1. Электродвижущая сила (эдс) E характеризует способность стороннего поля вызывать электрический ток и численно равна работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда по замкнутому контуру
E = 
где E – электродвижущая сила, В; Aст – работа сторонних сил, Дж; Q – заряд, Кл.2
2.Электрический ток – направленное движение свободных носителей заряда. Характеристикой электрического тока является сила тока i, равная скорости изменения электрического заряда.
I = 
Для постоянного тока
I = 
где Q – весь заряд, переносимый за время t.
Из последнего соотношения определяется единица измерения силы тока
[ I ] = = [ 
]= A
3 Напряжение – скалярная величина, равная линейному интегралу напряженности электрического поля
U = ∫EdI
т.е. напряжение – это работа сил кулоновского поля, затрачиваемая на перенос единицы положительного заряда
U = 
где U – напряжение, В.
4 Электрический потенциал и разность потенциалов. Электрическое напряжение вдоль пути вне источника между точками a и b называют также разностью потенциалов Uab = φa – φb между этими точками. Однозначно определяется только разность потенциалов, равная соответствующему напряжению. Чтобы определить потенциал, нужно придать нулевое значение потенциалу одной из точек цепи (например, узлу), тогда потенциал любой другой точки будет равен напряжению между этой точкой и точкой, потенциал которой выбран равным нулю.
5. Электрическое сопротивление. Сопротивление внешнего участка цепи (вне источников) равно отношению постоянного напряжения на участке к току в нем
R = 
где R – сопротивление, Ом.
Для проводов сопротивление определяется по формуле:
R = p 
где ρ – удельное сопротивление, Ом·м; S – площадь поперечного сечения провода, м2; L – длина провода, м.
Сопротивление проводов, резисторов зависит от температуры t окружающей среды
R = R20[1 + α(t – 20o)],
где R20 – сопротивление при температуре 20°С; α – температурный коэффициент сопротивления. Значения ρ и α приводятся в справочниках.
6. Электрическая проводимость – величина обратная сопротивлению
G = 
Единица проводимости
[G] = 
= 
= 
=Cм.
Примеры решения задач
I. В цепи постоянного тока (рис. 1.) напряжением U = 110 В непрерывно в течение одних суток горят лампы H1 и H2 мощностью 60 Вт и 40 Вт соответственно. Определить токи ламп, общий ток в цепи, сопротивление нитей накала горящих ламп и стоимость энергии, полученной лампами от сети питания, если стоимость 1 кВт ⋅ ч электроэнергии равна Х рублей.
Рис.1
Решение. К каждой из ламп приложено напряжение 110 В. Токи в лампах H1 и H2 соответственно
| №вар./данные задачи | ||||||||||
| U = 110 В | ||||||||||
| H1 | ||||||||||
| H2 | ||||||||||
| Определить токи ламп, общий ток в цепи, сопротивление нитей накала горящих ламп и стоимость энергии, полученной лампами от сети питания, если стоимость 1 кВт ⋅ ч электроэнергии равна Х рублей |
ЗАКОН ОМА
1 В электрической цепи за положительное направление эдс Е принимается направление, совпадающее с силой, действующей на положительный заряд, т.е. от «–» источника к «+» источника питания. За положительное направление напряжения U принято направление, совпадающее с направлением действия электрического поля, т.е. от «+» к «–» источника.
Электродвижущая сила источника в электрической цепи может иметь одинаковое и противоположное направление с током. В первом случае источник эдс работает в режиме генератора, т.е. является источником электрической энергии. При этом эдс оказывается больше напряжения на его зажимах (Е > U). При направлении эдс в цепи противоположно току источник становится потребителем электрической энергии, и эдс оказывается меньше напряжения U на зажимах источника (Е < U) на величину внутреннего падения напряжения IRвт, где Rвт – внутреннее сопротивление источника.
При расчетах электрических цепей реальные источники электрической энергии заменяются схемами замещения. Схема замещения источника эдс содержит эдс и внутреннее сопротивление Rвт источника, которое много меньше сопротивления Rн потребителя электроэнергии (Rвт << Rн). При расчетах часто приходится внутреннее сопротивление источника эдс приравнивать нулю.
2.В идеализированном источнике эдс падение напряжения на внутреннем сопротивлении
IRвт = 0, при этом напряжение на зажимах источника U = const не зависит от тока I и равно эдс источника (U = E). В этом случае источник электроэнергии работает в режиме, близком к режиму холостого хода.
3.В источниках тока внутреннее сопротивление во много раз превосходит сопротивление потребителя электроэнергии (Rвт >> Rн), при этом в источнике тока ток является величиной практически постоянной, не зависящей от нагрузки (j = const).
4.Реальный источник электрической энергии можно представить в схеме замещения последовательным соединением идеального источника эдс и внутреннего сопротивления Rвт или параллельным соединением идеального источника тока и внутренней проводимости
При расчетах электрических цепей источник тока может быть заменен эквивалентным источ-
ником эдс, и наоборот, что в ряде случаев упрощает расчет.
5. Для участка цепи, не содержащего источник энергии (например, для схемы пассивного участка на рис. 1.2.1), связь между током I и напряжением U12 определяется законом Ома для участка цепи
6. На основании закона сохранения энергии мощность, развиваемая источниками электрической энергии, должна быть равна мощности преобразования в цепи электрической энергии в другие виды энергии
Приведенное равенство называется балансом мощностей электрической цепи.
Если положительное направление тока совпадает с направлением эдс и в результате расчета получено положительное значение тока, то источник вырабатывает (генерирует) электрическую энергию, т.е. работает в режиме генератора. Если же получено отрицательное значение тока, то произведение EI отрицательно, т.е. источник работает в режиме потребителя и является приемником электрической энергии (например, электродвигатель, аккумулятор в режиме зарядки).
7. Коэффициент полезного действия (кпд) электрической цепи – это отношение мощности приемника (полезной) к суммарной мощности всех потребителей
8. Потенциальной диаграммой называется график зависимости.φ(R), построенный при обходе контура или участка цепи. Потенциальную диаграмму строят в прямоугольной системе координат, при этом по оси абсцисс откладывают в соответствующем масштабе сопротивления всех участков цепи, а по оси ординат – потенциалы соответствующих точек. При построении потенциальной диаграммы одна из точек цепи (произвольно) условно заземляется, т.е. принимается, что потенциал ее φ=0. На диаграмме эта точка помещается в начале координат.
9. Правила, определяющие характер изменения потенциала:
• на участке, где действует эдс, потенциал возрастает в направлении действия эдс;
• на участке, где величина сопротивления и напряжения совпадает с током, потенциал понижается по ходу тока и повышается против тока, так как ток направлен от большего потенциала к меньшему.
Примеры решения задач
II. Для цепи (рис. 2) заданы: Е = 100 В; Rвт = 1 Ом; Rл = 3 Ом;
Rн = 6 Ом. Определить показания приборов.
Рис.2
Решение. Ток в цепи (показания амперметра) определен из уравнения, полученного из обобщенного закона Ома при условии, что U12 = 0, т.е. для замкнутой электрической цепи
Применяя закон Ома для пассивного участка цепи, находим показания второго вольтметра
| №вар./данные задачи | ||||||||||
| Е(в) = 100 в | ||||||||||
| RВТ(ом) | ||||||||||
| RЛ(ом) | ||||||||||
| RН(ом) | ||||||||||
Определить показания приборов 
|