верноЭлектричество Лекция 5

1.

Электричество
Постоянный электрический ток.
Законы Ома. Закон Джоуля-Ленца
Парфентьева Наталия Андреевна

2. Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц. Носители тока зависят от среды, в которой идет ток. В металле

– электроны,
в электролите – положительные и отрицательные ионы,
в полупроводниках – электроны и дырки,
в газах – электроны, положительные и отрицательные ионы.

3.

Сила тока
Сила тока I определяется зарядом, прошедшим через поперечное сечение
проводника за 1 с.
q
q It
t
q
I lim
q
t
I
t 0
N
t2
i 1
t1
q I i ti q Idt

4.

Классическая теория проводимости
металлов
3kT
vт
me
vн vT
N ne vн tS
q qe ne vн S t
I q / t qe ne vн S
j I /S
j qe ne vн
qe E
F qe E vн at
t
m
qe2 Enet
j
2m

5.

Закон Ома для однородного участка цепи
1 2
const
I
1 2 U
U
R U IR
I
Закон Ома для однородного участка цепи: сила тока пропорциональна разности
потенциалов (напряжению) между концами проводника и обратно
пропорциональна его сопротивлению.

6.

I U / R
l
R ρ
S
I US / l
I 1U 1
j
E
S ρ l ρ
1
ρ
ρ 10 8 – 10 6 Ом м
ρ ρ 0 (1 t C )
где 0 – удельное сопротивление при 0 С,
– температурный коэффициент сопротивления,
зависящий от свойств проводника.

7.

qe2 Enet
j
(теория )
2m
qe E
m
qe2 Ene
j
2m
vн max
I 1U 1
j
E (опыт)
S ρ l ρ
vн ср qe E / 2m
j E

8.

Последовательное и параллельное
соединение резисторов
А – В IRэкв
А – В IR1 IR2 IR3
Rэкв R1 R2 R3
n
Rэкв Ri
i 1
I I1 I 2 I 3
A B A B A B A B
Rэкв
R1
R2
R3
1
1 1
1
Rэкв R1 R2 R3
n
1
1
Rэкв i 1 Ri

9.

Пример 1. На рисунке сопротивления всех резисторов равны R.
Определите эквивалентное сопротивление.
R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = R6 = R; Rэкв – ?
______________________________________________________
R5 ,6 R5 R6 2 R
2
5
R3 6 R3 R4 ,5 ,6 R R R
3
3
5
R R
R3 6 R2
5
3
R2 6
R
R3 6 R2 5 R R 8
3
5
13
Rэкв R1 R2 6 R R R
8
8

10.

Электродвижущая сила.
Закон Ома для полной цепи
Aст
E
q0
Закон Ома для полной цепи: сила тока, идущего по цепи, прямо
пропорциональна ЭДС и обратно пропорциональна полному
сопротивлению:

11.

12.

Закон Ома для неоднородного участка цепи
Падение напряжения на участке цепи сопротивлением R равно
сумме удельных работ электростатических сил и сил стороннего
поля:
IR =E + (φ – φ )
A
B

13.

Пример 2. Источник с ЭДС 4 В и внутренним сопротивлением
4 Ом подключен к резисторам с R1 = 20 Ом и R2 = 30 Ом, как показано на
рисунке. Определите разность потенциалов на зажимах источника ЭДС:
1) при разомкнутой цепи;
2) при замыкании только ключа К1; 3) при замыкании ключей К1 и К2.
R1 R2
3) R =
R1 + R2
I2
1) А – В E = 4В
2) I =
E
R1 + r
E R1
А – В = I1 R1 =
3,33 В
R1 + r
E
R1 R2
+r
R1 + R2
А В =E
E
r = 3В
R1 R2
r+
R1 + R2

14.

Последовательное и параллельное соединение источников тока.
Правила Кирхгофа
E Ei
i
E E
r ri
r
rΣ =
n
i

15.

1. Первое правило Кирхгофа.
Алгебраическая сумма токов в узле равна нулю:
I 0
i
i
I1 + I2 – I3 – I4 = 0.
Точка соединения нескольких проводников называется узлом.
2. Второе правило Кирхгофа.
Алгебраическая сумма падений напряжений на замкнутом контуре разветвленной
цепи равна алгебраической сумме ЭДС:
I R E
i
i
i
i
i

16.

I1R1 =E1 ( A – B )
I 2 R2 =E1 ( A – B )
I1R1 – I 2 R2 E1 E2
________________________________________________________________________
I = I1 + I 2
I1r1 + IR =E1
I 2 r2 + IR =E 2
I=
E1 r2 E 2 r1
r1r2 + R r1 + r2
E1 E2 E ,
E
I
r1 = r2 = r
R+r / 2
E 2E , r = r / 2

17.

Тепловое действие тока. Закон ДжоуляЛенца
A qU IUt Q A
Q I 2 Rt (U 2 / R )t
dQ I 2 Rdt
Q R I 2 Rdt
0
w E2
Мощность тока
P A / t IU I 2 R U 2 / R
Pтер I r
2
E2
P0 I ( R r )
(R + r)
2
E 2r
E2
2
R Pтер = I r =
Pпол = IU =
2
( R + r )2
(R + r)
P
R
100%
пол 100%
R r
P0
Pпол = IU = I(E – Ir)
Pпол max
R r
Pпол.max E 2 / 4r

18.

Графики зависимости мощности от внешнего сопротивления
Pпол ( R ) Pпол
E2R
R+ r
2
E2
Pпол.max
4r
Pтер ( R) Pтер ( R )
E 2r
R+ r
E2
P0 = Pпол + Pтер
R+r
2

19.

Пример 3. Определите ток короткого замыкания Iк з. для источника,
который при токе в цепи 10 А имеет полезную мощность 500 Вт,
а при токе 5 А – мощность 375 Вт.
P1 = I1 E I1r
P2 = I 2 E I 2 r
P1
E I1r
I1
P2
E I 2 r
I2
P1 P2
r I 2 I1
I1 I 2
r 5Ом,E 100В