ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 131
Скачиваний: 9
1) проводник должен быть частью з а м к н у т о й элект рической цепи;
2) в этой электрической цепи должен быть источник э. д. с.
Зажимы источника э. д. с. представляют собой точки цепи, где сконцентрированы разноименные заряды, и, сле довательно, между этими точками существует разность элек трических потенциалов. Поэтому электродвижущую силу, как и напряжение, измеряют в вольтах.
С и л у т о к а , протекающего по проводнику, принято измерять количеством электричества, переместившегося за единицу времени (секунду) через поперечное сечение про водника. Условились считать, что если через поперечное сечение проводника за одну секунду протекает количество электричества, равное одному кулону, то величина тока в этом случае равна одному а м п е р у . Существуют более мел кие единицы для измерения тока — м и л л и а м п е р (одна тысячная доля ампера) и м и к р о а м п е р (одна миллион ная доля ампера): Іа = 10Зма = 10® лиса.
ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ
При протекании по проводнику электрического тока, т. е. при движении в нем электронов, происходит столкновение этих электронов с атомами металла проводника. При таком столкновении движущийся электрон выбивает из атома один
из |
его свободных |
электронов |
и становится |
на |
его место, |
а |
часть энергии, |
полученной |
электроном |
от |
источника |
э. |
д. с., превращается в тепло, которое нагревает проводник. |
Выбитый электрон обладает уже меньшей энергией и с мень шей силой ударяет в следующий атом. Подобные столкнове ния испытывают многие движущиеся по проводнику элект роны, вследствие чего скорость их движения уменьшается и через поперечное сечение проводника будет протекать меньшее количество электронов (сила тока в цепи уменьша ется). Можно сказать, что проводник оказывает «противодей ствие» протекающему по нему электрическому току. Такое свойство проводника носит название э л е к т р и ч е с к о г о с о п р о т и в л е н и я .
Чем длиннее проводник, меньше его поперечное сечение и больше его удельное сопротивление, тем больше сопротив
14
ление данного проводника.
где R — сопротивление проводника; I — длина проводника;
р п — у д ел ьн о е со п р о ти вл ен и е м а те р и ал а |
п р о во д н и ка, |
||
т. е. со п р о ти вл ен и е 1 |
см3 п р о во д н и ка (иногда 1 м провода |
||
П оперечным |
сечением |
1 мм2)-, |
|
Sn — п лощ ад ь п оп еречн ого сечен и я п р о во д н и к а . |
|||
Для измерения величины сопротивления введена единица |
|||
измерения, |
которая |
носит название ом. Сопротивлением |
|
в 1 ом обладает ртутный столбик высотой |
в 106 см и по |
||
перечным сечением 1 мм2 при температуре |
20° С (между |
||
народный эталон). |
|
|
Существуют более крупные единицы — к и л о о м |
(од |
на тысяча ом) и м е г о м (один миллион ом): 1 Мом = |
ІО3 |
ком = 10е ом.
Иногда электропроводящие свойства проводника харак теризуют не сопротивлением, а величиной, ему обратной. &та величина носит название п р о в о д и м о с т и
(9)
Следует подчеркнуть, что под термином «сопротивление» понимают определенное свойство материала, провода или прибора. В этом смысле, например, говорят: лампа накали вания обладает сопротивлением 200 ом или провод имеет сопротивление 0,6 ом. Если же говорят об устройстве, предназначенном для включения в электрическую цепь с целью регулирования, уменьшения или ограничения тока цепи, то имеют в виду устройство, называемое р е - з и с т о р о м .
СОЕДИНЕНИЕ РЕЗИСТОРОВ
В практике часто возникает необходимость получить резистор с определенной величиной сопротивления при на личии резисторов другого сопротивления. В этих случаях прибегают к соединению резисторов. Различают после довательное, параллельное и смешанное соединение резис торов.
15
Последовательное соединение резисторов показано на рис. 7,а. Определим общее сопротивление такого соединения. При подсоединении такой цепочки резисторов к источнику э.д.с. ток проходит поочередно через каждый резистор и в каждом из них происходит расходование энергии источника и преобразование ее в тепло. Вся энергия, которую поте ряют электроны на пути своего движения, оказывается равной сумме энергий, израсходованных на отдельных участ ках этого пути. Можно сказать, что о б щ е е с о п р о т и в
л е н и е |
ц е п и |
п о с л е д о в а т е л ь н о |
с о е д и |
|
|
|
н е н н ы х |
р е з и с т о р о в |
|
|
|
р а в н о |
с у м м е |
с о п р о |
|
|
т и в л е н и й о т д е л ь н ы х |
р е з и с т о р о в , с о с т а в л я ю щ и х э т у ц е п ь .
Иобщ — R1 *f- R2 -f- R3 -j- R4.
( 10)
Параллельное соединение ре зисторов показано на рис. 7,6. В таком соединении электроны проходят по нескольким парал лельным путям, что приводит к уменьшению вероятности столк новения их с атомами металла
проводника. Это, в свою очередь, означает, что общее сопротивление цепи уменьшается, а проводимость возрас тает. Оказывается, что при параллельном соединении ре зисторов о б щ а я п р о в о д и м о с т ь ц е п и р а в н а с у м м е п р о в о д и м о с т е й р е з и с т о р о в , в х о д я щ и х в э т у ц е п ь , т. е.
~R^~ " Tv + R2 + R3 + R4 •
В практике наиболее часто соединяются параллельно только два резистора с различными сопротивлениями. Для такого частного случая последнюю формулу можно при вести к более простому и' удобному виду;
1 __ |
1 |
... 1 . |
RI + R 2 . |
г, |
RI -R2 |
( 12) |
^ |
R1 |
R2 ec |
R i -R2 ' |
Ңобш- |
R i + R 2 ' |
|
Иногда параллельно соединяются несколько резисто ров с равными сопротивлениями. Тогда; их общее сопротив-
16
ление может быть найдено путем деления сопротивления одного резистора на число резисторов в цепи.
Я о б щ |
RI |
(13) |
|
п |
|||
|
|
Здесь п — число резисторов в группе.
ЗАКОН ОМА
Составим электрическую цепь, содержащую источник э.д.с. с внутренним сопротивлением rt, соединительные про водники и резисторы R1 и R2, которые являются для источника нагрузочными сопротивлениями (рис. 8).
Если в цепи будет протекать ток I (показан стрелкой), то между точками а и б появится некоторая разность потен циалов U (электрическое напряжение, падение напряже ния). Согласно з а к о н у О м а величина тока, протекаю щего через данный участок цепи, прямо пропорциональна напряжению на этом участке и обратно
пропорциональна |
его сопротивлению: |
|
|
||||
|
|
/ - |
X |
е, |
(14) |
|
|
|
здесь |
1 — ток, |
протекающий |
через |
|
|
|
данное сопротивление |
(в нашем случае |
|
|
||||
через резисторы R1 и R2); U — URI + |
|
|
|||||
+ |
UR2 — напряжение |
между точками а |
Рис. 8. |
К опреде |
|||
и |
б, в, |
R = R I + |
R2 — сопротивление |
лению |
закона Ома |
||
участка |
цепи, ом. |
|
|
|
|
|
|
|
Зная |
величину тока и сопротивление резистора, можно |
определить напряжение на этом резисторе:
U = IR.
Если известны напряжение U и ток I, то сопротивление резистора равно
Я = иI •
Закон Ома справедлив и для всей замкнутой цепи, содер жащей источник э.д.с. и любое количество резисторов (см. рис. 8). В этом случае величина тока, протекающего в замкнутой цепи, прямо пропорциональна э. д. с. источника
Г')с. публичная ^ |
■ |
нп.учао-ч «ни*' |
|
бхЗя*>о“,>'а СЯ.Ы®
з к з г - .-л ПД ЯР
и обратно пропорциональна сумме всех сопротивлений
данной цепи (включая и внутреннее |
сопротивление источ |
ника э.д.с. Г[): |
|
1 = rt + R l+ R 2 ' |
(1б) |
Как видно из схемы рис. 8, ток в цепи протекает поочеред |
|
но через все резисторы (в том числе и |
внутреннее сопротив |
ление источника) и на них создаются падения напряжения. Так как падение напряжения Urt создается и на внут реннем сопротивлении источника rh то от источника к внеш ней цепи будет подводиться не вся э.д.с., а лишь ее часть, т. е. к точкам а и б будет приложено напряжение Е — Ur^ Отсюда и возник термин «напряжение источника» (в отли чие от термина э.д.с. источника), под которым имеется в виду электрическое напряжение, созданное источником на зажи мах в н е ш н е й ц е п и .
РАБОТА И МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
Любой источник энергии, расходуя свою энергию, совер шает работу, пропорциональную мощности источника энер гии и времени:
А = Р • t,
где А — работа, совершенная источником энергии; Р — мощность источника энергии;
t — время.
Из этого выражения можно определить мощность.
Под понятием м о щ н о с т ь |
в технике подразумева |
ется величина, характеризующая |
с к о р о с т ь п р е о б |
р а з о в а н и я о д н о г о в и д а э н е р г и и в д р у - г о й. Чем больше мощность источника энергии, тем быстрее переходит энергия из одного вида в другой и тем быстрее совершается данная работа. Так, например, чем мощнее двигатель автомобиля, тем быстрее тепловая энергия топлива (бензина) переходит в механическую энергию вращения дви гателя и тем большей оказывается скорость движения авто мобиля.
Из последней формулы следует, что мощность представ ляет собой р а б о т у , с о в е р ш е н н у ю з а е д и н и -
18
ц у в р е м е н и . |
Если в эту формулу вместо величины А по |
||||||||
ставить единицу |
работы (энергии) |
д ж о у л ь , |
а |
вместо |
|||||
величины |
t единицу |
времени с е к у н д у , |
то получится |
||||||
единица |
|
мощности, которая |
носит |
название |
в а т т |
(вт): |
|||
ватт |
джоуль |
|
|
|
|
|
|
|
|
секунда' |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
1 дж = |
\к ,■ 1 б, тогда |
|
|
|
|||
С другой стороны |
|
|
|
||||||
|
|
1 вт = |
1 сек = |
1в • Іа = 1 ва,’ |
|
|
|
||
т. е. ватт есть мощность электрического тока |
силой в 1 а |
||||||||
при напряжении 1 в. |
|
|
|
|
|
|
|||
Часто приходится |
прибегать и к более крупным едини |
цам — к и л о в а т т а м (кет) и более мелким — м и л л и в а т т а м (мет) или м и к р о в а т т а м (мкет): 1 кет = 103 em; 1 вт — 109 мет — 10вмквт.
Понятие о мощности можно отнести и к источнику элект рической энергии, т. е. к источнику э.д.с. Под воздействием э.д.с. в проводнике возникает упорядоченное движение за рядов, на которое источником расходуется какое-то коли чество энергии. Источник совершает, таким образом, некото рую работу. Чем больше э.д.с. источника, тем больше по ве личине электрическое поле, действующее в проводнике, тем быстрее движутся заряды и тем больше совершаемая ими работа. Мощность источника э.д.с. выражается как произведение величины э.д.с. источника и величины проте кающего в цепи тока:
Р „ с т = £ ■ • / .
Вся мощность источника распределяется по всей замк нутой электрической цепи, причем часть ее расходуется внутри источника,-а часть «рассеивается» во внешней цепи. Для каждого отдельного участка внешней цепи мощность также будет равна произведению величины тока и напря жения, действующего на концах этого участка:
P = UI. |
(16) |
Используя закон Ома и подставляя его в формулу (16), можно получить другие выражения для мощности:
P = PR; |
(17) |
|
Р = |
и 2 |
(18) |
|
R |
* |
19