Для електрика та електронника одним із основних законів є Закон Ома. Щодня робота ставить перед спеціалістом нові завдання, і найчастіше потрібно підібрати заміну згорілому резистори або групі елементів. Електрику часто доводиться міняти кабелю, щоб вибрати правильний, потрібно «прикинути» струм у навантаженні, так доводиться використовувати найпростіші фізичні закони та співвідношення у повсякденному житті. Значення Закону Ома в електротехнікі колосальне, більшість дипломних робіт електротехнічних спеціальностей розраховуються на 70-90% за однією формулою.
Історична довідка
Рік відкриття Закон Ома - 1826 німецьким вченим Георгом Омом. Він емпірично визначив та описав закон про співвідношення сили струму, напруги та типу провідника. Пізніше з'ясувалося, що третя складова – це нічим іншим, як опір. Згодом цей закон назвали на честь відкривача, але законом справа не обмежилася, його прізвищем і назвали фізичну величину, як данину поваги до його робіт.
Величина, в якій вимірюють опір, названо на честь Георга Ома. Наприклад, резистори мають дві основні характеристики: потужність у ВАТ і опір - одиниця виміру в Омах, кіломах, мегаомах і т.д.
Закон Ома для ділянки ланцюга
Для опису електричного ланцюга, що не містить ЕРС, можна використовувати закон Ома для ділянки ланцюга. Це найпростіша форма запису. Він виглядає так:
Де I – це струм, що вимірюється в Амперах, U – напруга у вольтах, R – опір в Омах.
Така формула нам говорить, що струм прямопропорційний напрузі і обернено-пропорційний опору - це точне формулювання Закону Ома. Фізичний зміст цієї формули - це описати залежність струму через ділянку ланцюга при відомому його опорі та напрузі.
Увага!Ця формула справедлива для постійного струму, для змінного струмувона має невеликі відмінності, до цього повернемося згодом.
Крім співвідношення електричних величин дана форма нам говорить про те, що графік залежності струму від напруги в опорі лінійний і виконується рівняння функції:
f(x) = ky або f(u) = IR або f(u)=(1/R)*I
Закон Ома для ділянки ланцюга застосовують для розрахунків опору резистора на ділянці схеми або визначення струму через нього при відомому напрузі і опорі. Наприклад, у нас є резистор R опором у 6 Ом, до його висновків прикладена напруга 12 В. Необхідно дізнатися, який струм протікатиме через нього. Розрахуємо:
I=12 В/6 Ом=2 А
Ідеальний провідник не має опору, однак через структуру молекул речовини, з якої він складається, будь-яке провідне тіло має опір. Наприклад, це спричинило переход з алюмінієвих проводів на мідні в домашніх електромережах. Питомий опір міді (Ом на 1 метр довжини) менший за алюміній. Відповідно мідні дроти менше гріються, витримують великі струми, отже можна використовувати провід меншого перерізу.
Ще один приклад - спіралі нагрівальних приладів і резисторів мають великий питомий опір, т.к. виготовляються з різних високоомних металів, типу ніхрому, канталу та ін. Коли носії заряду рухаються через провідник, вони стикаються з частинками в кристалічній решітці, внаслідок цього виділяється енергія у вигляді тепла та провідник нагрівається. Чим більше струм – тим більше зіткнень – тим більше нагрівання.
Щоб зменшити нагрівання провідник потрібно або вкоротити, або збільшити його товщину (площа поперечного перерізу). Цю інформацію можна записати у вигляді формули:
R провід =ρ(L/S)
Де ρ – питомий опір Ом*мм 2 /м, L – довжина м, S – площа поперечного перерізу.
Закон Ома для паралельного та послідовного ланцюга
Залежно від типу з'єднання спостерігається різний характер перебігу струму та розподілу напруги. Для ділянки ланцюга послідовного з'єднання елементів напруга, струм та опір знаходяться за формулою:
Це означає, що в ланцюзі з довільної кількості послідовно з'єднаних елементів протікає той самий струм. При цьому напруга, прикладена до всіх елементів (сума падінь напруги), дорівнює вихідній напруги джерела живлення. До кожного елемента окремо прикладена своя величина напруг і залежить від сили струму та опору конкретного:
U ел =I*R елемента
Опір ділянки ланцюга для паралельно з'єднаних елементів розраховується за такою формулою:
1/R=1/R1+1/R2
Для змішаного з'єднання треба наводити ланцюг до еквівалентного вигляду. Наприклад, якщо один резистор з'єднаний з двома паралельно з'єднаними резисторами, то спочатку порахуйте опір паралельно з'єднаних. Ви отримаєте загальний опір двох резисторів і вам залишається скласти його з третім, який з ними з'єднаний послідовно.
Закон Ома для повного ланцюга
Повний ланцюг передбачає наявність джерела живлення. Ідеальне джерело живлення – це прилад, який має єдину характеристику:
- напруга, якщо це джерело ЕРС;
- силу струму, якщо це джерело струму;
Таке джерело живлення здатне видати будь-яку потужність при постійних вихідних властивостях. У реальному джерелі живлення є ще й такі параметри як потужність і внутрішній опір. Власне, внутрішній опір – це уявний резистор, встановлений послідовно з джерелом ЭРС.
Формула Закону Ома для повного ланцюга виглядає схожим, але додається внутрішній опір ІП. Для повного ланцюга записується формулою:
I=ε/(R+r)
Де ε – ЕРС у Вольтах, R – опір навантаження, r – внутрішній опір джерела живлення.
Насправді внутрішній опір є частками Ома, а гальванічних джерел воно значно зростає. Ви це спостерігали, коли на двох батарейках (новій та сівшій) однакову напругу, але одна видає потрібний струм і працює справно, а друга не працює, т.к. просідає при найменшому навантаженні.
Закон Ома у диференційній та інтегральній формі
Для однорідної ділянки ланцюга наведені вище формули справедливі, для неоднорідного провідника необхідно розбити його на максимально короткі відрізки, щоб зміни його розмірів були мінімізовані в межах цього відрізка. Це називається Закон Ома у диференціальній формі.
Інакше кажучи: щільність струму прямо пропорційної напруженості та питомої провідності для нескінченно малої ділянки провідника.
В інтегральній формі:
Закон Ома для змінного струму
Під час розрахунку ланцюгів змінного струму замість поняття опору вводять поняття «імпеданс». Імпеданс позначають буквою Z, до нього входить активний опір навантаження R a і реактивний опір X (або R r). Це з формою синусоїдального струму (і струмів будь-яких інших форм) і параметрами індуктивних елементів, і навіть законів комутації:
- Струм у ланцюгу з індуктивністю не може змінитися миттєво.
- Напруга в ланцюзі з ємністю не може змінитися миттєво.
Таким чином, струм починає відставати або випереджати напругу, і повна потужність поділяється на активну та реактивну.
X L та X C – це реактивні складові навантаження.
У зв'язку з цим запроваджується величина cosФ:
Тут – Q – ре активна потужність, обумовлена змінним струмом та індуктивно-ємнісними складовими, P – активна потужність (виділяється на активних складових), S – повна потужність, cosФ – коефіцієнт потужності.
Можливо, ви помітили, що формула та її уявлення перетинається з теоремою Піфагора. Це справді так і кут Ф залежить від того, наскільки велика реактивна складова навантаження – чим її більше, тим він більший. На практиці це призводить до того, що реально протікає в мережі струм більше, ніж той, що враховується побутовим лічильником, підприємства ж платять за повну потужність.
При цьому опір становлять у комплексній формі:
Тут j – це уявна одиниця, що притаманно комплексного виду рівнянь. Рідше позначається як i, але в електротехніці також позначається і значення змінного струму, що діє, тому, щоб не плутатися, краще використовувати j.
Уявна одиниця дорівнює √-1. Логічно, що немає такого числа під час зведення у квадрат, якого може вийти негативний результат «-1».
Як запам'ятати закон Ома
Щоб запам'ятати Закон Ома – можна завчити формулювання простими словамитипу:
Чим більше напруга – тим більше струм, чим більший опір – тим менший струм.
Або скористатися мнемонічними картинками та правилами. Перша це уявлення закону Ома як піраміди – коротко і зрозуміло.
Мнемонічне правило - це спрощений вид будь-якого поняття, для простого та легкого його розуміння та вивчення. Можливо або у словесній формі, або у графічній. Щоб правильно знайти потрібну формулу – закрийте пальцем шукану величину та отримайте відповідь у вигляді твору чи приватного. Ось як це працює:
Друга – це карикатурне уявлення. Тут показано: що більше намагається Ом, то важче проходить Ампер, а що більше Вольт – то легше проходить Ампер.
Закон Ома - один з основних в електротехніці, без його знання неможлива більша частина розрахунків. І в повсякденній роботі часто доводиться перекладати чи за опором визначати струм. Абсолютно не обов'язково розуміти його висновок і походження всіх величин - але кінцеві формули є обов'язковими до освоєння. На закінчення хочеться відзначити, що є старе жартівливе прислів'я у електриків: "Не знаєш Ома - сиди вдома".І якщо у кожному жарті є частка правди, то тут ця частка правди – 100%. Вивчайте теоретичні основи, якщо хочете стати професіоналом на практиці, а в цьому вам допоможуть інші статті нашого сайту.
Подобається( 0 ) Не подобається( 0 )
Кажуть: "не знаєш закон Ома - сиди вдома". Тож давайте дізнаємося (згадаймо), що це за закон, і сміливо підемо гуляти.
Основні поняття закону Ома
Як зрозуміти закон Ома? Потрібно просто розібратися в тому, що є в його визначенні. І почати слід з визначення сили струму, напруги та опору.
Сила струму I
Нехай у якомусь провіднику тече струм. Тобто відбувається спрямований рух заряджених частинок – припустимо, це електрони. Кожен електрон має елементарний електричний заряд (e= -1,60217662 × 10 -19 Кулона). У такому разі через деяку поверхню за певний проміжок часу пройде конкретний електричний заряд, що дорівнює сумі всіх зарядів електронів, що пройшли.
Ставлення заряду до часу називається силою струму. Чим більший заряд проходить через провідник визначений частим більше сила струму. Сила струму вимірюється в Амперах.
Напруга U, або різниця потенціалів
Це якраз та штука, яка змушує електрони рухатися. Електричний потенціал характеризує здатність поля виконувати роботу з перенесення заряду з однієї точки до іншої. Так, між двома точками провідника існує різниця потенціалів, та електричне поле здійснює роботу з перенесення заряду.
Фізична величина, що дорівнює роботі ефективного електричного поля при перенесенні електричного заряду, і називається напругою. Вимірюється в Вольтах. Один Вольт- це напруга, яка при переміщенні заряду в 1 Клздійснює роботу, рівну 1 Джоуль.
Опір R
Струм, як відомо, тече у провіднику. Нехай це буде якийсь провід. Рухаючись дротом під впливом поля, електрони зіштовхуються з атомами дроти, провідник гріється, атоми в кристалічній решітці починають вагатися, створюючи електронам ще більше проблем для пересування. Саме це явище називається опором. Воно залежить від температури, матеріалу, перерізу провідника і вимірюється в Омах.
Формулювання та пояснення закону Ома
Закон німецького вчителя Георга Ома дуже простий. Він говорить:
Сила струму на ділянці ланцюга прямо пропорційна напрузі і обернено пропорційна опору.
Георг Ом вивів цей закон експериментально (емпірично) у 1826 року. Природно, що більше опір ділянки ланцюга, то менше буде сила струму. Відповідно, що більше напруга, то струм буде більше.
До речі! Для наших читачів зараз діє знижка 10% на
Це формулювання закону Ома - найпростіше і підходить для ділянки ланцюга. Говорячи "ділянка ланцюга" ми маємо на увазі, що це однорідна ділянка, на якій немає джерел струму з ЕРС. Говорячи простіше, ця ділянка містить якийсь опір, але на ньому немає батарейки, яка забезпечує сам струм.
Якщо розглядати закон Ома для повного ланцюга, формулювання його буде трохи іншим.
Нехай у нас є ланцюг, у ньому є джерело струму, що створює напругу, і якийсь опір.
Закон запишеться у такому вигляді:
Пояснення закону Ома для порожнього ланцюга принципово не відрізняється від пояснення для ділянки ланцюга. Як бачимо, опір складається з власне опору та внутрішнього опору джерела струму, а замість напруги у формулі фігурує електрорушійна силаджерела.
До речі, про те, що таке ЕРС, читайте в нашій окремій статті.
Як зрозуміти закон Ома?
Щоб інтуїтивно зрозуміти закон Ома, звернемося до аналогії уявлення струму у вигляді рідини. Саме так думав Георг Ом, коли проводив досліди, завдяки яким було відкрито закон, названий його ім'ям.
Уявімо, що струм – це не рух частинок-носіїв заряду у провіднику, а рух потоку води у трубі. Спочатку воду насосом піднімають на водокачку, а звідти, під дією потенційної енергії, вона прагне вниз і тече трубою. Причому, що вище насос закачає воду, то швидше вона потече в трубі.
Звідси випливає, що швидкість потоку води (сила струму у дроті) буде тим більшою, чим більша потенційна енергія води (різниця потенціалів)
Сила струму прямо пропорційна напрузі.
Тепер звернемося до опору. Гідравлічний опір - це опір труби, обумовлений її діаметром і шорсткістю стін. Логічно припустити, що чим більший діаметр, тим менший опір труби, і тим більша кількість води (більший струм) протікає через її переріз.
Сила струму обернено пропорційна опору.
Таку аналогію можна проводити лише принципового розуміння закону Ома, оскільки його первозданний вид – насправді досить грубе наближення, яке, тим щонайменше, знаходить відмінне застосування практично.
Насправді, опір речовини обумовлено коливанням атомів кристалічних ґрат, а струм – рухом вільних носіїв заряду. У металах вільними носіями є електрони, що зірвалися з атомних орбіт.
У цій статті ми постаралися дати просте пояснення закону Ома. Знання цих на перший погляд простих речей може послужити Вам непогану службу на іспиті. Звичайно, ми привели його найпростіше формулювання закону Ома і не зараз лізтимемо в нетрі вищої фізики, розбираючись з активним і реактивним опорамита іншими тонкощами.
Якщо у Вас виникне така необхідність, Вам із задоволенням допоможуть наші співробітники. А насамкінець пропонуємо Вам подивитися цікаве відеопро закон Ома. Це справді пізнавально!
Основним законом електротехніки, за допомогою якого можна вивчати та розраховувати електричні ланцюги, є закон Ома, що встановлює співвідношення між струмом, напругою та опором. Необхідно чітко розуміти його сутність та вміти правильно користуватися ним під час вирішення практичних завдань. Часто в електротехніці допускаються помилки через невміння правильно застосувати закон Ома.
Закон Ома для ділянки ланцюга говорить: струм прямо пропорційний напрузі і обернено пропорційний опору.
Якщо збільшити в кілька разів напругу, що діє в електричному ланцюзі, то струм цього ланцюга збільшиться в стільки ж разів. А якщо збільшити в кілька разів опір ланцюга, то струм у стільки ж разів зменшиться. Подібно до цього водяний потік у трубі тим більше, чим сильніший тиск і чим менший опір, який чинить труба руху води.
Щоб висловити закон Ома математично найпростіше, вважають, що опір провідника, в якому при напрузі 1 проходить струм 1 А, дорівнює 1 Ом.
Струм в амперах можна завжди визначити, якщо розділити напругу у вольтах на опір омах. Тому закон Ома для ділянки ланцюгазаписується такою формулою:
I = U/R.
Магічний трикутник
Будь-яку ділянку або елемент електричного ланцюга можна охарактеризувати за допомогою трьох характеристик: струму, напруги та опору.
Як використовувати трикутник Ома:закриваємо шукану величину - два інших символи дадуть формулу для її обчислення. До речі, законом Ома називається лише одна формула із трикутника – та, яка відбиває залежність струму від напруги та опору. Дві інші формули, хоча є її наслідком, фізичного сенсу немає.
Розрахунки, що виконуються за допомогою закону Ома для ділянки ланцюга, будуть правильні у тому випадку, коли напруга виражена у вольтах, опір в омах і струм в амперах. Якщо використовуються кратні одиниці вимірів цих величин (наприклад, міліампер, мілівольт, мегаом і т. д.), їх слід перевести відповідно в ампери, вольти і оми. Щоб наголосити на цьому, іноді формулу закону Ома для ділянки ланцюга пишуть так:
ампер = вольт/ом
Можна також розраховувати струм у міліамперах та мікроамперах, при цьому напруга має бути виражена у вольтах, а опір – у кілоомах та мегаомах відповідно.
Інші статті про електрику у простому та доступному викладі:
Розрахунок напруги з допомогою закону Ома можна показати наступному прикладі. Нехай через ділянку ланцюга з опором 10 ком проходить струм 5 мА і потрібно визначити напругу на цій ділянці.
Помноживши I = 0,005 А на R -10000 Ом, отримаємо напругу, що дорівнює 5 0 В. Можна було б отримати той самий результат, помноживши 5 мА на 10 кОм: U = 50 В
У електронних пристроївСтрум зазвичай виражається в міліамперах, а опір - в кіломах. Тому зручно в розрахунках згідно із законом Ома застосовувати саме ці одиниці вимірів.
За законом Ома розраховується також опір, якщо відома напруга та струм. Формула при цьому випадку пишеться так: R = U/I.
Опір завжди є відношенням напруги до струму.Якщо напруга збільшити або зменшити в кілька разів, то струм збільшиться або зменшиться в таку кількість разів. Відношення напруги до струму, що дорівнює опору, залишається незмінним.
Не слід розуміти формулу визначення опору тому, що опір даного провідника залежить відпливу і напруги. Відомо, що воно залежить від довжини, площі перерізу та матеріалу провідника. за зовнішньому виглядуФормула визначення опору нагадує формулу до розрахунку струму, але з-поміж них є принципова різниця.
Струм у даній ділянці ланцюга дійсно залежить від напруги та опору та змінюється при їх зміні. А опір даної ділянки ланцюга є величиною постійної, яка залежить від зміни напруги і струму, але дорівнює відношенню цих величин.
Коли один і той же струм проходить у двох ділянках ланцюга, а напруги, прикладені до них, різні, то ясно, що ділянка, до якої прикладена більша напруга, має відповідно більший опір.
А якщо під дією однієї напруги в двох різних ділянках ланцюга проходить різний струм, то менший струм завжди буде на тій ділянці, яка має більший опір. Все це випливає з основного формулювання закону Ома для ділянки ланцюга, тобто з того, що струм тим більше, чим більша напруга і менше опір.
Розрахунок опору за допомогою закону Ома для ділянки ланцюга покажемо на прикладі. Нехай потрібно знайти опір ділянки, через який при напрузі 40 проходить струм 50 мА. Виразивши струм в амперах, отримаємо I = 0,05 А. Розділимо 40 на 0,05 і знайдемо, що опір 800 Ом.
Закон Ома можна наочно подати у вигляді так званої вольт-амперної характеристики. Як відомо, пряма пропорційна залежність між двома величинами є прямою лінією, що проходить через початок координат. Таку залежність прийнято називати лінійною.
На рис. 2 показаний як приклад графік закону Ома для ділянки ланцюга з опором 100 Ом. По горизонтальній осі відкладено напругу у вольтах, а вертикальної осі - струм в амперах. Масштаб струму та напруги може бути обраний будь-яким. Пряма лінія проведена так, що для будь-якої точки її відношення напруги до струму дорівнює 100 Ом. Наприклад, якщо U = 50, то I = 0,5 А і R = 50: 0,5 = 100 Ом.
Мал. 2 . Закон Ома (вольт-амперна характеристика)
Графік закону Ома для негативних значень струму та напруги має такий самий вигляд. Це говорить про те, що струм у ланцюзі проходить однаково в обох напрямках. Чим більший опір, тим менше виходить струм при даній напрузі і тим більше порожнього йде пряма.
Прилади, у яких вольт-амперна характеристика є прямою лінією, що проходить через початок координат, тобто опір залишається постійним при зміні напруги або струму, називаються лінійними приладами. Застосовують також терміни лінійних ланцюгів, лінійних опорів.
Існують також прилади, у яких опір змінюється за зміни напруги чи струму. Тоді залежність між струмом і напругою виражається за законом Ома, а складніше. Для таких приладів вольт-амперна характеристика не буде прямою лінією, що проходить через початок координат, а є кривою або ламаною лінією. Ці прилади називаються нелінійними.
Мнемонічна діаграма для закону Ома
Закон Ома для повного ланцюга
Ie Dt = I2RDt + I2rDt, e = IR + Ir
Для всіх зарядів: 
Правило лінцю:
34.
Електроліти -
Електроліз -
Закони Фарадея:
36. Електричний струм у вакуумі
Опис
Термоелектронна емісія
магнітним.
Основні властивості поля:
Транзистор
Фоторезистор
Терморезистор
Закон Фарадея:
, 
Правило свердла:
Парамагнетики:
Діамагнетики:
41. Електромагнітна індукція
Закон Фарадея:
Правило Ленца:
42. Самоіндукція -
Сила струму I прямо пропорційна напрузі U і обернено пропорційна електричному опору R ділянки мети.
30. Фізичний зміст питомого опору СІ: опір однорідного шматка провідника довжиною 1 м і площею струмовідного перерізу 1 м².
Виражається в Ом·mm²/м
Позначається символом ρ
Залежність опору провідника від його фізичних розмірів, роду речовини та від температури:Питомий опір, отже, і опір металів, залежить від температури, збільшуючись із її зростанням. Температурна залежність опору провідника пояснюється тим, що
зростає інтенсивність розсіювання (кількість зіткнень) носіїв зарядів у разі підвищення температури; змінюється їхня концентрація при нагріванні провідника.
Досвід показує, що при не надто високих і не дуже низьких температурах залежності питомого опору та опору провідника від температури виражаються формулами:
де ρ0, ρt - питомі опори речовини провідника відповідно при 0 ° С та t ° C; R0, Rt - опори провідника при 0 °С і t °С, α - температурний коефіцієнт опору: вимірюваний в СІ в Кельвінах мінус першого ступеня (К-1). Для металевих провідників ці формули застосовні починаючи з температури 140 і вище.
Надпровідність- властивість деяких матеріалів мати строго нульовий електричний опір при досягненні ними температури нижче певного значення (критична температура).
31. Правила розрахунку еквівалентного опору напруги та сили струму при послідовному та паралельному з'єднанніспоживачі струму: До послідовного з'єднання в ланцюгах змінного струму крім резисторів можуть входити реактивні елементи - індуктивності та ємності.
Користуючись поняттям потенціалу, падіння напруги на послідовному з'єднанні (рис. 1) можна уявити сумою падінь напруги на окремих елементах.
Послідовне з'єднання не містить вузлів, тому всі його елементи протікає однаковий струм. Нехай цей струм дорівнює i=Imsinwt, тоді, з урахуванням виразів для падіння напруги на реактивних елементах, вираз (1) перетворюється на вид
Таким чином, у разі заданого значення частоти послідовне з'єднання можна подати послідовним з'єднанням резистора, реактивного елемента та джерела ЕРС, параметри яких визначаються за виразами (3), (4), (6) та (7). Резистор, реактивний елемент та джерело ЕРС є мінімальним набором елементів, за допомогою яких можна уявити послідовне з'єднання. За наявності в ланцюзі реактивних елементів обох типів (індуктивності та ємності) у мінімальному наборі елементів (мінімальної еквівалентної схеми) буде присутній лише один з них.
За відсутності будь-яких елементів у вихідній схемі, наприклад, резисторів або джерел ЕРС, будуть відсутні і відповідні компоненти еквівалентного подання.
32. Роль джерела в електричному ланцюзі: 1. Джерело струму в електричному ланцюзі здійснює генерацію струму, що не залежить від опору навантаження.
2. Електрорушійна сила (ЕРС) - характеристика здатності сторонніх сил створювати більшу чи меншу різницю потенціалів на полюсах джерела струму. Фізичний сенс ЕРС - електрорушійна сила дорівнює роботі сторонніх сил з переміщення одиничного заряду.
Природа сторонніх сил:Природа сторонніх сил може бути різною, але вона повинна бути «сторонньою» - не електростатичною. Звідси слідує що
Сторонні сили не діють на електричний заряд. Залежно від їхньої фізичної природи сторонні сили можуть діяти на інші властивості заряджених частинок - масу, форму, розмір, щільність, їх колективні властивості - концентрацію та ін.
Переважна більшість сторонніх сил має «польовий» характер. Тому описувати дію цих сил як прояв деякого поля сторонніх сил небажано. Якщо це уявлення все ж таки використовується, необхідно враховувати, що «пробними тілами» в цих «полях» служать не електричні, а інші «заряди» (див. текст до формули (1)).
Дія сторонніх сил завжди супроводжується генерацією електричної енергії- Утворенням різниці потенціалів на деяких рознесених (провідних) тілах - «клеммах» генератора, на яких електричні заряди концентруються. Тому
Сторонні сили «працюють» лише усередині генератора. Поза генератором на заряджені частинки діють електростатичні (потенційні) сили.
Закон Ома для повного ланцюга
AСТ=Ie D t - робота сторонніх сил, оскільки q=IDt,
AСТ = I2RDt + I2rDt - повна роботасторонніх сил.
Ie Dt = I2RDt + I2rDt, e = IR + Ir
Сила струму в замкнутому ланцюгу прямо пропорційна ЕРС джерела струму і обернено пропорційна сумі зовнішнього та внутрішнього опору.
33. Формули для роботи струму на ділянці ланцюга та потужності електричного струму:
Для одиничного заряду на ділянці A-B:
Для всіх зарядів:
Оскільки струм є ніщо інше, як кількість зарядів за одиницю часу, тобто
за визначенням, в результаті отримуємо:
Так як значення сили струму і напруги постійні і рівні миттєвим значенням у будь-який момент часу, потужність можна обчислити за формулами:
Правило лінцю:виникаючі в замкнутому контурі індукційний струм своїм магнітним полем протидіє зміні магнітного потоку яким він викликаний.
Основні причини короткого замиканнята загоряння в побутових умовах:
експлуатація потужної техніки, підключеної до розеток, встановлених у приміщеннях з підвищеною вологістю;
поганий контакт штепселя з розеткою, що призводить до використання до утворення високих температур;
встановлення електротехнічного обладнання, що не відповідає потужності використовуваних приладів;
прямий контакт проводів із різнорідних матеріалів, що призводить до нагрівання суміжних ділянок навіть при нормальних електричних навантаженнях;
стрибок навантаження в електромережі;
погана ізоляція електропроводки;
наявність у будинках гризунів, що руйнують електроізоляцію
34. Умови проходження струму в рідинах:Рідини, як і тверді тіла, можуть бути діелектриками, провідниками та напівпровідниками. До діелектриків належить дистильована вода, до провідників - розчини і розплави електролітів: кислот, лугів і солей. Рідкими напівпровідниками є розплавлений селен, розплави сульфідів та ін.
Електроліти -речовини, розплави чи розчини яких проводять електричний струм внаслідок дисоціації на іони, проте самі речовини не проводять електричний струм.
Електролітична дисоціація- процес розпаду електроліту на іони при розчиненні його у полярному розчиннику або при плавленні.
Електроліз -фізико-хімічний процес, що полягає у виділенні на електродах складових частин розчинених речовин або інших речовин, що є результатом вторинних реакцій на електродах, який виникає при проходженні електричного струму через розчин або розплав електроліту.
Закони Фарадея:Перший закон електролізу Фарадея: маса речовини, обложеного на електроді при електролізі, прямо пропорційна кількості електрики, переданої цей електрод. Під кількістю електрики мається на увазі електричний заряд, що вимірюється, як правило, у кулонах.
Другий закон електролізу Фарадея: для даної кількостіелектрики (електричного заряду) маса хімічного елемента, обложеного на електроді, прямо пропорційно еквівалентній масі елемента. Еквівалентною масою речовини є його молярна маса, поділена на ціле число, що залежить від хімічної реакції, в якій бере участь речовина.
35. Електричний струм у газах - це спрямований рух іонів та електронів.
Електричний струм у газах називається газовим розрядом.
Повний струму газі складається з двох потоків заряджених частинок: потоку, що йде до катода, і потоку, спрямованого до анода.
У газах поєднується електронна провідність, подібна до провідності металів, з іонною провідністю, подібною до провідності водних розчинів або розплавів електролітів.
Отже, провідність газів має іонно-електронний характер.
Несамостійний розряд – це розряд, який залежить від наявності іонізатора.
Усі газові розряди поділяються на два основні види:
1. Несамостійний газовий розряд виникає у приладі під час дії зовнішніх (сторонніх) іонізаторів. Цей розряд у свою чергу поділяється на кілька підвидів:
а) тихий розряд (виникає при вплив на прилад ряду природних іонізаторів: космічних променів, радіації земної кори, активної діяльності сонця тощо);
36. Електричний струм у вакуумі
Рух заряджених вільних частинок, отриманих в результаті емісії, у вакуумі під дією електричного поля
Опис
Для отримання електричного струму у вакуумі потрібна наявність вільних носіїв. Отримати їх можна за рахунок випромінювання електронів металами - електронної емісії (від латинського emissio - випуск).
Як відомо, при нормальних температурах електрони утримуються всередині металу, незважаючи на те, що вони здійснюють тепловий рух. Отже, поблизу поверхні існують сили, які діють електрони і спрямовані всередину металу. Це сили, що виникають внаслідок тяжіння між електронами та позитивними іонами кристалічних ґрат. В результаті поверхневому шарі металів з'являється електричне поле, а потенціал при переході із зовнішнього простору всередину металу збільшується на деяку величину Dj. Відповідно, потенційна енергія електрона зменшується на eDj.
Термоелектронна емісія- це випромінювання електронів нагрітими металами. Концентрація вільних електронів у металах досить висока, тому навіть при середніх температурах внаслідок розподілу електронів за швидкостями (за енергіями) деякі електрони мають енергію, достатню для подолання потенційного бар'єру на межі металу. З підвищенням температури число електронів, кінетична енергія теплового руху яких більша за роботу виходу, зростає і явище термоелектронної емісії стає помітним.
У основі принципу дії напівпровідникового діода- властивості електронно-діркового переходу, зокрема, сильна асиметрія вольт-амперної характеристики щодо нуля. Таким чином розрізняють пряме та зворотне включення. У прямому включенні діод має малий електроопір і добре проводить електричний струм. У зворотному - при напрузі менше напруги пробою опір дуже велике і струм перекритий.
37. Навколо провідника зі струмом у просторі виникає поле зв-е магнітним.
Основні властивості поля:
Магнітне поле породжується електричним полем
Магнітне поле визначається під дією електричного струму
Вектор магнітної індукції та лінії магнітної індукції:
У – (вектор магнітної індукції) це кол-ая характеристика магнітного поля.
За напрямок приймається направ-е від південного полюса S до північного N магнітної стрілки до N зведено встановлюється в магнітному полі.
38. Електричний струм через контакт напівпровідників p та n-типу.
При утворенні контакту напівпровідників p і n-типу відбувається дифузія, частина електронів перейдуть а напівпровідник n-типу. Поле, що виникло, перешкоджає переміщенню.
Діод - це прилад для випрямлення електроструму.
Транзисторскладається з 2-х напівпровідників p-типу між ними прошарок з домішки n-типу товщина прошарків приблизно Мкм у транзисторі 3 виходу, з кожної частини. Транзистор підключається до мережі отже лівий p n перехід яв-ся прямим.
Фоторезистор- Напівпровідниковий прилад, що змінює величину свого опору при опроміненні світлом.
Найважливіші параметри фоторезисторів:
інтегральна чутливість - відношення зміни напруги на одиницю потужності падаючого випромінювання (при номінальному значенні напруги живлення);
поріг чутливості – величина мінімального сигналу, що реєструється фоторезистором, віднесена до одиниці смуги робочих частот.
Терморезистор- Напівпровідниковий резистор, електричний опір якого суттєво залежить від температури.
39. Взаємодія паралельних струмів
Закон Фарадея:
,
де µ - магнітна характеристика середовища, що називається магнітною проникністю.
Напрямок струмів впливає силу взаємодії.
За аналогією з електростатикою, де сила визначає напруженість, а напруженість – індукцію, у магнетизмі напруженість та індукція – силові характеристики. Прийнято в електростатиці основною силовою характеристикою вважати напруженість, а магнетизмі - індукцію.
Правило свердла:
Якщо струм спрямований по закрутці буравчика, капелюшок обертається по силовій лінії. У кожній точці простору напрямок силових ліній збігається з напрямом дотичної. Таким чином, силові лінії магнітного поля замкнуті.
40. Існує кілька типів взаємодії матеріалів з магнітним полем, у тому числі:
Феромагнетики та феримагнетики:матеріали які, як правило, і вважаються «магнітними»; вони притягуються до магніту досить сильно, отже тяжіння відчувається. Тільки ці матеріали можуть зберігати намагніченість та стати постійними магнітами. Феримагнітні матеріали, подібні, але слабші, ніж феромагнетики. Відмінність між феро- та феримагнітними матеріалами пов'язані з їх мікроскопічною структурою.
Парамагнетики:речовини, такі як платина, алюміній, і кисень, які слабо притягуються до магніту. Цей ефект у сотні тисяч разів слабший, ніж тяжіння феромагнітних матеріалів, тому воно може бути виявлено лише за допомогою чутливих інструментів або за допомогою дуже сильних магнітів.
Діамагнетики:речовини, що намагнічуються проти спрямування зовнішнього магнітного поля. Порівняно з парамагнітними та феромагнітними речовинами, діамагнітні речовини, такі як вуглець, мідь, вода та пластики ще слабше відштовхуються від магніту. Проникність діамагнітних матеріалів менша за проникність вакууму. Усі речовини, які не мають одного з інших типів магнетизму, є діамагнітними; до них належить більшість речовин. Сили, що діють діамагнітні об'єкти від звичайного магніту, занадто слабкі. Однак у сильних магнітних полях надпровідних магнітів діамагнітні матеріали, наприклад, шматочки свинцю можуть парити. Ну, а оскільки вуглець і вода є діамагнітними речовинами, то в потужному магнітному полі можуть парити навіть і органічні об'єкти. Наприклад, живі жаби та миші.
41. Електромагнітна індукція- явище виникнення електричного струму в замкнутому контурі за зміни магнітного потоку, що проходить через нього.
Закон Фарадея:Для будь-якого замкнутого контуру індукована електрорушійна сила (ЕРС) дорівнює швидкості зміни магнітного потоку, що проходить через цей контур.
Правило Ленца:виникаючі в замкнутому котурі індуктивний струм своїм магнітним полем протидіє зміні магнітного потоку яким він викликаний.
Якщо помістити в магнітне поле провідник і переміщати його так, щоб він при своєму русі перетинав силові лінії поля, то у провіднику виникне електрорушійна сила, яка називається ЕРС індукції. ЕРС індукції виникне у провіднику і в тому випадку, якщо сам провідник залишиться нерухомим, а переміщатиметься магнітне поле, перетинаючи провідник своїми силовими лініями. Якщо провідник, в якому наводиться ЕРС індукції, замкнути на будь-який зовнішній ланцюг, то під дією цієї ЕРС ланцюгом потече струм, званий індукційним струмом. Явище індукції ЕРС у провіднику при перетині його силовими лініями магнітного поля називається електромагнітною індукцією. Отже, величина ЕРС індукції, що виникає у провіднику за його руху на магнітному полі, прямо пропорційна індукції магнітного поля, довжині провідника і його переміщення.
42. Самоіндукція -виникнення ЕРС індукції в замкнутому провідному контурі при зміні струму, що протікає по контуру.
Індуктивність (або коефіцієнт самоіндукції)- Коефіцієнт пропорційності між електричним струмом, що тече в якому-небудь замкнутому контурі, і магнітним потоком, створюваним цим струмом через поверхню, краєм якої є цей контур.
Самоіндукція - явище виникнення ЕРС індукції в ел.ланцюзі в результаті зміни сили струму. При цьому ЕРС називається ЕРС самоіндукції
ЯкщоI - сила струму,U - напруга, aR - Опір, то
I =
Цей закон носитьназва закону Ома , на ім'я вченого, що його відкрив.
Часто буває потрібно регулювати силу струму в ланцюзі. І тому використовуються спеціальні прилади, звані реостатами. У реостаті дріт, виготовлений з матеріалу з великим питомим опором, намотаний на керамічний циліндр. Над обмоткою розташований металевий стрижень, яким може переміщатися контакт. Контакт притискається до обмотування; при його переміщенні змінюється довжина обмотки, якою проходить струм, і відповідно опір реостата. Реостат та його умовне позначення на схемах показані на малюнку 17.
Закон ома для повного ланцюга
Нехай за часt через поперечний переріз провідника пройде електричний зарядq. Тоді роботу сторонніх сил під час переміщення заряду можна записати так:
Аст = q.
Відповідно до визначення сили струму
q = It.
Тому
Аст = It .
При виконанні цієї роботи на внутрішньому та зовнішньому ділянках ланцюга, опори якихR іr , виділяється деяка кількість теплотиQ . За законом Джоуля-Ленца воно одно:
Q = I Rt + I r.
Відповідно до закону збереження енергії
A = Q.
Отже,
= IR + I r.
Добуток сили струму на опір ділянки ланцюга часто називають падінням напруги на цій ділянці. Таким чином, ЕРС дорівнює сумі падінь напруги на внутрішньому і зовнішньому ділянках замкнутого ланцюга. Зазвичай цей вислів записують так:
I = /( R + r ).
Цю залежність досвідченим шляхом отримав Г. Ом, і називається вона законом Ома для повного ланцюга і читається так:
Сила струму в повному ланцюзі прямо пропорційна ЕДС джерела струму і обернено пропорційна повному опору ланцюга.
При розімкнутому ланцюгу ЕРС дорівнює напрузі на затискачах джерела і, отже, може бути виміряна вольтметром.
f214. Ядерні сили
До складу ядра входять протони, що зазнають взаємного кулонівського відштовхування, і нейтрони. Стійкість ядер, які розлітаються під впливом кулонівських сил відштовхування, свідчить у тому, що у ядрах діють специфічні сили тяжіння, звані ядерними силами. Ядерні сили не можуть бути звичайними силами кулонівської взаємодії. Кулонівська взаємодія між протоном і протоном зводиться до відштовхування, а між нейтроном та протоном, нейтроном та нейтроном відсутня. Електричні сили залежать від заряду та малі порівняно з ядерними. Гравітаційні сили також можуть утримувати частки в ядрі, оскільки вони занадто малі. Наприклад, гравітаційна взаємодія двох протонів у 1036 разів менша від їхньої кулонівської взаємодії. У ролі ядерних сил що неспроможні виступати й сили магнітного взаємодії. Розрахунки " показують, що енергія " магнітного взаємодії, наприклад протона і нейтрону в ядрі атома дейтерію |Н, становить близько 0,1 МеВ, що менше енергії зв'язку нуклонів в ядрі (2,2 МеВ).
Все це говорить про те, що ядерні сили не можуть бути зведені ні до електричних, ні до магнітних, ні до гравітаційних, а є специфічним видом сил.
Взаємодія між нуклонами у ядрі є прикладом сильних взаємодій – взаємодій через ядерні сили.