Вопрос №4 Понятие узла эл. цепи и 1-й закон Кирхгофа

Вопрос №1 Электрический ток, величина и направление тока, условия необходимые для поддержки электрического тока.

Электрическим током называется направленное, упорядоченное движение зарядов.

В металлах и их сплавах ток образуется за счет движения свободных электронов и поэтому их электропроводность называется электронной. Причиной создания электрического тока является электрическое поле. Значение тока, приходящиеся на 1ед площади поперечного сечения называется плотностью. Однако такое определение пригодно только для постоянного тока значение, которого не изменяется с течением времени.i=I=const i=q/t.

Значение тока переменного i(t) изменяющегося во времени определяется в дифференциальной форме: I(t) =dq/dt . Ток пропорционален скорости изменения электрического заряда во времени. Значение i(t) в различные моменты времени называется мгновенным током, а значение dq– мгновенным зарядом. Таким образом, ток может быть постоянным (неизменным во времени) или переменным. Заряд выражается в кулонах, время в секундах, ток в амперах. 1A=1Kл/1c. При постоянном токе в 1А через поперечное сечение проводника за промежуток времени, равный 1с, переносится заряд в 1 Кл. Необходимыми и обязательными условиями возникновения и поддержания тока являются:1. Разность потенциалов на зажимах электрической цепи; 2. Замкнутость электрической цепи.

Вопрос№2 Резистивное сопротивление и проводимость. Его физический смысл и единицы измерения. При замыкании электрической цепи возникает электрический ток. Свободные электроны под воздействием электрических сил поля передвигаются по проводнику, при этом они сталкиваются с атомами проводника и отдают им часть своей энергии, т.е. электроны, продвигаясь по проводнику всегда встречают с его стороны сопротивление своему движению. И при этом часть энергии движущихся электронов выделяется в виде тепла, проводник нагревается.Электрическое сопротивление обозначается буквой R или Ri. R=U/I.,где U – напряжение между двумя точками проводника, I – ток в проводнике, A. В системе Си сопротивление измеряется в Омах. 1Ом=1В/1А.Сопротивление равно 1 Ом если в проводнике при напряжении в 1В протекает ток в 1А. Сопротивление проводника зависит от материала, из которого он изготовлен, длины, площади поперечного сечения. R=p*(l/s), где p – удельное сопротивление материала (Ом*м), l – длинна (м), S – площадь поперечного сечения (м²). Величина обратная сопротивлению называется проводимостью, которая показывает свойство проводника проводить электрический ток. Q=1/R(См). Резистивные элементы не накапливают энергию, т.е. являются не энергоёмкими, в отличие от катушек индуктивности и конденсаторов. Специально изготовленные элементы, обладающие резистивным сопротивлением называются резисторами.

Вопрос №3 Закон Ома для участка цепи и замкнутой цепи, баланс мощностей. Закон Ома для участка цепи. Ток на участке цепи прямо пропорционален напряжению, приложенному к этому участку и обратно пропорционален сопротивлению этого участка. I=U/R; U=IR; R=U/I-для действующих значений; Im=Um/R; Um=IR; Rm=Um/Im- для амплитудных значений; Для размаха Ip=Up/R; Up=IpR; Rp=Up/Ip; Для мгновенных значений I=U/R; U=IR; R=U/I; Закон Ома для замкнутой цепи- ток на участке цепи прямо пропорционален ЭДС и обратно пропорционален полному сопротивлению цепи. E=I(R+Ri)=IR+IRi=U+Uo; U=IR; Uo=IR; E=U+Uo; U=E-Uo- то есть напряжение на внешнем участке цепи меньше ЭДС источника на величину падения напряжения на внутреннем участке электрической цепи. Баланс мощностей. Алгебраическая сумма мощностей, развиваемая всеми источниками, равна сумме мощностей рассеиваний на каждом сопротивлении цепи. P=EI=I₁²R₁+I₂²R₂+I₃²R₃+I₄²R₄+I₅²R₅+I₆²R₆+I₇²R₇+I₈²R₈+I₉²R₉+I₁₀²R₁₀+…+. Это свойство вытекает из закона сохранения энергии. Сравнение мощностей источников и мощностей в нагрузках называется балансом мощности. Алгебраическая сумма мощностей источников (учитывается направление ЭДС). Арифметическая сумма мощностей выделяемых в нагрузке(эта мощность всегда положительна независимо от направления тока).

Вопрос №4 Понятие узла эл. цепи и 1-й закон Кирхгофа

Узел-это место электрического соединения цепи трех и более ветвей. Первый закон Кирхгофа устанавливает соотношение между токами, втекающими в узел, и вытекающими из узла. Алгебраическая сумма токов в узле равна нулю ∑I=0 I1+I3+I5=I2+I4+I6; I1+I3+I5-I2-I4-I6=0. 2-й закон Кирхгофа применяется для замкнутых контуров электрических цепей и устанавливает связи между ЭДС, действующими в замкнутом контуре и падание напряжения на каждом участке данного контура. Алгебраическая сумма ЭДС в замкнутом контуре равна алгебраической сумме падений напряжений на каждом участке данного контура. ∑E=EIR.

Вопрос №5 Последовательное соединение резисторов. Если сопротивления включены таким образом, что образуют неразветвленную цепь и по ним протекает один и тот же ток, то их соединение называется последовательным. Свойства: Цепь неразветвленная, поэтому через каждый резистор протекает один и тот же ток.I=I₁=I₂=I₃; Сумма падений напряжений в отдельных резисторах равна приложенному к цепи напряжению.U=U₁+U₂+U₃ Напряжения на отдельных резисторах пропорциональны их сопротивлениям, т.к. токи во всех ветвях равны IR=IR₁+IR₂+IR₃; сокращая на I R_эк=R₁+R₂+R₃ Т.е. эквивалентное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных резисторов. Эквивалентным сопротивлениемназывается такое сопротивление, которое при включении его вместо данных резисторов не меняет режима работы цепи.Закон Ома всей цепи с последовательным соединением. I=E/(R₁+R₂+R₃). Общая мощность равна сумме мощностей отдельно включенных резисторов. В формуле (2) умножим обе части равенства на I, получим UI=U₁I+U₂I+U₃I; откуда P=P₁=P₂=P_3. Это свойство отражает закон сохранения энергии. Мощность при последовательно соединенных резисторах распределяется прямо пропорционально сопротивлениям резисторов.U1/U2=IR1/IR2; U1/U2=R1/R2 Т.е. на большем сопротивлении выделяется большая мощность

Вопрос №6 Параллельное соединение резисторов. Параллельным- называется такое соединение, при котором все элементы подключены к одним и тем де точкам и на них действует одно и то же напряжение. При параллельном соединении цепь разветвленная. По закону Ома токи в отдельных ветвях определяются I1=U/R1; I2=U/R2; I3=U/R3. Общий ток можно представить как отношение входного напряжения к эквивалентному сопротивлению. I=U/Rэк. Распределение токов в ветвях происходит обратно пропорционально соответствующим сопротивлениям: I=I1+I2+I3. Подставим в первое выражение значения токов, получим:U/Rэк=U/R1+U/R2+U/R3; или 1/Rэк=1/R1+1/R2+1/R3 – эквивалентное сопротивление определяется из данного уравнения. При соединении двух резисторов эквивалентное сопротивление определяется: 1/Rэк=1/R1+1/R2; или 1/Rэк=R1+R2/R1*R2, откуда Rэк=R1*R2/R1+R2.При подключении резистора параллельно уменьшается общее сопротивление.3. Величина обратнаясопротивлению называется проводимостью (q; G) измеряется в Сименсах (См).Gэк=1/Rэк; G1=1/R1; G2=1/R2; G3=1/R3 Gэк=G1+G2+G3.Общая проводимость цепи состоящей из нескольких ветвей, соединенных параллельно равна сумме проводимостей всех ветвей.4. Мощность всей цепиравна сумме мощностей отдельных ветвей IU=I₁U+I₂U+I₃U; P=P₁+P₂+P₃

В замкнутой цепи протекает электрический ток, который совершает работу.

Вопрос №7 Работа электрического тока мощность тока их единицы измерения. Нам известно, что E=A/Q (ЭДС) Откуда A=E*Q, Где Q– количество электричества численно равно Q=I*t Тогда A=E*I*t. В системе Си работа измеряется в Дж. Часть работы расходуется на внешнюю часть электрической цепи. Она равна A1=UIt, где U– напряжение внешней цепи. Другая часть энергии преобразуется в энергию внутри источника A2=A-A1=(E-U)It=UoIt, где Uo– напряжение внутри источника. через закон Ома работу можно выразить A=UIt=I²Rt; A=U²/Rt. Мощность электрического тока. Величина, характеризующая скорость, с которой происходит превращение энергии или скорость, с которой совершается работа, называется мощностью.P=A/t=UIt/t=UI. Применив закон Ома получим:P=UI=I²R = U²/R.Кратные единицы мощности. Мощность измеряется с помощью ваттметра. Различают понятия полная и полезная мощность. Полная мощность развивается источником электрической энергии. P_П=EI=(U+U₀)I=UI+U₀I=UI+I²R_{i .} Полезная мощность отдается во внешнюю цепь потребителям P_{полезн.}=UI=I²R=U²/R. Мгновенная мощность равна произведению мгновенных значений напряжения и тока. P=U*I.

Вопрос №8 Понятие ветви, контура электрической цепи. Второй закон Кирхгофа. Ветвью-называется часть цепи, заключенная между двумя узлами.

В пределах ветви нет ответвлений, поэтому по ветви протекает один и тот же ток.

Электрический контур- это замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям, так что не одна ветвь и не один узел не встречаются более одного раза. Второй закон Кирхгофа применяется для замкнутых контуров электрических цепей и устанавливает связи между ЭДС действующими в замкнутом контуре и падением напряжения на каждом участке данного контура. Алгебраическая сумма ЭДС в замкнутом контуре равна алгебраической сумме падений напряжений на каждом участке данного контура. ∑E=EIR. Для того что бы записать уравнение по второму закону Кирхгофа необходимо: произвольно задать во всех ветвях цепи предполагаемые направления тока; выбрать условно-положительное направление обхода контуров; записать алгебраическую сумму ЭДС в замкнутом контуре причем положительными будут считаться те ЭДС которые направлены и совпадают с положительным обходом контуров; записать алгебраическую сумму падений напряжений на каждом участке данного контура причем положительными будут считаться те напряжения тока которые совпадают с положительным направление обхода контуров.