ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОЛНОЙ ЦЕПИ ПРАВИЛА КИРХГОФА

Электродвижущая сила ЭДС Если два заряженных тела соединить проводником, то через него пойдет кратковременный ток. Избыточные электроны с отрицательно заряженного тела перейдут на положительно заряженное. Потенциалы тел окажутся одинаковыми, значит, напряжение на концах проводника станет равно нулю, и ток прекратится. Для существования длительного тока в проводнике нужно поддерживать разность потенциалов на его концах неизменной. Этого можно достичь, перенося свободные электроны с положительного тела на отрицательное так, чтобы заряды тел не менялись со временем.

Сторонние силы Силы электрического взаимодействия сами по себе не способны осуществлять подобное разделение зарядов. Они вызывают притяжение электронов к положительному телу и отталкивание от отрицательного. сторонние Поэтому внутри источника тока должны действовать сторонние силы, имеющие неэлектрическую природу и обеспечивающие разделение электрических зарядов.

Сторонние силы Внутри источника тока заряды движутся под действием сторонних сил против кулоновских сил, во всей остальной части цепи их приводит в движение стационарное электрическое поле.

Сторонние силы Любые силы, действующие на электрические заряженные частицы, за исключением кулоновских сил. Прохождение тока по проводникам сопровождается выделением энергии – проводники нагреваются. В любой цепи должен быть какой- то источник энергии. В нем, помимо кулоновских сил, должны действовать сторонние непотенциальные силы, работа которых вдоль замкнутой цепи отлична от нуля. Природа сторонних сил различна: химическая, магнитная, действие света на вещество и другая.

Электродвижущая сила ЭДС Характеризует действие сторонних сил Равна отношению работы сторонних сил по перемещению заряда вдоль контура к величине заряда ЭДС численно равна работе по перемещению единичного положительного заряда (удельной работе)

Электродвижущая сила Скалярная величина. Знак определяется в зависимости от произвольно выбранного направления обхода того участка электрической цепи, на котором включен данный источник тока. ЭДС положительна, если внутри источника тока обход совершается от отрицательного полюса к положительному. ЭДС отрицательна, если внутри источника тока обход совершается от положительного полюса к отрицательному.

Гальванические элементы Если на батарейке написано 1,5 В, то это означает, что сторонние химические силы совершают работу 1,5 Дж при перемещении заряда в 1 Кл от одного полюса батарейки к другому. Гальванический элемент в простейшем варианте состоит из двух химически различных электродов, опущенных в водный раствор того или иного электролита.

Луиджи Гальвани ( ) В 1771 он открыл феномен сокращения мышц препарированной лягушки под действием электрического тока. В одном из таких опытов, используя в качестве источника тока атмосферное электричество, он тщетно дожидался перемены в погоде и случайно прижал электроды, воткнутые в спинной мозг лягушки, к железной решетке, на которой она лежала. Появились такие же сокращения, как и во время опытов, проводимых в грозу.

Опыты Гальвани Вскоре Гальвани обнаружил, что мышцы сокращаются и в отсутствие внешнего источника тока, при простом наложении на них двух разных металлов, соединенных проводником. Гальвани объяснил это явление существованием «животного электричества», благодаря которому мышцы заряжаются подобно лейденской банке. Открытие Гальвани произвело сенсацию. К его проверке приступил известный физик А.Вольта, вооруженный всеми имеющимися в то время электротехническими средствами, который и дал правильную физическую трактовку эффекта (1794).

АЛЕССАНДРО ВОЛЬТА ( ) Явление связано с наличием двух разнородных металлов, соприкасающихся с электропроводящей жидкостью животных тканей Отсюда Вольта извлек идею первого гальванического элемента: набор медных и цинковых кружочков, переложенных смоченным соленой водой сукном. Это был «вольтов столб»

Первый гальванический элемент - «вольтов столб» В 1800 году учёный опустил в банку с кислотой две пластинки цинковую и медную и соединил их проволокой. После этого цинковая пластина начала растворяться, а на медной стали выделяться пузырьки газа. Вольта предположил и показал, что по проволоке протекает электрический ток

«ВОЛЬТОВ СТОЛБ» Для удобства Вольта придал ему форму вертикального цилиндра (столба), Вольтов столб высотою в полметра развивал напряжение, чувствительное для человека. В 1803 русский физик Василий Петров создал самый мощный в мире вольтов столб, составленный из медных и цинковых кругов и развивающий напряжение до 2500 вольт. С помощью этого прибора ему удалось открыть такое важное явление, как электрическая дуга, применяемая в электросварке; а в Российской армии стал применяться электрический запал пороха и взрывчатки.

Аккумулятор (накопитель) Аккумулятор (накопитель) Источники тока, работающие на принципе обратимых химических процессов. Применяют для запуска автомобильных двигателей, на небольших электростанциях, использующих энергию ветра, на подводных лодках, в электрокарах, на электромобилях и другое.

Закон Ома для полной цепи Рассмотрим простейшую замкнутую электрическую цепь r – внутреннее сопротивление источника токаr – внутреннее сопротивление источника тока (сопротивление обмоток или сопротивление раствора электролита и электродов) Для получения закона Ома для полной цепи используем закон сохранения энергии

Закон Ома для полной цепи Пусть за время Δt через поперечное сечение проводника пройдет заряд q. Тогда работа сторонних сил равна Благодаря работе сторонних сил на внешнем и внутреннем участках цепи выделяется количество теплоты

Закон Ома для полной цепи Падение напряжения – это произведение силы тока на сопротивление этого участка цепи ЭДС источника тока равна сумме падений напряжений на внешнем и внутреннем участках замкнутой цепиЭДС источника тока равна сумме падений напряжений на внешнем и внутреннем участках замкнутой цепи Падение напряжения на внешнем участке цепи Падение напряжения на внутреннем участке цепи

Закон Ома для полной цепи Сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС источника к полному сопротивлению цепи

Короткое замыкание При коротком замыкании R=0, сила тока

Последовательное соединение источников Полная ЭДС в цепи равна алгебраической сумме ЭДС отдельных элементов Внутреннее сопротивление батареи равно сумме внутренних сопротивлений элементов

Закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС При выбранном направлении обхода по часовой стрелке

Закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС Разность потенциалов между началом и концом участка цепи равна падению напряжения на участке минус ЭДС этого участка

Измерение ЭДС источника При разомкнутой цепи I=0 и, следовательно, ЭДС элемента равна разности потенциалов между его полюсами при разомкнутой цепи

Работа и мощность тока

Закон Джоуля - Ленца Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока

Мощность на участке цепи, содержащем ЭДС Для однородного участка цепи (без ЭДС) мощность всегда положительна.Для однородного участка цепи (без ЭДС) мощность всегда положительна. Энергия, поступающая на этот участок извне, увеличивает его внутреннюю энергию и затем передается окружающим телам в виде теплоты (выполняется закон Джоуля- Ленца) При наличии сторонних сил на участке мощность может быть как положительной, так и отрицательной.При наличии сторонних сил на участке мощность может быть как положительной, так и отрицательной. При зарядке аккумулятора мощность положительна. При зарядке аккумулятора потребляемая энергия частично выделяется в виде теплоты, а частично идет на увеличение энергии аккумулятора. При разрядке аккумулятора мощность отрицательна, аккумулятор отдает энергию во внешнюю цепь. Часть мощности, расходуемой аккумулятором, выделяется в виде теплоты внутри аккумулятора. Остальная мощность отдается внешней цепи.

Второе правило Кирхгофа Сложно разветвленная электрическая цепь образована несколькими источниками тока и резисторами, соединенными произвольным образом Алгебраическая сумма падений напряжения в ветвях замкнутого контура равна алгебраической сумме ЭДС, действующих в этом контуре

Правила Кирхгофа Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю. Токи, подходящие к узлу, считают положительными, токи, отходящие от узла,- отрицательными. В любом произвольно выбранном замкнутом контуре разветвленной цепи алгебраическая сумма падений напряжений на отдельных участках контура равна алгебраической сумме ЭДС, встречающихся при обходе этого контура. Направление обхода контура выбирается по часовой стрелке или против часовой стрелки. Тогда произведение IR считается положительным, если направление тока I совпадает с выбранным направлением обхода контура. ЭДС считается положительной, если она повышает потенциал в направлении обхода контура.