Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи.
Урок 10 класс
Соединим проводником два металлических шарика, несущих заряды противоположных знаков.
Под влиянием электрического поля этих зарядов в проводнике возникает электрический ток.
Но этот ток будет очень кратковременным.
Заряды быстро нейтрализуются, потенциалы шариков станут одинаковыми, и электрическое поле исчезнет.
Сторонние силы
Для того чтобы ток был постоянным, надо поддерживать постоянное напряжение между шариками.
Для этого необходимо устройство (источник тока), которое перемещало бы заряды от одного шарика к другому в направлении, противоположном направлению сил, действующих на эти заряды со стороны электрического поля шариков.
В таком устройстве на заряды, кроме электрических сил, должны действовать силы неэлектрического происхождения.
Одно лишь электрическое поле заряженных частиц (кулоновское поле) не способно поддерживать постоянный ток в цепи.
Сторонние силы приводят в движение заряженные частицы внутри всех источников тока: в генераторах на электростанциях,
в гальванических элементах,
аккумуляторах и т.д.
Генератор переменного тока, Россия
Аккумулятор, Тюмень
Гальванические элементы, СССР
При замыкании цепи создаётся электрическое поле во всех проводниках цепи.
Внутри источника тока заряды движутся под действием сторонних сил против кулоновских сил (электроны от положительного заряженного электрода к отрицательному), а во всей остальной цепи их приводит в движение электрическое поле.
Природа сторонних сил
Источники тока
Сторонняя сила
Генератор электростанции
Сила, действующая со стороны магнитного поля на электроны в движущимся проводнике
Гальванический элемент
(элемент Вольта)
Химические силы, растворяющие цинк в растворе серной кислоты
Электродвижущая сила
Действие сторонних сил характеризуется важной физической величиной, называемой электродвижущей силой (сокращённо ЭДС ).
Электродвижущая сила в замкнутом контуре представляет собой отношение работы сторонних сил при перемещении заряда вдоль контура к заряду:
ЭДС выражают в вольтах: [Ɛ] = Дж/Кл = В
Рассмотрим простейшую полную (замкнутую) цепь, состоящую из источника тока и резистора сопротивлением R.
Ɛ – ЭДС источника тока,
r – внутреннее сопротивление источника тока,
R – внешнее сопротивление цепи,
R + r – полное сопротивление цепи.
Закон Ома для замкнутой цепи связывает силу тока в цепи, ЭДС и полное сопротивление R + r цепи.
Установим эту связь теоретически пользуясь законами сохранения энергии и Джоуля – Ленца.
Пусть за время через поперечное сечение проводника пройдёт электрический заряд.
При совершении этой работы на внутреннем и внешнем участках цепи выделяется количество теплоты, равное согласно закону Джоуля – Ленца:
Q = I²∙R∙∆t + I²∙r∙∆t
Cила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к её полному сопротивлению .
0. Для данной цепи: Ɛ = Ɛ₁ - Ɛ₂ + Ɛ₃ и Rп = R + r₁ + r₂ + r₃ Если Ɛ 0 , то I 0 → направление тока совпадает с направлением обхода контура. " width="640"
Если цепь содержит несколько последовательно соединённых элементов с ЭДС Ɛ₁, Ɛ₂, Ɛ₃ и т.д., то полная ЭДС цепи равна алгебраической сумме ЭДС отдельных элементов.
Для определения знака ЭДС выберем положительное направление обхода контура.
Если при обходе цепи переходят от «-» полюса к «+», то ЭДС Ɛ 0.
Для данной цепи: Ɛ = Ɛ₁ - Ɛ₂ + Ɛ₃ и Rп = R + r₁ + r₂ + r₃
Если Ɛ 0 , то I 0 →
направление тока совпадает с направлением обхода контура.
Решение задач
- Чему равно напряжение на клеммах гальванического элемента с ЭДС, равной Ε, если цепь разомкнута?
- Чему равна сила тока при коротком замыкании аккумулятора с ЭДС Ε = 12 В и внутренним сопротивлением r = 0,01 Ом?
- Батарейка для карманного фонаря замкнута на резистор переменного сопротивления. При сопротивлении резистора, равном 1,65 Ом, напряжение на нём равно 3,30 В, а при сопротивлении, равном 3,50 Ом, напряжение равно 3,50 В. Определите ЭДС и внутреннее сопротивление батарейки.
- Источники тока с ЭДС 4,50 В и 1,50 В и внутренними сопротивлениями 1,50 Ом и 0,50 Ом, соединённые, как показано на рисунке (15.13), питают лампу от карманного фонаря. Какую мощность потребляет лампа, если известно, что сопротивление её нити в нагретом состоянии равно 23 Ом?
Список литературы:
- Г.Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев «Физика» 10 класс, «ПРОСВЕЩЕНИЕ», Москва 2001г.
Закон Ома для замкнутой цепи. Источники тока. Для получения в электрической цепи постоянного тока на заряды должны действовать какие-либо силы, отличные от (кулоновских) сил электростатического поля. Такие силы получили название сторонних сил. Характеристикой действия сторонних сил является электродвижущая сила (ЭДС), которая численно равна работе сторонних сил по перемещению единичного положительного (пробного) заряда по замкнутой цепи или, другими словами, определяется работой сторонних сил по перемещению заряда по замкнутому контуру, отнесенной к величине этого заряда, ЭДС измеряется в вольтах. Участок цепи, на котором есть ЭДС, называют неоднородным участком цепи. Внутри источника заряды движутся против кулоновских сил под действием сторонних сил, а во всей остальной цепи их приводят в движение электрическое поле. Такими источниками могут быть гальванические элементы, аккумуляторы, электрические генераторы постоянного тока. ЭДС источника тока равна электрическому напряжению на его зажимах при разомкнутой цепи. Из закона сохранения энергии следует, что работа сторонних сил равна выделившемуся в цепи количеству теплоты Q = I2 ? R0 ? ?t где R0 = R + r – полное сопротивление цепи, а R – сопротивление внешней цепи, r – внутреннее сопротивление источника. Тогда? ? I ? ?t = I2 ? (R + r) ?t.
Слайд 2
Сторонние силы Электродвижущая сила Внешняя часть цепи Внутренняя часть цепи Источник тока Понятия и величины:
Слайд 3
Законы: Ома для замкнутой цепи
Слайд 4
Ток короткого замыкания Правила электробезопасности в различных помещениях Плавкие предохранители Аспекты жизнедеятельности человека:
Слайд 5
Электродвижущая сила. Закон Ома для замкнутой цепи. Источники тока. Для получения в электрической цепи постоянного тока на заряды должны действовать какие-либо силы, отличные от (кулоновских) сил электростатического поля. Такие силы получили название сторонних сил. Характеристикой действия сторонних сил является электродвижущая сила (ЭДС), которая численно равна работе сторонних сил по перемещению единичного положительного (пробного) заряда по замкнутой цепи или, другими словами, определяется работой сторонних сил по перемещению заряда по замкнутому контуру, отнесенной к величине этого заряда, ЭДС измеряется в вольтах. Участок цепи, на котором есть ЭДС, называют неоднородным участком цепи. Внутри источника заряды движутся против кулоновских сил под действием сторонних сил, а во всей остальной цепи их приводят в движение электрическое поле. Такими источниками могут быть гальванические элементы, аккумуляторы, электрические генераторы постоянного тока. ЭДС источника тока равна электрическому напряжению на его зажимах при разомкнутой цепи. Из закона сохранения энергии следует, что работа сторонних сил равна выделившемуся в цепи количеству теплоты Q = I2 ∙ R0 ∙ ∆t где R0 = R + r – полное сопротивление цепи, а R– сопротивление внешней цепи, r– внутреннее сопротивление источника. Тогда ε ∙ I ∙ ∆t = I2 ∙ (R + r) ∆t
Слайд 6
Отсюда получаем закон Ома для полной цепи: Сила тока в полной цепи равна электродвижущей силе источника, деленной на сумму сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи. В том случае, когда сопротивление внешней цепи стремится к нулю, в цепи возникает ток короткого замыкания – максимально возможный ток в данном источнике Сила тока короткого замыкания – максимальная сила тока, которую можно получить от данного источника с электродвижущей силой и внутренним сопротивлением r. У источников с малым внутренним сопротивлением ток короткого замыкания может быть очень велик и вызывать разрушение электрической цепи или источника. Например, у свинцовых аккумуляторов, используемых в автомобилях, сила тока короткого замыкания может составлять несколько сотен ампер. Особенно опасны короткие замыкания в осветительных сетях, питаемых от подстанций (тысячи ампер). Чтобы избежать разрушительного действия таких больших токов, в цепь включаются предохранители или специальные автоматы защиты сетей. У гальванических элементов сила тока короткого замыкания небольшая и поэтому он для них не очень опасен.
Описание презентации по отдельным слайдам:
1 слайд
Описание слайда:
2 слайд
Описание слайда:
1.На концы цепи подано напряжение 10В.Определите Силу тока в каждом резисторе если R1=R2 =2 Ом,R3= 9 Ом. 2.В сеть с напряжением 220В включен электрочайник мощностью 150Вт.Определите силу тока в его спирали, сопротивление спирали. Вариант 2 Проводник длиной 200м и сечением 2 мм 2 включен в цепь с напряжением 12 В.Какова сила тока в цепи? Два резистора сопротивлением 10 и 50 Ом включены в цепь параллельно. В неразветвленной части цепи ток составляет 6 А.Определите напряжение на каждом резисторе и ток, текущий в каждом проводнике.
3 слайд
Описание слайда:
Источник тока. Электрический ток может возникнуть, если металлическим проводом соединить разноименно заряженные шары или пластины конденсатора. Однако такой электрический ток оказывается кратковременным: так как недостаток и избыток электронов на пластинах компенсируется перемещающимися электронами, то электрическое поле, движущее заряды, ослабевает до нуля.
4 слайд
Описание слайда:
Для дополнительного поддержания тока в проводниках используется устройство, которое называется источником тока. Внутри источника тока происходит перераспределение положительных и отрицательных зарядов, так что на двух клеммах источника тока возникает избыток положительных и отрицательных зарядов (клемма «+» и клемма «–»). Силы неэлектростатической природы, осуществляющие такое разделение зарядов, называются сторонними силами. При контакте металлического проводника с клеммами источника тока на поверхности провода очень быстро устанавливается такое распределение зарядов, что внутри проводника возникает постоянное электрическое поле напряженностью, направленной вдоль его оси. Сила тока во всем проводнике при этом становится постоянной, заряды перемещаются по замкнутой цепи.
5 слайд
Описание слайда:
Всякий источник тока принято характеризовать работой сторонних сил Aст, которую они совершают при таком перемещении заряда q внутри источника. Отношение называется электродвижущей силой (ЭДС) источника тока. Выражается ЭДС в вольтах (1 В= 1 Дж/1 Кл), как и разность потенциалов.
6 слайд
Описание слайда:
Таблица "Виды источников тока и принцип их действия" Электрофорная машина Механическое вращение непроводящих дисков с нанесенными проводящими участками, часть которых на одном из дисков электризуется трением, приводит к накоплению зарядов в специальном устройстве, называемом лейденской банкой. В настоящее время используется в основном для демонстрационных опытов, требующих контролируемого генерирования больших (до десятков тысяч вольт) напряжений Гальванический элемент Два разных материала погружаются в раствор или другую проводящую среду. За счет необратимых химических реакций, идущих на границе «раствор – твердое тело», происходит накопление электронов или заряженных ионов на электродах. В гальванических элементах происходит необратимое превращение энергии химических связей, накопленной при синтезе этих веществ, в энергию разделенных зарядов
7 слайд
Описание слайда:
Солнечная батарея При освещении некоторых полупроводниковых материалов, находящихся в контакте с металлами, происходит перемещение электронов с металла на полупроводник. Пьезоэлемент При механической деформации некоторых кристаллов (например, кварца) происходит перемещение электронов из одной области кристалла в другую
8 слайд
Загрузка...
