Загрузка...Количество теплоты через силу тока по 2 закону ома
Закон Ома для участка цепи. Закон Джоуля — Ленца. Работа и мощность электрического тока. Виды соединения проводников.
Закон Ома для участка цепи.
Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.
Выполняется для металлов и электролитов.
Закон Джоуля — Ленца.
Дж. Джоуль (1841—1843) Э. X. Ленц (1842—1843) независимо друг от друга экспериментально установили
В электрической цепи происходит преобразование энергии упорядоченного движения заряженных частиц в тепловую. Согласно закону сохранения энергии работа тока равна количеству выделившегося тепла.
Количество теплоты, выделившееся при прохождении электрического тока по проводнику, прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени, в течение которого шел ток: $boldsymbol
Работа и мощность электрического тока.
Работа электрического тока: $left.begin
Мощность электрического тока (работа в единицу времени): $P=frac
В электричестве иногда применяется внесистемная единица работы — кВт·ч (киловатт-час).
1 кВт·ч = 3,6·10 6 Дж.
Виды соединения проводников.
Последовательное соединение.
1. Сила тока во всех последовательно соединенных участках цепи одинакова:
2. Напряжение в цепи, состоящей из нескольких последовательно соединенных участков, равно сумме напряжений на каждом участке:
Параллельное соединение.
1. Сила тока в неразветвленном участке цепи равна сумме сил токов во всех параллельно соединенных участках.
I=I1+I2+. +In+.
2. Напряжение на всех параллельно соединенных участках цепи одинаково:
3. Сопротивление цепи, состоящей из нескольких последовательно соединенных участков, равно сумме сопротивлений каждого участка:
Если все сопротивления в цепи одинаковы, то:
При последовательном соединении общее сопротивление увеличивается (больше большего).
3. При параллельном соединении проводников проводимости складываются (складываются величины, обратные сопротивлению):
Если все сопротивления в цепи одинаковы, то: $boldsymbol
При параллельном соединении общее сопротивление уменьшается (меньше меньшего).
4. Работа электрического тока в цепи, состоящей из последовательно соединенных участков, равна сумме работ на отдельных участках:
5. Мощность электрического тока в цепи, состоящей из последовательно соединенных участков, равна сумме мощностей на отдельных участках:
6. Т.к. силы тока во всех участках одинаковы, то: U1:U2: . :Un: . = R1:R2: . :Rn: .
Для двух резисторов: $boldsymbol
4. Работа электрического тока в цепи, состоящей из параллельно соединенных участков, равна сумме работ на отдельных участках:
5. Мощность электрического тока в цепи, состоящей из параллельно соединенных участков, равна сумме мощностей на отдельных участках:
6. Т.к. напряжения на всех участках одинаковы, то:
Для двух резисторов: $boldsymbol
Количество теплоты через силу тока по 2 закону ома
Расчет электрической мощности
В прошлой статье мы с вами вывели формулу для определения мощности в электрической цепи: умножая напряжение в «вольтах» на силу тока в «амперах», мы получаем мощность в «ваттах». Давайте применим ее к следующей схеме:
В этой схеме есть две известные нам величины: напряжение батареи составляет 18 вольт, а сопротивление лампы — 3 ома. Используя Закон Ома мы определим третью величину — силу тока:
Теперь, зная силу тока, мы можем умножить ее значение на напряжение и получить мощность:
Это означает что лампа рассеивает 108 ватт энергии в форме сета и тепла.
Давайте в этой же схеме увеличим напряжение батареи и посмотрим что произойдет. Интуиция подсказывает нам, что при увеличении напряжения и неизменном сопротивлении, сила тока в цепи также увеличится. А это значит, что увеличится и мощность:
В этой схеме напряжение батареи изменено и составляет 36 вольт вместо прежних 18. Сопротивление лампы не изменилось, и равно 3 омам. Сила тока теперь будет равна:
Давайте обсудим полученное значение. Если I=U/R, и мы удваиваем значение напряжения (U), оставляя неизменным сопротивление, то по логике вещей сила тока у нас тоже должна удвоиться. Действительно, сила тока в данной схеме имеет значение 12 ампер вместо прежних 6. А сейчас давайте вычислим мощность:
Обратите внимание, что мощность у нас также увеличилась по сравнению с предыдущим примером, и увеличилась она значительнее, чем увеличилась сила тока. Почему так получилось? Ответ на этот вопрос прост. Мощность является функцией напряжения умноженного на силу тока, а так как обе эти величины удвоились по сравнению с предыдущими значениями, то мощность увеличилась в 2х2 или в 4 раза. Вы можете проверить эту цифру разделив 432 ватта на 108 ватт и увидев, что соотношение между ними равно 4.
Используя математику мы можем преобразовать формулу мощности применительно к тем случаям, когда нам не известно значение напряжения или силы тока:
Историческая справка: первым математическую связь между рассеиваемой мощностью и силой тока через сопротивление открыл не Георг Симон Ом, а Джеймс Прескотт Джоуль. Это открытие, опубликованное в 1841 году и содержащее формулу P=I 2 R, стало известно как Закон Джоуля. Однако очень часто эти уравнения причисляются к Закону Ома.
Количество теплоты через силу тока по 2 закону ома
Каждый крановщик должен четко представлять работу всего электрооборудования мостовых кранов, а для этого знать основы электротехники, чтобы понимать процессы, протекающие в электрических машинах и аппаратах.
Электрический ток бывает двух видов: постоянный и переменный. При протекании по электрической цепи постоянный ток не изменяет своего направления, а переменный меняет направление и величину. На практике обычно пользуются синусоидальным переменным током, т. е. током, изменяющимся по закону синусоиды.
Промежуток времени, затрачиваемый на полный цикл изменений переменного тока, после чего направление тока и его мгновенные значения начинают повторяться, называется периодом. Число периодов в секунду представляет собой частоту переменного тока. В нашей стране все электростанции, питающие осветительные и промышленные установки, вырабатывают переменный ток частотой 50 периодов. Эта частота называется промышленной. Для специальных установок можно получить переменный ток любой частоты, но для питания осветительных ламп накаливания частота 50 периодов в секунду или 50 Гц (герц) вполне удовлетворительна и наиболее благоприятна для глаз. При излучении пульсирующего света частотой 15—20 Гц глаза будут раздражаться и болеть. Казалось бы, лампы накаливания дают непрерывный свет. На самом деле лампы мощностью до 100 Вт испускают пульсирующий свет и только лампы мощностью свыше 200 Вт, нить которых не успевает остынуть за время прохождения тока через нуль, излучают ровный свет. Надо сказать, что пульсация света маломощных ламп не заметна для3 глаз в отличие от пульсации люминисцентных ламп.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Источник тока всегда обладает некоторым напряжением, и именно вследствие этого ток течет по электрической цепи. В то же время всякая электрическая цепь в той или иной мере препятствует протеканию тока. Это свойство цепи называется сопротивлением. Закон Ома устанавливает зависимость между такими тремя основными величинами электрической цепи, как напряжение U, ток / и сопротивление R:
I = U/R, (3.1)
т. е. сила тока (или ток) в цепи прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению этой цепи. За единицу электрического напряжения принят 1 В (вольт), за единицу силы тока — 1 А (ампер) и за единицу сопротивления — 1 Ом.
Из формулы 3.1 имеем: U = IR, R = U/T. Таким образом, зная две величины из трех, легко определить и третью. Вышеприведенная формула закона Ома справедлива для постоянного тока. При переменном токе полное сопротивление электрической цепи z будет являться геометрической суммой активного сопротивления цепи г и реактивного х.
При изменении температуры меняется сопротивление проводников. Изменение сопротивления на 1 Ом при изменении температуры на 1 °С называется температурным коэффициентом. У всех металлических проводников температурный коэффициент положительный — с увеличением температуры возрастает сопротивление проводника, а у электролитов и угля температурный коэффициент отрицательный, т. е. с ростом температуры сопротивление уменьшается, а при снижении температуры сопротивление увеличивается.
Из всех материалов, применяемых для изготовления проводов, меди свойственно наименьшее удельное сопротивление, а это значит, что при одинаковых длине и площади поперечного сечения медный провод обладает и наименьшим сопротивлением, что имеет большое значение при передаче электрической энергии. Если по проводнику идет ток /, А, а сопротивление проводника равно R, Ом, то по закону Ома падение напряжения в этом проводнике и = IR и действующее напряжение у зажимов потребителя будет уменьшено на величину и, т. е. составит U — и.
Принимая во внимание, что удельное сопротивление алюминия в 1,7 раза, а стали в 5—7 раз больше, чем у меди, площадь сечения алюминиевого проводника должна быть в 1,7 раза, а стального в 5—7 раз больше по сравнению с медным проводником. Практически площадь сечения алюминиевых проводников в 1,5 раза выше медных, а стальные проводники имеют ограниченное применение — в качестве троллейных проводов мостовых кранов, где увеличение площади сечения проводника не вызывает удорожания его стоимости, а возрастание его массы часто не имеет значения.
С падением напряжения ухудшается работа электроустановок, поэтому имеются ограничения, нормирующие допустимые колебания напряжения. Особенно чувствительны к колебаниям напряжения осветительные лампы накаливания, для них допускается колебание напряжения + 3 , а для электродвигателей +10 .
Среди наиболее распространенных проводниковых материалов (табл. 3.1) наименьшим удельным сопротивлением обладает серебро, но из-за дороговизны его не применяют для изготовления проводниковых материалов, за исключением контактов различной электроаппаратуры: реле, пускателей, блок-контактов и т. п. В этих случаях серебро используют вследствие того, что его окислы так же хорошо проводят ток, как и сам металл.
Таблица 3.1
Проводниковые материалы
Медный контакт быстро покрывается тонкой пленкой окиси меди, которая очень плохо проводит электрический ток. В связи с этим поверхности медных контактов надо часто зачищать тонкой наждачной или крокусной бумагой. С появлением слоя окиси поверхностное сопротивление серебряных контактов почти не меняется. Но это не означает, что серебряные контакты не требуется чистить. Грязь и пыль с них надо счищать кисточкой или щеткой, смоченной винным спиртом. Нельзя чистить серебряные контакты бензином и ацетоном — на их поверхности появляется налет, плохо проводящий ток.
Количество теплоты в проводнике при протекании электрического тока прямо пропорционально сопротивлению этого проводника, квадрату силы тока и времени, в течение которого протекал ток. Из этого закона следует, что при увеличении сопротивления растет количество теплоты. Сопротивление переходных контактов (зажимов, кабельных наконечников и др.) должно быть очень малым. При неплотном контакте, слабо затянутых гайках переходное сопротивление значительно возрастает, контакт нагревается, что может привести к обгоранию контактных поверхностей или распайке кабельного наконечника. В связи с этим контактные поверхности должны быть гладкими, плотно соприкасающимися.
Из закона Джоуля — Ленца следует, что теплота выделяется как при передаче электроэнергии, когда сопротивление проводника должно быть наименьшим, так и в приемниках электрической энергии — осветительных лампах, нагревателях, двигателях, когда стремятся сделать сопротивление наибольшим.
Лекция № 6 — Закон Ома
Закон Ома, основанный на опытах, представляет собой в электротехнике основной закон, который устанавливает связь силы электрического тока с сопротивлением и напряжением.
Закон Ома – полученный экспериментальным путём (эмпирический) закон, который устанавливает связь силы тока в проводнике с напряжением на концах проводника и его сопротивлением, был открыт в 1826 году немецким физиком-экспериментатором Георгом Омом.
Закон Ома для участка цепи
Строгая формулировка закона Ома может быть записана так:
сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на его концах (разности потенциалов) и обратно пропорциональна сопротивлению этого проводника.
Формула закона Ома записывается в следующем виде:
I – сила тока в проводнике, единица измерения силы тока — ампер [А] ;
U – электрическое напряжение (разность потенциалов), единица измерения напряжения- вольт [В];
R – электрическое сопротивление проводника, единица измерения электрического сопротивления — ом [Ом] .
Согласно закону Ома, увеличение напряжения, например, в два раза при фиксированном сопротивлении проводника, приведёт к увеличению силы тока также в два раза
И напротив, уменьшение тока в два раза при фиксированном напряжении будет означать, что сопротивление увеличилось в два раза.
Рассмотрим простейший случай применения закона Ома.
Пусть дан некоторый проводник сопротивлением 3 Ом под напряжением 12 В. Тогда, по определению закона Ома, по данному проводнику течет ток равный:
Существует мнемоническое правило для запоминания этого закона , которое можно назвать треугольник Ома . Изобразим все три характеристики (напряжение, сила тока и сопротивление) в виде треугольника. В вершине которого находится напряжение, в нижней левой части – сила тока, а в правой – сопротивление.
Правило работы такое: закрываем пальцем величину в треугольнике, которую нужно найти, тогда две оставшиеся дадут верную формулу для поиска закрытой.
Где и когда можно применять закон Ома ?
Закон Ома в упомянутой форме справедлив в достаточно широких пределах для металлов. Он выполняется до тех пор, пока металл не начнет плавиться. Менее широкий диапазон применения у растворов (расплавов) электролитов и в сильно ионизированных газах (плазме).
Работая с электрическими схемами, иногда требуется определять падение напряжения на определенном элементе. Если это будет резистор с известной величиной сопротивления (она проставляется на корпусе), а также известен проходящий через него ток, узнать напряжение можно с помощью формулы Ома, не подключая вольтметр.
Значение Закона Ома
Закон Ома определяет силу тока в электрической цепи при заданном напряжении и известном сопротивлении. Он позволяет рассчитать тепловые, химические и магнитные действия тока, так как они зависят от силы тока.
Закон Ома является чрезвычайно полезным в технике(электронной/электрической), поскольку он касается трех основных электрических величин: тока, напряжения и сопротивления. Он показывает, как эти три величины являются взаимозависимыми на макроскопическом уровне.
Если бы было можно охарактеризовать закон Ома простыми словами, то наглядно это выглядело бы так:
Из закона Ома вытекает, что замыкать обычную осветительную сеть проводником малого сопротивления опасно. Сила тока окажется настолько большой, что это может иметь тяжелые последствия.
Задача 1.1
Рассчитать силу тока, проходящую по медному проводу длиной 100 м, площадью поперечного сечения 0,5 мм 2 , если к концам провода приложено напряжение 12 B.
Задачка простая, заключается в нахождении сопротивления медной проволоки с последующим расчетом силы тока по формуле закона Ома для участка цепи. Приступим.
Закон Ома для полной цепи
Формулировка закона Ома для полной цепи — сила тока прямо пропорциональна сумме ЭДС цепи, и обратно пропорциональна сумме сопротивлений источника и цепи , где E – ЭДС, R- сопротивление цепи, r – внутреннее сопротивление источника.
Здесь могут возникнуть вопросы. Например, что такое ЭДС?
Электродвижущая сила — это физическая величина, которая характеризует работу внешних сил в источнике ЭДС. К примеру, в обычной пальчиковой батарейке, ЭДС является химическая реакция, которая заставляет перемещаться заряды от одного полюса к другому. Само слово электродвижущая говорит о том, что эта сила двигает заряд.
В каждом источнике присутствует внутреннее сопротивление r, оно зависит от параметров самого источника. В цепи также существует сопротивление R, оно зависит от параметров самой цепи.
Формулу закона Ома для полной цепи можно представить в другом виде. А именно: ЭДС источника цепи равна сумме падений напряжения на источнике и на внешней цепи.
Для закрепления материала, решим две задачи на формулу закона Ома для полной цепи .
Задача 2.1
Найти силу тока в цепи, если известно что сопротивление цепи 11 Ом, а источник подключенный к ней имеет ЭДС 12 В и внутреннее сопротивление 1 Ом.
Теперь решим задачу посложнее.
Задача 2.2
Источник ЭДС подключен к резистору сопротивлением 10 Ом с помощью медного провода длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм 2 . Найти силу тока, зная что ЭДС источника равно 12 В, а внутреннее сопротивление 1,9825 Ом.
