В электротехнике существуют термины: участок и полная цепь.
Участком называют:
часть электрической схемы внутри источника тока или напряжения;
всю внешнюю или внутреннюю, подключенную к источнику цепочку из электрических элементов или ее какой-то фрагмент.
Термином «полная цепь» пользуются для обозначения схемы со всеми собранными цепочками, включая:
источники;
потребители;
соединительные проводники.
Такие определения помогают лучше ориентироваться в схемах, понять их особенности, анализировать работу, искать повреждения и неисправности. Они заложены в закон Ома, который позволяет решать эти же вопросы для оптимизации электрических процессов под нужды человека.
Фундаментальные исследования Георга Симона Ома применяют на практике к любому или полной схеме.
Как действует закон Ома для полной цепи постоянного тока
Для примера возьмем гальванический элемент, который в народе принято называть батарейкой, с разностью потенциалов U между анодом и катодом. Подключим к его выводам лампочку накаливания, которая обладает обыкновенным резистивным сопротивлением R.
Через нить накала потечет ток I=U/R, созданный движением электронов в металле. Контур, образованный выводами батарейки, соединительными проводами и лампочкой относится к внешнему участку цепи.
Во внутреннем участке между электродами батарейки тоже будет протекать ток. Его носителями станут положительно и отрицательно заряженные ионы. На катод будут притягиваться электроны и от него отталкиваются положительные ионы к аноду.
На катоде и аноде таким способом накапливаются положительные и отрицательные заряды, создается разность потенциалов между ними.
Полноценному движению ионов в электролите мешает , обозначаемое «r». Оно ограничивает отдачу тока во внешнюю цепь и снижает его мощность до определенной величины.
В полной цепи электрической схемы ток проходит по внутреннему и внешнему контуру, преодолевая последовательно суммарное сопротивление R+r обоих участков. На его величину оказывает влияние сила, приложенная к электродам, которую называют электродвижущей или сокращенно ЭДС и обозначают индексом «Е».
Ее величину можно замерить вольтметром на выводах батарейки при холостом ходе (без внешнего контура). При подключенной нагрузке на этом же месте вольтметр показывает напряжение U. Другими словами: без нагрузки на клеммах батарейки U и Е совпадают по величине, а при протекании тока по внешнему контуру U
Сила Е формирует движение электрических зарядов в полной цепи и определяет его величину I=E/(R+r).
Это математическое выражение определяет закон Ома для полной цепи постоянного тока. Его действие более детально иллюстрирует правая часть картинки. Она показывает, что вся полная цепь состоит из двух отдельных контуров для тока.
Также видно, что внутри батарейки всегда, даже при отключенной нагрузке внешней цепи, происходит движение заряженных частиц (ток саморазряда), а, следовательно, идет ненужный расход металла у катода. Энергия батарейки за счет внутреннего сопротивления тратится на нагрев и его рассеивание в окружающую среду, а с течением времени просто исчезает.
Практика показала, что снижение конструктивными методами внутреннего сопротивления r экономически не оправдано из-за резко возрастающей стоимости конечного изделия и довольно высокого ее саморазряда.
Выводы
Для поддержания работоспособности батарейки ее нужно использовать только по назначению, подключая внешний контур исключительно на период работы.
Чем больше сопротивление подключенной нагрузки, тем выше ресурс батарейки. Поэтому ксеноновые лампы накаливания с меньшим током потребления, чем заполненные азотом, при одинаковом световом потоке обеспечивают более длительную эксплуатацию источников питания.
При хранении гальванических элементов прохождение тока между контактами внешней цепи должно быть исключено надежной изоляцией.
В случае когда у батарейки сопротивление внешнего контура R значительно превышает внутреннюю величину r, ее считают источником напряжения, а при выполнении обратного соотношения - источником тока.
Как используется закон Ома для полной цепи переменного тока
Электрические системы, работающие на переменном токе, наиболее распространены в энергетике. В этой отрасли они достигают огромной протяженности за счет транспортировки электроэнергии по линиям электропередач.
При увеличении длины ЛЭП возрастает ее электрическое сопротивление, которое создает нагрев проводов и повышает потери энергии на передачу.
Знание закона Ома помогло энергетикам уменьшить лишние затраты на транспортировку электричества. Для этого они воспользовались расчетом составляющей потерь мощности в проводах.
За основу вычислений была взята величина произведенной активной мощности P=E∙I, которую необходимо качественно передать удаленным потребителям и преодолеть суммарные сопротивления:
внутреннее r у генератора;
внешнего R от проводов.
Величина ЭДС на зажимах генератора определяется как Е=I∙(r+R).
Потери мощности Pп на преодоление сопротивления полной цепи выразятся формулой, показанной на картинке.
Из нее видно, что затраты мощности растут пропорционально длине/сопротивлению проводов, а уменьшить их при транспортировке энергии можно увеличением ЭДС генератора или напряжения на линии. Этот способ используют включением в схему повышающих трансформаторов на генераторном конце ЛЭП и понижающих - на приемном пункте электрических подстанций.
Однако этот метод ограничен:
сложностью технических устройств по противодействию возникновения коронных разрядов;
необходимостью отдалять и изолировать провода ЛЭП от поверхности земли;
увеличением излучения энергии ВЛ в пространство (возникновение эффекта антенны).
Современные потребители промышленной высоковольтной и бытовой трехфазной/однофазной электрической энергии создают не только активные, но и реактивные нагрузки с явно выраженными индуктивными или емкостными характеристиками. Они приводят к сдвигу фаз между векторами приложенных напряжений и проходящих в цепи токов.
В этом случае для математической записи временны́х колебаний гармоник применяют , а для пространственного представления используют векторные графики. Ток, передаваемый по ЛЭП, записывается формулой: I=U/Z.
Математическая запись комплексными числами основных составляющих закона Ома позволяет программировать алгоритмы электронных устройств, используемых для контроля и работы сложных технологических процессов, постоянно происходящих в энергосистеме.
Наравне с комплексными числами применяется дифференциальная форма записи всех соотношений. Она удобна для анализа электропроводящих свойств материалов.
Действие закона Ома для полной цепи могут нарушать определенные технические факторы. К ним относятся:
высокие частоты колебаний, когда начинает сказываться инерционность носителей зарядов. Они не успевают двигаться со скоростями изменения электромагнитного поля;
состояния сверхпроводимости определенного класса веществ при низкой температуре;
повышенный нагрев тоководов электрическим током. когда вольтамперная характеристика теряет прямолинейный характер;
пробой изоляционного слоя высоковольтным разрядом;
среда газонаполненных или вакуумных электронных ламп;
полупроводниковые приборы и элементы.
Размер: px
Начинать показ со страницы:
Транскрипт
1 3 Цель работы: углубление понимания закона Ома для полной цепи и для участка цепи. Задача: экспериментально убедиться в справедливости закона Ома для замкнутой неразветвленной цепи. Приборы и принадлежности: модернизированная установка FPМ-0. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ Электрическим током называют упорядоченное движение электрических зарядов. Характеристиками тока являются сила тока I и плотность тока j. Сила тока скалярная величина и равна количеству электричества (заряда) dq, переносимого через сечение проводника за единицу времени: dq I. () dt Плотностью тока называют количество электричества, пересекающее единицу площади поперечного сечения проводника в единицу времени: di j. () ds Плотность тока векторная величина, направленная вдоль вектора средней скорости упорядоченного движения положительных зарядов, и может быть записана как j q 0 n v, (3) где q 0 заряд единичного носителя тока; n концентрация носителей; v скорость дрейфа носителей. Если элемент поверхности ds рассматривать как вектор, направленный вдоль положительной нормали, то связь между силой тока и его плотностью имеет вид I (S) j ds, (4) где S площадь, через которую проходит поток заряженных частиц. Можно указать на ряд факторов, способных вызвать упорядоченное движение зарядов. Прежде всего, это могут быть электрические (кулоновские) силы, под действием которых положительные заряды станут дви-
2 4 гаться вдоль силовых линий поля, отрицательные против. Поле этих сил называют кулоновским, напряженность этого поля обозначим Е кул. Кроме того, на электрические заряды могут действовать и неэлектрические силы, например, магнитные. Действие этих сил аналогично действию некоторого электрического поля. Назовем эти силы сторонними, а поле этих сил сторонним полем с напряженностью Е стор. Наконец, упорядоченное движение электрических зарядов может возникнуть и без действия внешних сил, а за счет явления диффузии или за счет химических реакций в источнике тока. Работа, имеющая место при упорядоченном движении электрических зарядов, совершается за счет внутренней энергии источника тока. И хотя здесь нет прямого действия каких-либо сил на свободные заряды, явление протекает так, как будто на заряды действует некоторое стороннее поле. Важнейшим законом электродинамики является закон Ома, установленный экспериментально. Но его можно получить теоретически, основываясь на простейших представлениях электронной теории проводимости металлов Друде-Лоренца. Рассмотрим электрический ток в металлических проводниках, внутри которых существует поле с напряженностью Е. Оно действует на свободные электроны проводимости с силой F = ее, где е заряд электрона. Эта сила сообщает электронам с массой m ускорением a = F/m = ee/m. Если бы движение электронов в металле происходило без потерь энергии, то их скорость, а следовательно, и сила тока в проводнике со временем увеличивались бы. Однако при столкновениях с ионами решетки, совершающими беспорядочное тепловое колебательное движение, электроны теряют часть своей кинетической энергии. При постоянном токе, когда средняя скорость упорядоченного движения электронов остается со временем неизменной, вся энергия, получаемая электронами под действием электрического поля, должна быть передана ионам металла, т. е. должна перейти в энергию их теплового движения. Для простоты предположим, что при каждом столкновении электрон полностью теряет ту энергию, которую он получил под действием силы F = ее, за время свободного пробега τ от одного столкновения до другого. Это означает, что в начале каждого свободного пробега электрон имеет только скорость своего теплового движения, а в конце пробега, перед столкновением, его скорость под действием силы F = ее увеличивается до некоторой величины v. Пренебрегая скоростью теплового движения, можно полагать, что перемещение электрона в направлении действия силы со стороны поля является равноускоренным с начальной скоростью v 0 = 0. За время свободного пробега электрон приобретает скорость упорядоченного движения a τ eеτ / m, а средняя скорость этого движения v
3 5 v v e 0 v E τ. m Время свободного пробега определяется средней скоростью теплового движения электрона u и средней длиной свободного пробега электрона λ: τ = λ/u. Тогда плотность тока в проводнике ne λ j nev E. m u ne λ Величина γ характеризует свойства проводника и называется его удельной электропроводностью. С учетом этого обозначения плот- m u ность тока запишется как j = γe. (5) Это мы получили закон Ома в дифференциальной форме. Учтем теперь то обстоятельство, что на электрон, участвующий в создании постоянного тока на произвольно выбранном участке цепи, должны действовать, кроме кулоновских, еще и сторонние силы. Тогда (5) примет вид j j γ(eкул Естор) или E Е кул стор. (6) γ Умножим (6) на элемент длины проводника dl и проинтегрируем полученное выражение по участку проводника от сечения до сечения: j Е dl Е dl кул стор dl. (7) γ I С учетом того, что для постоянного тока j и γ, где ρ удельное сопротивление проводника, выражение (7) примет S ρ вид ρ Екулdl Есторdl I dl. (8) S Первый интеграл в (8) представляет собой разность потенциалов (φ φ) между точками сечений и. Второй интеграл зависит от источника сил и называется электродвижущей силой. Интеграл в правой части (8) характеризует свойства проводника и называется сопротивлением R участка проводника. Если S и ρ постоянны, то
4 6 l R ρ. (9) S Таким образом, формула (8) имеет вид φ φ ξ IR U. (0) Это обобщенный закон Ома в интегральной форме для неоднородного участка цепи. (U падение напряжений на участке -). В случае однородного участка проводника, т. е. при отсутствии на этом участке сторонних сил, из (0) имеем φ φ IR. () Если цепь замкнута (φ φ), то из (0) получаем ξ IRц I(R внешн rвнутр), () где R ц сопротивление всей цепи, включая внешнее R внешн и внутреннее сопротивление источника тока r внутр. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ Рис.. Общий вид установки 6 Установка состоит (рис.) из измерительной части и колонны с метрической шкалой. На колонне смонтированы два неподвижных кронштейна, между которыми натянут хромоникелевый провод 3. По колонне перемещается подвижный кронштейн 4, обеспечивающий контакт с проводом. На лицевой панели расположены вольтметр 5, миллиамперметр 6, включатель «сеть», регулятор тока, кнопочный переключатель диапазонов вольтметра 7, который одновременно переключает вольтметр с измерения падения напряжения на измерение ЭДС. На рис. приводится схема измерения падения напряжения U и ЭДС источника тока. В цепь источника тока последовательно включается переменное сопротивление r, выполняющее роль внутреннего сопротивления источника, ручка регулятора которого, «регулятор тока», выведена на лицевую панель прибора. Переменное сопротивление r позволяет регулировать силу тока в цепи источника. Данная схема позволяет моделировать работу источника тока с регули-
5 7 руемым внутренним сопротивлением. Внешней нагрузкой R служит сопротивление однородного проводника, длину которого, а следовательно, и R можно регулировать перемещением подвижного кронштейна. При замкнутом ключе К воз- V никает электрический ток в цепи r rr. Цепь состоит из неоднородного участка r и однород- А φ + φ ного участка R. Согласно указанному направлению тока запишем законы Ома для одно- К I R родного и неоднородного участков цепи. Для участка R: φ φ IR. Рис.. Схема измерения U и ε Для участка εr: φ φ ξ Ir. Для замкнутой цепи, содержащей однородный и неоднородный участки, можно записать, сложив эти уравнения (φ φ) (φ φ) ξ I(R r). Получили закон Ома для замкнутой цепи: ξ I(R r). (3) Разность потенциалов φ φ с учетом () и (3) может быть выражена формулой ξr φ φ. R r При размыкании ключа К (R =, а I = 0) φ φ =. Используя закон Ома для замкнутой цепи, можно рассчитать сопротивление r для неоднородного участка по формуле ξ U r, U = φ φ. (4) I Идея работы состоит в проверке закона Ома для замкнутой цепи. С этой целью измеряется падение напряжения U на сопротивлении R однородного цилиндрического проводника при разных величинах силы тока I, протекающего по участку цепи. На основании измерений U и I строится вольт-амперная характеристика проводника. Величина сопротивления проводника определяется как тангенс угла наклона характеристики к оси I. На рис. 3 приводится вольт-амперная характеристика проводника: ΔU R tgα. (5) ΔI
6 8 Установленная графическая зависимость между величинами U, I, R выражает закон Ома для однородного U участка цепи: α ΔI ΔU I Рис. 3. Вольт-амперная характеристика проводника Δφ = U = IR. (6) В случае цилиндрического однородного проводника с диаметром d, длиной l и удельным электросопротивлением ρ величина R может быть определена формулой l 4l R ρ ρ. (7) S πd ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Задание I. Исследование вольт-амперной характеристики проводника.. Составить таблицу измерений (табл.). Таблица I, ма U, В. Отжать кнопочный переключатель (измерение U). 3. Вывести подвижный кронштейн 4 в среднее положение (l = 5 см). 4. Включить установку в сеть. 5. Регулятором тока установить минимальное значение силы тока. 6. Записать показания вольтметра и амперметра в табл.. 7. Увеличивая силу тока регулятором, снять зависимость U от I (5 0 значений). 8. Построить вольт-амперную характеристику. 9. Вычислить с помощью графика сопротивление проводника по формуле (5). 0. Зная сопротивление проводника R, по формуле (7) определить удельное электросопротивление ρ. Диаметр проводника d = 0,36 мм.. Сделать вывод.
7 9 Задание II. Исследование влияния сопротивления участка цепи на величину падения напряжения на участке.. Составить табл. измерений. Таблица l, см U, В. Отжать кнопочный переключатель (измерение U). 3. Установить подвижный кронштейн в положение l = 0 см. 4. Включить установку в сеть. 5. Регулятором тока установить силу тока 50 ма. 6. Записать в табл. показания вольтметра U и l. 7. Увеличивая длину проводника l, снять зависимость U от l, при этом регулятором тока поддерживать значение I = 50 ма. 8. Построить график зависимости U от l. 9. Сделать вывод. Задание III. Изучение закона Ома для замкнутой цепи.. Составить табл. 3 измерений. Таблица 3 I, mа U, B R, Ом r, Ом, В I(R + r), B 50. Отжать кнопочный переключатель (измерение U). 3. Установить подвижный кронштейн в положение l = 5 см. 4. Включить установку в сеть. 5. Регулятором тока установить силу тока 50 ма. 6. Записать показания вольтметра U в табл Нажать кнопочный переключатель (измерение ЭДС). При этом происходит расширение диапазона измерений вольтметра. Цена деления вольтметра в схеме измерения ЭДС составляет 0,5 В. Измерить величину ЭДС () и записать в табл Величину сопротивления R взять из результатов измерений задания I. Результат записать в табл Рассчитать величину сопротивления r для неоднородного участка цепи по формуле (4). Результат записать в табл. 3.
8 0 0. Проверить закон Ома для замкнутой цепи. Для этого найти значение I(R + r); полученный результат сравнить с измеренным значение.. Сделать вывод. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ. Сформулируйте законы Ома для замкнутой цепи и участка цепи.. Каков физический смысл ЭДС источника? 3. Как измерить ЭДС источника, включенного в цепь? 4. Почему амперметры имеют малое, а вольтметры очень большое сопротивление? 5. Каким условиям должно удовлетворять заземляющее устройство? Объяснить. 6. Какими величинами характеризуется электрическое поле? 7. Что такое напряженность электрического поля? 8. Что называется потенциалом? 9. Нарисуйте схему параллельного и последовательного соединения двух источников постоянного тока. 0. С какой целью включают источники тока последовательно?. С какой целью соединяют источники тока параллельно?. В каких единицах измеряются сила тока, плотность тока, разность потенциалов, напряжение, ЭДС, сопротивление электрическому току, проводимость? 3. Что такое удельное сопротивление? 4. От чего зависит удельное сопротивление металлического проводника? 5. Как, зная потенциалы, соответствующие двум соседним эквипотенциальным линиям, и расстояние между ними, найти напряженность поля? 6. Установите связь между потенциалом и напряженностью поля. 7. Сделайте вывод обобщенного закона Ома в интегральной форме из закона Ома в дифференциальной форме. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК. Детлаф А. А, Курс физики: учеб. пособ. для вузов / А. А. Детлаф, Б. М. Яворский М.: Высш. шк., с.. Трофимова Т. И. Курс физики: учеб. пособ. для вузов / Т. И. Трофимова М.: Высш. шк., с. 3. Терентьев Н. Л. Электричество. Электромагнетизм: учеб. пособ. / Н. Л. Терентьев Хабаровск: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, с.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МАМИ» Кафедра физики ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА.04 ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА Москва 00 г. Лабораторная работа.04 ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА Цель
Методические указания к выполнению лабораторной работы.1.7 ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ Аникин А.И., Фролова Л.Н. Электрическое сопротивление металлов: Методические указания к выполнению лабораторной
Определение удельного сопротивления проводника. Введение. Электрическим током называют упорядоченное движение заряженных частиц. Сами эти частицы называются носителями тока. В металлах и полупроводниках
4. Лабораторная работа 22 ПРОВЕРКА СПРАВЕДЛИВОСТИ ЗАКОНА ОМА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКА Цели работы: 1) проверить справедливость закона Ома; 2) определить удельное сопротивление проводника.
3 Цель работы: 1. Знакомство с некоторыми электроизмерительными приборами. 2. Знакомство с одним из методов измерения электросопротивлений. Задача: определить удельное электросопротивление хромоникелевого
Лабораторная работа Определение внутреннего сопротивления и ЭДС источника. Цель: познакомиться с методами определения характеристик источника тока. Приборы и принадлежности: исследуемый источник тока,
Лабораторная работа 3.4 ЗАКОН ОМА ДЛЯ НЕОДНОРОДНОГО УЧАСТКА ЦЕПИ 3.4.1. Цель работы Целью работы является знакомство с компьютерным моделированием цепей постоянного тока и экспериментальное подтверждение
Министерство образования Российской Федерации Сыктывкарский лесной институт (филиал) Санкт-Петербургской государственной лесотехнической академии им. С. М. Кирова Кафедра физики ПРОВЕРКА ЗАКОНА ОМА Методические
КАРТА СХЕМА ПРОРАБОТКИ ТЕМЫ ЗАКОНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА УРАВНЕНИЕ НЕПРЕРЫВНОСТИ И УСЛОВИЕ СТАЦИОНАРНОСТИ ТОКОВ Характеристики тока Сила тока J Вектор плотности тока j Связь J и j Закон Ома для неоднородного
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3 Изучение электропроводности металлов Теоретическое введение Электропроводность металлов Если на концах проводника поддерживается постоянная разность потенциалов, то внутри проводника
Постоянный электрический ток Основные определения Электрический ток упорядоченное движение электрических зарядов (носители тока) под действием сил электрического поля. В металлах носителями тока являются
ЦЕЛИ РАБОТЫ Лабораторная работа 3 Изучение обобщённого закона Ома и измерение электродвижущей силы методом компенсации 1. Изучение зависимости разности потенциалов на участке цепи, содержащем ЭДС, от силы
РАЗДЕЛ II ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК Лекц ия 0 Постоянный электрический ток Вопросы. Движение зарядов в электрическом поле. Электрический ток. Условия возникновения электрического тока. Закон Ома для
ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК Причины возникновения электрического тока Заряженные объекты являются причиной не только электростатического поля, но еще и электрического тока. В этих двух явлениях, есть
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА ОМА. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКА Цель работы: изучить зависимость напряжения на концах проводника от его длины при постоянной силе тока, проходящей
Сафронов В.П. 0 ПОСТОЯННЫЙ ТОК - - Глава ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК.. Основные понятия и определения Электрическим током называется упорядоченное движение зарядов. Считается, что ток течет от плюса к
Глава 9 Постоянный электрический ток 75 Электрический ток, сила и плотность тока Электродинамика это раздел электричества, в котором рассматриваются процессы и явления, обусловленные движением электрических
Постоянный электрический ток Лекция 1 Содержание лекции: Электрический ток Уравнение непрерывности Электродвижущая сила 2 Электрический ток Электрический ток упорядоченное движение электрических зарядов
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО- СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра физики ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА Лабораторная работа 78 Методические указания
Лабораторная работа 3 ИЗУЧЕНИЕ ОБОБЩЁННОГО ЗАКОНА ОМА И ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИИ Цель работы: изучение зависимости разности потенциалов на участке цепи, содержащем ЭДС, от силы
МИНОБРНАУКИ РОССИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Иркутский государственный университет» (ФГБОУ ВПО «ИГУ») 4-5 Расчет параметров
Законы постоянного тока Лекция 2.4. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК 1. Причины электрического тока. 2. Плотность тока. 3. Уравнение непрерывности. 4. Сторонние силы и Э. Д. С. 5. Закон Ома для неоднородного
Лекция 8 Постоянный электрический ток Понятие об электрическом токе Электрический ток упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов Различают: Ток проводимости (ток в проводниках) движение
ИЗМЕРЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПРОВОДНИКА Цель работы: 1. Проверить закон Ома для однородного проводника. 2. Проверить линейность зависимости сопротивления от длины однородного
3 Цель работы: знакомство с методами измерения и расчета магнитного поля. Задача: определение постоянной датчика Холла; измерение магнитного поля на оси соленоида. Приборы и принадлежности: кассета ФПЭ-04,
II. Постоянный электрический ток 2.1 Характеристики электрического тока: сила и плотность тока Электрическим током называется упорядоченное движение электрических зарядов. Проводниками тока могут быть
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4 ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ, СОДЕРЖАЩЕГО ЭДС Цель работы изучение зависимости разности потенциалов на участке цепи, содержащем ЭДС, от силы тока; определение электродвижущей
Министерство образования и науки Российской Федерации Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПРОВОДНИКА Методические
10 ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. ЗАКОН ОМА Электрическим током называется упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц в пространстве. В связи с этим свободные заряды принято называть также
«ЗАКОНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА». Электрическим током называют упорядоченное направленное движение заряженных частиц. Для существования тока необходимы два условия: Наличие свободных зарядов; Наличие внешнего
Лекция 4. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК Характеристики тока. Сила и плотность тока. Падение потенциала вдоль проводника с током. Всякое упорядоченное движение зарядов называется электрическим током. Носителями
Законы постоянного тока Проводники в электростатическом поле E = 0 E = grad φ φ = const S DdS = i q i = 0 Проводники в электростатическом поле Нейтральный проводник, внесенный в электростатическое поле,
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК Лабораторная работа 1 ИЗМЕРЕНИЕ УДЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ПРОВОДНИКА Цель работы: изучение метода измерения сопротивления с использованием амперметра и вольтметра; измерение
Лабораторная работа 0 ПОСТОЯННЫЙ ТОК. ЗАКОН ОМА. Цель и содержание работы Целью работы является анализ закона Ома для участка цепи, содержащего проводник и источник тока. Работа заключается в измерении
Министерство образования Российской Федерации Томский политехнический университет Кафедра теоретической и экспериментальной физики ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА ОМА Методические указания к выполнению виртуальной лабораторной
ОБЩАЯ ФИЗИКА. Электричество. Лекции 8 9. ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК Понятие об электрическом токе Условия возникновения и существования тока проводимости Сила тока. Вектор плотности тока Уравнение непрерывности
Лекция 1 Ток проводимости. Закон Ома для однородного участка цепи. Параллельное и последовательное соединение проводников Ток проводимости. Плотность тока. Сила тока Определение. Током проводимости называется
Лабораторная работа 4 Исследование характеристик источника постоянного тока Методическое руководство Москва 04 г. . Цель лабораторной работы Исследование характеристик источника постоянного тока, определения
Лабораторная работа 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ Цель работы найти и построить эквипотенциальные поверхности и силовые линии электрического поля между двумя электродами произвольной формы; определить
Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования «МОГИЛЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРОДОВОЛЬСТВИЯ» Кафедра физики ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ МОСТИКОМ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО- СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра физики, электротехники и автоматики Лабораторная работа 31 «МОСТОВОЙ МЕТОД
ЗАКОН ОМА ДЛЯ НЕОДНОРОДНОГО УЧАСТКА ЦЕПИ Зависимость плотности тока от скорости дрейфа свободных зарядов. S k I Плотностью тока называется вектор, определяемый соотношением Рис. 1 j I S k, (1) где I сила
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Тихоокеанский государственный университет» ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИНДУКТИВНОСТИ КАТУШКИ Методические
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 73 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ПРОВОДНИКА 1. Цель и содержание работы. Целью работы является ознакомление с методом измерения удельного сопротивления металлических
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3-7: ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩИХ СИЛ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИИ Студент группа Допуск Выполнение Защита Цель работы: ознакомление с методами компенсации и применение
Цель работы: познакомиться с одним из методов измерения электрического сопротивления резисторов. Проверить правила сложения сопротивлений при различных способах соединения резисторов. Задача: собрать схему
1 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1 ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ МЕТОДОМ КОМ- ПЕНСАЦИИ ЦЕЛЬ РАБОТЫ: изучить компенсационный метод измерения ЭДС источника. Измерить ЭДС гальванического элемента. ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ:
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Ухтинский государственный технический университет» (УГТУ) 8 Определение электропроводности
Лабораторная работа 2.4. Применение закона Ома для цепей постоянного тока (см также с.106 «Практикума») 1 Экспериментальные задачи, поставленные в работе: - определить значения двух неизвестных сопротивлений
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра «Общая физика и физика нефтегазового производства»
1 4 Электромагнитная индукция 41 Закон электромагнитной индукции Правило Ленца В 1831 г Фарадей открыл одно из наиболее фундаментальных явлений в электродинамике явление электромагнитной индукции: в замкнутом
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Курганский государственный университет» Кафедра «Общая физика»
Тема 12. Постоянный электрический ток 1. Электрический ток и сила тока Имеющиеся в веществе свободные носители заряда (электроны и/или ионы) в обычном состоянии движутся хаотично. Если создать внешнее
Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет - УПИ ПОСТОЯННЫЙ ТОК Вопросы для программированного контроля по физике для студентов всех форм обучения всех
РАБОТА 0 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ В ПРОВОДЯЩИХ ЛИСТАХ Цель работы. Получить опытным путём картину равного электрического потенциала, построить на ней линии напряженности
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА N 5 ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ПОСТОЯННОГО ТОКА ЦЕЛЬ РАБОТЫ 1. Получение практических навыков при работе с простейшими электроизмерительными приборами. 2. Изучение законов протекания электрического
Московский государственный университет им. М.В.Ломоносова Физический факультет Кафедра общей физики Л а б о р а т о р н ы й п р а к т и к у м п о о б щ е й ф и з и к е (электричество и магнетизм) Лабораторная
Лекция 25 Постоянный электрический ток. Сила и плотность тока. Закон Ома для однородного участка цепи. Работа и мощность тока. Закон Джоуля Ленца. Закон Ома для неоднородного участка цепи. Правила Кирхгофа.
Постоянный электрический ток Сила тока Плотность тока Электрический ток есть упорядоченное движение электрических зарядов Эти заряды называют носителями тока В металлах и полупроводниках носителями тока
3. Лабораторная работа 21 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ Цели работы: 1) экспериментально исследовать квазистационарное электрическое поле, построить картину эквипотенциальных поверхностей и линий
Экзамен Уравнение непрерывности или уравнение неразрывности (продолжение) Факультативная вставка Как было отмечено выше, если рассматривать вместо вытекающего из объема V заряда заряд, который остается
Л абораторя работа О пределение удельного сопротивления проводника. Введение. Электрическим током зывают упорядоченное движение заряженных частиц. С ами эти частицы зываются н осителями тока. В м еталлах
Государственное высшее учебное заведение «ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра физики ОТЧЁТ по лабораторной работе 7 ИССЛЕДОВАНИЕ АПЕРИОДИЧЕСКОГО РАЗРЯДА КОНДЕНСАТОРА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЕГО
Лабораторная работа.3 ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ИСТОЧНИКА ТОКА Цель работы: изучение зависимостей тока, полной и полезной мощностей, коэффициента полезного действия источника от сопротивления нагрузки;
ПОСТОЯННЫЙ ТОК 2008 Цепь состоит из источника тока с ЭДС 4,5В и внутренним сопротивлением r=,5oм и проводников сопротивлением =4,5 Oм и 2= Oм Работа, совершенная током в проводнике за 20 мин, равна r ε
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5 ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ ПРОВОДНИКОВ Цель работы: изучение методов измерения сопротивлений, изучение законов электрического тока в цепях с последовательным и параллельным соединением
ЗАКОН ОМА ДЛЯ НЕОДНОРОДНОГО УЧАСТКА ЦЕПИ Зависимость плотности тока от скорости дрейфа свободных зарядов. Плотностью тока называется вектор, определяемый соотношением Рис. 1 где сила тока на участке, площадь
ЭЛЕКТРОСТАТИКА Лабораторная работа 1.1 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ МЕТОДОМ МОДЕЛИРОВАНИЯ Цель работы: экспериментальное исследование электростатического поля методом моделирования. Оборудование.
Лабораторная работа.
Изучение закона Ома для полной цепи.
Цель работы:
Измерить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока.
Оборудование:
Источник питания (выпрямитель). Реостат (30 Ом, 2 А). Амперметр. Вольтметр. Ключ. Соединительные провода.
Экспериментальная установка показана на фото 1.
К источнику тока 1 подключаем реостат 2, амперметр 3, ключ 4.
Непосредственно к источнику тока подключаем вольтметр 5.
Электрическая схема данной цепи приведена на рисунке 1.
Согласно закону Ома, сила тока в замкнутой цепи с одним источником тока определяется выражением
У нас IR=U – падение напряжения на внешнем участке цепи, которое измеряется вольтметром при включённой цепи.
Формулу (1) запишем так
Можно найти ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока используя значения тока и напряжения двух опытов (например 2 и 5).
Запишем формулу (2) для двух опытов.
Из уравнения (4) находим
И для любого опыта по формуле (2) находим Э. Д.С.
Если вместо реостата взять резистор сопротивлением порядка 4 Ом, то внутреннее сопротивление источника можно найти используя формулу (1)
Порядок выполнения работы.
Собрать электрическую цепь. Измерить вольтметром ЭДС источника тока при разомкнутом ключе К. Замкните ключ К. Устанавливая с помощью реостата силу тока в цепи: 0,3; 0,6; 0,9; 1,2; 1,5; 1,8 А. Запишите показания вольтметра для каждого значения силы тока. Рассчитайте внутреннее сопротивление источника тока по формуле (3).
Найдите среднее значение rср.
Значения ε, I, U, r, rср. запишите в таблицу.
Класс точности школьных приборов 4%, (т. е. к=0,04.) Таким образом абсолютная погрешность при измерении напряжения и ЭДС равна
погрешность при измерении силы тока
Запишите окончательный результат измерения ε
Найдите относительную погрешность измерения внутреннего сопротивления источника тока,
Найдите абсолютную погрешность измерения внутреннего сопротивления
Запишите окончательный результат измерения r
rср ±Δr=…..
Найдите внутреннее сопротивления источника по формуле (5) Заменив в цепи реостат на резистор, и используя формулу (6), найдите внутреннее сопротивление источника тока.
Требования к отчету:
Название и цель работы. Нарисовать схему электрической цепи. Написать расчетные формулы и основные расчеты. Заполнить таблицу. Нарисовать график U=f(I) (беря во внимание, что при I=0 U=ε)
Ответы на вопросы:
1. Сформулировать закон Ома для полной цепи.
2. Что такое ЭДС?
3. От чего зависит КПД цепи?
4. Как определить ток короткого замыкания?
5. В каком случае КПЛ цепи имеет максимальное значение?
6. В каком случае мощность на внешней нагрузке максимальна?
7. В проводнике сопротивлением 2 Ом, подключенном к элементу с ЭДС 2,2 B, идет ток силой 1 A. Найдите ток короткого замыкания элемента.
8. Внутреннее сопротивление источника 2 Ом. Сила тока в цепи 0,5 А. Напряжение на внешнем участке цепи 50 В. Определите ток короткого замыкания.
Лабораторная работа №10. «Изучение закона Ома для полной цепи – 3 способ». Цель работы: изучить закон Ома для полной цепи. Задачи работы: определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника постоянного тока по его вольтамперной характеристике; исследование графической зависимости мощности, выделяющейся во внешней цепи от величины силы электрического тока P f I . Оборудование: источник постоянного тока, амперметр, вольтметр, соединительные провода, ключ, реостат. Теория и метод выполнения работы: Закон I Rr Ома для полной цепи I Rr . Преобразуем I R r I R I r U I r U I r U I r . выражение Следовательно, зависимость напряжения на выходе источника постоянного тока от величины силы тока (вольтамперная характеристика) имеет вид (см. рис. 1): рис. 1 Анализ вольт-амперной характеристики источника постоянного тока: 1) для т.C: I=0, тогда U 0 r 2) для т.D: U=0, тогда 0 I r I r I 3) tg U r I I к.з I к.з r Выражение для мощности, выделяющейся во внешней электрической цепи имеет вид P I U I I r I I 2 r . Поэтому графическая зависимость P f I представляет собой параболу, ветви которой направлены вниз (см. рис. 2). рис. 2 Анализ графической зависимости P f I (см. рис. 3): рис. 3 1) для т.B: P=0, тогда 0 I I 2 r 0 I r I r I к. з. , т.е. абсцисса т.B соответствует току короткого замыкания; 2) т.к. парабола является симметричной, то абсцисса т.А составляет половину тока короткого замыкания I 3) т.к. в т.А I I к. з. , а ордината – соответствует максимальному значению мощности; 2 2r Rr и I 2r , то после преобразований получаем R=r – условие, при котором мощность выделяющаяся во внешней цепи с источником постоянного тока принимает максимальное значение; 2 r 4) максимальное значение мощности P I 2 R . 4r 2r 2 Ход работы: 1. Подключить вольтметр к клеммам источника постоянного тока (см. рис. 4). Напряжение, показанное вольтметром принять за величину ЭДС источника постоянного тока и считать как эталонное для данной лабораторной работы. Результат записать в виде: (U±U) В. Абсолютную погрешность принять равной цене деления вольтметра. рис. 4 2. Собрать экспериментальную установку по схеме, приведённой на рисунке 5: рис. 5 3. Провести серию из 5-10 экспериментов, при плавном перемещении ползунка реостата, результаты измерений заносить в таблицу: Сила тока Напряжение I U А В 4. По полученным экспериментальным данным построить вольт-амперную характеристику источника постоянного тока. 5. Определить возможное значение ЭДС источника постоянного тока и тока короткого замыкания. 6. Применить методику графической обработки экспериментальных данных и вычислений для расчёта внутреннего сопротивления источника постоянного тока. 7. Результаты вычислений представить в виде: ЭДС источника постоянного тока: (ср±ср) В; внутреннее сопротивление источника постоянного тока: r=(rср±rср) Ом. 8. Построить графическую зависимость U f I в Microsoft Excel, используя мастер диаграмм с добавлением линии тренда и указанием уравнения прямой. По основным параметрам уравнения определить возможное значение ЭДС источника постоянного тока, тока короткого замыкания и внутреннее сопротивление. 9. На числовых осях указать интервал значений ЭДС, внутреннего сопротивления источника постоянного тока и тока короткого замыкания, полученных различными методами определения. 10. Исследовать мощность, выделяющуюся во внешней цепи от величины силы электрического тока. Для этого заполнить таблицу и построить графическую зависимость P f I : Сила тока Мощность I P А Вт 11. По построенному графику определить максимальное значение мощности, ток короткого замыкания, внутреннее сопротивление источника тока и ЭДС. 12. Возможен вариант построения графической зависимости P f I в Microsoft Excel, используя мастер диаграмм с добавлением полиномиальной линии тренда со степенью 2, пересечением кривой с осью OY (P) в начале координат и указанием уравнения на диаграмме. По основным параметрам уравнения определить максимальное значение мощности, ток короткого замыкания, внутреннее сопротивление источника тока и ЭДС. 13. Сформулировать общий вывод по работе.
При проектировании и ремонте схем различного назначения обязательно учитывается закон Ома для полной цепи. Поэтому тем, кто собирается этим заниматься, для лучшего понимания процессов этот закон надо знать. Законы Ома разделяют на две категории:
- для отдельного участка электрической цепи;
- для полной замкнутой цепи.
В обоих случаях учитывается внутреннее сопротивление в структуре источника питания. В вычислительных расчетах используют закон Ома для замкнутой цепи и другие определения.
Простейшая схема с источником ЭДС
Чтобы понять закон Ома для полной цепи, для наглядности изучения рассматривается самая простая схема с минимальным количеством элементов, ЭДС и активной резистивной нагрузки. Можно прибавить в комплект соединительные провода. Для питания идеально подходит автомобильный аккумулятор 12В, он рассматривается как источник ЭДС со своим сопротивлением в элементах конструкции.
Роль нагрузки играет обычная лампа накаливания с вольфрамовой спиралью, которая имеет сопротивление в несколько десятков Ом. Данная нагрузка преобразует электрическую энергию в тепловую. Всего несколько процентов расходуются на излучение потока света. При расчете таких схем применяют закон Ома для замкнутой цепи.
Принцип пропорциональности
Экспериментальными исследованиями в процессе измерений величин при разных значениях параметров полной цепи:
- Силы тока – I А;
- Суммы сопротивлений батареи и нагрузки – R+r измеряют в омах;
- ЭДС – источник тока, обозначают как Е. измеряется в вольтах
было замечено, что сила тока имеет прямо пропорциональную зависимость относительно ЭДС и обратную пропорциональную зависимость относительно суммы сопротивлений, которые замыкаются последовательно в контуре цепи. Алгебраически это сформулируем следующим образом:
Рассматриваемый пример схемы с замкнутым контуром цепи – с одним источником питания и одним внешним элементом сопротивления нагрузки в виде лампы со спиралью накаливания. При расчете сложных схем с несколькими контурами и множеством элементов нагрузки применяют закон Ома для всей цепи и другие правила. В частности надо знать законы Киргофа, понимать, что такое двухполюсники, четырехполюсники, отводящие узлы и отдельные ветви. Это требует детального рассмотрения в отдельной статье, раньше этот курс ТЭРЦ (теория электро- радиотехнических цепей) в институтах учили не менее двух лет. Поэтому ограничиваемся простым определением только для полной электрической цепи.
Особенности сопротивлений в источниках питания
Важно! Если сопротивление спирали на лампе мы видим на схеме и в реальной конструкции, то внутреннего сопротивления в конструкции гальванической батарейки, или аккумулятора, не видно. В реальной жизни, даже если разобрать аккумулятор, найти сопротивление невозможно, оно не существует как отдельная деталь, иногда его отображают на схемах.
Внутреннее сопротивление создается на молекулярном уровне. Токопроводящие материалы аккумулятора или другого источника питания генератора с выпрямителем тока не обладают 100% проводимостью. Всегда присутствуют элементы с частицами диэлектрика или металлов другой проводимости, это создает потери тока и напряжения в батарее. На аккумуляторах и батарейках нагляднее всего отображается влияние сопротивления элементов конструкции на величину напряжения и тока на выходе. Способность источника выдавать максимальный ток определяет чистота состава токопроводящих элементов и электролита. Чем чище материалы, тем меньше значение r, источник ЭДС выдает больший ток. И, наоборот, при наличии примесей ток меньше, r увеличивается.
В нашем примере аккумулятор имеет ЭДС 12В, к нему подключается лампочка, способная потреблять мощность 21 Вт, в этом режиме спираль лампы раскаляется до максимально допустимого накала. Формулировка проходящего через нее тока записывается как:
I = P\U = 21 Вт / 12В = 1,75 А.
При этом спираль лампы горит в половину накала, выясним причину этого явления. Для расчетов сопротивления общей нагрузки (R + r ) применяют законы Ома для отдельных участков цепей и принципы пропорциональности:
(R + r) = 12\ 1,75 = 6,85 Ом.
Возникает вопрос, как выделить из суммы сопротивлений величину r. Допускается вариант – измерить мультиметром сопротивление спирали лампы, отнять его от общего и получить значение r – ЭДС. Этот способ будет не точен – при нагревании спирали сопротивление значительно изменяет свою величину. Очевидно, что лампа не потребляет заявленной в ее характеристиках мощности. Ясно, что напряжение и ток для накаливания спирали малы. Для выяснения причины измерим падение напряжения на аккумуляторе при подключенной нагрузке, к примеру, оно будет 8 Вольт. Предположим, что сопротивление спирали рассчитывается с использованием принципов пропорциональности:
U/ I = 12В/1,75А = 6,85 Ом.
При падении напряжения сопротивление лампы остается постоянным, в этом случае:
- I = U/R = 8В/6,85 Ом = 1,16 А при требуемом 1.75А;
- Потери по току = (1,75 -1.16) = 0,59А;
- По напряжению = 12В – 8В = 4В.
Потребляемая мощность будет Р = UxI = 8В х 1.16А = 9,28 Вт вместо положенных 21 Вт. Выясняем, куда уходит энергия. За пределы замкнутого контура не может, остаются только провода и конструкция источника ЭДС.
Сопротивление ЭДС – r можно вычислить, используя потерянные величины напряжения и тока:
r = 4В/0.59А = 6,7 Ом.
Получается внутреннее сопротивление источника питания «сжирает» половину выделяемой энергии на себя, и это, конечно, не нормально.
Такое бывает в старых отработавших свой срок или бракованных аккумуляторах. Сейчас производители стараются следить за качеством и чистотой применяемых токоведущих материалов, чтобы снизить потери. Для того чтобы в нагрузку отдавалась максимальная мощность, технологии изготовления источников ЭДС контролируют, чтобы величина не превышала 0,25 Ом.
Зная закон Ома для замкнутой цепи, используя постулаты пропорциональности, можно легко вычислить необходимые параметры для электрических цепей для определения неисправных элементов или проектирования новых схем различного назначения.
Видео
