Закон Ома для ділянки електричного кола

Найпростіше електричне коло може складатися з джерела струму, споживача опору R, з’єднувальних провідників, амперметра і вольтметра.
Закон Ома для ділянки електричного кола: на деякій ділянці кола сила струму I прямо пропорційна напрузі U і обернено пропорційна опору R ділянки:
. 

Електричний опір[ред. • ред. код]

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.

Електри́чний о́пір — властивість провідника створювати перешкоди проходженню електричного струму.

Позначається здебільшого латинською літерою R, одиниця опору в СІ - Ом.

Електричний опір використовується у випадках лінійної залежності електричного струму в провіднику від прикладеної напруги, й є коефіцієнтом пропорційності між падінням напруги U й силою струму I

.

Опір - це величина, яка характеризує спроможність елемента перетворювати електричну енергію на тепло

 

Електри́чний струм (англ. electric current) — упорядкований рух електричних зарядів у просторі.

Загальна характеристика[ред. • ред. код]

Заряди, які створюють електричний струм, називають носіями струму: у металах це електрони, у напівпровідниках — електрони та дірки, в електролітах — позитивно та негативно заряджені йони, в іонізованих газах — йони й електрони.

Упорядкований рух носіїв струму в електропровідному середовищі під дією електричного поля називають струмом провідності. Якщо рух зарядів відбувається разом з тілом, на якому вони знаходяться, то такий струм називають конвекційним. Прикладом конвекційних струмів є струми, які виникають при падінні заряджених краплин води в атмосфері під дією сили тяжіння. Короткочасні електричні струми виникають, також, у діелектриках внаслідок зміщення зв'язаних електричних зарядів під дією зовнішнього електричного поля. Такі струми називають струмами поляризації.

За напрямок струму вибирають рух позитивно заряджених частинок. Таким чином, напрямок струму в металевих провідниках є протилежним до напрямку руху електронів.

Кількісні характеристики[ред. • ред. код]

Сила та густина струму[ред. • ред. код]

Кількісно електричний струм характеризується диференційною векторною величиною густиною струму, або у випадку струму в дротах — інтегральноювеличиною силою струму.

Густиною струму називають векторну величину, що визначається, як величина заряду, яка протікає через одиничну площу за одиницю часу. Вона позначається, зазвичай, латинською літерою . Напрямок густини струму визначається напрямком потоку заряду. Згідно із законом Ома у диференціальній формі густина струму у середовищі є пропорційною до напруженості електричного поля та питомої електропровідності середовища :

Силою струму (в електротехніці — струмом), що протікає через провідник з площею поперечного перетину називається величина, яка відповідає кількості заряду , переміщеному через перетин провідника за проміжок часу :

.

У системі СІ сила струму вимірюється в амперах (позначається: А). Відповідно, густина струму вимірюється в A/м²^[1].

Якщо за кожен проміжок часу заряд , що переноситься є однаковим і напрямок струму незмінним, то такий струм називають постійним струмом (англ. direct current, DC).

У випадку, коли сила струму змінюється у часі, струм називають змінним (англ. alternating current, AC) і описують миттєве значення сили струму так:

.

За законом Ома для ділянки кола сила струму є прямо пропорційною до напруги , прикладеної до цієї ділянки кола, і обернено пропорційною до їїопору :

Якщо на ділянці кола електричний струм є змінним, то напруга та сила струму змінюються і при гармонічному законі цих змін середні значення напруги і сили струму дорівнюють нулю. Однак середня потужність тепла, що виділяється є відмінною від нуля. Тому у цьому випадку застосовують наступні поняття:

· миттєве значення електричного струму — значення електричного струму в даний момент часу^[2];

· амплітудне значення електричного струму — найбільше абсолютне значення сили струму, що змінюється в часі за законом синуса;

· діюче значення (синусоїдального електричного) струму — середнє квадратичне значення електричного струму за період, яке дорівнює значенню постійного струму, який в тому ж резисторі, що й змінний електричний струм, за один і той же проміжок часу виділяє одну й ту ж кількість тепла^[3].

Потужність[ред. • ред. код]

При наявності струму в провіднику виконується робота на подолання сил електричного опору. Електричний опір довільного провідника містить дві складові:

· активний опір — опір, проходження струму через який супроводжується виділенням тепла;

· реактивний опір — характеризує опір проходженню змінного струму, обумовлений електричною ємністю та індуктивністю кола чи його ділянки.

Зазвичай, більша частина втрат енергії електричного струму при його протіканні по провіднику проявляється у вигляді виділення тепла. потужністютеплових втрат називається величина, що дорівнює кількості тепла, що виділилось за одиницю часу. Згідно із законом Джоуля — Ленца потужність теплових втрат у провіднику є пропорційною до сили струму, що проходить через нього, та прикладеній напрузі:

Потужність вимірюється у ватах (Вт).

У суцільному середовищі питома потужність втрат визначається скалярним добутком вектора густини струму та вектора напруженості електричного поля у заданій точці:

Питома потужність вимірюється у ватах на кубічний метр (Вт/м²).

Опір випромінювання викликається утворенням електромагнітних хвиль навколо провідника. Цей опір перебуває у складній залежності від форми, розмірів і матеріалу провідника, від довжини хвиль, що випромінюються, діелектричної і магнітної проникності навколишнього середовища та властивостей простору, у який відбувається випромінювання. Для одиночного прямолінійного провідника, довжина якого суттєво менша від довжини електромагнітних хвиль потужність випромінювання є суттєво меншою у порівнянні з потужністю теплових втрат. Це є характерним для невеликих частот, наприклад, 50 Гц. Однак із зростанням частоти довжина хвилі зменшується, відповідно зростає потужність випромінювання. Провідник, що здатен випромінювати помітну енергію, називається антеною.

Період та частота[ред. • ред. код]

Поняття періоду та частоти стосуються змінного струму, що періодично змінює силу та/або напрям у тому числі промислового, що змінюється за гармонічним законом.

Період електричного струму — найменший інтервал часу, через який повторюються миттєві значення періодичного електричного струму^[3][2].

Частота електричного струму — величина, обернена до періоду електричного струму^[3]. Частота струму вимірюється в герцах (Гц).

 

 

15. Електрорушійна сила — кількісна міра роботи сторонніх сил із переміщення заряду, характеристика джерела струму.

Позначається здебільшого літерою , вимірюється в системі СІ у Вольтах. Зазвичай електрорушійна сила скорочується в текстах до е.р.с.

Електрорушійна сила ділянки кола дорівнює енергії, яку отримує одиничний заряд, пройшовши цю ділянку кола.

Для замкненого кола

,

де — стороння сила.

 

Закон Ома для повного кола

Ноябрь 7th, 2012 admin

Êîëî, ÿêå º çàìêíåíèì àáî ïîâíèì, ñêëàäàºòüñÿ ç âíóòð³øíüî¿ ÷àñòèíè (äæåðåëà ÅÐÑ) ³ çîâí³øíüî¿, ÿêà ç’ºäíóº ïîëþñè äæåðåëà. Äæåðåëî ÅÐÑ, ÿê ³ áóäü-ÿêèé ïðîâ³äíèê, ìຠïåâíèé îï³ð, ÿêèé íàçèâàºòüñÿ âíóòð³øí³ì îïîðîì ³ ïîçíà÷àþòü çâè÷àéíî r.

 

Ìîæíà ïðèïóñòèòè, ùî äî äæåðåëà åëåêòðè÷íî¿ åíåð㳿 ç åëåêòðîðóø³éíîþ ñèëîþ ³ âíóòð³øí³ì îïîðîì r ïðèºäíàíî îï³ð R.

 

Íåõàé çà ÷àñ t ÷åðåç ïîïåðå÷íèé ïåðåð³ç ïðîâ³äíèêà ïðîéäå çàðÿä q=I.t.
Òîä³ ðîáîòà ñòîðîíí³õ ñèë ç ïåðåì³ùåííÿ çàðÿäó q:

Çà ðàõóíîê ö³º¿ ðîáîòè íà çîâí³øí³õ ³ âíóòð³øí³õ îïîðàõ âèä³ëÿºòüñÿ ê³ëüê³ñòü òåïëîòè ð³âíà:

 

Q=I²(R+r)t

Çã³äíî çàêîíó çáåðåæåííÿ åíåð㳿 A=Q, àáî It=I²(R+r)t, çâ³äêè IR+Ir.
Òåïåð ìîæíà ñêàçàòè, ùî ÅÐÑ äîð³âíþº ñóì³ ñïàä³â íàïðóã íà çîâí³øí³õ ³ âíóòð³øí³õ îïîðàõ çàìêíóòîãî êîëà. Ñèëà ñòðóìó â çàìêíóòîìó êîë³ ïðÿìî ïðîïîðö³éíà ÅÐÑ äæåðåëà ñòðóìó ³ îáåðíåíî ïðîïîðö³éíà ñóì³ çîâí³øí³õ ³ âíóòð³øí³õ îïîð³â. Öå º çàêîí Îìà äëÿ ïîâíîãî (çàìêíóòîãî) êîëà. Îòæå, ñèëà ñòðóìó â êîë³ çàëåæèòü â³ä òðüîõ âåëè÷èí, äâ³ ç ÿêèõ (ÅÐÑ ³ âíóòð³øí³é îï³ð) õàðàêòåðèçóþòü äæåðåëî, à òðåòÿ – çàëåæèòü â³ä ñàìîãî êîëà. ßêùî êîðèñòóâàòèñÿ ïåâíèì äæåðåëîì åëåêòðè÷íî¿ åíåð㳿, òî q ³ r ìîæíà ââàæàòè ñòàëèìè âåëè÷èíàìè.

 

Äëÿ íàáëèæåíîãî âèì³ðþâàííÿ ÅÐÑ äæåðåëà, âîëüòìåòð ïðèºäíóþòü äî ïîëþñ³â äæåðåëà ïðè ðîç³ìêíóòîìó çîâí³øíüîìó êîë³. Ïðè öüîìó âîëüòìåòð ïîêàçóº ñïàä íàïðóãè IR íà ñàìîìó ñîá³, à îñê³ëüêè îï³ð âîëüòìåòðà äóæå âåëèêèé, òî ïðè öüîìó R>>r ³ U=IR. ×èì á³ëüøèé îï³ð âîëüòìåòðà ïîð³âíÿíî ç âíóòð³øí³ì îïîðîì äæåðåëà ñòðóìó, òèì òî÷í³øå çíà÷åííÿ ä³ñòàíåìî äëÿ ÅÐÑ.

Закон Джоуля - Ленца

Роботу, яку виконує джерело струму з ЕРС, визначають за формулою:

Енергія джерела струму перетворюється частково або повністю у внутрішню енергію провідника або в механічну енергію. Скориставшись законом Ома, роботу можна виразити через силу струму або напругу:

Потужність електричного струму дорівнює відношенню роботи А до часу t, протягом якого вона виконується:

Одиницею потужності в СІ є Ват (Вт).

Якщо по провіднику проходить струм, то провідник нагрівається. Англійський вчений Дж. П. Джоуль і російський вчений Е. Х. Ленц встановили закон (Джоуля – Ленца): кількість теплоти, що виділяється в провіднику зі струмом, пропорційна силі струму, напрузі і часу проходження струму:

При відсутності сторонніх сил: