Fizica definirii muncii în lanț. Lucru și alimentare într-un circuit DC. Forta electromotoare. Legea lui Ohm pentru un circuit complet. Legea lui Ohm pentru un circuit complet

Muncă și putere în circuit curent continuu. Forta electromotoare. legea lui Ohm pentru lanț complet

munca curenta: A = Ult, sau A = I2Rt = U2/Rt.

Puterea, prin definiție, N = La, prin urmare, N=UI = I2R = U2/R.

Legea Joule-Lenz se citește așa. Când curentul trece printr-un conductor, cantitatea de căldură degajată în conductor este direct proporțională cu pătratul forței, curentului, rezistenței conductorului și timpul de trecere a curentului.

Q = I 2 Rt.

Sursa de curent este caracterizată de o caracteristică energetică numită EMF - forța electromotoare a sursei. EMF este o caracteristică a unei surse de energie non-electrică în circuit electric, necesar pentru a menține un curent electric în el. EMF se măsoară prin raportul dintre munca efectuată de forțele externe pentru a muta o sarcină pozitivă de-a lungul unui circuit închis la această sarcină EMF = A st /q

EMF este egal cu suma căderilor de tensiune din secțiunile interne și externe ale circuitului închis. Această expresie este de obicei scrisă astfel: I = EMF /(R + r)., Legea lui Ohm pentru un circuit complet se citește astfel. Puterea curentului într-un circuit complet este direct proporțională Sursa EMF curent şi invers proporţional rezistență deplină lanţuri. Când este deschis circuite EMF egală cu tensiunea la bornele sursei și, prin urmare, poate fi măsurată cu un voltmetru.

Biletul numărul 15

Câmpul magnetic, condițiile existenței sale. Efectul unui câmp magnetic asupra unei sarcini electrice și experimente care confirmă acest efect. Inductie magnetica

În 1820, fizicianul danez Oersted a descoperit că un ac magnetic se rotește atunci când un curent electric trece printr-un conductor situat în apropierea lui (Fig. 19). Ampere a stabilit că doi conductori situati paralel unul cu celălalt experimentează atracție reciprocă dacă curentul trece printr-o direcție și repulsie dacă curenții curg în aceeași direcție. laturi diferite(Fig. 20). Ampere numit fenomen de interacțiune a curenților interacțiune electrodinamică.

Camp magnetic - un fel special materie care ia naștere în spațiu în jurul oricărui câmp electric alternativ.

Un câmp magnetic este întotdeauna generat de un câmp electric alternativ și, invers, un câmp electric alternativ generează întotdeauna un câmp magnetic alternativ.

Un câmp magnetic nu există fără unul electric, deoarece nu există purtători de câmp magnetic.

Un câmp magnetic este un câmp de forță. Puterea caracteristică unui câmp magnetic se numește inducție magnetică (ÎN).Inductie magnetica- acesta este vector cantitate fizica, egală cu forța maximă care acționează din câmpul magnetic asupra unui element de curent unitar. B = F/II. Un element de curent unitar este un conductor de 1 m lungime și puterea curentului în el este de 1 A. Unitatea de măsură a inducției magnetice este tesla. 1 T = 1 N/A m.

Pentru imagine grafică sunt introduse câmpuri magnetice linii de înaltă tensiune, sau linii de inducție, - Acestea sunt linii în fiecare punct în care vectorul de inducție magnetică este direcționat tangențial. Direcția liniilor de câmp se găsește conform regulii gimletului. Dacă brațul este înșurubat în direcția curentului, atunci sensul de rotație al mânerului va coincide cu direcția liniilor electrice.

După cum a stabilit Ampere, o forță acționează asupra unui conductor purtător de curent plasat într-un câmp magnetic. Forța exercitată de un câmp magnetic asupra unui conductor care poartă curent este direct proporțională cu puterea curentului. lungimea conductorului în câmpul magnetic şi componenta perpendiculară a vectorului de inducţie magnetică. Aceasta este formularea legii lui Ampere, care este scrisă după cum urmează: F a = PV sin α.

Direcția forței lui Ampere este determinată de regula mâinii stângi. Dacă mâna stângă poziționat astfel încât patru degete să arate direcția curentului, componenta perpendiculară a vectorului de inducție magnetică intră în palmă, apoi degetul mare îndoit la 90° va arăta direcția forței Ampere B = ÎN sin α.

Biletul numărul 16

Semiconductori. Conductibilitatea intrinsecă și a impurităților semiconductorilor. Dispozitive semiconductoare

Semiconductorii sunt substanțe a căror rezistivitate scade odată cu creșterea temperaturii, prezența impurităților și modificările iluminării. În aceste proprietăți, ele sunt izbitor de diferite de metale. De obicei, semiconductorii includ cristale în care este necesară o energie de cel mult 1,5 - 2 eV pentru a elibera un electron. Semiconductorii tipici sunt cristalele de germaniu și siliciu, în care atomii sunt uniți printr-o legătură covalentă. Când semiconductorii sunt încălziți, atomii lor sunt ionizați. Electronii eliberați nu pot fi captați de atomii vecini, deoarece toate legăturile lor de valență sunt saturate. Electronii liberi sub influența unui câmp electric extern se pot deplasa în cristal, creând un curent de conducere.

În exterior, acest proces de mișcare haotică este perceput ca mișcarea unei sarcini pozitive, numită „găuri”. Când un cristal este plasat într-un câmp electric, are loc o mișcare ordonată a „găurilor” - un curent de conducere a găurii.

Într-un cristal ideal, curentul este creat de un număr egal de electroni și „găuri”. Acest tip de conductivitate se numește proprii conductivitatea semiconductorilor. Pe măsură ce temperatura (sau iluminarea) crește, conductivitatea intrinsecă a conductorilor crește.

Conductivitatea semiconductorilor este foarte influențată de impurități. Impuritățile sunt donator și acceptor. Impuritate donator - este o impuritate cu o valență mai mare. Când se adaugă o impuritate donor, în semiconductor se formează electroni suplimentari. Conductibilitatea va deveni electronic, iar semiconductorul se numește semiconductor de tip n. De exemplu, pentru siliciu cu o valență n = 4 impuritate donatoare este arsenul cu valență n = 5. Fiecare atom de impuritate de arsen va produce un electron de conducere.

Impuritate acceptatoare este o impuritate cu o valență mai mică. Când se adaugă o astfel de impuritate, se formează un număr suplimentar de „găuri” în semiconductor. Conducția va fi „gaura”, iar semiconductorul se numește semiconductor de tip p. De exemplu, pentru siliciu, impuritatea acceptor este indiul cu valență n = 3. Fiecare atom de indiu va duce la formarea unei „găuri” suplimentare.

Principiul de funcționare al majorității dispozitivelor semiconductoare se bazează pe proprietăți r-p tranziție.

Lucru și putere într-un circuit de curent continuu. Forta electromotoare. Legea lui Ohm pentru un circuit complet.

Din formula de determinare a tensiunii (), este ușor de obținut o expresie pentru calcularea muncii de transfer de sarcină electrică; deoarece puterea curentului este legată de raportul de încărcare, munca efectuată de curent este: , sau.

Puterea prin definiție este deci .

Omul de știință rus H. Lenz și savantul englez D. Joule experimental la mijlocul secolului al XIX-lea. a stabilit în mod independent o lege numită Legea Joule-Lenzși se citește astfel: atunci când curentul trece printr-un conductor, cantitatea de căldură eliberată în conductor este direct proporțională cu pătratul puterii curentului, rezistența conductorului și timpul de trecere a curentului:

Un circuit complet închis este un circuit electric, care include rezistențe externe și o sursă de curent (Fig. 17). Ca una dintre secțiunile circuitului, sursa de curent are o rezistență, care se numește internă.

Pentru ca curentul să circule printr-un circuit închis, este necesar ca încărcărilor din sursa de curent să fie transmisă energie suplimentară, aceasta apare datorită muncii de deplasare a sarcinilor, care este produsă de forțe de origine neelectrică (; forțe externe) împotriva forțelor câmpului electric. Sursa de curent este caracterizată de o caracteristică energetică numită EMF - forța electromotoare a sursei. Se măsoară EMF raportul dintre munca efectuată de forțele externe pentru a deplasa o sarcină pozitivă de-a lungul unui circuit închis și mărimea acestei sarcini .

Lasă o sarcină electrică să treacă prin secțiunea transversală a conductorului în timp. Atunci munca forțelor exterioare la deplasarea unei sarcini se poate scrie astfel: . Conform definiţiei curentului, deci. Când se efectuează această muncă, o anumită cantitate de căldură este eliberată pe secțiunile interne și externe ale circuitului, a cărei rezistență este și. Conform legii Joule-Lenz, este egal cu: . Conform legii conservării energiei, . Prin urmare, . Produsul dintre curent și rezistența unei secțiuni a unui circuit este adesea numit cădere de tensiune pe acea secțiune. Astfel, EMF este egal cu suma căderilor de tensiune din secțiunile interne și externe ale circuitului închis. De obicei, această expresie este scrisă astfel: . Această dependență a fost obținută experimental de Georg Ohm, se numește Legea lui Ohm pentru un circuit completși se citește astfel: puterea curentului într-un circuit complet este direct proporțională cu curentul și invers proporțională cu rezistența totală a circuitului. Când circuitul este deschis, fem este egală cu tensiunea la bornele sursei și, prin urmare, poate fi măsurată cu un voltmetru.

A = qU; A = IUt = I 2 Rt =

- cu conexiune paralela

- când sunt secvenţiale conexiune

- Legea Joule-Lenz

Puterea curentă este egală cu raportul dintre activitatea curentă în timp t și acest interval de timp.

- Legea lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit

- pentru conexiune serială

- pentru conectare in paralel

Forta electromotoare

Câmpul electric al particulelor încărcate (câmpul Coulomb) singur nu este capabil să mențină un curent constant într-un circuit.

Orice forță care acționează asupra particulelor încărcate electric, cu excepția forțelor de origine electrostatică (adică Coulomb), se numesc forțe străine.

În interiorul sursei de curent, sarcinile se deplasează sub influența forțelor externe împotriva forțelor Coulomb (electroni de la un electrod încărcat pozitiv la unul negativ).

EMF într-un circuit închis este raportul dintre activitatea forțelor externe atunci când se deplasează sarcini de-a lungul circuitului și sarcina: ℰ = [W]

Legea lui Ohm pentru un circuit complet

R – rezistența circuitului extern

r- rezistența circuitului intern (rezistența sursei de curent)

R rev = R + r; ℰ= => Ast = ℰq

; Ast = ℰIt

; A = Q

ℰIt = I 2 Rt + I 2 rt; ℰ =

;

ℰ = ;I =ℰ/R+r

Dacă, la ocolirea circuitului, se deplasează de la polul negativ al sursei la cel pozitiv, atunci EMF ℰ > 0. Forțele externe din interiorul sursei fac o activitate pozitivă.

ℰ = ℰ 1 + ℰ 2 + ℰ 3 = |ℰ 1 |-|ℰ 2 | + |ℰ 3 |

Dacă ℰ > 0, atunci I > 0, adică sensul curentului coincide cu sensul de ocolire a circuitului. La ℰ

R p = R + r 1 + r 2 + r 3

INTERACȚIUNEA CURENȚILOR. UN CÂMP MAGNETIC.

Interacțiunea dintre conductorii care transportă curent, de ex. interacțiunea dintre sarcinile electrice în mișcare se numește magnetic.

Se numesc forțele cu care conductoarele purtătoare de curent acționează unul asupra celuilalt forte magnetice.

În spațiul din jurul curenților apare un câmp numit magnetic.

Câmpul magnetic este formă specială materie prin care are loc interacțiunea între particulele încărcate electric în mișcare.

Proprietăți de bază:

a) un câmp magnetic este generat de curent electric (sarcină în mișcare)

b) un câmp magnetic este detectat prin efectul său asupra curentului electric (sarcină în mișcare)

Ca și câmpul electric, câmpul magnetic există cu adevărat, indiferent de noi, de cunoștințele noastre despre el.

Forța rezultată exercitată de câmpul magnetic asupra acestor conductori va fi egală cu 0.

Câmpul magnetic este creat nu numai de curentul electric, ci și de magneții permanenți.

LINII DE INDUCȚIE MAGNETICĂ

Puterea caracteristică a câmpului magnetic este vector magnetic inducţie.

- vector de inducție magnetică

Direcția vectorului de inducție magnetică este considerată direcția de la polul sud S la polul nord N al acului magnetic, poziționat liber în câmpul magnetic. Această direcție coincide cu direcția normalului pozitiv către buclă închisă cu curent.

- normal pozitiv.

Reguli gimlet: dacă direcția de mișcare de translație a brațului coincide cu direcția curentului în conductor, atunci sensul de rotație a mânerului brațului coincide cu direcția vectorului de inducție magnetică.

Linii de inducție magnetică se numesc drepte ale căror tangente sunt direcționate în același mod ca vectorul într-un anumit punct al câmpului.

O caracteristică importantă a liniilor de inducție magnetică este că nu au nici început, nici sfârșit. Sunt întotdeauna închise.

PUTERE AMP.

Forța amperului este forța magnetică exercitată de un câmp magnetic asupra unui conductor care transportă curent.

Forța atinge valoarea maximă atunci când inducția magnetică este perpendiculară pe conductor.

, Dacă I.

; F m = I l B - rezistență maximă

F = B|I| lsin - legea lui Ampere

Dacă mâna stângă este poziționată astfel încât componenta vectorului de inducție magnetică perpendiculară pe conductor să intre în palmă, iar cele patru degete întinse sunt îndreptate în direcția curentului, atunci degetul mare îndoit cu 90 0 va arăta direcția forță care acționează asupra secțiunii conductorului.

O unitate de inducție magnetică poate fi luată drept inducția magnetică a unui câmp uniform, în care o secțiune a unui conductor de 1 m lungime cu un curent de 1 A este acționată de câmp cu o forță maximă egală cu 1 N. O unitate de inductie magnetica = 1 N/A. m.

FORTA LORENTZ

Forța care acționează asupra unei particule încărcate în mișcare din câmpul magnetic se numește forță Lorentz.

, Unde

F – modul de forță,

N – numărul de particule încărcate

Din formula de determinare a tensiunii (), este ușor de obținut o expresie pentru calcularea muncii de transfer de sarcină electrică; întrucât puterea curentului este legată de sarcină prin raportul , atunci munca efectuată de curent este: , sau .

Puterea prin definiție este deci .

Un circuit închis complet este un circuit electric care include rezistențe externe și o sursă de curent (Fig. 17). Ca una dintre secțiunile circuitului, sursa de curent are o rezistență, care se numește internă.

Lasă o sarcină electrică să treacă prin secțiunea transversală a conductorului în timp. Atunci munca forțelor exterioare la deplasarea unei sarcini se poate scrie astfel: . Conform definiției puterii curente, , prin urmare . Când se efectuează această muncă, o anumită cantitate de căldură este eliberată pe secțiunile interne și externe ale circuitului, a cărei rezistență este și . Conform legii Joule-Lenz, este egal cu: . Conform legii conservării energiei, . Prin urmare, . Produsul dintre curent și rezistența unei secțiuni a unui circuit este adesea numit cădere de tensiune pe acea secțiune. Astfel, EMF este egal cu suma căderilor de tensiune din secțiunile interne și externe ale circuitului închis. De obicei, această expresie este scrisă astfel: . Această dependență a fost obținută experimental de Georg Ohm, se numește Legea lui Ohm pentru un circuit completși se citește astfel: puterea curentului într-un circuit complet este direct proporțională cu fem-ul sursei de curent și invers proporțională cu rezistența totală a circuitului. Când circuitul este deschis, fem este egală cu tensiunea la bornele sursei și, prin urmare, poate fi măsurată cu un voltmetru.

Într-o secțiune a circuitului care nu conține o fem, forțele câmpului electric lucrează pentru a muta sarcina electrică

A 12 =IU 12 t=Irt=

care se eliberează în conductor sub formă de căldură.

Dacă există un EMF în circuit, atunci munca de mutare a sarcinii electrice este efectuată de terți și forte electrice, numeric egal cu energia eliberată în acest lanț.

Într-un circuit închis, energia eliberată în conductor este numeric egală cu lucrul

A=IU 12 t+IEt=IEt,

Puterea este munca efectuată pe unitatea de timp:

Într-o secțiune a circuitului în care nu există EMF, puterea

În prezența EMF:

Într-un circuit închis:

P=I×E=I2 (R+r).

Puterea din circuitul extern este puterea utilă:

Raportul dintre puterea utilă (puterea în circuitul extern) și puterea dezvoltată de sursa de curent ( toata puterea) se numește coeficient de performanță (eficiență):

Puterea în circuitul extern este maximă atunci când rezistența secțiunii externe a circuitului este egală cu rezistența internă a sursei de curent (R=r). În acest caz, valoarea maximă a puterii în circuitul extern se dovedește a fi egală cu:

Dependența eficienței sursei:

a) din curentul din circuitul extern:

b) din rezistența secțiunii exterioare a circuitului:

1.4.1. Exemple de rezolvare a problemelor

1.4.1.1. Sarcină. Să se determine lucrul forțelor electrice și cantitatea de căldură degajată în fiecare secundă în următoarele cazuri: 1) într-un rezistor prin care circulă un curent de forță I = 1 A; diferența de potențial dintre capetele rezistenței j 1 -j 2 =2 V; 2) într-o baterie care este încărcată cu un curent de I=1 A; diferența de potențial la bornele sale j 1 -j 2 = 2 V, emf. baterie E=1,3 V; 3) într-o baterie de baterii, care furnizează un curent de I=1 A unei sarcini externe; diferența de potențial la bornele bateriei j 1 -j 2 = 2 V, emf E = 2,6 V.

Soluţie. 1. Deoarece secțiunea luată în considerare nu conține un EMF, atunci conform legii lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit omogen, avem

De aici rezultă că formulele A=(j 1 -j 2)IR și Q=I 2 Rt în acest caz coincid. Aceasta înseamnă că toată munca forțelor electrice se duce la încălzirea rezistorului:

A=Q=(j1-j2)IR=2 (J).

2. La încărcarea unei baterii, bornele acesteia sunt conectate la o sursă, a cărei diferență de potențial la polii este constantă. În acest caz, curentul din interiorul bateriei trece de la polul său pozitiv la cel negativ, adică. în sensul opus curentului de descărcare.

Să calculăm din nou munca forțelor electrice folosind formula

A=(j1-j2)IR=2 (J).

Pentru a determina cantitatea de căldură degajată folosind formula Q = I 2 Rt, este necesar să se găsească rezistența secțiunii circuitului în care se află bateria. Deoarece această secțiune conține fem, legea lui Ohm se aplică secțiunii circuitului neomogen. Luând în considerare direcțiile curentului și fem, scriem în conformitate cu regula semnului

. (1)

(2)

Înlocuind valoarea lui R din (2) în formula legii Joule-Lenz, obținem

Q=I 2 Rt=(j 1 – j 2 - E) It=0,7 (J).

În acest caz, doar o parte din munca forțelor electrice este destinată încălzirii bateriei, în timp ce restul (A-Q) este transformată în energia chimică a bateriei care se încarcă.

3. Găsim munca forțelor electrice folosind formula

A=(j1-j2) IR.

Să fim atenți la diferența dintre acest caz și cel precedent. Dacă semnul pozitiv al diferenței de potențial (j 1 – j 2) rămâne același, atunci direcția curentului în zona luată în considerare s-a schimbat în sens opus. Prin urmare,

A=(j1-j2) (-I)t=-2 (J). (3)

Semnul negativ al răspunsului exprimă faptul că sarcinile pozitive se deplasează în interiorul fiecărei baterii de la cel mai scăzut potențial la cel mai mare, adică. împotriva forțelor electrice. În acest caz, munca pozitivă este efectuată de forțe externe, deplasând sarcini în interiorul bateriilor.

Cantitatea de căldură eliberată în baterie este din nou determinată de formula legii Joule-Lenz în formă integrală

În acest caz, rezistența bateriei r, ca și în cazul precedent, poate fi calculată folosind legea lui Ohm pentru o secțiune neuniformă a circuitului

. (4)

Rezistența bateriei poate fi găsită și ca diferență între rezistența întregului circuit și rezistența secțiunii externe a circuitului

care coincide cu formula (4). Înlocuind valoarea găsită a lui r în formula legii Joule-Lenz, obținem

Q=I2Rt=It=0,6 (J). (5)

Această versiune a problemei poate fi rezolvată în alt mod. Folosind aceste condiții, găsim lucrul forțelor electrice pe secțiunea externă a circuitului:

A=(j1-j2)It=2 (J).

Cu toate acestea, funcționarea electrică, de ex. Forțele Coulomb (dar nu ale terților) pentru deplasarea sarcinilor pe o cale închisă sunt întotdeauna zero

A intern +A extern =0,

A int = -A out = -2 (J),

care coincide cu rezultatul (3).

Toată energia consumată de baterie este convertită (prin munca forțelor electrice) în căldură Qtot, eliberată în întregul circuit.

Această energie poate fi calculată folosind formula

A b =Q total =EIt=2,6 (J).

Deoarece în zona exterioară se eliberează o cantitate de căldură

Q ext =A ext= 2 (J),

apoi pentru baterie

Q=Q total -Q ext =0,6 (J),

care coincide cu rezultatul (5).

1.4.1.2. Sarcină. E.m.f. baterii E = 12 V. Curentul maxim pe care îl poate furniza bateria este I max = 5 A. Care este puterea maximă P max care poate fi eliberată de un rezistor cu rezistență variabilă conectat la baterie.

Soluţie. Puterea curentă P este măsurată prin munca efectuată de forțele electrice pe unitatea de timp. Deoarece toată munca pe secțiunea externă a circuitului este destinată încălzirii rezistorului (A=Q), în acest caz puterea este măsurată prin cantitatea de căldură eliberată în rezistor pe unitatea de timp. Prin urmare, pe baza formulei legii Joule-Lenz în formă integrală pentru secțiunea externă a lanțului Q==I 2 Rt, precum și a legii lui Ohm pentru un circuit închis, obținem

P=I2R=E2R/(R+r)2, (1)

unde R, r sunt rezistențele secțiunilor externe și, respectiv, interne ale circuitului.

Din (1) este clar că la valori constante ale lui E, r, puterea P în circuitul extern este o funcție a unei variabile R. Se știe că această funcție are un maxim în condiția r = R (aceasta poate fi verificată prin utilizarea metoda generala studierea funcţiilor până la extremum folosind derivate). Prin urmare,

. (2)

Astfel, sarcina se rezumă la găsirea rezistenței r a secțiunii interne (baterie). Dacă luăm în considerare că, conform legii lui Ohm pentru un circuit închis, cel mai mare curent I max va fi la rezistența externă R = 0 (curent de scurtcircuit), atunci

I max =E/r,

Înlocuirea valorii găsite rezistență internă r în formula (2), obținem

P max= EI max /4=15 (W).

1.4.1.3. Sarcină. Înfășurarea unui cazan electric are două secțiuni. Dacă o secțiune este pornită, apa fierbe după t 1 = 10 minute, dacă cealaltă, atunci după t 2 = 20 de minute. Câte minute va dura apa să fiarbă dacă ambele secțiuni sunt pornite: a) în serie? b) în paralel? Tensiune la bornele cazanului și randament Setările sunt considerate a fi aceleași în toate cazurile.

Soluţie. Când diferite secțiuni ale cazanului sunt pornite, rezistența circuitului este diferită. În mod evident, timpul necesar de încălzire a apei este o funcție a rezistenței circuitului. Pentru a găsi această funcție, folosim legea Joule-Lenz

Întrucât vorbim despre o secțiune a circuitului care nu conține o fem, căreia i se aplică legea lui Ohm I = (j 1 -j 2)/R, o scriem sub forma

De aici este ușor de determinat tipul funcției t=f(R).

În toate cazurile, încălzirea apei necesită aceeași cantitate de căldură, determinată de formulă

unde c, m este capacitatea termică specifică și masa apei;

Dt-diferență de temperatură.

Datorită eficienței constante setarea h, cantitatea totală de căldură eliberată de curent va fi, de asemenea, aceeași, adică.

Ținând cont și de tensiunea constantă la bornele circuitului, din formula (1), obținem

R=U 2 t/Q=kt, (2)

unde k=U 2 /Q este o valoare constantă.

Astfel, dependența timpului de rezistență este proporțională. Acum este ușor să găsiți răspunsuri în ambele cazuri.

Când secțiunile sunt conectate în serie, rezistența totală

R ultimul =R1 +R2.

Înlocuind aici valorile lui R conform formulei (2), obținem

kt ultimul= kt 1 +kt 2,

t ultimul =t1 +t2 =15 (min).

La conectarea secțiunilor în paralel, rezistența conexiunii

R perechi =R1R2/(R1 +R2).

De aici, aplicând relația (2), aflăm

t abur =t 1 t 2 /(t 1 +t 2)=7 (min).

1.4.1.4. Sarcină. Două fire de cupru de aceeași lungime ℓ=1 m și diametre d 1 =0,1 mm și d 2 =0,2 mm, conectate (alternativ) la bornele elementului galvanic, se încălzesc la aceeași temperatură. Determinați rezistența internă a celulei galvanice. Considerați transferul de căldură de către fir către spațiul înconjurător la o temperatură constantă ca fiind proporțional cu suprafața sa.

Soluţie. În condiții termice staționare, când temperatura firului încetează să crească, cantitatea de căldură eliberată de curent în 1 s, conform legii conservării energiei, ar trebui să fie egală cu cantitatea de căldură disipată de fir în spațiul înconjurător în același timp, adică egalitatea trebuie să fie satisfăcută

P curent = P dis. (1)

Vom exprima puterea curentului P curent =I 2 R prin rezistența internă a sursei și diametrul firului, folosind legea lui Ohm pentru un circuit închis și formula rezistenței conductorului:

Pe de altă parte, în funcție de condițiile problemei, avem

P dis =kS"=kpdℓ, (3)

unde S" este aria suprafeței firului, calculată ca aria suprafeței laterale a cilindrului;

k-coeficient de proporţionalitate în funcţie de temperatura firului.

Substituind în ecuația (1) valorile curentului P și disipării P conform formulelor (2), (3) și făcând reduceri, obținem

(4)

Deoarece la o temperatură constantă toate mărimile din partea dreaptă a formulei (4) sunt constante, egalitatea trebuie îndeplinită

(5)

deoarece diametrele firului d 1, d 2 corespund prin condiție aceleiași temperaturi. Pentru a rezolva ecuația (5) pentru r necunoscut, luăm rădăcina pătrată a ambelor părți ale ecuației:

Toți termenii din partea stângă a acestei ecuații sunt în mod evident cantități pozitive, aruncăm semnul negativ din fața rădăcinii. După ce am rezolvat ecuația pentru r, găsim

Luând valoarea rezistivității cuprului din tabele, exprimând valorile incluse în formulă în unități SI și efectuând calculul, obținem

Funcționarea și puterea unui circuit electric.

Loc de munca este o măsură a conversiei unui tip de energie în altul.

Un watt-secundă este munca efectuată de un curent electric de magnitudine 1A sub tensiune 1B pe parcursul 1s.

1 Watt ∙ oră [W ∙ h] = 3600 W ∙ h = 3600 J

1 kW ∙ h = 1000 W ∙ h = 3600 000 J

Lucrul efectuat de curent electric într-o secundă se numește puterea curentului electric, caracterizează intensitatea muncii efectuate de curent. Unitatea de putere este Watt [W].

; din legea lui Ohm ,

Watt– puterea care se dezvoltă la

1 kW = 1000 W 1 MW = 1000.000 W

Deplin se numește puterea dezvoltată de sursa de curent , A util– puterea consumată în circuitul extern de către consumator .

Se numește raportul dintre puterea utilă și puterea totală dezvoltată de o sursă de curent factor de eficiență (eficiență), notat cu „acest”.

;

Efectul termic al curentului. Când un curent electric trece printr-un conductor, conductorul se încălzește ca urmare a ciocnirii electronilor cu atomii săi.

Legea Joule-Lenz.Cantitatea de căldură generată este direct proporțională cu pătratul curentului, rezistența conductorului și timpul necesar curentului pentru a trece prin conductor.

Această relație a fost stabilită în 1841 de către fizicianul englez Joule și ceva mai târziu (în 1844) de către academicianul rus Lenz.

Se utilizează efectul termic al curentului: lămpi cu incandescență, dispozitive de încălzire, sudare electrică, relee termice (plăci bimetalice).

Fiecare conductor, în funcție de condițiile în care se află, poate trece prin el însuși, fără supraîncălzire, un curent care nu depășește o anumită valoare admisă. Această cantitate este caracterizată densitatea de curent admisibilă , adică mărimea curentului eu care se atribuie la 1 mm arie a secțiunii transversale s conductor.

- densitatea de curent admisibilă eu pe arie a secțiunii transversale.

- bobinarea maşinilor electrice

- un fir bec

În cazul contactului electric slăbit și conexiune proasta conductoare Rîmpreună conexiunile lor (așa-numitele Rezistența la contact contact electric) crește foarte mult și aici are loc o eliberare crescută de căldură. Ca rezultat, acest lucru poate duce la arderea contactului și la ruperea circuitului electric.

Întrebări pentru autocontrol:

1. Cum se face conexiune serială conductori? Ce legi se aplică în acest lanț?

2. Cum se realizează conexiune paralelă conductori? Ce legi se aplică în acest lanț?

3. Cum se realizează conectarea mixtă a consumatorilor?

4. Cum se determină munca și puterea curentului electric? În ce unități se măsoară puterea și munca?

5. Ce este eficienta?

6. Formulați legea Joule-Lenz.

7. Care este densitatea curentului și rezistența de contact?

8. Ce este un câmp electric? Prin ce se caracterizează câmpul electric?

9.Ce se numește potențial electric? Diferenta potentiala? In ce unitati se masoara?

10. Ce este EMF și în ce unități se măsoară?

11. Ce este curentul electric și în ce unități se măsoară?

12. Ce se numește rezistență electrică? De ce depinde rezistența conductorilor?

13. Cum este structurat un atom al unei substanțe?

14.Ce se numesc conductori și dielectrici?

15. Cum interacționează sarcini electrice? legea lui Coulomb.

16. Ce este un câmp electric? Prin ce se caracterizează câmpul electric?

17. Ce este curentul electric și în ce unități se măsoară?

18. Ce se numește rezistență electrică? De ce depinde rezistența conductorilor?

19.Cum poți crește rezistența unui conductor?

20. Cum se formează un circuit electric și din ce părți este format?

21. Formulați legea lui Ohm pentru un circuit electric și zonă separată?

22. Ce este căderea de tensiune și cum se determină?

23. Descrieți modurile de funcționare ale unui generator de curent continuu?

24. Ce se numește scurt circuit, care sunt consecințele lui?

25.Cum este formulată prima lege a lui Kirchhoff?

26. Cum este formulată a doua lege a lui Kirchhoff?