Kapalı devre tanımı için Ohm yasası. Ohm'un kapalı devre yasası. Üçüncü taraf güçleri. Elemanın elektromotor kuvveti

yani kaynağın kutupları arasındaki gerilim

akım, EMF'ye ve bir birim yükü kaynağın bir kutbundan diğerine taşımak için dış kuvvetlerin çalışmasına bağlıdır.

2. Kapalı devre için Ohm yasasını formüle edin ve yazın

3. Seri bağlı akım kaynaklarının sayaç ile koordineli dahil edilmesi arasındaki fark nedir?

4. Birkaç akım kaynağının seri bağlı olduğu bir kapalı devre için Ohm yasasını formüle edin. Bu yasanın formülünü verin.

EMF ve devrenin direnci ile ters orantılıdır.

5. Birkaç akım kaynağının seri bağlı olduğu kapalı bir devrede akımın yönü nasıl belirlenir?

sonra akım saat yönünde akar. Aksi takdirde, saat yönünün tersine.

Bir kaynaktan (galvanik hücre, pil veya jeneratör) oluşan en basit kapalı devreyi düşünün.

ve direnç direnci (Şek. 161). Bir akım kaynağının da direnci vardır.Kaynak direnci, genellikle harici devre direncinin aksine dahili direnç olarak adlandırılır. Jeneratörde bu, sargıların direncidir ve galvanik hücrede elektrolit çözeltisinin ve elektrotların direncidir.

Ohm'un kapalı bir devre yasası, devredeki akım gücü, EMF ve devrenin empedansı ile ilgilidir. Bu ilişki teorik olarak enerjinin korunumu yasası ve Joule-Lenz yasası (9.17) kullanılarak kurulabilir.

Bir yükün iletken kesitinden zamanında geçmesine izin verin.Daha sonra dış kuvvetlerin yükü hareket ettirmek için yaptığı iş şu şekilde yazılabilir: Akımın tanımına göre güç Bu nedenle

Bu çalışma devrenin iç ve dış bölümlerinde yapıldığında, direnci belirli bir miktarda ısı açığa çıkarır. Joule-Lenz yasasına göre şuna eşittir:

Eşitlik (9.20) ve (9.21) enerji korunumu yasasına göre şunu elde ederiz:

Akımın ürünü ve bir devrenin bir bölümünün direnci genellikle o bölümdeki voltaj düşüşü olarak adlandırılır. Böylece EMF, kapalı bir devrenin iç ve dış bölümlerindeki gerilim düşüşlerinin toplamına eşittir.

Genellikle Ohm'un kapalı devre yasası şu şekilde yazılır:

Kapalı bir devredeki akım gücü, devrenin EMF'sinin toplam direncine oranına eşittir.

Akım gücü üç niceliğe bağlıdır: dirençler ve devrenin dış ve iç bölümleri. Akım kaynağının iç direnci, devrenin dış kısmının direncine kıyasla küçükse, akım gücü üzerinde gözle görülür bir etkiye sahip değildir.Bu durumda, kaynak terminallerindeki voltaj yaklaşık olarak eşittir.

Ancak bir kısa devre durumunda, devredeki akım gücü tam olarak kaynağın iç direnci tarafından belirlenir ve birkaç voltluk bir elektromotor kuvvetle, küçük de olsa çok büyük olabilir (örneğin, bir Ohm pil için) ). Teller eriyebilir ve kaynağın kendisi arızalanabilir.

Devre, birden fazla seri bağlı eleman içeriyorsa, devrenin toplam EMF'si, EMF'nin cebirsel toplamına eşittir. bireysel elemanlar. Herhangi bir kaynağın EMF'sinin işaretini belirlemek için, önce devreyi atlayarak pozitif yön seçimi konusunda anlaşmanız gerekir. Şekil 162'de pozitif (keyfi olarak), baypas yönünün saat yönünün tersine olduğunu kabul eder.

Devreyi atlarken kaynağın negatif kutbundan pozitif kutbuna geçerlerse, kaynağın içindeki dış kuvvetler pozitif iş yapar. Devreyi atlarken kaynağın pozitif kutbundan negatif kutbuna geçerlerse, EMF negatif olacaktır. Kaynağın içindeki dış kuvvetler negatif iş yapar. Yani, Şekil 162'de gösterilen devre için:

Öyleyse, (9.23)'e göre, akım gücü, yani akımın yönü, devreyi baypas etme yönü ile çakışıyorsa. Aksine, akımın yönü devreyi atlama yönünün tersidir. Devrenin toplam direnci, tüm dirençlerin toplamına eşittir:

Galvanik hücrelerin aynı EMF'ye (veya diğer kaynaklara) paralel bağlanmasıyla, pilin EMF'si, elemanlardan birinin EMF'sine eşittir (Şek. 163). Pilin iç direnci, iletkenlerin paralel bağlanması olağan kuralına göre hesaplanır. Şekil 163'te gösterilen devre için, kapalı devre için Ohm yasasına göre akım gücü aşağıdaki formülle belirlenir:

1. Yüklü parçacıkların elektrik alanı (Coulomb alanı) neden devrede sabit bir elektrik akımı sağlayamıyor? 2. Üçüncü taraf güçleri ne denir? 3. Elektromotor kuvveti nedir?

4. Ohm yasasını kapalı devre için formüle edin. 5. Ohm yasasında kapalı devre için EMF'nin işareti neye bağlıdır?

Kapalı devre (Şekil 2), iç ve dış olmak üzere iki bölümden oluşur. zincirin içi iç dirençli bir akım kaynağıdır R; harici- çeşitli tüketiciler, bağlantı kabloları, cihazlar vb. Dış kısmın toplam direnci gösterilir R. O zaman devrenin toplam direnci R + R.

Devrenin dış kısmı için Ohm yasasına göre 1 → 2 sahibiz:

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

Zincirin iç bölümü 2 → 1 heterojendir. Ohm yasasına göre \(~\varphi_2 - \varphi_1 + \varepsilon = Ir\). Bu eşitlikleri toplayarak, elde ederiz

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

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

Son formül Kapalı devre için Ohm yasası doğru akım. Devredeki akım, kaynağın EMF'si ile doğru orantılıdır ve devrenin empedansı ile ters orantılıdır..

Devrenin homojen bir bölümü için potansiyel fark voltaj olduğundan, o zaman \(~\varphi_1 - \varphi_2 = IR = U\) ve formül (1) yazılabilir:

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

Bu formülden, devrede artan akımla dış bölümdeki voltajın azaldığı görülebilir. ε = sabit

Mevcut gücü (2) son formülde değiştiririz, elde ederiz

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

Devrenin bazı sınırlayıcı çalışma modları için bu ifadeyi analiz edelim.

a) Açık devre ile ( R → ∞) sen = ε , yani açık devrede akım kaynağının kutuplarındaki gerilim, akım kaynağının EMF'sine eşittir.

Bu, direnci çok daha büyük olan bir voltmetre kullanarak bir akım kaynağının EMF'sinin yaklaşık olarak ölçülmesi olasılığının temelidir. iç direnç geçerli kaynak (\(~R_v \gg r\)). Bunu yapmak için voltmetre akım kaynağının terminallerine bağlanır.

b) Akım kaynağının uçlarına direnci \(~R\ll r\) olan bir iletken bağlıysa, o zaman R + R ≈ R, sonra \(~U = \varepsilon \left(1 - \frac(r)(r) \right) = 0\) ve geçerli \(~I = \frac(\varepsilon)(r)\) - maksimum değerine ulaşır.

Direnci ihmal edilebilir bir iletkeni bir akım kaynağının kutuplarına bağlamaya ne ad verilir? kısa devre ve için maksimum verilen kaynak akım gücüne kısa devre akımı denir:

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

Düşük değerli kaynaklar için R(örn. kurşun asitli aküler) R= 0,1 - 0,01 ohm) kısa devre akımı çok yüksek. Özellikle tehlikeli kısa devre trafo merkezlerinden beslenen aydınlatma şebekelerinde ( ε > 100 V), BEN kz binlerce ampere ulaşabilir. Yangınları önlemek için bu tür devrelerde sigortalar bulunur.

için Ohm yasasını yazalım. komple zincir akım kaynaklarının bir bataryaya seri ve paralel bağlanması durumunda. -de seri bağlantı kaynaklar Bir kaynağın "-" si ikincinin "+" sine, ikincinin "-" si üçüncünün "+" sine vb. bağlıdır. (Şekil 3, a). Eğer ε 1 = ε 2 = ε 3 A R 1 = R 2 = R 3 sonra ε b = 3 ε 1 , R b = 3 R 1. Bu durumda, tüm zincir için Ohm yasası \[~I = \frac(\varepsilon_b)(R + r_b) = \frac(3 \varepsilon_1)(R + 3r_1)\] şeklindedir veya Nözdeş kaynaklar \(~I = \frac(n \varepsilon_1)(R + nr_1)\).

Harici direnç \(~R \gg nr_1\), ardından \(~I = \frac(n \varepsilon_1)(R)\) olduğunda ve pil akım verebildiğinde seri bağlantı kullanılır. N tek bir kaynaktan gelen akımın kat kat fazlası.

Akım kaynakları paralel bağlandığında, tüm "+" kaynaklar birbirine ve "-" kaynaklar da birlikte bağlanır (Şekil 3, b). Bu durumda

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

Bu nedenle \(~I = \frac(\varepsilon_1)(R + \frac(r_1)(3))\) .

İçin Nözdeş kaynaklar \(~I = \frac(\varepsilon_1)(R + \frac(r_1)(n))\) .

Paralel bağlantı akım kaynakları, düşük iç dirençli bir akım kaynağı elde etmek gerektiğinde veya gerektiğinde kullanılır. normal operasyon devrede elektrik tüketici akım akmalıdır. bir kaynağın izin verilen akımından daha büyük.

Paralel bağlantı şu durumlarda faydalıdır: R karşılaştırıldığında küçük R.

Bazen kaynakların karışık bir kombinasyonu kullanılır.

Edebiyat

Aksenovich L. A. Lisede fizik: Teori. Görevler. Testler: Proc. genel veren kurumlar için ödenek. ortamlar, eğitim / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. KS Farino. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 262-264.

Yalnızca elektrostatik kuvvetin etkisi altında kapalı bir devrede yük dolaşımını organize etmek imkansızdır. Yüksek potansiyelli bir bölgeye yük transferi için (2- B-1) kullanmak zorunda elektrostatik olmayan doğadaki kuvvetler. Bu tür kuvvetlere dış kuvvetler denir. Elektrostatik kuvvetler dışındaki herhangi bir kuvvet, dış kuvvetler olarak hareket edebilir. İçinde bulunduğu cihazlar elektrik ücretleri etki eden dış kuvvetlere akım kaynakları denir. Örneğin pillerde, dış kuvvetler, elektrotların bir elektrolit ile etkileşiminin kimyasal reaksiyonunun bir sonucu olarak ortaya çıkar; jeneratörlerde, dış kuvvetler, manyetik alanda hareket eden yüklere etki eden kuvvetlerdir, vb. Mevcut kaynaklarda, dış kuvvetlerin çalışması nedeniyle üretilen enerji yaratılır ve daha sonra elektrik devresinde tüketilir.

Tek bir pozitif yükü hareket ettirirken dış kuvvetlerin yaptığı iş, kaynağın ana özelliklerinden biridir, elektromotor kuvveti e:

Elektrostatik alanın yanı sıra dış kuvvetlerin alanı, yoğunluk vektörü ile karakterize edilir:

Kaynağın elektromotor kuvveti, tek bir pozitif yükü kapalı bir devre boyunca hareket ettirirken dış kuvvetlerin yaptığı işe eşittir.

Devre bölümü 1-a-2'de, yük taşıyıcıların hareketi yalnızca bir elektrostatik kuvvet = q'nun etkisi altında gerçekleşir. Bu tür alanlara homojen denir.

Elektrostatik kuvvetle birlikte dış kuvvetlerin de etki ettiği kapalı bir döngünün bir bölümüne homojen olmayan denir.

Zincirin homojen bir bölümünde, yük taşıyıcıların yönlendirilmiş hareketinin ortalama hızının, onlara etki eden kuvvetle orantılı olduğu gösterilebilir. Bunu yapmak için, son derste elde edilen formülleri karşılaştırmak yeterlidir: = (6.3) ve = l

Hızın kuvvetle orantılılığı ve akım yoğunluğunun yoğunlukla orantılılığı, devrenin homojen olmayan bir bölümü durumunda kalacaktır. Ancak şimdi alan kuvveti, elektrostatik alan ve dış kuvvetlerin alanlarının kuvvetlerinin toplamına eşittir: .

Bu, devrenin homojen olmayan bir bölümü için yerel diferansiyel formdaki Ohm yasasının denklemidir.

Şimdi entegre formda devrenin homojen olmayan bir bölümü için Ohm yasasına geçelim.

Kapalı bir devre için, Ohm yasasının denklemi biraz değiştirilir, çünkü bu durumda potansiyel fark sıfıra eşittir: .

Ohm'un kapalı devre yasasında (7.8), R, R 0 devresinin dış direncinden ve r kaynağının iç direncinden oluşan devrenin toplam direncidir: R = R 0 + r.

12) Diferansiyel formda ve integral formda Joule-Lenz yasası.

Elektrik devresinin kesitinde doğru akımın akmasına izin verin BEN. Gerilim sen Bu bölümün sonunda sayısal olarak yapılan işe eşittir. elektriksel kuvvetler bu alanda tek bir pozitif yük taşırken. Bu, stresin tanımından kaynaklanmaktadır.

buradan iş A = Q ×  sen. Sırasında Tücret bölüm boyunca aktarılacak Q = BEN ×  T ve bu işi yapacak: A = Q ×  sen = sen ×  BEN ×  T.

Bu iş ifadesi elektrik akımı tüm iletkenler için geçerlidir.

Birim zamanda yapılan iş elektrik akımının gücüdür:.

Elektrik akımının işi (6.14), iletkeni ısıtmak, mekanik iş yapmak (elektrik motoru) ve elektrolit boyunca akarken akımın kimyasal etkisi (elektroliz) için harcanabilir.

Akım akışı sırasında kimyasal etki ve mekanik çalışma gerçekleştirilmezse, elektrik akımının tüm işi yalnızca iletkeni ısıtmak için harcanır: Q = A = sen ×  BEN ×  T = BEN 2 × R ×  T. (6.15)

Elektrik akımının termal etkisi yasası (6.15), İngiliz bilim adamı D. Joule ve Rus akademisyen E.Kh. Lenz. Formül (6.15) - Joule-Lenz yasasının integral biçimde matematiksel gösterimi, iletkende salınan ısı miktarını hesaplamanıza izin verir.

.

Bizden önce Diferansiyel formda Joule-Lenz yasası.

Verilen Ben= ben E= , bu ifade şu şekilde de yazılabilir:

Kirchhoff'un kuralları.

Tarafımızdan ele alınan doğru akım yasaları, karmaşık dallardaki akımları hesaplamayı mümkün kılar. elektrik devreleri. Bu hesaplamalar Kirchhoff kuralları kullanılarak basitleştirilmiştir.

Kirchhoff ikinci kural : geçerli kural Ve stres kuralı.

Mevcut kural, devrenin düğümlerini, yani devrenin en az üç iletkenin birleştiği noktaları ifade eder (Şekil 7.4.). Mevcut kural, bir düğümdeki akımların cebirsel toplamının sıfır olduğunu belirtir:

Karşılık gelen denklem derlenirken, düğüme akan akımlar artı işaretiyle, ondan ayrılanlar eksi işaretiyle alınır. Bu ilk Kirchhoff kuralı, süreklilik denkleminin (bkz. (6.7)) veya elektrik yükünün korunumu yasasının bir sonucudur.

Stres kuralı herhangi bir kapalı devre kollara ayrılmış devre anlamına gelir.

Gerilim kuralı şu şekilde formüle edilir: herhangi bir kapalı devrede, gerilim düşüşlerinin cebirsel toplamı, bu devrede karşılaşılan emf'lerin cebirsel toplamına eşittir:

İkinci Kirchhoff kuralının denklemi derlenirken baypasın yönü verilir.

Baypas yönüne denk gelen akımlar artı işaretiyle, ters yöndeki akımlar eksi işaretiyle alınır E.m.f. kaynak, baypas yönüne denk gelen bir akım oluşturuyorsa artı işaretiyle alınır. Aksi takdirde, emf. olumsuz.