Forța electromotoare (EMF)- într-un dispozitiv care forțează separarea sarcinilor pozitive și negative (generator), se măsoară în Volți o valoare egală numeric cu diferența de potențial dintre bornele generatorului în absența curentului în circuitul său.
Surse de energie electromagnetică (generatoare)- dispozitive care convertesc energia de orice tip neelectric în energie electrică. Astfel de surse, de exemplu, sunt:
generatoare la centralele electrice (termice, eoliene, nucleare, hidro), transformând energia mecanică în energie electrică;
celule galvanice (baterii) și acumulatori de toate tipurile care transformă energia chimică în energie electrică etc.
EMF este numeric egal cu munca efectuată de forțele externe atunci când se deplasează o sarcină pozitivă unitară în interiorul sursei sau sursa însăși, conducând o sarcină pozitivă unitară printr-un circuit închis.
Forța electromotoare EMF E este o mărime scalară care caracterizează capacitatea unui câmp extern și a unui câmp electric indus de a provoca un curent electric. EMF E este numeric egal cu munca (energia) W în jouli (J) consumată de acest câmp pentru a muta o unitate de sarcină (1 C) dintr-un punct al câmpului în altul.
Unitatea EMF este voltul (V). Astfel, fem este egală cu 1 V dacă, la deplasarea unei sarcini de 1 C de-a lungul unui circuit închis, se efectuează un lucru de 1 J: [E] = I J/1 C = 1 V.
Mișcarea sarcinilor într-o zonă este însoțită de consumul de energie.
Valoarea egală numeric cu munca efectuată de sursă prin conducerea unei singure sarcini pozitive printr-o secțiune dată a circuitului se numește tensiune U. Deoarece circuitul este format din secțiuni externe și interne, conceptele de tensiuni în Uvsh extern și Uvt intern se disting secțiuni.
Din cele spuse este evident că FEM a sursei este egală cu suma tensiunilor de pe secțiunile U externe și U interne ale circuitului:
E = Uin + Uin.
Această formulă exprimă legea conservării energiei pentru un circuit electric.
Este posibil să se măsoare tensiuni în diferite părți ale circuitului numai atunci când circuitul este închis. EMF se măsoară între bornele sursei cu un circuit deschis.
Direcția EMF este direcția mișcării forțate a sarcinilor pozitive în interiorul generatorului de la minus la plus sub influența unei alte naturi decât electrice.
Rezistența internă a unui generator este rezistența elementelor structurale din interiorul acestuia.
Sursa EMF ideală- un generator a cărui valoare este zero, iar tensiunea la bornele sale nu depinde de sarcină. Puterea unei surse EMF ideale este infinită.
Imagine convențională (schemă electrică) a unui generator EMF ideal de magnitudine E prezentat în Fig. 1, a.
O sursă EMF reală, spre deosebire de una ideală, conține o rezistență internă Ri și tensiunea acesteia depinde de sarcină (Fig. 1, b), iar puterea sursei este finită. Circuitul electric al unui generator EMF real este o conexiune în serie a unui generator EMF ideal E și rezistența sa internă Ri.
În practică, pentru a aduce modul de funcționare al unui generator EMF real mai aproape de modul de funcționare al unuia ideal, ei încearcă să facă cât mai mică rezistența internă a generatorului real Ri, iar rezistența de sarcină Rн trebuie conectată. cu o valoare de cel puțin 10 ori mai mare decât rezistența internă a generatorului , adică trebuie îndeplinită următoarea condiție: Rn >> Ri
Pentru a se asigura că tensiunea de ieșire a unui generator EMF real nu depinde de sarcină, acesta este stabilizat folosind circuite electronice speciale de stabilizare a tensiunii.
Deoarece rezistența internă a unui generator EMF real nu poate fi redusă la infinit, este redusă la minimum și standardizată pentru posibilitatea de conectare coordonată a consumatorilor de energie la acesta. În inginerie radio, rezistența standard de ieșire a generatoarelor EMF este de 50 ohmi (standard industrial) și 75 ohmi (standard de uz casnic).
De exemplu, toate receptoarele de televiziune au o impedanță de intrare de 75 Ohmi și sunt conectate la antene cu un cablu coaxial de exact această impedanță.
Pentru a vă apropia de generatoarele EMF ideale, sursele de tensiune de alimentare utilizate în toate echipamentele electronice industriale și de uz casnic sunt realizate folosind circuite electronice speciale de stabilizare a tensiunii de ieșire, care fac posibilă menținerea unei tensiuni de ieșire aproape constantă a sursei de alimentare într-un interval dat de curenți. consumat de la sursa EMF (uneori se numește sursă de tensiune).
Pe schemele electrice, sursele EMF sunt reprezentate după cum urmează: E - sursa EMF constantă, e(t) - sursa EMF armonică (variabilă) sub forma unei funcții de timp.
Forța electromotoare E a unei baterii de elemente identice conectate în serie este egală cu forța electromotoare a unui element E înmulțită cu numărul n de elemente ale bateriei: E = nE.
Această publicație discută termenii de bază, legile și metodele de calcul EMF magnetic inducţie. Folosind materialele prezentate mai jos, puteți determina în mod independent puterea curentului în circuitele interconectate și schimbarea tensiunii în transformatoarele standard. Aceste informații pot fi utile în rezolvarea diferitelor probleme electrice.
Flux magnetic
Se știe că trecerea curentului printr-un conductor este însoțită de formarea unui câmp electromagnetic. Funcționarea difuzoarelor, dispozitivelor de blocare, unităților de releu și a altor dispozitive se bazează pe acest principiu. Prin modificarea parametrilor sursei de alimentare se obțin eforturile de forță necesare pentru a muta (ține) piesele combinate care au proprietăți feromagnetice.
Cu toate acestea, este și opusul adevărat. Dacă un cadru de material conductiv este mutat între polii unui magnet permanent de-a lungul circuitului închis corespunzător, va începe mișcarea particulelor încărcate. Prin conectarea dispozitivelor adecvate, pot fi înregistrate modificări ale curentului (tensiunii). În cursul unui experiment elementar, puteți afla creșterea efectului în următoarele situații:
- dispunerea perpendiculară a conductorului/liniilor electrice;
- accelerarea mișcărilor.
Imaginea de mai sus arată cum se determină direcția curentului într-un conductor folosind o regulă simplă.
Ce este emf indus
Mișcarea sarcinilor menționată mai sus creează o diferență de potențial dacă circuitul este deschis. Formula prezentată arată exact cum va depinde EMF de principalii parametri:
- expresia vectorială a fluxului magnetic (B);
- lungimea (l) și viteza de deplasare (v) a conductorului de comandă;
- unghiul (α) dintre vectorii mișcare/inducție.
Un rezultat similar poate fi obținut dacă sistemul este compus dintr-un circuit conducător staționar care este afectat de un câmp magnetic în mișcare. Prin închiderea circuitului, ele creează condiții adecvate pentru mișcarea sarcinilor. Dacă folosiți mai mulți conductori (bobină) sau vă deplasați mai repede, curentul va crește. Principiile prezentate sunt utilizate cu succes pentru a converti forțele mecanice în electricitate.
Denumirea și unitățile de măsură
EMF în formule este notat cu vectorul E. Aceasta se referă la tensiunea creată de forțele externe. În consecință, această valoare poate fi estimată din diferența de potențial. Conform standardelor internaționale actuale (SI), unitatea de măsură este un volt. Valorile mari și mici sunt indicate folosind mai multe prefixe: „micro”, „kilo”, etc.
Legile lui Faraday și Lenz
Dacă se ia în considerare inducția electromagnetică, formulele acestor oameni de știință ajută la clarificarea influenței reciproce a parametrilor semnificativi ai sistemului. Definiția lui Faraday face posibilă clarificarea dependenței emf (E– valoare medie) din modificări ale fluxului magnetic (ΔF) și timp (Δt):
E = – ΔF/ Δt.
Concluzii intermediare:
- curentul crește dacă pe unitatea de timp conductorul traversează cantitate mare linii electrice magnetice;
- „-” în formulă ajută la luarea în considerare a relațiilor reciproce dintre polaritatea E, viteza de mișcare a cadrului și direcția vectorului de inducție.
Lenz a fundamentat dependența EMF de orice modificări ale fluxului magnetic. Când circuitul bobinei este închis, sunt create condiții pentru mișcarea sarcinilor. în acest exemplu de realizare, designul este convertit într-un solenoid tipic. Alături de acesta se formează un câmp electromagnetic corespunzător.
Acest om de știință a fundamentat o caracteristică importantă a CEM indusă. Câmpul generat de bobină previne modificări ale fluxului extern.
Mișcarea unui fir într-un câmp magnetic
După cum se arată în prima formulă (E = B * l * v * sinα), amplitudinea forței electromotoare depinde în mare măsură de parametrii conductorului. Mai precis, influența este exercitată de numărul de linii electrice pe unitatea de lungime a zonei de lucru a circuitului. O concluzie similară poate fi trasă ținând cont de modificările vitezei de mișcare. Nu ar trebui să uităm poziție relativă mărimi vectoriale marcate (sinα).
Important! Mișcarea unui conductor de-a lungul liniilor de forță nu provoacă inducerea unei forțe electromotoare.
Tambur rotativ
Este dificil să se asigure poziționarea optimă a componentelor funcționale în timp ce le deplasați simultan atunci când utilizați firul drept prezentat în exemplu. Cu toate acestea, prin îndoirea cadrului, puteți obține un simplu generator de electricitate. Efectul maxim este asigurat prin creșterea numărului de conductori pe unitatea de volum de lucru. Designul corespunzător parametrilor menționați este o bobină, un element tipic al unui generator de curent alternativ modern.
Pentru a estima fluxul magnetic (F) puteți aplica formula:
F = B * S * cosα,
unde S este aria suprafeței de lucru luate în considerare.
Explicaţie. Odată cu rotația uniformă a rotorului, are loc o modificare sinusoidală ciclică corespunzătoare a fluxului magnetic. Amplitudinea semnalului de ieșire se modifică într-un mod similar. Din figură reiese clar că dimensiunea decalajului dintre principalele componente funcționale ale structurii are o anumită semnificație.
EMF autoindusă
Dacă curentul alternativ este trecut prin bobină, în apropiere se va forma un câmp electromagnetic cu caracteristici de putere similare (variabile uniform). Creează un flux magnetic sinusoidal alternant, care, la rândul său, provoacă mișcarea sarcinilor și formarea forței electromotoare. Acest proces se numește auto-inducție.
Ținând cont de principiile de bază luate în considerare, nu este greu de determinat că F = L * l. Valoarea L (în henry) determină caracteristicile inductive ale bobinei. Acest parametru depinde de numărul de spire pe unitate de lungime (l) și de aria secțiunii transversale a conductorului.
Inducerea reciprocă
Dacă asamblați un modul din două bobine, în anumite condiții puteți observa fenomenul de inducție reciprocă. O măsurătoare de bază va arăta că pe măsură ce distanța dintre elemente crește, fluxul magnetic scade. Fenomenul opus se observă pe măsură ce decalajul scade.
Pentru a găsi componente adecvate atunci când creați circuite electrice, trebuie să studiați calculele tematice:
- puteti lua ca exemplu bobine cu numar diferit de spire (n1 si n2);
- inducere reciprocă (M2) când curentul trece prin primul circuiteu1 se va calcula după cum urmează:
M2 = (n2 * F)/ I1
- după transformarea acestei expresii, determinați valoarea fluxului magnetic:
F = (M2/ n2) *I1
- Pentru a calcula fem-ul inducției electromagnetice, formula este potrivită din descrierea principiilor de bază:
E2 = – n2 * ΔF/ Δt = M 2 * ΔI1/ Δt
Dacă este necesar, puteți utiliza un algoritm similar pentru a găsi raportul pentru prima bobină:
E1 = – n1 * ΔF/ Δt = M 1 * ΔI2/ Δt.
De remarcat că în acest caz contează forța (I2) din al doilea circuit de funcționare.
Influența comună (inducția reciprocă - M) se calculează folosind formula:
M = K * √(L1 * l2).
Un coeficient special (K) ia în considerare forța reală de cuplare dintre bobine.
Unde sunt utilizate diferite tipuri de EMF?
Mișcarea unui conductor într-un câmp magnetic este folosită pentru a genera electricitate. Rotația rotorului este asigurată de diferența de niveluri de lichid (centrala hidroelectrică), energia eoliană, mareele și motoarele cu combustibil.
Numere diferite de spire (inductanță reciprocă) sunt utilizate pentru a modifica tensiunea în înfășurarea secundară a transformatorului după cum se dorește. În astfel de modele, cuplarea reciprocă este crescută folosind un miez feromagnetic. Inducția magnetică este folosită pentru a genera o forță de respingere puternică atunci când se creează autostrăzi de transport ultramoderne. Levitația creată face posibilă eliminarea forței de frecare și creșterea semnificativă a vitezei trenului.
Video
Teme Codificator de examen de stat unificat : forța electromotoare, rezistența internă a sursei de curent, legea lui Ohm pentru un circuit electric complet.
Până acum, când studiem curentul electric, am luat în considerare mișcarea direcțională a sarcinilor libere în circuit extern, adică în conductoarele conectate la bornele sursei de curent.
După cum știm, sarcina pozitivă:
Intră în circuitul extern de la borna pozitivă a sursei;
Se deplasează într-un circuit extern sub influența unui câmp electric staționar creat de alte sarcini în mișcare;
Ajunge la terminalul negativ al sursei, completându-și calea în circuitul extern.
Acum sarcina noastră pozitivă trebuie să își închidă calea și să se întoarcă la terminalul pozitiv. Pentru a face acest lucru, el trebuie să depășească segmentul final al căii - în interiorul sursei de curent de la terminalul negativ la cel pozitiv. Dar gândește-te bine: nu vrea deloc să meargă acolo! Terminalul negativ îl atrage spre sine, terminalul pozitiv îl respinge de la sine și, ca urmare, sarcina noastră din interiorul sursei este acționată de o forță electrică direcționată. împotriva mișcarea sarcinii (adică împotriva direcției curentului).
Forță terță parte
Cu toate acestea, curentul curge prin circuit; prin urmare, există o forță care „trage” sarcina prin sursă în ciuda rezistenței câmpului electric al bornelor (Fig. 1).
Orez. 1. Forța terță parte
Această forță se numește forță exterioară; Datorită acesteia funcționează sursa curentă. Forța externă nu are nimic de-a face cu câmpul electric staționar - se spune că are neelectrice origine; în baterii, de exemplu, apare din cauza apariției reacțiilor chimice adecvate.
Să notăm prin munca unei forțe externe pentru a muta o sarcină pozitivă q în interiorul sursei de curent de la borna negativă la cea pozitivă. Acest lucru este pozitiv, deoarece direcția forței externe coincide cu direcția mișcării sarcinii. Lucrarea unei forțe externe se mai numește funcţionarea sursei de curent.
Nu există nicio forță externă în circuitul extern, astfel încât munca efectuată de forța externă pentru a muta sarcina în circuitul extern este zero. Prin urmare, munca unei forțe externe pentru a muta o sarcină în jurul întregului circuit este redusă la munca de deplasare a acestei sarcini numai în interiorul sursei de curent. Astfel, aceasta este, de asemenea, munca unei forțe externe pentru a muta sarcina de-a lungul lanțului.
Vedem că forța externă nu este potențială - munca sa atunci când mișcă o sarcină de-a lungul unei căi închise nu este zero. Această non-potenţialitate este cea care permite curentului electric să circule; un câmp electric potențial, așa cum am spus mai devreme, nu poate suporta un curent constant.
Experiența arată că munca este direct proporțională cu sarcina mutată. Prin urmare, raportul nu mai depinde de sarcină și este caracteristici cantitative sursa actuala. Această relație se notează prin:
(1)
Această cantitate se numește forta electromotoare(EMF) a sursei curente. După cum puteți vedea, EMF se măsoară în volți (V), așa că numele „forță electromotoare” este extrem de nefericit. Dar a fost de mult înrădăcinată, așa că trebuie să te împaci cu ea.
Când vedeți inscripția de pe baterie: „1,5 V”, atunci știți că acesta este exact EMF. Este această valoare egală cu tensiunea creată de baterie în circuitul extern? Se dovedește că nu! Acum vom înțelege de ce.
Legea lui Ohm pentru un circuit complet
Orice sursă de curent are propria rezistență, care se numește rezistență internă această sursă. Astfel, sursa de curent are două caracteristici importante: fem și rezistența internă.
Să fie conectată o sursă de curent cu o f.em. egală cu și rezistență internă la un rezistor (care în acest caz se numește rezistor extern, sau sarcina externă, sau încărcătură utilă). Toate acestea împreună se numesc lanț complet(Fig. 2).
Orez. 2. Circuit complet
Sarcina noastră este să găsim curentul din circuit și tensiunea pe rezistor.
În timp, o sarcină trece prin circuit. Conform formulei (1), sursa de curent efectuează următoarele lucrări:
(2)
Deoarece puterea curentului este constantă, munca sursei este convertită în întregime în căldură, care este eliberată la rezistențele și. Această cantitate de căldură este determinată de legea Joule-Lenz:
(3)
Deci, , și echivalăm părțile din dreapta ale formulelor (2) și (3):
După reducerea cu obținem:
Deci am găsit curentul în circuit:
(4)
Formula (4) se numește Legea lui Ohm pentru un circuit complet.
Dacă conectați bornele sursei cu un fir de rezistență neglijabilă, veți obține scurt circuit. În acest caz, curentul maxim va curge prin sursă - scurt circuit:
Datorită rezistenței interne mici, curentul de scurtcircuit poate fi destul de mare. De exemplu, o baterie AA devine atât de fierbinte încât îți arde mâinile.
Cunoscând puterea curentului (formula (4)), putem găsi tensiunea pe rezistor folosind legea lui Ohm pentru o secțiune a circuitului:
(5)
Această tensiune este diferența de potențial dintre puncte și (Fig. 2). Potențialul punctului este egal cu potențialul terminalului pozitiv al sursei; potenţialul punctului este egal cu potenţialul terminalului negativ. Prin urmare, tensiunea (5) se mai numește tensiune la bornele sursei.
Vedem din formula (5) ce se va întâmpla într-un circuit real - la urma urmei, acesta este înmulțit cu o fracție mai mică de unu. Dar sunt două cazuri când .
1. Sursa de curent ideala. Acesta este numele unei surse cu rezistență internă zero. Când formula (5) dă .
2. Circuit deschis. Să luăm în considerare sursa de curent în sine, în afara circuitului electric. În acest caz, putem presupune că rezistența externă este infinit de mare: . Atunci cantitatea nu se poate distinge de , iar formula (5) ne dă din nou .
Sensul acestui rezultat este simplu: dacă sursa nu este conectată la circuit, atunci un voltmetru conectat la polii sursei își va arăta emf.
Eficiența circuitului electric
Nu este greu de înțeles de ce un rezistor se numește sarcină utilă. Imaginează-ți că este un bec. Căldura generată de un bec este util, deoarece datorită acestei călduri becul își îndeplinește scopul - a da lumină.
Să notăm cantitatea de căldură eliberată de sarcina utilă în timp.
Dacă curentul din circuit este egal cu , atunci
O anumită cantitate de căldură este de asemenea eliberată la sursa curentă:
Cantitatea totală de căldură eliberată în circuit este egală cu:
Eficiența circuitului electric este raportul dintre căldura utilă și căldura totală:
Eficiența circuitului este egală cu unitatea numai dacă sursa de curent este ideală.
Legea lui Ohm pentru o zonă eterogenă
Legea simplă a lui Ohm este valabilă pentru așa-numita secțiune omogenă a circuitului - adică secțiunea în care nu există surse de curent. Acum vom obține relații mai generale, din care urmează atât legea lui Ohm pentru o secțiune omogenă, cât și legea lui Ohm obținută mai sus pentru lanțul complet.
Secțiunea lanțului se numește eterogen, dacă există o sursă de curent pe el. Cu alte cuvinte, o zonă neomogenă este o zonă cu un EMF.
În fig. Figura 3 prezintă o secțiune neuniformă care conține un rezistor și o sursă de curent. FEM a sursei este egală cu , rezistența sa internă este considerată egală cu zero (dacă rezistența internă a sursei este egală cu , puteți înlocui pur și simplu rezistorul cu un rezistor).
Orez. 3. EMF „ajută” curentul:
Puterea curentului în zonă este egală cu , curentul curge de la un punct la altul. Acest curent nu este neapărat cauzat de o singură sursă. Secțiunea luată în considerare, de regulă, face parte dintr-un anumit circuit (nu este prezentat în figură), iar alte surse de curent pot fi prezente în acest circuit. Prin urmare, curentul este rezultatul acțiunii combinate toata lumea sursele disponibile în circuit.
Fie potențialele punctelor și egale cu și respectiv. Să subliniem încă o dată că vorbim despre potențialul unui câmp electric staționar generat de acțiunea tuturor surselor circuitului - nu doar sursa aparținând acestei secțiuni, ci și, eventual, a celor situate în afara acestei secțiuni.
Tensiunea din zona noastră este egală cu: . În timp, o sarcină trece prin zonă, în timp ce un câmp electric staționar funcționează:
În plus, sursa de curent efectuează o muncă pozitivă (la urma urmei, sarcina a trecut prin ea!):
Puterea curentului este constantă, prin urmare munca totală de avansare a sarcinii, efectuată în zonă de câmpul electric staționar și forțele externe ale sursei, este convertită în întregime în căldură: .
Înlocuim aici expresii pentru , și legea Joule–Lenz:
Reducând cu , obținem Legea lui Ohm pentru o secțiune neuniformă a unui circuit:
(6)
sau, care este același:
(7)
Vă rugăm să rețineți: există un semn plus în fața acestuia. Am indicat deja motivul pentru aceasta - sursa curentă în acest caz funcționează pozitiv lucru, „trăgând” o sarcină în interiorul său de la terminalul negativ la cel pozitiv. Mai simplu spus, o sursă „ajută” curgerea curentului de la un punct la altul.
Să notăm două consecințe ale formulelor derivate (6) și (7).
1. Dacă zona este omogenă, atunci . Apoi din formula (6) obținem legea lui Ohm pentru o secțiune omogenă a lanțului.
2. Să presupunem că sursa de curent are rezistență internă. Acest lucru, așa cum am menționat deja, este echivalent cu înlocuirea acestuia cu:
Acum să închidem secțiunea noastră conectând punctele și . Obținem circuitul complet discutat mai sus. În acest caz, se dovedește că formula anterioară se va transforma în legea lui Ohm pentru lanțul complet:
Astfel, legea lui Ohm pentru o secțiune omogenă și legea lui Ohm pentru un lanț complet urmează ambele din legea lui Ohm pentru o secțiune neuniformă.
Poate exista un alt caz de conectare, când sursa „împiedecă” curgerea curentului prin zonă. Această situație este prezentată în Fig. 4 . Aici curentul care vine de la to este îndreptat împotriva acțiunii forțelor externe ale sursei.
Orez. 4. EMF „interferează” cu curentul:
Cum este posibil acest lucru? Este foarte simplu: alte surse prezente în circuitul din afara secțiunii luate în considerare „coperează” sursa din secțiune și forțează curentul să curgă împotriva. Este exact ceea ce se întâmplă atunci când puneți telefonul la încărcare: adaptorul conectat la priză face ca încărcările să se miște împotriva acțiunii forțelor externe din bateria telefonului, iar bateria este astfel încărcată!
Ce se va schimba acum în derivarea formulelor noastre? Există un singur lucru - munca forțelor externe va deveni negativă:
Atunci legea lui Ohm pentru o zonă neuniformă va lua forma:
(8)
unde este încă tensiunea în zonă.
Să punem împreună formulele (7) și (8) și să scriem legea lui Ohm pentru secțiunea cu EMF după cum urmează:
Curentul curge din punct în punct. Dacă direcția curentului coincide cu direcția forțelor externe, atunci un „plus” este plasat în fața acestuia; dacă aceste direcții sunt opuse, atunci este dat un „minus”.
« Fizica - clasa a X-a"
Orice sursă de curent este caracterizată de forță electromotoare sau EMF prescurtată. Deci, pe o baterie rotundă de lanternă scrie: 1,5 V.
Ce înseamnă?
Dacă conectați două bile încărcate opus cu un conductor, sarcinile se vor neutraliza rapid una pe cealaltă, potențialele bilelor vor deveni aceleași, iar câmpul electric va dispărea (Fig. 15.9, a).
Forțele exterioare.
Pentru ca curentul să fie constant, este necesar să se mențină o tensiune constantă între bile. Pentru a face acest lucru, aveți nevoie de un dispozitiv (sursă de curent) care să mute sarcinile de la o bilă la alta în direcția opusă direcției forțelor care acționează asupra acestor sarcini din câmpul electric al bilelor. Într-un astfel de dispozitiv, pe lângă forțele electrice, sarcinile trebuie să fie acționate de forțe de origine neelectrostatică (Fig. 15.9, b). Numai câmpul electric al particulelor încărcate ( Câmpul Coulomb) nu este capabil să mențină un curent constant în circuit.
Orice forță care acționează asupra particulelor încărcate electric, cu excepția forțelor de origine electrostatică (adică, forțele Coulomb), se numesc forțe exterioare.
Concluzie despre necesitatea menținerii forțelor externe curent continuuîn circuit va deveni și mai evident dacă ne întoarcem la legea conservării energiei.
Câmpul electrostatic este potențial. Munca efectuată de acest câmp atunci când particulele încărcate se deplasează în el de-a lungul unui circuit electric închis este zero. Trecerea curentului prin conductori este însoțită de eliberarea de energie - conductorul se încălzește. Prin urmare, trebuie să existe o sursă de energie în circuit care o furnizează circuitului. În ea, pe lângă forțele Coulomb, trebuie să acționeze forțe terțe, nepotențiale. Lucrarea acestor forțe de-a lungul unei bucle închise trebuie să fie diferită de zero.
În procesul de a lucra prin aceste forțe, particulele încărcate dobândesc energie în interiorul sursei de curent și apoi o dau conductoarelor circuitului electric.
Forțele terțe pun în mișcare particulele încărcate în interiorul tuturor surselor de curent: în generatoare de la centralele electrice, în celule galvanice, baterii etc.
Când un circuit este închis, se creează un câmp electric în toți conductorii circuitului. În interiorul sursei de curent, sarcinile se deplasează sub influența forțe externe împotriva forțelor coulombiene(electroni de la un electrod încărcat pozitiv la unul negativ), iar într-un circuit extern ei sunt antrenați de un câmp electric (vezi Fig. 15.9, b).
Natura forțelor externe.
Natura forțelor externe poate fi variată. În generatoarele de centrale electrice, forțele străine sunt forțe care acționează dintr-un câmp magnetic asupra electronilor dintr-un conductor în mișcare.
Într-o celulă galvanică, cum ar fi o celulă Volta, acționează forțele chimice.
Celula Volta este formată din electrozi de zinc și cupru plasați într-o soluție de acid sulfuric. Forțele chimice fac ca zincul să se dizolve în acid. Ionii de zinc încărcați pozitiv trec în soluție, iar electrodul de zinc însuși devine încărcat negativ. (Cupru se dizolvă foarte puțin în acid sulfuric.) Între electrozii de zinc și de cupru apare o diferență de potențial, care determină curentul în circuitul electric extern.
Acţiunea forţelor exterioare se caracterizează printr-o mărime fizică importantă numită forta electromotoare(abreviat EMF).
Forta electromotoare sursa de curent este egală cu raportul dintre munca forțelor externe atunci când se deplasează o sarcină de-a lungul unui circuit închis și valoarea absolută a acestei sarcini:
Forța electromotoare, ca și tensiunea, este exprimată în volți.
Diferența de potențial între bornele bateriei când circuitul este deschis este egală cu forța electromotoare. FEM a unei celule de baterie este de obicei de 1-2 V.
De asemenea, putem vorbi despre forța electromotoare în orice parte a circuitului. Aceasta este munca specifică a forțelor externe (lucrare pentru a muta o singură sarcină) nu pe întregul circuit, ci numai într-o zonă dată.
Forța electromotoare a unei celule galvanice este mărimea numerică egal cu munca forțe externe atunci când se deplasează o singură sarcină pozitivă în interiorul unui element de la un pol la altul.
Lucrarea forțelor externe nu poate fi exprimată printr-o diferență de potențial, deoarece forțele externe sunt nepotențiale și munca lor depinde de forma traiectoriei sarcinilor.
EMF. Numeric, forța electromotoare este măsurată prin munca efectuată de o sursă de energie electrică atunci când transferă o singură sarcină pozitivă într-un circuit închis. Dacă sursa de energie, a face muncă A, asigură transferul pe întregul circuit închis de încărcare q, apoi forța sa electromotoare ( E) vor fi egale
Unitatea SI a forței electromotoare este voltul (V). O sursă de energie electrică are o fem de 1 volt dacă, când se deplasează o sarcină de 1 coulomb într-un circuit închis, se efectuează un lucru egal cu 1 joule. Natura fizică a forțelor electromotoare din diferite surse este foarte diferită.
Auto-inducere- apariția FEM indusă într-un circuit conductiv închis atunci când curentul care circulă prin circuit se modifică. Când curentul se schimbă euîn circuit fluxul magnetic se modifică proporţional B prin suprafata delimitata de acest contur. O modificare a acestui flux magnetic, datorită legii inducției electromagnetice, duce la excitarea unei feme inductive în acest circuit. E. Acest fenomen se numește auto-inducție.
Conceptul este legat de conceptul de inducție reciprocă, fiind cazul său special.
Putere. Puterea este munca efectuată pe unitatea de timp. Puterea este munca efectuată pe unitatea de timp, adică pentru a transfera sarcina în electric. un circuit sau unul închis consumă energie, care este egal cu A=U*Q deoarece cantitatea de electricitate este egală cu produsul puterii curentului, atunci Q=I*t rezultă că A=U*I*t. P=A/t=U*Q/t=U*I=I*t*R=P=U*I(I)
1W=1000mV, 1kW=1000V, Pr=Pп+Po-formula echilibru de putere. Putere pre-generator (EMF)
Pr=E*I,Pp=I*U putere utilă, adică putere care este consumată fără pierderi. Po=I^2*R-putere pierdută. Pentru ca circuitul să funcționeze, este necesar să se mențină un echilibru de putere în circuitul electric.
12.Legea lui Ohm pentru o secțiune a unui circuit.
Puterea curentului într-o secțiune a circuitului este direct proporțională cu tensiunea de la capetele acestui conductor și invers proporțională cu rezistența acestuia:
I=U/R;
1)U=I*R, 2)R=U/R
13.Legea lui Ohm pentru un circuit complet.
Puterea curentului din circuit este proporțională cu EMF care acționează în circuit și invers proporțională cu suma rezistenței circuitului și a rezistenței interne a sursei.
EMF a sursei de tensiune (V), - puterea curentului în circuit (A), - rezistența tuturor elementelor externe ale circuitului (Ohm), - rezistența internă a sursei de tensiune (Ohm) 1) E=I(R) +r)? 2)R+r=E/I
14.Conexiune serială, paralelă a rezistențelor, rezistență echivalentă. Distribuția curenților și tensiunilor.
Pentru conexiune serială
mai multe rezistențe sfârşitul primei rezistor conectați la începutul celui de-al doilea, sfârșitul celui de-al doilea la începutul celui de-al treilea etc. Cu o astfel de conexiune trece prin toate elementele circuitului secvenţial
acelasi curent I.
Ue=U1+U2+U3.În consecință, tensiunea U la bornele sursei este egală cu suma tensiunilor de la fiecare dintre rezistențele conectate în serie.
Re=R1+R2+R3, Ie=I1=I2=I3, Ue=U1+U2+U3.
Când este conectat în serie, rezistența circuitului crește.
Conectarea în paralel a rezistențelor. O conexiune paralelă a rezistențelor este o conexiune în care începuturile rezistențelor sunt conectate la un terminal al sursei, iar capetele la celălalt terminal.
Rezistența totală a rezistențelor conectate în paralel este determinată de formula
Rezistența totală a rezistențelor conectate în paralel este întotdeauna mai mică decât cea mai mică rezistență inclusă într-o conexiune dată.
Când rezistențele sunt conectate în paralel, tensiunile pe ele sunt egale între ele. Ue=U1=U2=U3 Curentul I curge în circuit, iar curenții I 1, I 2, I 3 ies din acesta. De când s-a mutat sarcini electrice nu se acumulează într-un punct, este evident că sarcina totală care curge către punctul de ramificare este egală cu sarcina totală care curge departe de acesta: Ie=I1+I2+I3 Prin urmare, a treia proprietate a unei conexiuni paralele poate fi formulată după cum urmează: Mărimea curentului în partea neramificată a circuitului este egală cu suma curenților din ramurile paralele. Pentru două rezistențe paralele:
