قانون اهم برای تعریف مدار بسته قانون اهم برای مدار بسته نیروهای شخص ثالث نیروی محرکه الکتریکی عنصر

یعنی ولتاژ بین قطب های منبع

جریان به EMF و کار نیروهای خارجی برای انتقال بار واحد از یک قطب منبع به قطب دیگر بستگی دارد.

2. قانون اهم را برای مدار بسته فرموله و یادداشت کنید

3. تفاوت بین شمارنده و گنجاندن هماهنگ منابع جریان متصل به سری چیست؟

4. قانون اهم را برای یک مدار بسته با چندین منبع جریان به صورت سری فرموله کنید. فرمول این قانون را بیان کنید.

EMF و با مقاومت مدار نسبت معکوس دارد.

5. چگونه جهت جریان را در یک مدار بسته که چندین منبع جریان به صورت سری به هم متصل شده اند تعیین کنیم؟

سپس جریان در جهت عقربه های ساعت جریان می یابد. در غیر این صورت، خلاف جهت عقربه های ساعت.

ساده ترین مدار بسته متشکل از یک منبع (سلول گالوانیکی، باتری یا ژنراتور) را در نظر بگیرید.

و مقاومت مقاومت (شکل 161). منبع جریان نیز مقاومت دارد.مقاومت منبع اغلب به عنوان مقاومت داخلی در مقابل مقاومت مدار خارجی شناخته می شود. در ژنراتور، این مقاومت سیم‌پیچ‌ها و در سلول گالوانیکی، مقاومت محلول الکترولیت و الکترودها است.

قانون اهم برای مدار بسته، قدرت جریان در مدار، EMF و امپدانس مدار را مرتبط می کند. این رابطه را می توان به صورت نظری با استفاده از قانون بقای انرژی و قانون ژول-لنز (9.17) ایجاد کرد.

اجازه دهید باری به موقع از مقطع هادی عبور کند سپس کار نیروهای خارجی برای حرکت بار را می توان به صورت زیر نوشت: با توجه به تعریف قدرت جریان بنابراین

هنگامی که این کار بر روی قسمت های داخلی و خارجی مدار انجام می شود که مقاومت آن مقدار مشخصی گرما را آزاد می کند. طبق قانون ژول لنز برابر است با:

با توجه به قانون بقای انرژی معادل سازی (9.20) و (9.21)، به دست می آوریم:

حاصل ضرب جریان و مقاومت یک بخش از مدار اغلب به عنوان افت ولتاژ در آن بخش نامیده می شود. بنابراین، EMF برابر است با مجموع افت ولتاژ در بخش های داخلی و خارجی یک مدار بسته.

معمولا قانون اهم برای مدار بسته به شکل زیر نوشته می شود:

قدرت جریان در مدار بسته برابر است با نسبت EMF مدار به مقاومت کل آن.

قدرت جریان به سه کمیت بستگی دارد: مقاومت ها و بخش های خارجی و داخلی مدار. مقاومت داخلی منبع جریان اگر در مقایسه با مقاومت قسمت خارجی مدار کم باشد تاثیر محسوسی بر قدرت جریان ندارد در این حالت ولتاژ در پایانه های منبع تقریبا برابر است با

اما در صورت اتصال کوتاه، قدرت جریان در مدار دقیقاً با مقاومت داخلی منبع تعیین می شود و با نیروی محرکه الکتریکی چندین ولت، می تواند بسیار بزرگ باشد، اگر کوچک باشد (مثلاً برای باتری اهم). ). سیم ها می توانند ذوب شوند و خود منبع ممکن است از کار بیفتد.

اگر مدار شامل چندین عنصر متصل به سری باشد، مجموع EMF مدار برابر است با مجموع جبری EMF عناصر منفرد. برای تعیین علامت EMF هر منبع، ابتدا باید در مورد انتخاب جهت مثبت دور زدن مدار توافق کنید. در شکل 162، مثبت (به طور خودسرانه) جهت بای پس را خلاف جهت عقربه های ساعت در نظر می گیرد.

اگر هنگام دور زدن مدار از قطب منفی منبع به قطب مثبت عبور کنند، نیروهای خارجی داخل منبع کار مثبت انجام می دهند. اگر هنگام دور زدن مدار از قطب مثبت منبع به قطب منفی عبور کنند، EMF منفی خواهد بود. نیروهای خارجی در داخل منبع کار منفی انجام می دهند. بنابراین، برای مدار نشان داده شده در شکل 162:

اگر مطابق (9.23)، قدرت جریان، یعنی جهت جریان با جهت دور زدن مدار مطابقت داشته باشد. برعکس، جهت جریان مخالف جهت دور زدن مدار است. مقاومت کل مدار برابر است با مجموع تمام مقاومت ها:

با اتصال موازی سلول های گالوانیکی با همان EMF (یا منابع دیگر)، EMF باتری برابر با EMF یکی از عناصر است (شکل 163). مقاومت داخلی باتری طبق قانون معمول اتصال موازی هادی ها محاسبه می شود. برای مدار نشان داده شده در شکل 163، طبق قانون اهم برای مدار بسته، قدرت جریان با فرمول زیر تعیین می شود:

1. چرا میدان الکتریکی ذرات باردار (میدان کولن) قادر به حفظ جریان الکتریکی ثابت در مدار نیست؟ 2. به چه نیروهای ثالث گفته می شود؟ 3. نیروی الکتروموتور به چه چیزی گفته می شود؟

4. قانون اهم را برای مدار بسته فرموله کنید. 5. علامت EMF در قانون اهم برای مدار بسته به چه چیزی بستگی دارد؟

یک مدار بسته (شکل 2) از دو بخش - داخلی و خارجی تشکیل شده است. داخل زنجیریک منبع جریان با مقاومت داخلی است r; خارجی- مصرف کننده های مختلف، سیم های اتصال، دستگاه ها و غیره مقاومت کل قسمت بیرونی نشان داده می شود آر. سپس مقاومت کل مدار برابر است r + آر.

طبق قانون اهم برای بخش بیرونی مدار 1 → 2 ما داریم:

\(~\varphi_1 - \varphi_2 = IR .\)

بخش داخلی زنجیر 2 → 1 ناهمگن است طبق قانون اهم، \(~\varphi_2 - \varphi_1 + \varepsilon = Ir\). با اضافه کردن این برابری ها، دریافت می کنیم

\(~\varepsilon = IR + Ir . \qquad (1)\)

\(~I = \frac(\varepsilon)(R + r) . \qquad (2)\)

آخرین فرمول این است قانون اهم برای مدار بسته جریان مستقیم. جریان در مدار با EMF منبع نسبت مستقیم و با امپدانس مدار نسبت معکوس دارد..

از آنجایی که برای یک بخش همگن مدار اختلاف پتانسیل ولتاژ است، می توان \(~\varphi_1 - \varphi_2 = IR = U\) و فرمول (1) را نوشت:

\(~\varepsilon = U + Ir \Rightarrow U = \varepsilon - Ir.\)

از این فرمول می توان دریافت که ولتاژ در بخش بیرونی با افزایش جریان در مدار کاهش می یابد ε = ثابت

ما قدرت فعلی (2) را به آخرین فرمول جایگزین می کنیم، به دست می آوریم

\(~U = \varepsilon \left(1 - \frac(r)(R + r) \راست) .\)

اجازه دهید این عبارت را برای برخی از حالت های محدود کننده عملکرد مدار تحلیل کنیم.

الف) با مدار باز ( آر → ∞) U = ε ، یعنی ولتاژ قطب های منبع جریان در مدار باز برابر با EMF منبع جریان است.

این مبنایی برای امکان اندازه گیری تقریبی EMF یک منبع جریان با استفاده از یک ولت متر است که مقاومت آن بسیار بیشتر است. مقاومت داخلیمنبع فعلی (\(~R_v \gg r\)). برای انجام این کار، ولت متر به پایانه های منبع جریان متصل می شود.

ب) اگر هادی به پایانه های منبع جریان متصل شود که مقاومت آن \(~R\ll r\) است، آر + r ≈ r، سپس \(~U = \varepsilon \left(1 - \frac(r)(r) \right) = 0\) و جریان \(~I = \frac(\varepsilon)(r)\) - به حداکثر مقدار خود می رسد.

اتصال هادی با مقاومت ناچیز به قطب های منبع جریان نامیده می شود مدار کوتاه، و حداکثر برای منبع داده شدهقدرت جریان را جریان اتصال کوتاه می گویند:

\(~I_(kz) = \frac(\varepsilon)(r) .\)

برای منابع کم ارزش r(به عنوان مثال باتری های سرب اسید) r= 0.1 - 0.01 اهم) جریان اتصال کوتاه بسیار زیاد است. به خصوص خطرناک است مدار کوتاهدر شبکه های روشنایی تغذیه شده از پست ها ( ε > 100 ولت)، من kz می تواند به هزاران آمپر برسد. برای جلوگیری از آتش سوزی، فیوزها در چنین مدارهایی گنجانده شده است.

بیایید قانون اهم را بنویسیم زنجیره کاملدر مورد اتصال سری و موازی منابع جریان به باتری. در اتصال سریالمنابع "-" یک منبع به "+" منبع دوم، "-" از دوم به "+" سوم و غیره متصل است. (شکل 3، الف). اگر ε 1 = ε 2 = ε 3 a r 1 = r 2 = r 3 سپس ε b = 3 ε 1 , r b = 3 r 1 . در این مورد، قانون اهم برای زنجیره کامل \[~I = \frac(\varepsilon_b)(R + r_b) = \frac(3 \varepsilon_1)(R + 3r_1)\] یا برای nمنابع یکسان \(~I = \frac(n \varepsilon_1)(R + nr_1)\).

اتصال سریال زمانی استفاده می شود که مقاومت خارجی \(~R \gg nr_1\) باشد، سپس \(~I = \frac(n \varepsilon_1)(R)\) و باتری می تواند جریانی را در nبار بیشتر از جریان یک منبع واحد.

هنگامی که منابع جریان به صورت موازی متصل می شوند، همه منابع "+" به یکدیگر و منابع "-" - نیز به هم متصل می شوند (شکل 3، ب). در این مورد

\(~\varepsilon_b = \varepsilon_1 ؛ \ r_b = \frac(r_1)(3).\)

از کجا \(~I = \frac(\varepsilon_1)(R + \frac(r_1)(3))\) .

برای nمنابع یکسان \(~I = \frac(\varepsilon_1)(R + \frac(r_1)(n))\) .

اتصال موازیمنابع جریان زمانی مورد استفاده قرار می گیرند که نیاز به یک منبع جریان با مقاومت داخلی کم باشد یا زمانی که برای عملکرد عادیمصرف کننده برق در مدار باید جریان داشته باشد. بیشتر از جریان مجاز یک منبع

اتصال موازی زمانی مفید است آرکوچک در مقایسه با r.

گاهی اوقات از ترکیب ترکیبی از منابع استفاده می شود.

ادبیات

Aksenovich L. A. فیزیک در دبیرستان: نظریه. وظایف تست ها: Proc. کمک هزینه برای موسسات ارائه عمومی. محیط ها، آموزش / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; اد. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 262-264.

سازماندهی گردش بار در یک مدار بسته تنها تحت تأثیر نیروی الکترواستاتیک غیرممکن است. برای انتقال شارژ به یک منطقه با پتانسیل بالا (2- ب-1) باید استفاده کرد نیروهای دارای ماهیت غیرالکترواستاتیکی. چنین نیروهایی را نیروهای خارجی می نامند.هر نیرویی غیر از نیروهای الکترواستاتیکی می تواند به عنوان نیروهای خارجی عمل کند. دستگاه هایی که در آن بارهای الکتریکینیروهای خارجی که عمل می کنند، منابع جریان نامیده می شوند. به عنوان مثال، در باتری ها، نیروهای خارجی در نتیجه واکنش شیمیایی برهمکنش الکترودها با یک الکترولیت ایجاد می شوند؛ در ژنراتورها، نیروهای خارجی نیروهایی هستند که بر بارهایی که در یک میدان مغناطیسی حرکت می کنند و غیره عمل می کنند. در منابع جریان است که در اثر کار نیروهای خارجی، انرژی تولید شده ایجاد می شود و سپس در مدار الکتریکی مصرف می شود.

کاری که نیروهای خارجی هنگام جابجایی یک بار مثبت انجام می دهند یکی از ویژگی های اصلی منبع است، نیروی الکتروموتور آن e:

میدان نیروهای خارجی، و همچنین میدان الکترواستاتیک، با بردار شدت مشخص می شود:

نیروی الکتروموتور منبع برابر با کاری است که توسط نیروهای خارجی هنگام حرکت یک بار مثبت منفرد در طول یک مدار بسته انجام می شود.

در بخش مدار 1-a-2، حرکت حامل های بار تنها تحت اثر نیروی الکترواستاتیک = q رخ می دهد. به چنین مناطقی همگن می گویند.

بخشی از یک حلقه بسته که در آن همراه با نیروی الکترواستاتیک، نیروهای خارجی نیز وارد عمل می شوند، ناهمگن نامیده می شود.

می توان نشان داد که در یک بخش همگن از زنجیره، سرعت متوسط ​​حرکت هدایت شده حامل های بار متناسب با نیروی وارد بر آنها است. برای این کار کافی است فرمول های به دست آمده در آخرین سخنرانی را با هم مقایسه کنید: = (6.3) و = l

تناسب سرعت با نیرو، و چگالی جریان با شدت، در مورد یک بخش ناهمگن از مدار باقی خواهد ماند. اما اکنون شدت میدان برابر است با مجموع قدرت میدان الکترواستاتیک و میدان نیروهای خارجی: .

این معادله قانون اهم به شکل دیفرانسیل محلی برای بخش ناهمگن مدار است.

حال اجازه دهید به قانون اهم برای بخش ناهمگن مدار به شکل انتگرال برویم.

برای مدار بسته، معادله قانون اهم تا حدودی اصلاح شده است، زیرا اختلاف پتانسیل در این مورد برابر با صفر است: .

در قانون اهم برای مدار بسته (7.8)، R مقاومت کل مدار است که از مقاومت خارجی مدار R 0 و مقاومت داخلی منبع r تشکیل شده است: R = R 0 + r.

12) قانون ژول لنز به صورت دیفرانسیل و انتگرال.

اجازه دهید یک جریان مستقیم در بخش مدار الکتریکی جریان یابد من. ولتاژ Uدر انتهای این بخش از نظر عددی برابر با کار انجام شده است نیروهای الکتریکیهنگام حرکت یک بار مثبت در این ناحیه. این از تعریف استرس ناشی می شود.

از اینجا کار کن آ = q ×  U. در حین تیهزینه در سراسر بخش منتقل می شود q = من ×  تیو این کار را انجام می دهد: آ = q ×  U = U ×  من ×  تی.

این بیان کار است جریان الکتریسیتهبرای همه هادی ها صادق است.

کار انجام شده در واحد زمان قدرت جریان الکتریکی است:.

کار جریان الکتریکی (6.14) را می توان برای گرم کردن هادی، انجام کارهای مکانیکی (موتور الکتریکی) و تأثیر شیمیایی جریان در جریان عبور از الکترولیت (الکترولیز) صرف کرد.

اگر عمل شیمیایی و کار مکانیکی در طول جریان جریان انجام نشود، تمام کار جریان الکتریکی فقط برای گرم کردن هادی صرف می شود: س = آ = U ×  من ×  تی = من 2 × آر ×  تی. (6.15)

قانون اثر حرارتی جریان الکتریکی (6.15) به طور مستقل توسط دانشمند انگلیسی D. Joule و آکادمیک روسی E.Kh. لنز. فرمول (6.15) - نماد ریاضی قانون ژول-لنز به شکل انتگرال، که به شما امکان می دهد مقدار گرمای آزاد شده در هادی را محاسبه کنید.

.

قبل از ما قانون ژول لنز به شکل دیفرانسیل.

با توجه به اینکه من=l E= ، این عبارت را می توان به صورت زیر نیز نوشت:

قوانین کیرشهوف

قوانین جریان مستقیم در نظر گرفته شده توسط ما امکان محاسبه جریان ها را در شاخه های پیچیده فراهم می کند مدارهای الکتریکی. این محاسبات با استفاده از قوانین Kirchhoff ساده شده است.

کیرشهوف قانون دوم را دارد : قانون فعلیو قانون استرس.

قانون جاری به گره های مدار اشاره دارد، یعنی به نقاطی از مدار که در آن حداقل سه هادی همگرا می شوند (شکل 7.4.). قانون فعلی بیان می کند که مجموع جبری جریان های یک گره صفر است:

هنگام کامپایل معادله مربوطه، جریان هایی که به گره می ریزند با علامت مثبت و آنهایی که از آن خارج می شوند با علامت منفی گرفته می شوند. این اولین قانون کیرشهوف نتیجه معادله پیوستگی (نگاه کنید به (6.7)) یا قانون بقای بار الکتریکی است.

قانون استرسبه هر مدار انشعاب مدار بسته اشاره دارد.

قانون ولتاژ به صورت زیر فرموله می شود: در هر مدار بسته، مجموع جبری افت ولتاژ برابر با مجموع جبری emfs در این مدار است:

هنگام تدوین معادله قانون دوم Kirchhoff، جهت بای پس داده می شود.

جریان های منطبق با جهت بای پس با علامت مثبت گرفته می شوند، جریان های جهت مخالف - با علامت منفی E.m.f. منبع با علامت مثبت گرفته می شود اگر جریانی ایجاد کند که با جهت بای پس منطبق باشد. در غیر این صورت emf. منفی.