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Çàêîí Îìà äëÿ ïîëíîé öåïè. Ôèçèêà 10-11 êë. Ìÿêèøåâ
ìîé ÞÒÓÁ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!
ìîé ÒÅËÅÃÐÀÌ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!

 


Ñîäåðæàíèå

 

Ãëàâíàÿ >> Ýëåêòðîäèíàìèêà. Ôèçèêà 10-11 êë. Ìÿêèøåâ

Ãëàâà 2. Ïîñòîÿííûé ýëåêòðè÷åñêèé òîê

 


§ 2.14. Çàêîí Îìà äëÿ ïîëíîé öåïè

 § 2.4 ìû ïîçíàêîìèëèñü ñ çàêîíîì Îìà äëÿ ó÷àñòêà öåïè, íå ñîäåðæàùåãî èñòî÷íèê ÝÄÑ. Ïîëüçóÿñü èì, ìû ìîæåì âû÷èñëèòü ñèëó òîêà, åñëè çíàåì íàïðÿæåíèå íà ó÷àñòêå öåïè è ñîïðîòèâëåíèå ó÷àñòêà. Çàêîí Îìà äëÿ ïîëíîé öåïè óñòàíàâëèâàåò çàâèñèìîñòü ìåæäó ñèëîé òîêà â öåïè, ÝÄÑ èñòî÷íèêà, ïèòàþùåãî öåïü, è ïîëíûì ñîïðîòèâëåíèåì öåïè.

ýëåêòðè÷åñêóþ öåïü

Ðàññìîòðèì ïðîñòåéøóþ ïîëíóþ (çàìêíóòóþ) ýëåêòðè÷åñêóþ öåïü (ðèñ. 2.55), ñîñòîÿùóþ èç èñòî÷íèêà òîêà (íàïðèìåð, ãàëüâàíè÷åñêîãî ýëåìåíòà èëè àêêóìóëÿòîðà) è ðåçèñòîðà ñîïðîòèâëåíèåì R. Èñòî÷íèê òîêà, èìåþùèé ÝÄÑ , îáëàäàåò ñîïðîòèâëåíèåì . Åãî íàçûâàþò âíóòðåííèì ñîïðîòèâëåíèåì èñòî÷íèêà â îòëè÷èå îò ñîïðîòèâëåíèÿ R öåïè, íàçûâàåìîãî âíåøíèì ñîïðîòèâëåíèåì.  ãåíåðàòîðå r — ýòî ñîïðîòèâëåíèå åãî îáìîòîê (ìåäíûõ ïðîâîäîâ), â ãàëüâàíè÷åñêîì ýëåìåíòå èëè àêêóìóëÿòîðå — ýòî ñîïðîòèâëåíèå ðàñòâîðà ýëåêòðîëèòà è ýëåêòðîäîâ. Äëÿ ïîëó÷åíèÿ çàêîíà Îìà äëÿ ïîëíîé öåïè èñïîëüçóåì çàêîí ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè.

Ïóñòü çà âðåìÿ Δt ÷åðåç ïîïåðå÷íîå ñå÷åíèå ïðîâîäíèêà ïðîéäåò çàðÿä q. Òîãäà, ñîãëàñíî ôîðìóëå (2.11.1), ðàáîòà ñòîðîííèõ ñèë ïðè ïåðåìåùåíèè çàðÿäà q ðàâíà Àñò = q. Èç îïðåäåëåíèÿ ñèëû òîêà I (2.2.5) èìååì: q = IΔt. Ñëåäîâàòåëüíî,

Àñò = IΔt.                     (2.14.1)

Áëàãîäàðÿ ðàáîòå ñòîðîííèõ ñèë ïðè ïðîõîæäåíèè òîêà â öåïè íà åå âíåøíåì è âíóòðåííåì ó÷àñòêàõ âûäåëÿåòñÿ êîëè÷åñòâî òåïëîòû, ïî çàêîíó Äæîóëÿ—Ëåíöà ðàâíîå:

Q = I2RΔt + I2rΔt.                     (2.14.2)

Ñîãëàñíî çàêîíó ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè Àñò = Q ïîýòîìó

IΔt = I2RΔt + I2rΔt.

Îòñþäà

= IR + Ir.                     (2.14.3)

Ïðîèçâåäåíèå ñèëû òîêà íà ñîïðîòèâëåíèå ó÷àñòêà öåïè íàçûâàþò ïàäåíèåì íàïðÿæåíèÿ íà ýòîì ó÷àñòêå. Òàêèì îáðàçîì, ÝÄÑ èñòî÷íèêà òîêà ðàâíà ñóììå ïàäåíèé íàïðÿæåíèé íà âíåøíåì è âíóòðåííåì ó÷àñòêàõ çàìêíóòîé öåïè:

= U + U0,                     (2.14.4)

ãäå U = IR — ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà âíåøíåì ó÷àñòêå öåïè, a U0 = Ir — ïàäåíèå íàïðÿæåíèÿ íà âíóòðåííåì ó÷àñòêå.

Èç ðàâåíñòâà (2.14.3) ïîëó÷àåì:

Ýòî è åñòü çàêîí Îìà äëÿ ïîëíîé öåïè. Ñèëà òîêà â ïîëíîé öåïè ðàâíà îòíîøåíèþ ÝÄÑ èñòî÷íèêà ê ïîëíîìó ñîïðîòèâëåíèþ öåïè.

Âíóòðåííåå ñîïðîòèâëåíèå èñòî÷íèêà òîêà, åñëè îíî ìàëî ïî ñðàâíåíèþ ñ âíåøíèì ñîïðîòèâëåíèåì (r << R), îêàçûâàåò ìàëîå âëèÿíèå íà ñèëó òîêà. Íî ïðè êîðîòêîì çàìûêàíèè, êîãäà R ≈ 0, ñèëà òîêà

î÷åíü âåëèêà, òàê êàê r ìàëî. Íàïðèìåð, ïðè = 2  è r = 0,1...0,004 Îì Iê.ç = 20...2000 À. Ïðè òàêîé ñèëå òîêà ïðîâîäà ìîãóò ðàñïëàâèòüñÿ, à ñàì èñòî÷íèê — âûéòè èç ñòðîÿ.

Åñëè öåïü ñîäåðæèò íåñêîëüêî ïîñëåäîâàòåëüíî ñîåäèíåííûõ ýëåìåíòîâ (ðèñ. 2.56) ñ ÝÄÑ 1, 2, 3 è ò. ä., òî ïîëíàÿ ÝÄÑ â öåïè ðàâíà àëãåáðàè÷åñêîé ñóììå ÝÄÑ îòäåëüíûõ ýëåìåíòîâ:

= 1 + 2 + 3 + ... + N.                     (2.14.7)

Äëÿ îïðåäåëåíèÿ çíàêà ÝÄÑ îòäåëüíûõ ýëåìåíòîâ ñëåäóåò ðóêîâîäñòâîâàòüñÿ ïðàâèëîì, èçëîæåííûì â §2.11. Ïðè âûáðàííîì (ïðîèçâîëüíî) íàïðàâëåíèè îáõîäà ïðîòèâ ÷àñîâîé ñòðåëêè äëÿ öåïè, èçîáðàæåííîé íà ðèñóíêå 2.56, 1 > 0, 2, < 0 è 3 > 0, ïîýòîìó

= 1 + 2 + 3 = || - |2| + |3|.

Âíóòðåííåå ñîïðîòèâëåíèå áàòàðåè, ñîñòîÿùåé èç ïîñëåäîâàòåëüíî ñîåäèíåííûõ ýëåìåíòîâ, ðàâíî ñóììå âíóòðåííèõ ñîïðîòèâëåíèé ýëåìåíòîâ:

r = r1 + r2 + r3 + ... + rN.                     (2.14.8)

Åñëè áàòàðåÿ ñîñòîèò èç N îäèíàêîâûõ ïîñëåäîâàòåëüíî ñîåäèíåííûõ ýëåìåíòîâ ñ îäèíàêîâûìè çíàêàìè ÝÄÑ, òî èç ôîðìóë (2.14.7) è (2.14.8) ñëåäóåò, ÷òî

ãäå á è rá — ÝÄÑ è âíóòðåííåå ñîïðîòèâëåíèå áàòàðåè, à ý è rý — ÝÄÑ è âíóòðåííåå ñîïðîòèâëåíèå îäíîãî ýëåìåíòà.

Íàèáîëåå îáùóþ ôîðìó èìååò çàêîí Îìà äëÿ ó÷àñòêà öåïè, ñîäåðæàùåãî ÝÄÑ.

 

 

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