скачать doc
Урок 2. ЭДС
Д
ля существования постоянного тока необходимо наличие в электрической цепи устройства, способного создавать и поддерживать разности потенциалов на участках цепи за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Такие устройства называются источниками постоянного тока. Силы неэлектрического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются сторонними силами.Природа сторонних сил может быть различной. В гальванических элементах или аккумуляторах они возникают в результате электрохимических процессов, в генераторах постоянного тока сторонние силы возникают при движении проводников в магнитном поле. Источник тока в электрической цепи играет ту же роль, что и насос, который необходим для перекачки жидкости в замкнутой гидравлической системе.
П
од действием сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля. В остальной цепи их приводит в движение электрическое поле. Направление тока от + к – источника.
При перемещении электрических зарядов по цепи постоянного тока сторонние силы, действующие внутри источников тока, совершают работу.
Э
лектродвижущая сила источника (ЭДС) - работа Aст сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда q от отрицательного полюса источника тока к положительному. Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).
Закон Ома для полной цепи
С
ила тока в полной цепи равна электродвижущей силе источника, деленной на сумму сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи. r – внутреннее сопротивление источника тока
R – внешнее сопротивление (сопротивление цепи)
Если внешняя цепь разомкнута, то U =
, т. е. разность потенциалов на полюсах разомкнутой батареи равна ее ЭДС.Если внешнее нагрузочное сопротивление R включено и через батарею протекает ток I, разность потенциалов на ее полюсах становится равной U =
– Ir.К
ороткое замыканиеR = 0
Сила тока короткого замыкания Iк =
/rСила тока короткого замыкания – максимальная сила тока, которую можно получить от данного источника с электродвижущей силой
и внутренним сопротивлением r.П
равила Кирхгофа для разветвленных цепейУзлы – точки, в которых сходятся не менее трех проводников.
Токи, втекающие в узел, принято считать положительными; токи, вытекающие из узла – отрицательными.
В узлах цепи постоянного тока не может происходить накопление зарядов.
Отсюда следует первое правило Кирхгофа:
Алгебраическая сумма сил токов для каждого узла в разветвленной цепи равна нулю: I1 + I2 + I3 + ... + In = 0
Первое правило Кирхгофа является следствием закона сохранения электрического заряда.
В
разветвленной цепи всегда можно выделить некоторое количество замкнутых путей. Такие замкнутые пути называются контурами. На разных участках выделенного контура могут протекать различные токи. В цепи можно выделить три контура abcd, adef и abcdef. Из них только два являются независимыми (например, abcd и adef), так как третий не содержит никаких новых участков.
Второе правило Кирхгофа является следствием обобщенного закона Ома.
З
апишем обобщенный закон Ома для участков, составляющих один из контуров цепи, изображенной на рис, например, abcd. Для этого на каждом участке нужно задать положительное направление тока и положительное направление обхода контура. При записи обобщенного закона Ома для каждого из участков необходимо соблюдать определенные «правила знаков». Для контура abcd обобщенный закон Ома записывается в виде:
для участка bc: I1R1 = Ubc –
1;для участка da: I2R2 = Uda –
2.I1R1 + I2R2 = Ubc + Uda –
1 + 2 = –1 – 2.Для контура adef можно записать: – I2R2 + I3R3 =
2 + 3.Второе правило Кирхгофа: алгебраическая сумма произведений сопротивления каждого из участков любого замкнутого контура разветвленной цепи постоянного тока на силу тока на этом участке равна алгебраической сумме ЭДС вдоль этого контура.
Первое и второе правила Кирхгофа, записанные для всех независимых узлов и контуров разветвленной цепи, дают в совокупности необходимое и достаточное число алгебраических уравнений для расчета электрической цепи. Для цепи, изображенной на рис, система уравнений для определения трех неизвестных токов I1, I2 и I3 имеет вид:
I1R1 + I2R2 = –
1 – 2,– I2R2 + I3R3 =
2 + 3,– I1 + I2 + I3 = 0.
Таким образом, правила Кирхгофа сводят расчет разветвленной электрической цепи к решению системы линейных алгебраических уравнений.
Если в результате решения сила тока на каком-то участке оказывается отрицательной, то это означает, что ток на этом участке идет в направлении, противоположном выбранному положительному направлению.