Struja i napon. Vrste i pravila. Rad i karakteristike. Definicija električne struje

". Danas želim da se dotaknem takve teme kao što je električna struja. Šta je? Pokušajmo se prisjetiti školskog programa.

Električna struja je uređeno kretanje nabijenih čestica u vodiču.

Ako se sjećate, da bi se nabijene čestice kretale (nastaje električna struja) morate stvoriti električno polje. Da biste stvorili električno polje, možete izvesti takve elementarne eksperimente kao što je trljanje plastične ručke o vunu i neko vrijeme će privlačiti lagane predmete. Tijela sposobna privući predmete nakon trljanja nazivaju se naelektrizirana. Možemo reći da tijelo u ovom stanju ima električni naboj, a sama tijela se nazivaju naelektrisanim. Iz školskog programa znamo da su sva tijela sastavljena od sićušnih čestica (molekula). Molekul je čestica supstance koja se može odvojiti od tela i imaće sva svojstva koja su svojstvena ovom telu. Molekuli složenih tijela nastaju iz različitih kombinacija atoma jednostavnih tijela. Na primjer, molekul vode sastoji se od dva jednostavna: atoma kisika i jednog atoma vodika.

Atomi, neutroni, protoni i elektroni - šta su to?

Zauzvrat, atom se sastoji od jezgra i okreće se oko njega elektrona. Svaki elektron u atomu ima mali električni naboj. Na primjer, atom vodika se sastoji od jezgra elektrona koji se okreće oko njega. Jezgro atoma se sastoji od protona i neutrona. Jezgro atoma, zauzvrat, ima električni naboj. Protoni koji čine jezgro imaju isti električni naboj i elektrone. Ali protoni, za razliku od elektrona, su neaktivni, ali je njihova masa mnogo puta veća od mase elektrona. Čestica neutrona, koja je dio atoma, nema električni naboj, neutralna je. Elektroni koji kruže oko jezgra atoma i protoni koji čine jezgro su nosioci jednakih električnih naboja. Između elektrona i protona uvijek postoji sila međusobnog privlačenja, a između samih elektrona i između protona sila međusobnog odbijanja. Zbog toga elektron ima negativan električni naboj, a proton pozitivan. Iz ovoga možemo zaključiti da postoje 2 vrste električne energije: pozitivna i negativna. Prisutnost jednako nabijenih čestica u atomu dovodi do činjenice da između pozitivno nabijenog jezgra atoma i elektrona koji rotiraju oko njega postoje sile međusobnog privlačenja koje drže atom zajedno. Atomi se međusobno razlikuju po broju neutrona i protona u jezgrima, zbog čega pozitivni naboj jezgara atoma različitih tvari nije isti. U atomima različitih supstanci broj rotirajućih elektrona nije isti i određen je pozitivnim nabojem jezgra. Atomi nekih supstanci su čvrsto vezani za jezgro, dok kod drugih ova veza može biti mnogo slabija. Ovo objašnjava različite snage tijela. Čelična žica je mnogo jača od bakrene žice, što znači da se čelične čestice jače privlače jedna za drugu od čestica bakra. Privlačnost između molekula posebno je uočljiva kada su blizu jedna drugoj. Većina odličan primjer Dvije kapi vode se spajaju u jednu pri kontaktu.

Električno punjenje

U atomu bilo koje supstance, broj elektrona koji se okreću oko jezgra jednak je broju protona sadržanih u jezgru. Električni naboj elektrona i protona jednaki su po veličini, što znači da je negativni naboj elektrona jednak pozitivnom naboju jezgra. Ovi naboji se međusobno balansiraju, a atom ostaje neutralan. U atomu, elektroni stvaraju elektronsku ljusku oko jezgra. Elektronska ljuska i jezgro atoma su u neprekidnom oscilatornom kretanju. Kada se atomi kreću, sudaraju se jedan s drugim i jedan ili više elektrona izleti iz njih. Atom prestaje biti neutralan i postaje pozitivno nabijen. Pošto je njegov pozitivni naboj postao negativniji (slaba veza između elektrona i jezgra - metala i uglja). Kod ostalih karoserija (drvo i staklo) elektronske školjke nisu slomljene. Nakon što se odvoje od atoma, slobodni elektroni se kreću nasumično i mogu biti zarobljeni od strane drugih atoma. Proces pojavljivanja i nestajanja u tijelu je kontinuiran. Kako temperatura raste, brzina vibracijskog kretanja atoma raste, sudari postaju sve češći, jači, broj slobodnih elektrona se povećava. Međutim, tijelo ostaje električno neutralno, jer se broj elektrona i protona u tijelu ne mijenja. Ako se određena količina slobodnih elektrona ukloni iz tijela, tada pozitivni naboj postaje veći od ukupnog naboja. Tijelo će biti pozitivno nabijeno i obrnuto. Ako se u tijelu stvori nedostatak elektrona, onda se ono dodatno naplaćuje. Ako je višak negativan. Što je veći ovaj nedostatak ili višak, veći je električni naboj. U prvom slučaju (više pozitivno nabijenih čestica) tijela se nazivaju provodnici (metali, vodene otopine soli i kiselina), au drugom (nedostatak elektrona, negativno nabijene čestice) dielektrici ili izolatori (ćilibar, kvarc, ebonit). Za kontinuirano postojanje električne struje potrebno je stalno održavati razliku potencijala u provodniku.

Pa, to je mali kurs fizike je gotov. Mislim da ste se uz moju pomoć sjetili školskog programa za 7. razred, a kolika je potencijalna razlika analizirat ćemo u sljedećem članku. Do ponovnog susreta na stranicama sajta.

Struja

Prije svega, vrijedno je saznati šta je električna struja. Električna struja je uređeno kretanje nabijenih čestica u vodiču. Da bi on nastao, prvo se mora stvoriti električno polje pod čijim će se utjecajem gore spomenute nabijene čestice početi kretati.

Prve informacije o elektricitetu, koje su se pojavile prije mnogo stoljeća, odnosile su se na električne "naboje" dobivene trenjem. Već u davna vremena ljudi su znali da ćilibar, nošen na vunu, stječe sposobnost privlačenja laganih predmeta. Ali samo unutra krajem XVI veka engleski doktor Gilbert je detaljno proučavao ovaj fenomen i otkrio da mnoge druge supstance imaju potpuno ista svojstva. Tela koja su sposobna, poput ćilibara, nakon trljanja da privuku lake predmete, nazvao je naelektrisanim. Ova riječ je izvedena od grčkog elektrona - "ćilibar". Trenutno kažemo da na tijelima u ovom stanju postoje električni naboji, a sama tijela se nazivaju "nabijena".

Električni naboji uvijek nastaju kada su različite tvari u bliskom kontaktu. Ako su tijela čvrsta, onda je njihov bliski kontakt spriječen mikroskopskim izbočinama i nepravilnostima koje postoje na njihovoj površini. Stiskanjem i trljanjem takvih tijela spajamo njihove površine koje bi se bez pritiska dodirivale samo u nekoliko tačaka. U nekim tijelima električni naboji se mogu slobodno kretati između njih razni dijelovi dok u drugima to nije moguće. U prvom slučaju tijela se nazivaju "provodnicima", au drugom - "dielektricima, ili izolatorima". Provodnici su svi metali, vodeni rastvori soli i kiselina itd. Primeri izolatora su ćilibar, kvarc, ebonit i svi gasovi koji su u normalnim uslovima.

Ipak, treba napomenuti da je podjela tijela na provodnike i dielektrike vrlo proizvoljna. Sve tvari provode električnu energiju u većoj ili manjoj mjeri. Električni naboji su ili pozitivni ili negativni. Ova vrsta struje neće dugo trajati, jer će naelektrisano tijelo ostati bez naboja. Za kontinuirano postojanje električne struje u provodniku potrebno je održavati električno polje. U te svrhe koriste se izvori električne struje. Najjednostavniji slučaj pojave električne struje je kada je jedan kraj žice spojen na naelektrizirano tijelo, a drugi na uzemljenje.

Električni krugovi koji snabdijevaju strujom sijalice i elektromotore pojavili su se tek nakon izuma baterija, koji datira oko 1800. godine. Nakon toga, razvoj doktrine elektriciteta je išao toliko brzo da je za manje od jednog stoljeća postao ne samo dio fizike, već je formirao osnovu nove električne civilizacije.

Glavne količine električne struje

Količina električne energije i jačina struje. Efekti električne struje mogu biti jaki ili slabi. Jačina električne struje ovisi o količini naboja koja teče kroz strujni krug u određenoj jedinici vremena. Što se više elektrona pomiče s jednog pola izvora na drugi, to je veći ukupni naboj koji elektroni nose. Ovaj ukupni naboj naziva se količina električne energije koja prolazi kroz provodnik.

Konkretno, kemijski učinak električne struje ovisi o količini električne energije, tj. što više naboja prođe kroz otopinu elektrolita, to će se više tvari taložiti na katodi i anodi. S tim u vezi, količina električne energije može se izračunati vaganjem mase tvari nanesene na elektrodu i poznavanjem mase i naboja jednog jona ove tvari.

Jačina struje je veličina koja je jednaka omjeru električnog naboja koji je prošao kroz poprečni presjek provodnika i vremena njegovog protoka. Jedinica za punjenje je kulon (C), vrijeme se mjeri u sekundama (s). U ovom slučaju, jedinica jačine struje izražava se u C/s. Ova jedinica se zove amper (A). Za mjerenje jačine struje u strujnom kolu koristi se električni mjerni uređaj koji se zove ampermetar. Za uključivanje u krug, ampermetar je opremljen sa dva terminala. Uključen je u kolo serijski.

električni napon. Već znamo da je električna struja uređeno kretanje nabijenih čestica - elektrona. Ovaj pokret se stvara uz pomoć električnog polja, koje obavlja određenu količinu posla. Ova pojava se naziva rad električne struje. Da bi pomerilo više naboja kroz električni krug za 1 sekundu, električno polje mora obaviti veći rad. Na osnovu toga ispada da bi rad električne struje trebao ovisiti o jačini struje. Ali postoji još jedna vrijednost o kojoj ovisi rad struje. Ova vrijednost se naziva napon.

Napon je omjer rada struje u određenom dijelu električnog kola i naboja koji teče kroz isti dio strujnog kola. Rad struje se mjeri u džulima (J), naboj se mjeri u privjescima (C). U tom smislu, jedinica mjerenja napona će biti 1 J/C. Ova jedinica se zove volt (V).

Da bi se napon pojavio u električnom kolu, potreban je izvor struje. U otvorenom kolu, napon je prisutan samo na priključcima izvora struje. Ako je ovaj izvor struje uključen u kolo, napon će se pojaviti i u određenim dijelovima kola. S tim u vezi, u krugu će biti i struja. Odnosno, ukratko možemo reći sljedeće: ako u kolu nema napona, nema struje. Za mjerenje napona koristi se električni mjerni uređaj koji se zove voltmetar. Po svom izgledu podsjeća na prethodno spomenuti ampermetar, s tom razlikom što je na voltmetarskoj skali slovo V (umjesto A na ampermetru). Voltmetar ima dva terminala, uz pomoć kojih je paralelno spojen na električni krug.

Električni otpor. Nakon povezivanja svih vrsta vodiča i ampermetra u električni krug, možete vidjeti da kada koristite različite vodiče, ampermetar proizvodi različite indikacije, tj. u ovom slučaju, jačina struje dostupna u električnom kolu je drugačija. Ovaj fenomen se može objasniti činjenicom da različiti provodnici imaju različite električni otpor, što je fizička veličina. U čast njemačkog fizičara, nazvana je Ohm. Po pravilu se u fizici koriste veće jedinice: kiloom, megaom itd. Otpor provodnika se obično označava slovom R, dužina provodnika je L, površina poprečnog presjeka S. U ovom slučaju otpor može biti napisano kao formula:

gdje se koeficijent p naziva otpornost. Ovaj koeficijent izražava otpor vodiča dužine 1 m s površinom poprečnog presjeka od 1 m2. Otpornost izraženo u Ohm x m. Budući da žice, u pravilu, imaju prilično mali poprečni presjek, njihove površine se obično izražavaju u kvadratnim milimetrima. U ovom slučaju, jedinica otpornosti će biti Ohm x mm2/m. U tabeli ispod. 1 pokazuje otpornost nekih materijala.

Tabela 1. Električna otpornost nekih materijala

Materijal

p, Ohm x m2/m

Materijal

p, Ohm x m2/m

Legura platine iridijuma

Metal ili legura

manganin (legura)

Aluminijum

Constantan (legura)

Tungsten

nikrom (legura)

nikl (legura)

fechral (legura)

kromel (legura)

Prema tabeli. 1, postaje jasno da bakar ima najmanju električnu otpornost, a legura metala najveću. Osim toga, dielektrici (izolatori) imaju visoku otpornost.

Električni kapacitet. Već znamo da dva provodnika izolirana jedan od drugog mogu akumulirati električne naboje. Ovaj fenomen karakterizira fizička veličina, koja se naziva električni kapacitet. Električni kapacitet dva vodiča nije ništa drugo do omjer naboja jednog od njih i potencijalne razlike između ovog vodiča i susjednog. Što je niži napon kada se provodnici napune, to je njihov kapacitet veći. Farad (F) se uzima kao jedinica za električni kapacitet. U praksi se koriste frakcije ove jedinice: mikrofarad (µF) i pikofarad (pF).

Yandex.DirectSvi oglasiStanovi za dnevni najam Kazan! Apartmani od 1000 rubalja. dnevno. Mini hoteli. Izvještajni dokumenti16.forguest.ru Stanovi za dnevni najam u Kazanju Udobni apartmani u svim okruzima Kazana. Brzi najam apartmana.fatyr.ru Novi Yandex.Browser! Zgodne oznake i pouzdana zaštita. Preglednik za ugodne šetnje po mreži!browser.yandex.ru 0+

Ako uzmete dva provodnika izolirana jedan od drugog, postavite ih na maloj udaljenosti jedan od drugog, dobićete kondenzator. Kapacitet kondenzatora zavisi od debljine njegovih ploča i debljine dielektrika i njegove permeabilnosti. Smanjenjem debljine dielektrika između ploča kondenzatora, moguće je uvelike povećati kapacitet potonjeg. Na svim kondenzatorima, pored njihovog kapaciteta, mora biti naznačen napon za koji su ovi uređaji projektovani.

Rad i snaga električne struje. Iz prethodnog je jasno da električna struja obavlja određenu količinu posla. Kada se priključe elektromotori, električna struja pokreće sve vrste opreme, pokreće vozove po šinama, osvetljava ulice, greje dom, a proizvodi i hemijski efekat, odnosno omogućava elektrolizu itd. Možemo reći da rad struje u određenom dijelu kola jednak je struji proizvoda, naponu i vremenu tokom kojeg je rad obavljen. Rad se mjeri u džulima, napon u voltima, struja u amperima, a vrijeme u sekundama. U tom smislu, 1 J = 1V x 1A x 1s. Iz ovoga proizlazi da za mjerenje rada električne struje treba koristiti tri uređaja odjednom: ampermetar, voltmetar i sat. Ali ovo je glomazno i ​​neefikasno. Stoga se obično rad električne struje mjeri električnim brojilima. Uređaj ovog uređaja sadrži sve gore navedene uređaje.

Snaga električne struje jednaka je omjeru rada struje i vremena za koje je izvedena. Snaga je označena slovom "P" i izražena je u vatima (W). U praksi se koriste kilovati, megavati, hektavati itd. Da biste izmjerili snagu kola potrebno je uzeti vatmetar. Električni rad se izražava u kilovat-satima (kWh).

Osnovni zakoni električne struje

Ohmov zakon. Napon i struja smatraju se najpogodnijim karakteristikama električnih kola. Jedna od glavnih karakteristika korištenja električne energije je brz transport energije s jednog mjesta na drugo i prijenos do potrošača u željeni oblik. Umnožak razlike potencijala i jačine struje daje snagu, tj. količinu energije koja se daje u krugu u jedinici vremena. Kao što je gore spomenuto, za mjerenje snage u električnom kolu bila bi potrebna 3 uređaja. Da li je moguće napraviti s jednim i izračunati snagu iz njegovih očitanja i neke karakteristike kola, kao što je njegov otpor? Mnogima se ova ideja dopala, smatrali su je plodonosnom.

Dakle, koliki je otpor žice ili kola u cjelini? Da li žica, poput cijevi za vodu ili cijevi u vakuumskom sistemu, ima konstantno svojstvo koje bi se moglo nazvati otporom? Na primjer, u cijevima, omjer razlike tlaka koji stvara protok podijeljen sa brzinom protoka je obično konstantna karakteristika cijevi. Na isti način, tok topline u žici podliježe jednostavnom odnosu, koji uključuje temperaturnu razliku, površinu poprečnog presjeka žice i njenu dužinu. Otkriće takvog odnosa za električna kola rezultat je uspješne pretrage.

1820-ih njemački školski učitelj Georg Ohm je bio prvi koji je počeo tražiti gornji omjer. Prije svega, težio je slavi i slavi, što bi mu omogućilo da predaje na univerzitetu. To je bio jedini razlog zašto je odabrao oblast studija koja je nudila posebne prednosti.

Om je bio sin bravara, pa je znao izvući metalnu žicu različitih debljina, koja mu je bila potrebna za eksperimente. Budući da je u to vrijeme bilo nemoguće kupiti odgovarajuću žicu, Om ju je napravio vlastitim rukama. Tokom eksperimenata, isprobao je različite dužine, različite debljine, različite metale, pa čak i različite temperature. Sve ove faktore on je menjao redom. U Ohmovo vreme, baterije su još bile slabe, dajući struju promenljive veličine. S tim u vezi, istraživač je koristio termoelement kao generator, čiji je vrući spoj stavljen u plamen. Osim toga, koristio je sirovi magnetni ampermetar i mjerio potencijalne razlike (Ohm ih je nazvao "naponi") promjenom temperature ili broja toplinskih spojeva.

Doktrina električnih kola je upravo dobila svoj razvoj. Nakon izuma baterija oko 1800. godine, počeo se razvijati mnogo brže. Dizajnirani su i proizvedeni različiti uređaji (često ručno), otkriveni novi zakoni, pojavili pojmovi i pojmovi itd. Sve je to dovelo do dubljeg razumijevanja električnih pojava i faktori.

Ažuriranje znanja o elektricitetu, s jedne strane, uslovilo je pojavu nove oblasti fizike, s druge strane, bila je osnova za nagli razvoj elektrotehnike, odnosno baterija, generatora, sistema za napajanje rasvjete i elektromotora. , izmišljene su električne peći, elektromotori itd., drugo.

Ohmova otkrića bila su od velike važnosti kako za razvoj teorije elektriciteta tako i za razvoj primijenjene elektrotehnike. Oni su olakšali predviđanje svojstava električnih kola za jednosmernu, a kasnije i za naizmeničnu struju. Godine 1826. Ohm je objavio knjigu u kojoj je iznio teorijske zaključke i eksperimentalne rezultate. Ali njegove nade nisu bile opravdane, knjiga je naišla na podsmijeh. To se dogodilo jer se metoda grubog eksperimentiranja činila malo privlačnom u eri kada su mnogi ljudi voljeli filozofiju.

Omu nije imao izbora nego da napusti svoju poziciju učitelja. Iz istog razloga nije dobio imenovanje na univerzitetu. Naučnik je 6 godina živio u siromaštvu, bez povjerenja u budućnost, doživljavajući osjećaj gorkog razočaranja.

Ali postepeno su njegova djela stekla slavu prvo izvan Njemačke. Om je bio poštovan u inostranstvu, njegovo istraživanje je korišćeno. S tim u vezi, sunarodnici su bili prisiljeni da ga priznaju u svojoj domovini. Godine 1849. dobio je zvanje profesora na Univerzitetu u Minhenu.

Ohm je otkrio jednostavan zakon koji uspostavlja odnos između struje i napona za komad žice (za dio kola, za cijeli krug). Osim toga, napravio je pravila koja vam omogućavaju da odredite što će se promijeniti ako uzmete žicu druge veličine. Ohmov zakon je formuliran na sljedeći način: jačina struje u dijelu kola je direktno proporcionalna naponu u ovom dijelu i obrnuto proporcionalna otporu dijela.

Joule-Lenzov zakon. Električna struja u bilo kojem dijelu kruga obavlja određeni posao. Na primjer, uzmimo neki dio strujnog kola između čijih krajeva je napon (U). Prema definiciji električnog napona, rad obavljen pri pomicanju jedinice naboja između dvije tačke jednak je U. Ako je jačina struje u datom dijelu strujnog kola i, tada će naboj proći za vrijeme t, pa prema tome rad električne struje u ovoj sekciji će biti:

Ovaj izraz vrijedi za jednosmjernu struju u svakom slučaju, za bilo koji dio kola, koji može sadržavati provodnike, elektromotore itd. Snaga struje, odnosno rad u jedinici vremena, jednaka je:

Ova formula se koristi u SI sistemu za određivanje jedinice napona.

Pretpostavimo da je dio strujnog kola fiksni provodnik. U tom slučaju sav rad će se pretvoriti u toplinu, koja će se osloboditi u ovom vodiču. Ako je provodnik homogen i poštuje Ohmov zakon (ovo uključuje sve metale i elektrolite), tada:

gdje je r otpor provodnika. U ovom slučaju:

Ovaj zakon je prvi empirijski izveo E. Lenz i, nezavisno od njega, Joule.

Treba napomenuti da zagrijavanje provodnika nalazi brojne primjene u inženjerstvu. Najčešći i najvažniji među njima su žarulje sa žarnom niti.

Zakon elektromagnetne indukcije. U prvoj polovini 19. veka engleski fizičar M. Faraday otkrio je fenomen magnetne indukcije. Ova činjenica, koja je postala vlasništvo mnogih istraživača, dala je snažan poticaj razvoju elektrotehnike i radiotehnike.

U toku eksperimenata, Faraday je otkrio da kada se promijeni broj linija magnetske indukcije koje prodiru u površinu ograničenu zatvorenom petljom, u njoj nastaje električna struja. Ovo je osnova možda najvažnijeg zakona fizike - zakona elektromagnetne indukcije. Struja koja se javlja u kolu naziva se induktivna. Zbog činjenice da se električna struja javlja u krugu samo u slučaju vanjskih sila koje djeluju na slobodne naboje, tada se s promjenjivim magnetskim fluksom koji prolazi preko površine zatvorenog kruga, te iste vanjske sile pojavljuju u njemu. Djelovanje vanjskih sila u fizici se naziva elektromotorna sila ili indukcijska EMF.

Elektromagnetna indukcija se također pojavljuje u otvorenim provodnicima. U slučaju kada vodič prelazi linije magnetskog polja, na njegovim krajevima se pojavljuje napon. Razlog za pojavu takvog napona je indukcijski EMF. Ako se magnetski tok koji prolazi kroz zatvoreni krug ne promijeni, induktivna struja se ne pojavljuje.

Koristeći koncept “EMF indukcije”, može se govoriti o zakonu elektromagnetne indukcije, odnosno da je EMF indukcije u zatvorenoj petlji po apsolutnoj vrijednosti jednak brzini promjene magnetskog fluksa kroz površinu ograničenu petlja.

Lenzovo pravilo. Kao što već znamo, u vodiču se javlja induktivna struja. U zavisnosti od uslova svog izgleda, ima drugačiji pravac. Ruski fizičar Lenc je ovom prilikom formulisao sljedeće pravilo: indukcijska struja koja se javlja u zatvorenom kolu uvijek ima takav smjer da magnetsko polje koje stvara ne dozvoljava promjenu magnetnog toka. Sve to uzrokuje pojavu indukcijske struje.

Indukcijska struja, kao i svaka druga, ima energiju. To znači da se u slučaju indukcijske struje pojavljuje električna energija. Prema zakonu održanja i transformacije energije, gore navedena energija može nastati samo zbog količine energije neke druge vrste energije. Dakle, Lenzovo pravilo u potpunosti odgovara zakonu održanja i transformacije energije.

Osim indukcije, u zavojnici se može pojaviti i takozvana samoindukcija. Njegova suština je sljedeća. Ako se u zavojnici pojavi struja ili se njena snaga promijeni, tada se pojavljuje promjenjivo magnetsko polje. A ako se magnetski tok koji prolazi kroz zavojnicu promijeni, tada u njemu nastaje elektromotorna sila, koja se naziva EMF samoindukcije.

Prema Lenzovom pravilu, EMF samoindukcije kada je kolo zatvoreno ometa jačinu struje i ne dozvoljava joj da se poveća. Kada je EMF krug isključen, samoindukcija smanjuje jačinu struje. U slučaju kada jačina struje u zavojnici dostigne određenu vrijednost, magnetsko polje prestaje da se mijenja i EMF samoindukcije postaje nula.

Električna struja je uredno kretanje nabijenih čestica.

2. Pod kojim uslovima nastaje električna struja?

Električna struja nastaje ako postoje slobodni naboji, kao i kao rezultat djelovanja vanjskog električnog polja. Da bi se dobilo električno polje, dovoljno je stvoriti razliku potencijala između neke dvije tačke provodnika.

3. Zašto je kretanje nabijenih čestica u provodniku u odsustvu vanjskog električnog polja haotično?

Ako ne postoji vanjsko električno polje, onda nema dodatne komponente brzine usmjerene duž jakosti električnog polja, što znači da su svi smjerovi kretanja čestica jednaki.

4. Koja je razlika između kretanja naelektrisanih čestica u provodniku u odsustvu i u prisustvu spoljašnjeg električnog polja?

U nedostatku električnog polja, kretanje nabijenih čestica je haotično, au njegovom prisustvu kretanje čestica je rezultat haotičnog i translacijskog kretanja.

5. Kako se bira smjer električne struje? U kom smjeru se kreću elektroni u metalnom provodniku kroz koji teče električna struja?

Smjer kretanja pozitivno nabijenih čestica uzima se kao smjer električne struje. U metalnom provodniku, elektroni se kreću u smjeru suprotnom od smjera struje.

Prije svega, vrijedno je saznati šta je električna struja. Električna struja je uređeno kretanje nabijenih čestica u vodiču. Da bi on nastao, prvo se mora stvoriti električno polje pod čijim će se utjecajem gore spomenute nabijene čestice početi kretati.

Prve informacije o elektricitetu, koje su se pojavile prije mnogo stoljeća, odnosile su se na električne "naboje" dobivene trenjem. Već u davna vremena ljudi su znali da ćilibar, nošen na vunu, stječe sposobnost privlačenja lakih predmeta. Ali tek krajem 16. veka engleski lekar Gilbert je detaljno proučavao ovaj fenomen i otkrio da mnoge druge supstance imaju potpuno ista svojstva. Tela koja su sposobna, poput ćilibara, nakon trljanja da privuku lake predmete, nazvao je naelektrisanim. Ova riječ je izvedena od grčkog elektrona - "ćilibar". Trenutno kažemo da na tijelima u ovom stanju postoje električni naboji, a sama tijela se nazivaju "nabijena".

Električni naboji uvijek nastaju kada su različite tvari u bliskom kontaktu. Ako su tijela čvrsta, onda je njihov bliski kontakt spriječen mikroskopskim izbočinama i nepravilnostima koje postoje na njihovoj površini. Stiskanjem i trljanjem takvih tijela spajamo njihove površine koje bi se bez pritiska dodirivale samo u nekoliko tačaka. U nekim tijelima električni naboji se mogu slobodno kretati između različitih dijelova, dok u drugim to nije moguće. U prvom slučaju tijela se nazivaju "provodnicima", au drugom - "dielektricima, ili izolatorima". Provodnici su svi metali, vodeni rastvori soli i kiselina itd. Primeri izolatora su ćilibar, kvarc, ebonit i svi gasovi koji su u normalnim uslovima.

Ipak, treba napomenuti da je podjela tijela na provodnike i dielektrike vrlo proizvoljna. Sve tvari provode električnu energiju u većoj ili manjoj mjeri. Električni naboji su ili pozitivni ili negativni. Ova vrsta struje neće dugo trajati, jer će naelektrisano tijelo ostati bez naboja. Za kontinuirano postojanje električne struje u provodniku potrebno je održavati električno polje. U te svrhe koriste se izvori električne struje. Najjednostavniji slučaj pojave električne struje je kada je jedan kraj žice spojen na naelektrizirano tijelo, a drugi na uzemljenje.

Električni krugovi koji snabdijevaju strujom sijalice i elektromotore pojavili su se tek nakon izuma baterija, koji datira oko 1800. godine. Nakon toga, razvoj doktrine elektriciteta je išao toliko brzo da je za manje od jednog stoljeća postao ne samo dio fizike, već je formirao osnovu nove električne civilizacije.

Glavne količine električne struje

Količina električne energije i jačina struje. Efekti električne struje mogu biti jaki ili slabi. Jačina električne struje ovisi o količini naboja koja teče kroz strujni krug u određenoj jedinici vremena. Što se više elektrona pomiče s jednog pola izvora na drugi, to je veći ukupni naboj koji elektroni nose. Ovaj ukupni naboj naziva se količina električne energije koja prolazi kroz provodnik.

Konkretno, kemijski učinak električne struje ovisi o količini električne energije, tj. što više naboja prođe kroz otopinu elektrolita, to će se više tvari taložiti na katodi i anodi. S tim u vezi, količina električne energije može se izračunati vaganjem mase tvari nanesene na elektrodu i poznavanjem mase i naboja jednog jona ove tvari.

Jačina struje je veličina koja je jednaka omjeru električnog naboja koji je prošao kroz poprečni presjek provodnika i vremena njegovog protoka. Jedinica za punjenje je kulon (C), vrijeme se mjeri u sekundama (s). U ovom slučaju, jedinica jačine struje izražava se u C/s. Ova jedinica se zove amper (A). Za mjerenje jačine struje u strujnom kolu koristi se električni mjerni uređaj koji se zove ampermetar. Za uključivanje u krug, ampermetar je opremljen sa dva terminala. Uključen je u kolo serijski.

električni napon. Već znamo da je električna struja uređeno kretanje nabijenih čestica - elektrona. Ovaj pokret se stvara uz pomoć električnog polja, koje obavlja određenu količinu posla. Ova pojava se naziva rad električne struje. Da bi pomerilo više naboja kroz električni krug za 1 sekundu, električno polje mora obaviti veći rad. Na osnovu toga ispada da bi rad električne struje trebao ovisiti o jačini struje. Ali postoji još jedna vrijednost o kojoj ovisi rad struje. Ova vrijednost se naziva napon.

Napon je omjer rada struje u određenom dijelu električnog kola i naboja koji teče kroz isti dio strujnog kola. Rad struje se mjeri u džulima (J), naboj se mjeri u privjescima (C). U tom smislu, jedinica mjerenja napona će biti 1 J/C. Ova jedinica se zove volt (V).

Da bi se napon pojavio u električnom kolu, potreban je izvor struje. U otvorenom kolu, napon je prisutan samo na priključcima izvora struje. Ako je ovaj izvor struje uključen u kolo, napon će se pojaviti i u određenim dijelovima kola. S tim u vezi, u krugu će biti i struja. Odnosno, ukratko možemo reći sljedeće: ako u kolu nema napona, nema struje. Za mjerenje napona koristi se električni mjerni uređaj koji se zove voltmetar. Po svom izgledu podsjeća na prethodno spomenuti ampermetar, s tom razlikom što je na voltmetarskoj skali slovo V (umjesto A na ampermetru). Voltmetar ima dva terminala, uz pomoć kojih je paralelno spojen na električni krug.

Električni otpor. Nakon spajanja svih vrsta vodiča i ampermetra u električni krug, možete primijetiti da kada koristite različite vodiče, ampermetar daje različita očitanja, odnosno u ovom slučaju je struja dostupna u električnom krugu različita. Ovaj fenomen se može objasniti činjenicom da različiti provodnici imaju različit električni otpor, što je fizička veličina. U čast njemačkog fizičara, nazvana je Ohm. Po pravilu se u fizici koriste veće jedinice: kiloom, megaom itd. Otpor provodnika se obično označava slovom R, dužina provodnika je L, površina poprečnog presjeka S. U ovom slučaju otpor može biti napisano kao formula:

R = R * L/S

gdje se koeficijent p naziva otpornost. Ovaj koeficijent izražava otpor vodiča dužine 1 m s površinom poprečnog presjeka od 1 m2. Otpornost se izražava u Ohm x m. Budući da žice, u pravilu, imaju prilično mali poprečni presjek, njihove površine se obično izražavaju u kvadratnim milimetrima. U ovom slučaju, jedinica otpornosti će biti Ohm x mm2/m. U tabeli ispod. 1 pokazuje otpornost nekih materijala.

Tabela 1. Električna otpornost nekih materijala

Materijal p, Ohm x m2/m Materijal p, Ohm x m2/m
Bakar 0,017 Legura platine iridijuma 0,25
Zlato 0,024 Grafit 13
Brass 0,071 Ugalj 40
Tin 0,12 Porcelan 1019
Olovo 0,21 Ebonit 1020
Metal ili legura
Srebro 0,016 manganin (legura) 0,43
Aluminijum 0,028 Constantan (legura) 0,50
Tungsten 0,055 Merkur 0,96
Iron 0,1 nikrom (legura) 1,1
nikl (legura) 0,40 fechral (legura) 1,3
kromel (legura) 1,5

Prema tabeli. 1, postaje jasno da bakar ima najmanju električnu otpornost, a legura metala najveću. Osim toga, dielektrici (izolatori) imaju visoku otpornost.

Električni kapacitet. Već znamo da dva provodnika izolirana jedan od drugog mogu akumulirati električne naboje. Ovaj fenomen karakterizira fizička veličina, koja se naziva električni kapacitet. Električni kapacitet dva vodiča nije ništa drugo do omjer naboja jednog od njih i potencijalne razlike između ovog vodiča i susjednog. Što je niži napon kada se provodnici napune, to je njihov kapacitet veći. Farad (F) se uzima kao jedinica za električni kapacitet. U praksi se koriste frakcije ove jedinice: mikrofarad (µF) i pikofarad (pF).

Ako uzmete dva provodnika izolirana jedan od drugog, postavite ih na maloj udaljenosti jedan od drugog, dobićete kondenzator. Kapacitet kondenzatora zavisi od debljine njegovih ploča i debljine dielektrika i njegove permeabilnosti. Smanjenjem debljine dielektrika između ploča kondenzatora, moguće je uvelike povećati kapacitet potonjeg. Na svim kondenzatorima, pored njihovog kapaciteta, mora biti naznačen napon za koji su ovi uređaji projektovani.

Rad i snaga električne struje. Iz prethodnog je jasno da električna struja obavlja određenu količinu posla. Kada se priključe elektromotori, električna struja pokreće sve vrste opreme, pokreće vozove po šinama, osvetljava ulice, greje dom, a proizvodi i hemijski efekat, odnosno omogućava elektrolizu itd. Možemo reći da rad struje u određenom dijelu kola jednak je struji proizvoda, naponu i vremenu tokom kojeg je rad obavljen. Rad se mjeri u džulima, napon u voltima, struja u amperima, a vrijeme u sekundama. U tom smislu, 1 J = 1V x 1A x 1s. Iz ovoga proizlazi da za mjerenje rada električne struje treba koristiti tri uređaja odjednom: ampermetar, voltmetar i sat. Ali ovo je glomazno i ​​neefikasno. Stoga se obično rad električne struje mjeri električnim brojilima. Uređaj ovog uređaja sadrži sve gore navedene uređaje.

Snaga električne struje jednaka je omjeru rada struje i vremena za koje je izvedena. Snaga je označena slovom "P" i izražena je u vatima (W). U praksi se koriste kilovati, megavati, hektavati itd. Da biste izmjerili snagu kola potrebno je uzeti vatmetar. Električni rad se izražava u kilovat-satima (kWh).

Osnovni zakoni električne struje

Ohmov zakon. Napon i struja smatraju se najpogodnijim karakteristikama električnih kola. Jedna od glavnih karakteristika korištenja električne energije je brz transport energije s jednog mjesta na drugo i prijenos do potrošača u željenom obliku. Umnožak razlike potencijala i jačine struje daje snagu, tj. količinu energije koja se daje u krugu u jedinici vremena. Kao što je gore spomenuto, za mjerenje snage u električnom kolu bila bi potrebna 3 uređaja. Da li je moguće napraviti s jednim i izračunati snagu iz njegovih očitanja i neke karakteristike kola, kao što je njegov otpor? Mnogima se ova ideja dopala, smatrali su je plodonosnom.

Dakle, koliki je otpor žice ili kola u cjelini? Da li žica, poput cijevi za vodu ili cijevi u vakuumskom sistemu, ima konstantno svojstvo koje bi se moglo nazvati otporom? Na primjer, u cijevima, omjer razlike tlaka koji stvara protok podijeljen sa brzinom protoka je obično konstantna karakteristika cijevi. Na isti način, tok topline u žici podliježe jednostavnom odnosu, koji uključuje temperaturnu razliku, površinu poprečnog presjeka žice i njenu dužinu. Otkriće takvog odnosa za električna kola rezultat je uspješne pretrage.

1820-ih, njemački učitelj Georg Ohm je prvi počeo tražiti gornji omjer. Prije svega, težio je slavi i slavi, što bi mu omogućilo da predaje na univerzitetu. To je bio jedini razlog zašto je odabrao oblast studija koja je nudila posebne prednosti.

Om je bio sin bravara, pa je znao izvući metalnu žicu različitih debljina, koja mu je bila potrebna za eksperimente. Budući da je u to vrijeme bilo nemoguće kupiti odgovarajuću žicu, Om ju je napravio vlastitim rukama. Tokom eksperimenata, isprobao je različite dužine, različite debljine, različite metale, pa čak i različite temperature. Sve ove faktore on je menjao redom. U Ohmovo vreme, baterije su još bile slabe, dajući struju promenljive veličine. S tim u vezi, istraživač je koristio termoelement kao generator, čiji je vrući spoj stavljen u plamen. Osim toga, koristio je sirovi magnetni ampermetar i mjerio potencijalne razlike (Ohm ih je nazvao "naponi") promjenom temperature ili broja toplinskih spojeva.

Doktrina električnih kola je upravo dobila svoj razvoj. Nakon izuma baterija oko 1800. godine, počeo se razvijati mnogo brže. Dizajnirali su se i proizvodili različiti uređaji (nerijetko ručno), otkrivali su se novi zakoni, pojavili pojmovi i pojmovi itd. Sve je to dovelo do dubljeg razumijevanja električnih pojava i faktora.

Ažuriranje znanja o elektricitetu, s jedne strane, uslovilo je pojavu nove oblasti fizike, s druge strane, bila je osnova za nagli razvoj elektrotehnike, odnosno baterija, generatora, sistema za napajanje rasvjete i elektromotora. , izmišljene su električne peći, elektromotori itd., drugo.

Ohmova otkrića bila su od velike važnosti kako za razvoj teorije elektriciteta tako i za razvoj primijenjene elektrotehnike. Oni su olakšali predviđanje svojstava električnih kola za jednosmernu, a kasnije i za naizmeničnu struju. Godine 1826. Ohm je objavio knjigu u kojoj je iznio teorijske zaključke i eksperimentalne rezultate. Ali njegove nade nisu bile opravdane, knjiga je naišla na podsmijeh. To se dogodilo jer se metoda grubog eksperimentiranja činila malo privlačnom u eri kada su mnogi ljudi voljeli filozofiju.

Omu nije imao izbora nego da napusti svoju poziciju učitelja. Iz istog razloga nije dobio imenovanje na univerzitetu. Naučnik je 6 godina živio u siromaštvu, bez povjerenja u budućnost, doživljavajući osjećaj gorkog razočaranja.

Ali postepeno su njegova djela stekla slavu prvo izvan Njemačke. Om je bio poštovan u inostranstvu, njegovo istraživanje je korišćeno. S tim u vezi, sunarodnici su bili prisiljeni da ga priznaju u svojoj domovini. Godine 1849. dobio je zvanje profesora na Univerzitetu u Minhenu.

Ohm je otkrio jednostavan zakon koji uspostavlja odnos između struje i napona za komad žice (za dio kola, za cijeli krug). Osim toga, napravio je pravila koja vam omogućavaju da odredite što će se promijeniti ako uzmete žicu druge veličine. Ohmov zakon je formuliran na sljedeći način: jačina struje u dijelu kola je direktno proporcionalna naponu u ovom dijelu i obrnuto proporcionalna otporu dijela.

Joule-Lenzov zakon. Električna struja u bilo kojem dijelu kruga obavlja određeni posao. Na primjer, uzmimo neki dio strujnog kola između čijih krajeva je napon (U). Prema definiciji električnog napona, rad obavljen pri pomicanju jedinice naboja između dvije tačke jednak je U. Ako je jačina struje u datom dijelu strujnog kola i, tada će naboj proći za vrijeme t, pa prema tome rad električne struje u ovoj sekciji će biti:

A = Uit

Ovaj izraz vrijedi za jednosmjernu struju u svakom slučaju, za bilo koji dio kola, koji može sadržavati provodnike, elektromotore itd. Snaga struje, odnosno rad u jedinici vremena, jednaka je:

P \u003d A / t \u003d Ui

Ova formula se koristi u SI sistemu za određivanje jedinice napona.

Pretpostavimo da je dio strujnog kola fiksni provodnik. U tom slučaju sav rad će se pretvoriti u toplinu, koja će se osloboditi u ovom vodiču. Ako je provodnik homogen i poštuje Ohmov zakon (ovo uključuje sve metale i elektrolite), tada:

U=ir

gdje je r otpor provodnika. U ovom slučaju:

A = rt2i

Ovaj zakon je prvi empirijski izveo E. Lenz i, nezavisno od njega, Joule.

Treba napomenuti da zagrijavanje provodnika nalazi brojne primjene u inženjerstvu. Najčešći i najvažniji među njima su žarulje sa žarnom niti.

Zakon elektromagnetne indukcije. U prvoj polovini 19. veka engleski fizičar M. Faraday otkrio je fenomen magnetne indukcije. Ova činjenica, koja je postala vlasništvo mnogih istraživača, dala je snažan poticaj razvoju elektrotehnike i radiotehnike.

U toku eksperimenata, Faraday je otkrio da kada se promijeni broj linija magnetske indukcije koje prodiru u površinu ograničenu zatvorenom petljom, u njoj nastaje električna struja. Ovo je osnova možda najvažnijeg zakona fizike - zakona elektromagnetne indukcije. Struja koja se javlja u kolu naziva se induktivna. Zbog činjenice da se električna struja javlja u krugu samo u slučaju vanjskih sila koje djeluju na slobodne naboje, tada se s promjenjivim magnetskim fluksom koji prolazi preko površine zatvorenog kruga, te iste vanjske sile pojavljuju u njemu. Djelovanje vanjskih sila u fizici se naziva elektromotorna sila ili indukcijska EMF.

Elektromagnetna indukcija se također pojavljuje u otvorenim provodnicima. U slučaju kada vodič prelazi linije magnetskog polja, na njegovim krajevima se pojavljuje napon. Razlog za pojavu takvog napona je indukcijski EMF. Ako se magnetski tok koji prolazi kroz zatvoreni krug ne promijeni, induktivna struja se ne pojavljuje.

Koristeći koncept “EMF indukcije”, može se govoriti o zakonu elektromagnetne indukcije, odnosno da je EMF indukcije u zatvorenoj petlji po apsolutnoj vrijednosti jednak brzini promjene magnetskog fluksa kroz površinu ograničenu petlja.

Lenzovo pravilo. Kao što već znamo, u vodiču se javlja induktivna struja. U zavisnosti od uslova svog izgleda, ima drugačiji pravac. Ovom prilikom je formulisao ruski fizičar Lenc sledeće pravilo: indukcijska struja koja se javlja u zatvorenom kolu uvijek ima takav smjer da magnetsko polje koje stvara ne dozvoljava promjenu magnetskog toka. Sve to uzrokuje pojavu indukcijske struje.

Indukcijska struja, kao i svaka druga, ima energiju. To znači da se u slučaju indukcijske struje pojavljuje električna energija. Prema zakonu održanja i transformacije energije, gore navedena energija može nastati samo zbog količine energije neke druge vrste energije. Dakle, Lenzovo pravilo u potpunosti odgovara zakonu održanja i transformacije energije.

Osim indukcije, u zavojnici se može pojaviti i takozvana samoindukcija. Njegova suština je sljedeća. Ako se u zavojnici pojavi struja ili se njena snaga promijeni, tada se pojavljuje promjenjivo magnetsko polje. A ako se magnetski tok koji prolazi kroz zavojnicu promijeni, tada u njemu nastaje elektromotorna sila, koja se naziva EMF samoindukcije.

Prema Lenzovom pravilu, EMF samoindukcije kada je kolo zatvoreno ometa jačinu struje i ne dozvoljava joj da se poveća. Kada je EMF krug isključen, samoindukcija smanjuje jačinu struje. U slučaju kada jačina struje u zavojnici dostigne određenu vrijednost, magnetsko polje prestaje da se mijenja i EMF samoindukcije postaje nula.


U provodnicima, pod određenim uslovima, može doći do neprekidnog uređenog kretanja slobodnih nosilaca električnog naboja. Takav pokret se zove strujni udar. Za smjer kretanja električne struje uzima se smjer kretanja pozitivnih slobodnih naboja, iako se u većini slučajeva kreću elektroni – negativno nabijene čestice.

Kvantitativna mjera električne struje je jačina struje I je skalarna fizička veličina, jednak omjeru naplatiti q, prenosi se kroz poprečni presjek provodnika za vremenski interval t, do ovog vremenskog intervala:

Ako struja nije konstantna, tada se za pronalaženje količine naboja koja prolazi kroz vodič izračunava površina figure ispod grafikona ovisnosti jačine struje o vremenu.

Ako se jačina struje i njen smjer ne mijenjaju s vremenom, onda se takva struja naziva trajno. Jačina struje se mjeri ampermetrom, koji je serijski spojen na kolo. IN međunarodni sistem Jačina struje u jedinicama SI mjeri se u amperima [A]. 1 A = 1 C/s.

Nalazi se kao omjer ukupnog naboja i ukupnog vremena (tj. prema istom principu kao prosječna brzina ili bilo koji drugi prosječna vrijednost u fizici):

Ako se struja ravnomjerno mijenja tokom vremena od vrijednosti I 1 za vrijednost I 2, tada se vrijednost prosječne struje može naći kao aritmetička sredina ekstremnih vrijednosti:

gustina struje- jačina struje po jedinici poprečnog presjeka vodiča izračunava se po formuli:

Kada struja teče kroz provodnik, struja doživljava otpor provodnika. Razlog otpora je interakcija naboja s atomima tvari vodiča i međusobno. Jedinica otpora je 1 ohm. Otpor provodnika R određuje se formulom:

gdje: l- dužina provodnika, S je njegova površina poprečnog presjeka, ρ - otpor materijala provodnika (pazite da potonju vrijednost ne pobrkate sa gustinom supstance), koja karakterizira sposobnost materijala provodnika da se odupre prolasku struje. Odnosno, ovo je ista karakteristika supstance, kao i mnoge druge: specifična toplota, gustina, tačka topljenja, itd. Jedinica mjerenja otpornosti je 1 Ohm m. Specifična otpornost supstance je tabelarna vrijednost.

Otpor vodiča zavisi i od njegove temperature:

gdje: R 0 – otpor provodnika na 0°S, t je temperatura izražena u stepenima Celzijusa, α je temperaturni koeficijent otpora. On je jednak relativna promjena otpornost, uz povećanje temperature za 1 °C. Za metale je uvijek veći od nule, za elektrolite, naprotiv, uvijek je manji od nule.

Dioda u DC kolu

Diode- Ovo je nelinearni element kola, čiji otpor zavisi od smera strujanja struje. Dioda je označena kako slijedi:

Strelica na shematskom simbolu diode pokazuje u kojem smjeru prolazi struja. U ovom slučaju, njegov otpor je nula, a dioda se može jednostavno zamijeniti vodičem s nultim otporom. Ako struja teče kroz diodu u suprotnom smjeru, tada dioda ima beskonačno veliki otpor, odnosno uopće ne propušta struju i predstavlja prekid u krugu. Tada se dio kruga s diodom može jednostavno precrtati, jer struja ne teče kroz njega.

Ohmov zakon. Serijsko i paralelno povezivanje provodnika

Njemački fizičar G. Ohm je 1826. eksperimentalno ustanovio da je strujna snaga I, koji teče kroz homogeni metalni provodnik (tj. provodnik u kojem ne djeluju vanjske sile) sa otporom R, proporcionalno naponu U na krajevima provodnika:

vrijednost R pozvao električni otpor. Provodnik sa električnim otporom naziva se otpornik. Ovaj odnos izražava Ohmov zakon za homogeni dio kola: Jačina struje u provodniku je direktno proporcionalna primijenjenom naponu i obrnuto proporcionalna otporu provodnika.

Zovu se provodnici koji poštuju Ohmov zakon linearno. Grafička zavisnost jačine struje I od napona U(takvi grafovi se nazivaju strujno-naponske karakteristike, skraćeno VAC) je prikazan pravom linijom koja prolazi kroz početak. Treba napomenuti da postoje mnogi materijali i uređaji koji se ne pridržavaju Ohmovog zakona, kao što su poluvodička dioda ili lampa na plinsko pražnjenje. Čak i za metalne vodiče pri dovoljno visokim strujama, uočava se odstupanje od Ohmovog linearnog zakona, budući da se električni otpor metalnih vodiča povećava s povećanjem temperature.

Provodnici u električnim krugovima mogu se povezati na dva načina: serijski i paralelni. Svaka metoda ima svoje obrasce.

1. Obrasci serijske veze:

Formula za ukupni otpor serijski spojenih otpornika vrijedi za bilo koji broj vodiča. Ako je kolo spojeno serijski n isti otpor R, To totalni otpor R 0 se nalazi po formuli:

2. Obrasci paralelnog povezivanja:

Formula za ukupni otpor paralelno spojenih otpornika vrijedi za bilo koji broj vodiča. Ako je kolo spojeno paralelno n isti otpor R, zatim ukupni otpor R 0 se nalazi po formuli:

Električni mjerni instrumenti

Za mjerenje napona i struja u DC električnim krugovima koriste se posebni uređaji - voltmetri I ampermetri.

Voltmetar dizajniran za mjerenje razlike potencijala primijenjene na njegove terminale. Povezan je paralelno sa dijelom kola na kojem se mjeri razlika potencijala. Svaki voltmetar ima neki unutrašnji otpor. R b. Kako voltmetar ne bi doveo do primjetne preraspodjele struja kada je priključen na mjereno kolo, njegov unutarnji otpor mora biti velik u odnosu na otpor dijela kola na koji je spojen.

Ampermetar dizajniran za mjerenje struje u kolu. Ampermetar je serijski spojen na prekid u električnom kolu tako da cijela izmjerena struja prolazi kroz njega. Ampermetar takođe ima određeni unutrašnji otpor. R A. Za razliku od voltmetra, unutrašnji otpor ampermetra mora biti dovoljno mali u poređenju sa ukupnim otporom čitavog kola.

EMF. Ohmov zakon za kompletno kolo

Za postojanje jednosmerne struje potrebno je imati uređaj u električnom zatvorenom kolu sposoban da stvara i održava razlike potencijala u delovima kola usled rada sila neelektrostatičkog porekla. Takvi uređaji se nazivaju izvori jednosmerne struje. Zovu se sile neelektrostatičkog porijekla koje djeluju na slobodne nosioce naboja iz izvora struje spoljne sile.

Priroda vanjskih sila može biti različita. U galvanskim ćelijama ili baterijama nastaju kao rezultat elektrohemijskih procesa, u DC generatorima vanjske sile nastaju kada se vodiči kreću u magnetskom polju. Pod djelovanjem vanjskih sila, električni naboji se kreću unutar izvora struje protiv sila elektrostatičkog polja, zbog čega se može održavati konstantna električna struja u zatvorenom kolu.

Kada se električni naboji kreću duž istosmjernog kola, vanjske sile koje djeluju unutar izvora struje rade. Fizička količina, jednak omjeru rada A st vanjske sile pri kretanju naboja q od negativnog pola izvora struje do pozitivnog na vrijednost ovog naboja, naziva se elektromotorna sila izvora (EMF):

Dakle, EMF je određen radom vanjskih sila pri pomicanju jednog pozitivnog naboja. Elektromotorna sila, kao i razlika potencijala, mjeri se u voltima (V).

Ohmov zakon za kompletno (zatvoreno) kolo: jačina struje u zatvorenom kolu jednaka je elektromotornoj sili izvora podijeljenoj s ukupnim (unutrašnjim + vanjskim) otporom kola:

Otpor r– unutrašnji (unutarnji) otpor izvora struje (zavisi od unutrašnja struktura izvor). Otpor R– otpor opterećenja (otpor vanjskog kola).

Pad napona u vanjskom kolu dok je jednak (takođe se zove napon na terminalima izvora):

Važno je razumjeti i zapamtiti: EMF i unutarnji otpor izvora struje ne mijenjaju se kada su različita opterećenja povezana.

Ako je otpor opterećenja nula (izvor se sam zatvara) ili mnogo manji od otpora izvora, tada će krug teći struja kratkog spoja:

Struja kratkog spoja - maksimalna struja koja se može dobiti dati izvor sa elektromotornom silom ε i unutrašnji otpor r. Za izvore sa malim unutrašnjim otporom, struja kratkog spoja može biti vrlo velika i uzrokovati uništenje električnog kola ili izvora. Na primjer, olovne baterije koje se koriste u automobilima mogu imati struju kratkog spoja od nekoliko stotina ampera. Posebno su opasni kratki spojevi u rasvjetnim mrežama koje napajaju trafostanice (hiljade ampera). Da bi se izbjegao destruktivni učinak tako velikih struja, osigurači ili specijalne mašine zaštita mreže.

Višestruki EMF izvori u kolu

Ako krug sadrži nekoliko emfs povezanih u seriju, To:

1. Kod ispravnog (pozitivni pol jednog izvora je povezan sa negativnim drugog) veze izvora, ukupni EMF svih izvora i njihov unutrašnji otpor mogu se naći po formulama:

Na primjer, takvo povezivanje izvora se vrši u daljinskim upravljačima, kamerama i dr kućanskih aparata radi na više baterija.

2. Ako su izvori povezani pogrešno (izvori su povezani istim polovima), njihov ukupni EMF i otpor izračunavaju se po formulama:

U oba slučaja raste ukupni otpor izvora.

At paralelna veza ima smisla povezivati ​​izvore samo sa istim EMF-om, inače će se izvori isprazniti jedan u drugi. Dakle, ukupni EMF će biti isti kao EMF svakog izvora, odnosno paralelnom vezom nećemo dobiti bateriju sa velikim EMF-om. Istovremeno se smanjuje unutarnji otpor baterije izvora, što omogućava dobivanje velika moć struja i snaga u kolu:

Ovo je značenje paralelnog povezivanja izvora. U svakom slučaju, prilikom rješavanja problema prvo treba pronaći ukupni EMF i ukupni unutrašnji otpor rezultirajućeg izvora, a zatim napisati Ohmov zakon za kompletno kolo.

Rad i strujna snaga. Joule-Lenzov zakon

Posao A električna struja I teče kroz fiksni provodnik sa otporom R, pretvoren u toplinu Q, koji se ističe na provodniku. Ovaj rad se može izračunati pomoću jedne od formula (uzimajući u obzir Ohmov zakon, sve one slijede jedna iz druge):

Zakon pretvaranja rada struje u toplotu eksperimentalno su nezavisno ustanovili J. Joule i E. Lenz i naziva se Joule–Lenzov zakon. Snaga električne struje jednak omjeru rada struje A na vremenski interval Δ t, za koji je rađen ovaj rad, pa se može izračunati pomoću sljedećih formula:

Rad električne struje u SI, kao i obično, izražava se u džulima (J), snaga - u vatima (W).

Energetski bilans zatvorenog kola

Razmotrimo sada kompletno kolo istosmjerne struje koje se sastoji od izvora s elektromotornom silom ε i unutrašnji otpor r i spoljašnja homogena oblast sa otporom R. U ovom slučaju, korisna snaga ili snaga oslobođena u vanjskom kolu je:

Maksimalna moguća korisna snaga izvora se postiže ako R = r i jednak je:

Ako je spojen na isti izvor struje različitih otpora R 1 i R Dodjeljuju im se 2 jednake snage, tada se unutarnji otpor ovog izvora struje može pronaći po formuli:

Gubitak snage ili snaga unutar izvora struje:

Ukupna snaga koju razvija trenutni izvor:

Trenutna efikasnost izvora:

Elektroliza

elektroliti Uobičajeno je nazivati ​​provodne medije u kojima je protok električne struje praćen prijenosom materije. Nosioci slobodnih naboja u elektrolitima su pozitivno i negativno nabijeni ioni. Elektroliti uključuju mnoge spojeve metala s metaloidima u rastopljenom stanju, kao i neke čvrste materije. Međutim, glavni predstavnici elektrolita koji se široko koriste u tehnologiji su vodene otopine neorganske kiseline, soli i baze.

Prolazak električne struje kroz elektrolit je praćen oslobađanjem tvari na elektrodama. Ovaj fenomen je imenovan elektroliza.

Električna struja u elektrolitima je kretanje jona oba znaka u suprotnim smjerovima. Pozitivni joni se kreću prema negativnoj elektrodi ( katoda), negativni joni - do pozitivne elektrode ( anoda). Joni oba znaka se pojavljuju u vodeni rastvori soli, kiseline i alkalije kao rezultat cijepanja nekih neutralnih molekula. Ovaj fenomen se zove elektrolitička disocijacija.

zakon elektrolize eksperimentalno je ustanovio engleski fizičar M. Faraday 1833. godine. Faradejev zakon određuje količinu primarnih produkata koji se oslobađaju na elektrodama tokom elektrolize. Dakle, masa m supstanca koja se oslobađa na elektrodi je direktno proporcionalna naelektrisanju Q prolazi kroz elektrolit:

vrijednost k pozvao elektrohemijski ekvivalent. Može se izračunati pomoću formule:

gdje: n je valencija supstance, N A je Avogadrova konstanta, Mmolarna masa supstance e je elementarni naboj. Ponekad se uvodi i sljedeća notacija za Faradejevu konstantu:

Električna struja u plinovima iu vakuumu

Električna struja u plinovima

IN normalnim uslovima gasovi ne provode elektricitet. To je zbog električne neutralnosti molekula plina i, posljedično, odsustva električnih nosača naboja. Da bi plin postao provodnik, jedan ili više elektrona moraju biti odstranjeni iz molekula. Tada će postojati slobodni nosioci naboja - elektroni i pozitivni ioni. Ovaj proces se zove jonizacija gasa.

Moguće je jonizirati molekule plina vanjskim utjecajem - jonizator. Jonizatori mogu biti: struja svjetlosti, rendgensko zračenje, struja elektrona ili α -čestice. Molekuli gasa su takođe jonizovani kada visoke temperature. Ionizacija dovodi do pojave slobodnih nosilaca naboja u gasovima - elektrona, pozitivnih iona, negativnih jona (elektron u kombinaciji sa neutralnom molekulom).

Ako se u prostoru koji zauzima ionizirani plin stvori električno polje, tada će se nosači električnih naboja početi kretati na uredan način - tako nastaje električna struja u plinovima. Ako ionizator prestane da radi, tada gas ponovo postaje neutralan, jer rekombinacija– formiranje neutralnih atoma jonima i elektronima.

Električna struja u vakuumu

Vakum je takav stepen razrjeđivanja plina pri kojem se može zanemariti sudar njegovih molekula i pretpostaviti da srednja slobodna putanja prelazi linearne dimenzije posude u kojoj se nalazi plin.

Električna struja u vakuumu naziva se provodljivost međuelektrodnog razmaka u vakuumskom stanju. U ovom slučaju ima toliko malo molekula plina da procesi njihove ionizacije ne mogu obezbijediti toliki broj elektrona i jona koji su potrebni za ionizaciju. Provodljivost međuelektrodnog razmaka u vakuumu može se osigurati samo uz pomoć nabijenih čestica koje su nastale uslijed emisionih pojava na elektrodama.

  • Nazad
  • Naprijed

Kako se uspješno pripremiti za CT iz fizike i matematike?

Da bi se uspješno pripremili za CT iz fizike i matematike, između ostalog, moraju biti ispunjena tri kritična uslova:

  1. Proučite sve teme i ispunite sve testove i zadatke date u materijalima za učenje na ovoj stranici. Da biste to učinili, ne trebate baš ništa, naime: svaki dan posvetiti tri do četiri sata pripremi za CT iz fizike i matematike, proučavanju teorije i rješavanju problema. Činjenica je da je CT ispit na kojem nije dovoljno samo znati fiziku ili matematiku, potrebno je i znati brzo i bez grešaka rješavati veliki broj zadaci za različite teme i različite složenosti. Ovo poslednje se može naučiti samo rešavanjem hiljada problema.
  2. Naučite sve formule i zakone u fizici, te formule i metode u matematici. Zapravo, i to je vrlo jednostavno učiniti, postoji samo oko 200 potrebnih formula u fizici, a još nešto manje u matematici. Svaki od ovih predmeta ima desetak standardne metode rješavanje problema osnovnog nivoa složenosti, koje je također sasvim moguće naučiti, a samim tim, potpuno automatski i bez poteškoća, riješiti u pravo vrijeme većina CT. Nakon toga ćete morati razmišljati samo o najtežim zadacima.
  3. Pohađati sve tri faze probnog testiranja iz fizike i matematike. Svaki RT se može posjetiti dva puta kako bi se riješile obje opcije. Opet, na CT-u, pored sposobnosti brzog i efikasnog rješavanja problema, te poznavanja formula i metoda, potrebno je i znati pravilno planirati vrijeme, rasporediti snage i što je najvažnije ispravno popuniti formular za odgovore. , ne brkajući ni brojeve odgovora i zadataka, ni svoje ime. Takođe, tokom RT-a je važno da se naviknete na stil postavljanja pitanja u zadacima, što može izgledati vrlo neobično nespremnoj osobi na DT-u.

Uspješna, marljiva i odgovorna implementacija ove tri tačke omogućit će vam da na CT-u pokažete odličan rezultat, maksimum onoga za što ste sposobni.

Pronašli ste grešku?

Ako mislite da ste pronašli grešku u materijali za obuku, pa napišite, molim vas, o tome poštom. Takođe možete prijaviti grešku socijalna mreža(). U pismu navedite predmet (fizika ili matematika), naziv ili broj teme ili testa, broj zadatka ili mjesto u tekstu (stranici) na kojem, po vašem mišljenju, postoji greška. Također opišite koja je navodna greška. Vaše pismo neće proći nezapaženo, greška će biti ili ispravljena, ili će Vam biti objašnjeno zašto nije greška.

Podijeli: