Такова движение се нарича токов удар. Посоката на движение на положителните свободни заряди се приема за посока на електрическия ток, въпреки че в повечето случаи се движат електрони - отрицателно заредени частици.

Количествената мярка за електрически ток е силата на тока азе скаларна физическа величина, равно на отношениетозареждане р, пренесен през напречното сечение на проводника за интервал от време T, към този интервал от време:

Ако токът не е постоянен, тогава за да се намери количеството заряд, преминал през проводника, се изчислява площта на фигурата под графиката на зависимостта на силата на тока от времето.

Ако силата на тока и неговата посока не се променят с времето, тогава се нарича такъв ток постоянен. Силата на тока се измерва с амперметър, който е свързан последователно към веригата. AT международна системаСилата на тока в единици SI се измерва в ампери [A]. 1 A = 1 C/s.

Намира се като съотношението на общия заряд към общото време (т.е. според същия принцип като Средната скоростили всяка друга средна стойностпо физика):

Ако токът се променя равномерно във времето от стойността аз 1 за стойност аз 2, тогава стойността на средния ток може да се намери като средна аритметична стойност на екстремните стойности:

плътност на тока- силата на тока на единица напречно сечение на проводника се изчислява по формулата:

Когато токът протича през проводник, токът изпитва съпротивление от проводника. Причината за съпротивлението е взаимодействието на зарядите с атомите на веществото на проводника и един с друг. Единицата за съпротивление е 1 ом. Съпротивление на проводника Рсе определя по формулата:

където: л- дължината на проводника, Се неговата площ на напречното сечение, ρ - съпротивление на материала на проводника (внимавайте да не объркате последната стойност с плътността на веществото), което характеризира способността на материала на проводника да устои на преминаването на ток. Тоест това е същата характеристика на веществото, като много други: специфична топлина, плътност, точка на топене и др. Единицата за измерване на съпротивлението е 1 Ohm m. Специфичното съпротивление на дадено вещество е таблична стойност.

Съпротивлението на проводника също зависи от неговата температура:

където: Р 0 – съпротивление на проводника при 0°С, Tе температурата, изразена в градуси по Целзий, α е температурният коефициент на съпротивление. Той е равен относителна промянаустойчивост, с повишаване на температурата с 1 ° C. За металите винаги е по-голямо от нула, за електролитите, напротив, винаги е по-малко от нула.

Диод в DC верига

Диод- Това е нелинеен елемент на веригата, чието съпротивление зависи от посоката на протичане на тока. Диодът е обозначен, както следва:

Стрелката в схематичния символ на диод показва в каква посока преминава ток. В този случай съпротивлението му е нула и диодът може да бъде заменен просто с проводник с нулево съпротивление. Ако токът протича през диода в обратна посока, тогава диодът има безкрайно голямо съпротивление, т.е. той изобщо не пропуска ток и е прекъсване на веригата. Тогава участъкът от веригата с диода може просто да бъде зачеркнат, тъй като токът не протича през него.

Закон на Ом. Последователно и паралелно свързване на проводници

Немският физик Г. Ом през 1826 г. експериментално установи, че силата на тока аз, протичащ през хомогенен метален проводник (т.е. проводник, в който не действат външни сили) със съпротивление Р, пропорционална на напрежението Uв краищата на проводника:

стойността РНаречен електрическо съпротивление. Проводник с електрическо съпротивление се нарича резистор. Това съотношение изразява Закон на Ом за хомогенен участък от веригата: Силата на тока в проводник е право пропорционална на приложеното напрежение и обратно пропорционална на съпротивлението на проводника.

Наричат се проводници, които се подчиняват на закона на Ом линеен. Графична зависимост на силата на тока азот напрежение U(такива графики се наричат характеристики ток-напрежение, съкратено VAC) се изобразява с права линия, минаваща през началото. Трябва да се отбележи, че има много материали и устройства, които не се подчиняват на закона на Ом, като например полупроводников диод или газоразрядна лампа. Дори при метални проводници при достатъчно високи токове се наблюдава отклонение от линейния закон на Ом, тъй като електрическото съпротивление на металните проводници се увеличава с повишаване на температурата.

Проводниците в електрически вериги могат да бъдат свързани по два начина: последователни и паралелни. Всеки метод има свои собствени модели.

1. Модели на серийна връзка:

Формулата за общото съпротивление на последователно свързани резистори е валидна за произволен брой проводници. Ако веригата е свързана последователно нсъщото съпротивление Р, тогава общо съпротивление Р 0 се намира по формулата:

2. Модели на паралелно свързване:

Формулата за общото съпротивление на паралелно свързани резистори е валидна за произволен брой проводници. Ако веригата е свързана паралелно нсъщото съпротивление Р, тогава общото съпротивление Р 0 се намира по формулата:

Електрически измервателни уреди

За измерване на напрежения и токове в DC електрически вериги се използват специални устройства - волтметрии амперметри.

Волтметърпроектиран да измерва потенциалната разлика, приложена към неговите клеми. Той е свързан паралелно с участъка от веригата, на който се измерва потенциалната разлика. Всеки волтметър има някакво вътрешно съпротивление. Р b. За да не може волтметърът да въведе забележимо преразпределение на токовете, когато е свързан към измерваната верига, неговото вътрешно съпротивление трябва да бъде голямо в сравнение със съпротивлението на участъка от веригата, към който е свързан.

Амперметърпредназначен за измерване на тока във веригата. Амперметърът е свързан последователно към прекъсването на електрическата верига, така че целият измерен ток преминава през него. Амперметърът има и известно вътрешно съпротивление. РА. За разлика от волтметъра, вътрешното съпротивление на амперметъра трябва да бъде достатъчно малко в сравнение с общото съпротивление на цялата верига.

ЕМП. Закон на Ом за пълна верига

За съществуването на постоянен ток е необходимо да има устройство в електрическа затворена верига, способно да създава и поддържа потенциални разлики в участъци от веригата поради работата на сили от неелектростатичен произход. Такива устройства се наричат източници на постоянен ток. Наричат се сили от неелектростатичен произход, действащи върху свободни носители на заряд от източници на ток външни сили.

Естеството на външните сили може да бъде различно. В галванични клетки или батерии те възникват в резултат на електрохимични процеси, в DC генератори възникват външни сили, когато проводниците се движат в магнитно поле. Под действието на външни сили електрическите заряди се движат вътре в източника на ток срещу силите на електростатичното поле, поради което в затворена верига може да се поддържа постоянен електрически ток.

Когато електрическите заряди се движат по верига с постоянен ток, външните сили, действащи вътре в източниците на ток, действат. Физическо количество, равно на коефициента на работа А st външни сили при движение на заряд рот отрицателния полюс на източника на ток към положителния до стойността на този заряд, се нарича източник на електродвижеща сила (EMF):

По този начин ЕМП се определя от работата, извършена от външни сили при преместване на един положителен заряд. Електродвижещата сила, подобно на потенциалната разлика, се измерва във волтове (V).

Закон на Ом за пълна (затворена) верига:силата на тока в затворена верига е равна на електродвижещата сила на източника, разделена на общото (вътрешно + външно) съпротивление на веригата:

Съпротива r– вътрешно (собствено) съпротивление на източника на ток (зависи от вътрешна структураизточник). Съпротива Р– съпротивление на натоварване (външно съпротивление на веригата).

Падане на напрежение във външната веригадокато е равен (нарича се още напрежение на изходните клеми):

Важно е да разберете и запомните: ЕМП и вътрешното съпротивление на източника на ток не се променят, когато са свързани различни товари.

Ако съпротивлението на натоварване е нула (източникът се затваря сам) или много по-малко от съпротивлението на източника, тогава веригата ще тече ток на късо съединение:

Ток на късо съединение - максималният ток, който може да се получи от даден източникс електродвижеща сила ε и вътрешно съпротивление r. За източници с ниско вътрешно съпротивление токът на късо съединение може да бъде много голям и да причини разрушаване на електрическата верига или източника. Например, оловно-киселинните батерии, използвани в автомобилите, могат да имат ток на късо съединение от няколкостотин ампера. Особено опасни са късите съединения в осветителните мрежи, захранвани от подстанции (хиляди ампера). За да избегнете разрушителния ефект на такива високи токове, предпазителите или специални машинимрежова защита.

Множество източници на ЕМП в една верига

Ако веригата съдържа няколко ЕДС, свързани последователно, тогава:

1. При правилно (положителният полюс на единия източник е свързан с отрицателния на другия) свързване на източниците, общият ЕМП на всички източници и тяхното вътрешно съпротивление могат да бъдат намерени по формулите:

Например, такова свързване на източници се осъществява в дистанционни управления, камери и др домакински уредиработи с множество батерии.

2. Ако източниците са свързани неправилно (източниците са свързани с еднакви полюси), тяхната обща ЕМП и съпротивление се изчисляват по формулите:

И в двата случая общото съпротивление на източниците нараства.

При паралелна връзкаима смисъл да се свързват източници само с едно и също ЕМП, в противен случай източниците ще се разреждат един в друг. По този начин общият ЕМП ще бъде същият като ЕМП на всеки източник, тоест при паралелна връзка няма да получим батерия с голям ЕМП. В същото време вътрешното съпротивление на батерията от източници намалява, което прави възможно получаването велика силаток и мощност във веригата:

Това е смисълът на паралелното свързване на източниците. Във всеки случай, когато решавате проблеми, първо трябва да намерите общата EMF и общото вътрешно съпротивление на получения източник и след това да напишете закона на Ом за цялата верига.

Работа и мощност на тока. Закон на Джаул-Ленц

работа Аелектрически ток азпротичащ през неподвижен проводник със съпротивление Р, превърнат в топлина Q, който се откроява на проводника. Тази работа може да се изчисли с помощта на една от формулите (като се вземе предвид закона на Ом, всички те следват един от друг):

Законът за превръщане на работата на тока в топлина е експериментално установен независимо от J. Joule и E. Lenz и се нарича Закон на Джаул-Ленц. Сила на електрически токравно на съотношението на работата на тока Акъм интервала от време Δ T, за които е извършена тази работа, така че може да се изчисли по следните формули:

Работата на електрически ток в SI, както обикновено, се изразява в джаули (J), мощността - във ватове (W).

Енергиен баланс на затворена верига

Помислете сега за пълна постоянна верига, състояща се от източник с електродвижеща сила ε и вътрешно съпротивление rи външна хомогенна зона със съпротивление Р. В този случай полезната мощност или мощността, освободена във външната верига, е:

Максимално възможната полезна мощност на източника се постига, ако Р = rи е равно на:

Ако, когато е свързан към един и същ източник на ток с различни съпротивления Р 1 и РНа тях се разпределят 2 равни мощности, тогава вътрешното съпротивление на този източник на ток може да се намери по формулата:

Загуба на мощност или мощност вътре в източника на ток:

Общата мощност, развита от източника на ток:

Текуща ефективност на източника:

Електролиза

електролитиОбичайно е да се наричат проводими среди, в които протичането на електрически ток е придружено от пренос на материя. Носители на свободни заряди в електролитите са положително и отрицателно заредени йони. Електролитите включват много съединения на метали с металоиди в разтопено състояние, както и някои твърди вещества. Въпреки това, основните представители на електролитите, широко използвани в техниката, са водните разтвори неорганични киселини, соли и основи.

Преминаването на електрически ток през електролита е придружено от отделяне на вещество върху електродите. Това явление е наименувано електролиза.

Електрическият ток в електролитите е движението на йони от двата знака в противоположни посоки. Положителните йони се движат към отрицателния електрод ( катод), отрицателни йони - към положителния електрод ( анод). Йоните и на двата знака се появяват в водни разтворисоли, киселини и алкали в резултат на разцепването на някои от неутралните молекули. Това явление се нарича електролитна дисоциация.

закон на електролизатае експериментално установен от английския физик М. Фарадей през 1833г. Закон на Фарадейопределя количеството първични продукти, отделени върху електродите по време на електролизата. Така че масата мвеществото, освободено от електрода, е право пропорционално на заряда Qпреминали през електролита:

стойността кНаречен електрохимичен еквивалент. Може да се изчисли по формулата:

където: не валентността на веществото, нА е константата на Авогадро, М – моларна масавещества де елементарният заряд. Понякога се въвежда и следната нотация за константата на Фарадей:

Електрически ток в газове и във вакуум

Електрически ток в газовете

AT нормални условиягазовете не провеждат електричество. Това се дължи на електрическата неутралност на газовите молекули и следователно на липсата на носители на електрически заряд. За да може един газ да стане проводник, един или повече електрони трябва да бъдат отделени от молекулите. Тогава ще има свободни носители на заряд - електрони и положителни йони. Този процес се нарича газова йонизация.

Възможно е да се йонизират газови молекули чрез външно въздействие - йонизатор. Йонизаторите могат да бъдат: поток от светлина, рентгенови лъчи, електронен поток или α - частици. Газовите молекули също се йонизират, когато висока температура. Йонизацията води до появата на свободни носители на заряд в газовете - електрони, положителни йони, отрицателни йони (електрон, комбиниран с неутрална молекула).

Ако в пространството, заето от йонизиран газ, се създаде електрическо поле, тогава носителите на електрически заряди ще започнат да се движат по подреден начин - така възниква електрически ток в газовете. Ако йонизаторът спре да работи, тогава газът отново става неутрален, тъй като рекомбинация– образуване на неутрални атоми от йони и електрони.

Електрически ток във вакуум

Вакуумът е такава степен на разреждане на газ, при която може да се пренебрегне сблъсъкът между неговите молекули и да се приеме, че средният свободен път надвишава линейните размери на съда, в който се намира газът.

Електрическият ток във вакуум се нарича проводимост на междуелектродната междина във вакуумно състояние. В този случай има толкова малко газови молекули, че процесите на тяхната йонизация не могат да осигурят такъв брой електрони и йони, необходими за йонизация. Проводимостта на междуелектродната междина във вакуум може да се осигури само с помощта на заредени частици, които са възникнали поради емисионни явления на електродите.

обратно
Напред

Как да се подготвим успешно за КТ по физика и математика?

За да се подготвите успешно за КТ по физика и математика, освен всичко друго, трябва да бъдат изпълнени три критични условия:

Проучете всички теми и изпълнете всички тестове и задачи, дадени в учебните материали на този сайт. За да направите това, не ви трябва абсолютно нищо, а именно: да отделяте три до четири часа всеки ден за подготовка за CT по физика и математика, изучаване на теория и решаване на задачи. Факт е, че CT е изпит, при който не е достатъчно само да знаете физика или математика, трябва също да можете бързо и без грешки да решавате голям бройзадачи за различни темии различна сложност. Последното може да се научи само чрез решаване на хиляди проблеми.
Научете всички формули и закони във физиката и формули и методи в математиката. Всъщност също е много лесно да се направи това, има само около 200 необходими формули във физиката и дори малко по-малко в математиката. Всеки от тези елементи има около дузина стандартни методирешаване на проблеми с базово ниво на сложност, които също е напълно възможно да се научат и по този начин напълно автоматично и без затруднения да се решават в точния момент повечето CT. След това ще трябва да мислите само за най-трудните задачи.
Явете се и на трите етапа на репетиционното изпитване по физика и математика. Всеки RT може да бъде посетен два пъти, за да се решат и двете опции. Отново, на CT, в допълнение към способността за бързо и ефективно решаване на проблеми и познаването на формули и методи, е необходимо също да можете да планирате правилно времето, да разпределяте силите и най-важното да попълвате правилно формуляра за отговор , без да бъркате нито номерата на отговорите и задачите, нито собственото си име. Освен това по време на RT е важно да свикнете със стила на задаване на въпроси в задачите, което може да изглежда много необичайно за неподготвен човек на DT.

Успешното, усърдно и отговорно изпълнение на тези три точки ще ви позволи да покажете отличен резултат на CT, максимума от това, на което сте способни.

Открихте грешка?

Ако смятате, че сте открили грешка в учебни материали, тогава пишете, моля, за това по пощата. Можете също да докладвате за грешка в социална мрежа(). В писмото посочете предмета (физика или математика), името или номера на темата или теста, номера на задачата или мястото в текста (страницата), където според вас има грешка. Също така опишете каква е предполагаемата грешка. Писмото ви няма да остане незабелязано, грешката или ще бъде коригирана, или ще ви бъде обяснено защо не е грешка.

Дял: