Робота та потужність у ланцюгу постійного струму. Електрорушійна сила. Закон Ома для повного ланцюга.

З формули визначення напруги () легко отримати вираз для розрахунку роботи з перенесення електричного заряду; Оскільки сила струму пов'язана із зарядом співвідношенням , то робота струму: , або .

Потужність за визначенням , отже, .

Російський вчений X. Ленц та англійський вчені Д. Джоуль досвідченим шляхом у середині XIX ст. встановили незалежно один від одного закон, який називається законом Джоуля-Ленцаі читається так: при проходженні струму по провіднику кількість теплоти, що виділилося в провіднику, прямо пропорційно квадрату сили струму, опору провідника та часу проходження струму:

Повний замкнутий ланцюг є електричний ланцюг, До складу якої входять зовнішні опори і джерело струму (рис. 17). Як одна з ділянок ланцюга, джерело струму має опір, який називають внутрішнім, .

Для того, щоб струм проходив по замкненому ланцюгу, необхідно, щоб у джерелі струму зарядів повідомлялися додаткова енергія, вона з'являється за рахунок роботи з переміщення зарядів, яку виробляють сили неелектричного походження (сторонні сили) проти сил електричного поля. Джерело струму характеризується енергетичною характеристикою, що називається ЕРС - електрорушійна сила джерела. ЕРС вимірюється ставленням роботи сторонніх сил по переміщенню вздовж замкненого ланцюга позитивного заряду до величини цього заряду .

Нехай через поперечний переріз провідника пройде електричний заряд . Тоді роботу сторонніх сил під час переміщення заряду можна записати так: . Відповідно до визначення сили струму, тому . При виконанні цієї роботи на внутрішньому та зовнішньому ділянках ланцюга, опору яких і , виділяється кілька теплоти. За законом Джоуля-Ленца воно одно: . Відповідно до закону збереження енергії, . Отже, . Добуток сили струму на опір ділянки ланцюга часто називають падінням напруги на цій ділянці. Таким чином, ЕРС дорівнює сумі падінь напруги на внутрішньому і зовнішньому ділянках замкнутого ланцюга. Зазвичай цей вислів записують так: . Цю залежність досвідченим шляхом отримав Георг Ом, називається вона законом Ома для повного ланцюгаі читається так: сила струму в повному ланцюзі прямо пропорційна ЕРС джерела струму і обернено пропорційна повному опору ланцюга . При розімкнутому ланцюгу ЕРС дорівнює напрузі на затискачах джерела і, отже, може бути виміряна вольтметром.

А = qU; A = IUt = I 2 Rt =

- при паралельному з'єдн.

- при послідовності. з'єдн

- закон Джоуля-Ленца

Потужність струму дорівнює відношенню роботи струму за час t до цього інтервалу часу.

- закон Ома для ділянки ланцюга

- для послідовного з'єдн.

- для паралельного з'єдн.

Електрорушійна сила

Одне лише електричне полезаряджених частинок (кулонівське поле) не здатне підтримувати постійний струм у ланцюзі.

Будь-які сили, які діють електрично заряджені частинки, крім сил електростатичного походження (тобто. кулонівських), називають сторонніми силами.

Усередині джерела струму заряди рухаються під впливом сторонніх сил проти кулонівських сил (електрони від позитивно зарядженого електрода до негативного).

ЕРС у замкнутому контурі є відношенням роботи сторонніх сил при переміщенні зарядів уздовж контуру до заряду: ℰ = [Вт]

Закон ома для повного ланцюга

R – зовнішній опір ланцюга

r- внутрішній опір ланцюга (опір джерела струму)

R про = R + r; ℰ= => Aст = ℰq

=>

; Aст = ℰIt

; A = Q

ℰIt = I 2 Rt + I 2 rt; ℰ =

;

ℰ = ;I =ℰ/R+r

Якщо при обході ланцюга переходять від негативного полюса джерела до позитивного, то ЕРС ℰ > 0. Сторонні сили всередині джерела виконують позитивну роботу.

ℰ = ℰ 1 + ℰ 2 + ℰ 3 = |ℰ 1 |-|ℰ 2 | + |ℰ 3 |

Якщо ℰ > 0, I > 0, тобто. напрямок струму збігається з напрямком обходу контуру. При ℰ< 0, направление тока противоположно направлению обхода контура. Полное сопротивление цепи R п равно сумме всех сопротивлений:

R п = R + r 1 + r 2 + r 3

ВЗАЄМОДІЯ СТРУМІВ. МАГНІТНЕ ПОЛЕ.

Взаємодія між провідниками із струмом, тобто. взаємодія між рухомими електричними зарядами, називають магнітними.

Сили, з якими провідники зі струмом діють один на одного, називають магнітними силами.

У просторі, що оточує струми, виникає поле, зване магнітним.

Магнітне поле являє собою особливу форму матерії, за допомогою якої здійснюється взаємодія між електрично зарядженими частинками, що рухаються.

Основні властивості:

а) магнітне поле породжується електричним струмом (зарядами, що рухаються)

б) магнітне поле виявляється по дії на електричний струм(рухомі заряди)

Подібно до електричного поля, магнітне поле існує реально, незалежно від нас, від наших знань про нього.

Результуюча сила, що діє з боку магнітного поля на ці провідники, дорівнюватиме 0.

Магнітне поле створюється як електричним струмом, а й постійними магнітами.

ЛІНІЇ МАГНІТНОЇ ІНДУКЦІЇ

Силовий характеристикою магнітного поля явл-ся вектор магнітною індукції.

- Вектор магнітної індукції

За напрямок вектора магнітної індукції приймається напрямок від південного полюса S до північного N магнітної стрілки, що вільно встановлюється в магнітному полі. Цей напрямок збігається з напрямком позитивної нормалі до замкнутого контуру зі струмом.

- Позитивна нормаль.

Правила буравчика: якщо напрямок поступального руху буравчика збігається з напрямком струму у провіднику, то напрямок обертання ручки буравчика збігається з напрямком вектора магнітної індукції.

Лініями магнітної індукціїназивають лінії, дотичні до яких спрямовані так само, як і вектор у цій точці поля.

Важлива особливість ліній магнітної індукції у тому, що вони мають ні початку, ні кінця. Вони завжди замкнуті.

СИЛА Ампера.

Сила ампера – це магнітна сила, що діє із боку магнітного поля на провідник зі струмом.

Сила досягає максимального значення, коли магнітна індукція перпендикулярна до провідника.

, якщо I.

; F m = I l B – максимальна сила

F = B|I| lsin - закон Ампера

Якщо ліву руку розташувати так, щоб перпендикулярна до провідника складова вектора магнітної індукції входила в долоню, а чотири витягнуті пальці були направлені у напрямку струму, то відігнутий на 90 0 великий палець покаже напрямок сили, що діє на відрізок провідника.

За одиницю магнітної індукції можна прийняти магнітну індукцію однорідного поля, в якому на ділянку провідника довжиною 1 м при силі струму 1 А діє з боку поля максимальна сила, що дорівнює 1 Н. Одна одиниця магнітної індукції = 1 Н/А. м.

СИЛА ЛОРЕНЦЯ

Силу, що діє на заряджену частинку, що рухається, з боку магнітного поля, називають силою Лоренца.

, де

F – модуль сили,

N – кількість заряджених частинок

, де

- швидкість їхнього впорядкованого руху

q – заряд

S – площа

n – концентрація

- число заряджених частинок у обсязі, що розглядається

;

;

;

тому Fл max , т.к. sin = 1; F л = | q |

Якщо ліву руку розташувати так. Щоб складова магнітної індукції, перпендикулярна швидкості заряду, входила в долоню, а чотири пальці були спрямовані рухом позитивного заряду (проти руху негативного), то відігнутий на 90 про великий палець покаже напрям сили Лоренца.

Оскільки сила Лоренца перпендикулярна швидкості частки, вона не виконує роботу. Сила Лоренца не змінює кінетичну енергію частки і, отже, модуль її швидкості. Під впливом сили Лоренца змінюється лише напрямок швидкості частки.

;

;

- питомий заряд частки

МАГНІТНІ ВЛАСТИВОСТІ РЕЧОВИНИ

Ставлення

, Що характеризує магнітні властивості середовище, отримало назву магнітної проникності середовища.

 - магнітна проникність даного середовища.

Магнітні властивості тіла можна пояснити струмами, що циркулюють усередині нього.

Магнітні св-ва будь-якого тіла опр-ся замкнутими електричними струмами всередині нього.

Магнітні взаємодії – це взаємодії струмів.

Феромагнетики (залізо, кобальт, нікель. Рідкоземельні елементи та багато сплавів) – тіла з великою магнітною проникністю.

Температура Кюрі- Це температура, більш певної певної для даного феромагнетика, феромагнітні властивості його зникають.