نیروی محرکه برقی. قانون اهم برای مدار بسته و بخش غیر یکنواخت مدار. قوانین کیخوف کار و قدرت فعلی. اثر حرارتی جریان. قانون ژول لنز قانون اهم برای بخش همگن و ناهمگن یک زنجیره و یک زنجیره بسته (کامل). مقاومت کردن

ما قانون اهم (نگاه کنید به (98.1)) را برای یک بخش همگن از زنجیره در نظر گرفتیم، به عنوان مثال، بخشی که در آن نه emf عمل می کند (هیچ نیروی خارجی در کار نیست). حالا بیایید در نظر بگیریم بخش ناهمگن زنجیره، e.m.f اصلی کجاست مکان روشن است 1-2 نشان می دهد، و تفاوت پتانسیل اعمال شده در انتهای بخش توسط

اگر جریان عبور کند بی حرکتهادی هایی که بخش را تشکیل می دهند I-2،سپس کار کنید A 12از تمام نیروهای (خارجی و الکترواستاتیک) اعمال شده بر روی حامل های جریان، طبق قانون بقای و تبدیل انرژی، برابر با گرمای آزاد شده در منطقه است. کار نیروهایی که هنگام حرکت یک بار Q 0 در منطقه انجام می شود 1-2, طبق (97.4)

E.m.f. مانند قدرت فعلی I، یک کمیت اسکالر است. یا باید گرفته شود

با علامت مثبت یا منفی، بسته به علامت کار انجام شده توسط نیروهای خارجی. اگر e.m.f. حرکت بارهای مثبت را در جهت انتخاب شده (در جهت 1-2)، سپس > 0 ترویج می کند. اگر e.m.f. از حرکت بارهای مثبت در جهت معین جلوگیری می کند<0.

در طول زمان t، گرما در هادی آزاد می شود (نگاه کنید به (99.5))

از فرمول های (100.1) و (100.2) بدست می آوریم

(100.3)

(100.4)

عبارت (100.3) یا (100.4) است قانون اهم برای بخش ناهمگن مدار به شکل انتگرال،که هست قانون اهم تعمیم یافته است.

اگر در این بخش از زنجیره بدون منبع فعلی(=0)، سپس از (100.4) به قانون اهم برای یک بخش همگن از زنجیره (98.1):

(در صورت عدم وجود نیروهای خارجی، ولتاژ در انتهای بخش برابر با اختلاف پتانسیل است (نگاه کنید به § 97)). اگر مدار الکتریکی بسته،سپس نقاط انتخاب شده 1 و 2 منطبق می شوند، , سپس از (100.4) بدست می آوریم قانون اهم برای مدار بسته:

قانون اهم برای بخش همگن یک زنجیره:

بخشی از مدار اگر منبع جریان نداشته باشد همگن نامیده می شود. I=U/R، 1 اهم – مقاومت رسانایی که در آن نیروی 1A در ولتاژ 1 ولت جریان دارد.

مقدار مقاومت به شکل و خواص مواد هادی بستگی دارد. برای یک هادی استوانه ای همگن، R=ρl/S، ρ آن مقداری است بسته به ماده مورد استفاده - مقاومت ماده، از ρ=RS/l نتیجه می شود که (ρ) = 1 اهم * متر. متقابل ρ رسانایی ویژه γ=1/ρ است.

به طور تجربی ثابت شده است که با افزایش دما، مقاومت الکتریکی فلزات افزایش می یابد. در دماهای نه چندان پایین، مقاومت فلزات افزایش می یابد

دمای مطلق p = α * p 0 * T ، p 0 - مقاومت در 0 o C ، α - ضریب دما. برای اکثر فلزات α = 1/273 = 0.004 K-1. p = p 0 * (1 + α * t)، t - دما در درجه سانتیگراد.

طبق نظریه الکترونیکی کلاسیک فلزات، در فلزات با شبکه بلوری ایده آل، الکترون ها بدون مقاومت حرکت می کنند (0=p).

دلیلی که باعث ایجاد مقاومت الکتریکی می شود، ناخالصی های خارجی و عیوب فیزیکی در شبکه کریستالی و همچنین حرکت حرارتی اتم ها است. دامنه ارتعاشات اتمی به t بستگی دارد. وابستگی مقاومت به t یک تابع پیچیده است:

p(T) = p استراحت + p id. ، p استراحت - مقاومت باقیمانده، p ID. - مقاومت فلزی ایده آل

مقاومت ایده آل مربوط به یک فلز کاملا خالص است و تنها با ارتعاشات حرارتی اتم ها تعیین می شود. بر اساس ملاحظات کلی، شناسه مقاومت فلز باید در T → 0 به 0 تمایل داشته باشد. با این حال، مقاومت به عنوان یک تابع از مجموع عبارت های مستقل تشکیل شده است، بنابراین، به دلیل وجود ناخالصی ها و سایر عیوب در شبکه بلوری مقاومت با کاهش t → به مقداری افزایش DC p استراحت. گاهی اوقات برای برخی از فلزات، وابستگی p به دما از حداقل می گذرد. ارزش نسبت ضرب و شتم مقاومت به وجود عیوب در شبکه و محتوای ناخالصی بستگی دارد.

j=γ*E - قانون اهم به شکل متمایز، فرآیند را در هر نقطه از هادی توصیف می کند، جایی که j چگالی جریان است، E قدرت میدان الکتریکی است.

مدار شامل یک مقاومت R و یک منبع جریان است. در یک بخش غیر یکنواخت مدار، حامل های جریان علاوه بر نیروهای الکترواستاتیک، توسط نیروهای خارجی نیز وارد عمل می شوند. نیروهای خارجی می توانند باعث حرکت منظم حامل های جریان مانند حامل های الکترواستاتیک شوند. در یک بخش غیر یکنواخت مدار، میدان نیروهای خارجی ایجاد شده توسط منبع EMF به میدان بارهای الکتریکی اضافه می شود. قانون اهم به شکل متمایز: j=γE. تعمیم فرمول به مورد یک هادی غیر یکنواخت j=γ(E+E*)(1).

از قانون اهم به شکل متمایز برای بخش ناهمگن یک زنجیره، می توان به شکل انتگرال قانون اهم برای این بخش رفت. برای انجام این کار، یک منطقه ناهمگن را در نظر بگیرید. در آن، سطح مقطع هادی ممکن است متغیر باشد. فرض کنید در داخل این بخش از مدار خطی وجود دارد که آن را مدار جریان می نامیم و رضایت می دهد:

1. در هر بخش عمود بر کانتور، کمیت های j، γ، E، E* دارای مقادیر یکسانی هستند.

2. j، E و E* در هر نقطه مماس بر کانتور هستند.

اجازه دهید به طور دلخواه جهت حرکت را در امتداد کانتور انتخاب کنیم. اجازه دهید جهت انتخاب شده مطابق با حرکت از 1 به 2 باشد. یک عنصر رسانا با مساحت S و عنصر کانتور dl را انتخاب کنید. اجازه دهید بردارهای موجود در (1) را روی عنصر کانتور dl بفرستیم: j=γ(E+E*) (2).

I در امتداد کانتور برابر است با پیش بینی چگالی جریان بر روی منطقه: I=jS (3).

رسانایی ویژه: γ=1/ρ. جایگزینی در (2) I/S=1/ρ(E+E*) در dl ضرب کنید و در امتداد کانتور ∫Iρdl/S=∫Eedl+∫E*edl ادغام کنید. بیایید در نظر بگیریم که ∫ρdl/S=R، و ∫Eedl=(φ 1 -φ 2)، ∫E*edl= ε 12، IR= ε 12 +(φ 1 -φ 2). ε 12، مانند I، یک کمیت جبری است، بنابراین توافق شد که وقتی ع حرکت حامل های جریان مثبت را در جهت انتخابی 1-2 ترویج می کند، ε 12 > 0 را در نظر بگیرید. اما در عمل، این مورد زمانی است که هنگام دور زدن بخشی از مدار، ابتدا با یک قطب منفی و سپس با قطب مثبت روبرو می شود. اگر ع از حرکت حامل های مثبت در جهت انتخاب شده جلوگیری کند، ε 12

قانون اهم بخش ناهمگن مدار

1.8. برق. قانون اهم

اگر یک هادی عایق در میدان الکتریکی قرار گیرد، نیرویی بر بارهای آزاد q در هادی وارد می‌شود و در نتیجه حرکت کوتاه‌مدت بارهای آزاد در هادی رخ می‌دهد. این فرآیند زمانی به پایان می رسد که میدان الکتریکی بارهای ناشی از سطح هادی کاملاً میدان خارجی را جبران کند. میدان الکترواستاتیک حاصل در داخل هادی صفر خواهد بود (بند 1.5 را ببینید).

با این حال، در رساناها، تحت شرایط خاص، حرکت منظم مرتب حامل های بار الکتریکی آزاد می تواند رخ دهد. این حرکت جریان الکتریکی نامیده می شود. جهت جریان الکتریکی جهت حرکت بارهای آزاد مثبت در نظر گرفته می شود. برای اینکه جریان الکتریکی در هادی وجود داشته باشد، باید میدان الکتریکی در آن ایجاد شود.

یک اندازه گیری کمی جریان الکتریکی قدرت جریان I است - یک کمیت فیزیکی اسکالر برابر با نسبت بار Δ q منتقل شده از طریق مقطع هادی (شکل 1.8.1) در بازه زمانی Δ t به این بازه زمانی :

اگر قدرت جریان و جهت آن در طول زمان تغییر نکند، به چنین جریانی ثابت می گویند.

در سیستم بین المللی واحدها (SI) جریان بر حسب آمپر (A) اندازه گیری می شود. واحد جریان 1 A توسط برهمکنش مغناطیسی دو هادی موازی با جریان ایجاد می شود (به بند 1.16 مراجعه کنید).

یک جریان الکتریکی مستقیم فقط در یک مدار بسته ایجاد می شود که حامل های بار آزاد در طول مسیرهای بسته در گردش هستند. میدان الکتریکی در نقاط مختلف چنین مداری در طول زمان ثابت است. در نتیجه، میدان الکتریکی در مدار جریان مستقیم دارای ویژگی یک میدان الکترواستاتیک منجمد است. اما هنگامی که یک بار الکتریکی در یک میدان الکترواستاتیک در امتداد یک مسیر بسته حرکت می کند، کار انجام شده توسط نیروهای الکتریکی صفر است (به بند 1.4 مراجعه کنید). بنابراین برای وجود جریان مستقیم، وجود دستگاهی در مدار الکتریکی ضروری است که در اثر کار نیروهای با منشاء غیرالکترواستاتیک، قادر به ایجاد و حفظ اختلاف پتانسیل در مقاطع مدار باشد. چنین دستگاه هایی را منابع جریان مستقیم می نامند. نیروهای با منشاء غیرالکترواستاتیکی که بر حامل های بار آزاد از منابع جاری وارد می شوند، نیروهای خارجی نامیده می شوند.

ماهیت نیروهای خارجی ممکن است متفاوت باشد. در سلول‌های گالوانیکی یا باتری‌ها در نتیجه فرآیندهای الکتروشیمیایی به وجود می‌آیند؛ در ژنراتورهای جریان مستقیم، زمانی که هادی‌ها در میدان مغناطیسی حرکت می‌کنند، نیروهای خارجی ایجاد می‌شوند. منبع جریان در مدار الکتریکی همان نقش پمپ را ایفا می کند که برای پمپاژ سیال در یک سیستم هیدرولیک بسته ضروری است. تحت تأثیر نیروهای خارجی، بارهای الکتریکی در داخل منبع جریان در برابر نیروهای میدان الکترواستاتیک حرکت می کنند، به همین دلیل می توان جریان الکتریکی ثابتی را در یک مدار بسته حفظ کرد.

هنگامی که بارهای الکتریکی در امتداد مدار جریان مستقیم حرکت می کنند، نیروهای خارجی وارد شده در داخل منابع جریان کار را انجام می دهند.

مقدار فیزیکی برابر با نسبت کار A st از نیروهای خارجی هنگام حرکت بار q از قطب منفی منبع جریان به قطب مثبت به مقدار این بار، نیروی الکتروموتور منبع (EMF) نامیده می شود:

بنابراین، EMF با کار انجام شده توسط نیروهای خارجی هنگام حرکت یک بار مثبت مشخص می شود. نیروی محرکه الکتریکی مانند اختلاف پتانسیل با ولت (V) اندازه گیری می شود.

هنگامی که یک بار مثبت منفرد در امتداد یک مدار جریان مستقیم بسته حرکت می کند، کار انجام شده توسط نیروهای خارجی برابر است با مجموع EMF که در این مدار عمل می کند و کار انجام شده توسط میدان الکترواستاتیک صفر است.

مدار DC را می توان به بخش های جداگانه تقسیم کرد. مناطقی که هیچ نیروی خارجی در آنها عمل نمی کند (یعنی مناطقی که دارای منابع جاری نیستند) همگن نامیده می شوند. مناطقی که شامل منابع جاری هستند ناهمگن نامیده می شوند.

هنگامی که یک بار مثبت منفرد در امتداد بخش خاصی از مدار حرکت می کند، کار توسط نیروهای الکترواستاتیک (کولن) و نیروهای خارجی انجام می شود. کار نیروهای الکترواستاتیکی برابر است با اختلاف پتانسیل Δφ 12 = φ 1 – φ 2 بین نقاط اولیه (1) و نهایی (2) مقطع ناهمگن. کار نیروهای خارجی طبق تعریف برابر با نیروی الکتروموتور 12 است که در یک ناحیه معین عمل می کند. بنابراین کل کار برابر است با

مقدار U 12 معمولاً ولتاژ در بخش مدار 1-2 نامیده می شود. در مورد یک ناحیه همگن، ولتاژ برابر با اختلاف پتانسیل است:

فیزیکدان آلمانی G. Ohm به طور تجربی در سال 1826 ثابت کرد که قدرت جریان I که از یک هادی فلزی همگن (یعنی رسانایی که هیچ نیروی خارجی در آن وارد نمی شود) جریان می یابد با ولتاژ U در انتهای هادی متناسب است:

مقدار R معمولاً مقاومت الکتریکی نامیده می شود. رسانایی که مقاومت الکتریکی دارد مقاومت نامیده می شود. این رابطه قانون اهم را برای یک بخش همگن از مدار بیان می کند: قدرت جریان در هادی با ولتاژ اعمال شده نسبت مستقیم و با مقاومت هادی نسبت معکوس دارد.

واحد SI مقاومت الکتریکی هادی ها اهم (Ω) است. مقاومت 1 اهم دارای بخشی از مدار است که در آن جریان 1 A با ولتاژ 1 ولت رخ می دهد.

رساناهایی که از قانون اهم پیروی می کنند خطی نامیده می شوند. وابستگی گرافیکی جریان I به ولتاژ U (این نمودارها مشخصه های جریان-ولتاژ نامیده می شوند که به اختصار VAC نامیده می شوند) با یک خط مستقیم که از مبدأ مختصات می گذرد نشان داده می شود. لازم به ذکر است که مواد و وسایل زیادی وجود دارند که از قانون اهم تبعیت نمی کنند، به عنوان مثال، دیود نیمه هادی یا لامپ تخلیه گاز. حتی با هادی های فلزی، در جریان های به اندازه کافی بالا، انحراف از قانون خطی اهم مشاهده می شود، زیرا مقاومت الکتریکی هادی های فلزی با افزایش دما افزایش می یابد.

برای بخشی از مدار حاوی emf، قانون اهم به شکل زیر نوشته شده است:

این رابطه معمولاً قانون اهم تعمیم یافته یا قانون اهم برای بخش ناهمگن زنجیره نامیده می شود.

در شکل 1.8.2 یک مدار DC بسته را نشان می دهد. بخش زنجیر (cd) یکنواخت است.

قانون اهم برای بخش غیر یکنواخت مدار

در عمل، واضح است که برای حفظ جریان پایدار در یک مدار بسته، نیروهایی با ماهیت اساسی متفاوت از نیروهای کولن مورد نیاز است، سپس موردی مشاهده می شود که در بخشی از مدار، بارهای الکتریکی آزاد به طور همزمان وجود داشته باشد. هم توسط نیروهای میدان الکتریکی و هم نیروهای خارجی (هر نیروی غیر محافظه‌کاری که در هر بار وارد می‌شود، به استثنای نیروهای مقاومت الکتریکی (نیروهای کولن)) عمل می‌کند. به چنین مقطعی، بخش ناهمگن زنجیره می گویند. شکل زیر نمونه ای از این بخش را نشان می دهد.

شدت میدان در هر نقطه از مدار برابر است با مجموع بردار میدان نیروهای کولن و میدان نیروهای خارجی:

بیایید قانون اهم را برای یک بخش غیر یکنواخت مدار فرموله کنیم - قدرت جریان با ولتاژ این بخش نسبت مستقیم دارد و با مقاومت کل آن نسبت معکوس دارد:

- فرمول قانون اهم برای بخش غیر یکنواخت زنجیره.

I - قدرت فعلی،
U12 - ولتاژ در منطقه،
R مقاومت کل مدار است.

تفاوت پتانسیل کار نیروی میدان الکتریکی را برای انتقال یک واحد بار مثبت (q) از نقطه 1 به نقطه 2 مشخص می کند:

- جایی که φ1 و φ 2 پتانسیل های انتهای مقطع هستند.

EMF کار نیروهای خارجی برای انتقال یک بار مثبت منفرد از نقطه 1 به نقطه 2 را مشخص می کند: - جایی که ε12 emf است که در این ناحیه عمل می کند، از نظر عددی برابر با حرکت یک بار مثبت منفرد در امتداد کانتور است.

ولتاژ روی یک بخش از مدار، کل نیروهای الکتریکی و نیروهای خارجی را نشان می دهد:

سپس قانون اهم به شکل زیر در می آید:

EMF می تواند مثبت یا منفی باشد. این بستگی به قطبیت گنجاندن EMF در بخش دارد. اگر در داخل منبع جریان مدار از قطب منفی به قطب مثبت ساخته شود، EMF مثبت است (شکل را ببینید). در این حالت نیروهای خارجی کار مثبت انجام می دهند. اگر انحراف از قطب مثبت به قطب منفی انجام شود، EMF منفی است. به بیان ساده، اگر emf حرکت بارهای مثبت را تقویت می کند، ε> 0، در غیر این صورت ε

جریان عبوری از بخش AB که در شکل نشان داده شده است را تعیین کنید. منبع EMF 20 ولت، مقاومت داخلی 1 اهم، پتانسیل نقاط A و B به ترتیب 15 ولت و 5 ولت، مقاومت سیم 3 اهم.

ε = 20 ولت
r = 1 اهم
φ1 = 15 ولت
φ2 = 5 ولت
R = 3 اهم

من - ؟
بیایید قانون اهم را برای بخش غیر یکنواخت مدار بنویسیم -
با فرض اینکه نقطه A ابتدای بخش و نقطه B انتهای آن باشد، EMF را با علامت منفی می گیریم و با جایگزینی داده های اولیه، به دست می آوریم.
علامت منفی نشان می دهد که جریان از نقطه B به نقطه A، از نقطه ای با پتانسیل پایین تر به نقطه ای با پتانسیل بالاتر، که برای منابع جریان معمول است، جریان می یابد.
پاسخ: -2.5 A

همانطور که در شکل نشان داده شده است، دو عنصر "به سمت" یکدیگر متصل هستند. اختلاف پتانسیل بین نقاط A و B را اگر ε1 = 1.4 ولت، r1 = 0.4 اهم، ε2 = 1.8 ولت، r2 = 0.6 اهم تعیین کنید.

برق

هنگامی که یک جریان الکتریکی در یک مدار بسته عبور می کند، بارهای آزاد در معرض نیروهای ناشی از یک میدان الکتریکی ساکن و نیروهای خارجی قرار می گیرند. در این حالت در بخش های خاصی از این مدار جریان فقط توسط یک میدان الکتریکی ساکن ایجاد می شود. به چنین بخش هایی از زنجیره همگن می گویند. در برخی از بخش‌های این مدار، علاوه بر نیروهای میدان الکتریکی ساکن، نیروهای خارجی نیز وارد عمل می‌شوند. به بخشی از زنجیره که نیروهای خارجی بر آن وارد می شوند، بخش غیر یکنواخت زنجیر می گویند.

برای اینکه بفهمیم قدرت جریان در این مناطق به چه چیزی بستگی دارد، لازم است مفهوم ولتاژ روشن شود.

اجازه دهید ابتدا یک بخش همگن از زنجیره را در نظر بگیریم (شکل 1، a). در این حالت، کار حرکت بار فقط توسط نیروهای میدان الکتریکی ثابت انجام می شود و این بخش با اختلاف پتانسیل Δφ مشخص می شود. تفاوت پتانسیل در انتهای بخش ، که در آن AK کاری است که توسط نیروهای میدان الکتریکی ساکن انجام می شود. بخش ناهمگن مدار (شکل 1، b) بر خلاف بخش همگن حاوی منبع EMF است و کار نیروهای میدان الکترواستاتیک در این بخش به کار نیروهای خارجی اضافه می شود. طبق تعریف، که q بار مثبتی است که بین هر دو نقطه در زنجیره حرکت می کند. - اختلاف پتانسیل بین نقاط ابتدا و انتهای بخش مورد نظر. . سپس در مورد تنش برای تنش صحبت می کنند: استاتیک. ه. n = Ee/stat. n. + استور. ولتاژ U در یک بخش از مدار یک کمیت اسکالر فیزیکی برابر با کل نیروهای خارجی و نیروهای میدان الکترواستاتیکی برای حرکت یک بار مثبت در این بخش است:

از این فرمول مشخص می شود که در حالت کلی، ولتاژ در یک بخش معین از مدار برابر است با مجموع جبری اختلاف پتانسیل و emf در این بخش. اگر فقط نیروهای الکتریکی بر روی این ناحیه وارد شوند (ε = 0)، آنگاه. بنابراین، فقط برای یک بخش همگن از مدار مفاهیم ولتاژ و اختلاف پتانسیل منطبق هستند.

قانون اهم برای بخش غیر یکنواخت یک زنجیره به شکل زیر است:

که در آن R مقاومت کل مقطع ناهمگن است.

EMF ε می تواند مثبت یا منفی باشد. این به دلیل قطبیت گنجاندن EMF در بخش است: اگر جهت ایجاد شده توسط منبع جریان با جهت جریان عبوری در بخش مطابقت داشته باشد (جهت جریان در بخش در داخل منبع منطبق باشد با جهت از قطب منفی به مثبت)، یعنی. EMF حرکت بارهای مثبت را در یک جهت معین ارتقا می دهد، سپس ε > 0، در غیر این صورت، اگر EMF از حرکت بارهای مثبت در یک جهت معین جلوگیری کند، آنگاه ε

konstant-current.narod.ru

نیروی محرکه برقی. قانون اهم برای بخش غیر یکنواخت مدار. قانون کیرشهوف

ما قانون اهم (98.1) را برای یک بخش همگن از مدار در نظر گرفتیم، یعنی بخشی که در آن EMF عمل نمی کند (نیروهای خارجی عمل نمی کنند). حالا بیایید در نظر بگیریم بخش ناهمگن زنجیره

اگر جریان عبور کند بی حرکتهادی هایی که بخش را تشکیل می دهند 1-2, سپس کار کنید A 12از تمام نیروهای (خارجی و الکترواستاتیک) اعمال شده بر روی حامل های جریان، طبق قانون بقای و تبدیل انرژی، برابر با گرمای آزاد شده در منطقه است. کار نیروهایی که هنگام حرکت بار انجام می شود Q 0مکان روشن است 1-2, مطابق (97.4)، A 12 =Q 0 E 0 +Q 0 ()

EMF E 12، مانند قدرت جریان /، یک کمیت اسکالر است. بسته به علامت کاری که توسط نیروهای خارجی انجام می شود باید با علامت مثبت یا منفی گرفته شود. اگر EMF حرکت بارهای مثبت را در جهت انتخاب شده (در جهت 1 - 2), سپس E 12 > 0. اگر emf از حرکت بارهای مثبت در جهت معین جلوگیری کند، E 12

عبارت (1) یا (2) نشان دهنده قانون اهم برای بخش ناهمگن مدار به شکل انتگرال، که هست قانون اهم تعمیم یافته است.

اگر در این بخش از زنجیره بدون منبع فعلی (E 12 = 0)، سپس از (4) به آن می رسیم قانون اهم برای یک بخش همگن از زنجیره(98.1): I = Ф1-Ф2/R = U/R

اگر مدار الکتریکی بسته،سپس نقاط انتخاب شده 1 و 2همزمان، φ 1 = φ 2

سپس از (4) بدست می آوریم قانون اهم برای مدار بسته: I=E/r + R 1

اگر از قوانینی که توسط فیزیکدان آلمانی G. R. Kirchhoff فرموله شده است استفاده کنید، محاسبه زنجیره های منشعب بسیار ساده می شود. دو تا از این قوانین وجود دارد.

اولین مورد به گره های زنجیره مربوط می شود. گره نقطه ای است که بیش از دو هادی به هم می رسند.(شکل 4.4). جریانی که به گره می رسد مثبت در نظر گرفته می شود، جریانی که از گره می گذرد علامت مخالف دارد. اولین قانون کیرشهوف بیان می کند که مجموع جبری جریان های همگرا در یک گره برابر با صفر است: .

این قاعده از معادله تداوم، یعنی در نهایت، از قانون بقای بار ناشی می شود. تعداد معادلات کامپایل شده طبق قانون اول کیرشهوف باید باشد یک عدد کمتر از تعداد گره های زنجیره مورد مطالعه. این امر استقلال خطی معادلات حاصل را تضمین می کند.

قانون دوم برای هر حلقه بسته جدا شده در یک مدار منشعب (به عنوان مثال، 1-3-2) اعمال می شود (شکل 4.5 را ببینید). بیایید جهت پیمایش را تعیین کنیم و آن را با یک فلش به تصویر بکشیم. اجازه دهید قانون اهم را برای هر یک از بخش های بدون انشعاب کانتور اعمال کنیم: ; .

با اضافه کردن این عبارات، یکی از معادلات به دست می آید.
که بیان می کند قانون دوم کیرشهوف: برای هر مدار بسته، مجموع جبری همه افت ولتاژ برابر است با مجموع همه emfs در این مدار.

معادلات مشابهی را می توان برای همه حلقه های بسته، اسم، ساخت. با این حال، در یک مدار انشعاب معین، تعداد آنها باید با معادلات مدارهای مستقلی که در آن حداقل یک جریان وجود دارد که در سایر مدارها گنجانده نشده است، محدود شود.
هنگام ترسیم معادلات بر اساس قانون دوم کیرشهوف، جریان ها و EMF باید مطابق با جهت انتخابی حرکت، علائمی را تعیین کنند.
به عنوان مثال، جریان باید "+" در نظر گرفته شود، در جهت بای پس جریان دارد. EMF همچنین باید یک علامت مثبت اختصاص داده شود، زیرا در جهت بای پس عمل می کند. به جریان و EMF علامت منفی اختصاص داده شده است.
در عمل، هنگام حل مسائل، هنگام ترسیم معادلات، جهت جریان ها خودسرانه انتخاب می شوند و مطابق با این، قانون علامت اعمال می شود.
جهت واقعی جریان ها با حل مسئله تعیین می شود: اگر هر جریانی مثبت شود، جهت آن به درستی انتخاب می شود، اگر منفی باشد، در واقع خلاف جهت انتخاب شده جریان می یابد. تعداد معادلات مستقلی که مطابق با قوانین اول و دوم کیرشهوف تدوین شده است. برابر تعداد جریان های مختلف است، در زنجیره ای منشعب جریان دارد. بنابراین، اگر emf و مقاومت داده شوند، می توان تمام جریان ها را محاسبه کرد.

اگر در یک مدار فقط نیروهای میدان الکترواستاتیک بر حامل های جریان وارد شوند، حامل ها (مثبت فرض می شوند) از نقاط با پتانسیل بالا به نقاط با پتانسیل پایین تر حرکت می کنند. این منجر به یکسان سازی پتانسیل در تمام نقاط مدار و ناپدید شدن میدان الکتریکی می شود. بنابراین برای وجود جریان مستقیم لازم است دستگاهی در مدار وجود داشته باشد که بتواند در اثر کار نیروها اختلاف پتانسیل ایجاد و حفظ کند. منشا غیر الکترواستاتیکیچنین وسایلی نامیده می شوند منابع فعلی قدرت ها منشا غیر الکترواستاتیکی،اقدام بر اساس هزینه از منابع جاری نامیده می شود اشخاص ثالث

ماهیت نیروهای خارجی ممکن است متفاوت باشد. به عنوان مثال، در سلول های گالوانیکی به دلیل انرژی واکنش های شیمیایی بین الکترودها و الکترولیت ها ایجاد می شوند. در ژنراتور - به دلیل انرژی مکانیکی چرخش روتور ژنراتور و غیره. نقش منبع جریان در مدار الکتریکی،

به بیان مجازی، همان نقش پمپ است که برای پمپاژ سیال در یک سیستم هیدرولیک ضروری است. تحت تأثیر میدان ایجاد شده نیروهای خارجی، بارهای الکتریکی در داخل منبع جریان در برابر نیروهای میدان الکترواستاتیک حرکت می کنند که به دلیل آن، انتهای مدار پشتیبانی می شود.

اختلاف پتانسیل وجود دارد و جریان الکتریکی ثابتی در مدار جریان دارد.

نیروهای خارجی برای حرکت بارهای الکتریکی کار می کنند. کمیت فیزیکی که توسط نیروهای خارجی در هنگام حرکت یک واحد بار مثبت تعیین می شود نامیده می شود نیروی محرکه برقی (EMF) فعال در مدار: (97.1)

این کار به دلیل انرژی صرف شده در منبع جریان انجام می شود، بنابراین مقدار Eهمچنین می توان نیروی الکتروموتور منبع جریان موجود در یک مدار نامید. اغلب، به جای اینکه بگویند: "نیروهای خارجی در مدار عمل می کنند"، می گویند: "EMF در مدار عمل می کند." اصطلاح "نیروی محرکه الکتریکی" به عنوان مشخصه نیروهای خارجی استفاده می شود. EMF مانند پتانسیل با ولت بیان می شود. نیروی خارجی F CT بر روی شارژ قو،را می توان به صورت کجا بیان کرد غذا خوردن- قدرت میدانی نیروهای خارجی کار نیروهای خارجی برای جابجایی بار Q oدر یک بخش بسته از مدار

تقسیم (97.2) بر قو،یک عبارت برای emf که در مدار عمل می کند به دست می آوریم:

آن ها EMF که در یک مدار بسته عمل می کند را می توان به عنوان گردش بردار قدرت میدان نیروهای خارجی تعریف کرد. EMF در سایت عمل می کند 1 - 2, برابر با (97.3)

به ازای هر شارژ Q 0علاوه بر نیروهای خارجی، نیروهای میدان الکترواستاتیک Fe = Q 0 E.بنابراین، نیروی حاصله بر بار در مدار وارد می شود قو،مساوی با اف = اف سی تی+ اف ج= Q 0 (E CT + E).

کار انجام شده توسط نیروی حاصل از بار Q 0مکان روشن است 1 - 2, مساوی با

استفاده از عبارات (97.3) و(84.8)، می توانیم بنویسیم

برای یک مدار بسته، کار انجام شده توسط نیروهای الکترواستاتیک صفر است (نگاه کنید به. § 83)، بنابراین در این مورد A 12 =Q 0 E 12.

ولتاژ Uمکان روشن است 1 - 2 یک کمیت فیزیکی است که توسط کار انجام شده توسط میدان الکترواستاتیک کل (کولن) تعیین می شود ونیروهای خارجی هنگام حرکت یک بار مثبت منفرد در یک بخش معین از مدار. بنابراین، با توجه به (97.4)

مفهوم تنش است تعمیممفهوم اختلاف پتانسیل: ولتاژ در انتهای مقطع مدار برابر است با اختلاف پتانسیل اگر برهیچ EMF در این منطقه وجود ندارد، تی.یعنی هیچ نیروی خارجی وجود ندارد.

قانون فدرال 21 نوامبر 2011 N 323-FZ "در مورد اصول حفاظت از سلامت شهروندان در فدراسیون روسیه" (با اصلاحات و اضافات) قانون فدرال 21 نوامبر 2011 N 323-FZ "در مورد اصول حفاظت از [ …]
بازپرداخت پیش پرداخت از یک تامین کننده: حسابداری و حسابداری مالیاتی پیش پرداخت یا پیش پرداختی است که توسط تامین کننده (فروشنده) قبل از تاریخ ارسال واقعی محصولات یا قبل از ارائه خدمات دریافت می شود.
بررسی رویه حل و فصل اختلافات تحت قراردادهای کاری "بررسی رویه حل و فصل اختلافات تحت قراردادهای کاری" مصوب هیئت رئیسه دادگاه داوری فدرال ناحیه اورال. پروتکل شماره 5 30 مارس 2007 1. […]
مدیریت عملیاتی یک موسسه آموزش پیش دبستانی مستقل شامل یک ملک مستغلات (ساختمان مهد کودک) است. ارزیابی و پرداخت مالیات بر دارایی توسط یک موسسه مستقل و با هزینه [...]
تعداد نشانه های جرم جوهر رویکرد حقوقی این است که جرم را به عنوان یک مفهوم جمعی در نظر بگیرید - بلافاصله txt fb2 ePub html پیوندی به یک فایل با فرمت انتخاب شده به تلفن شما ارسال می شود […]
در صورت عدم بازگشت وجه تضمینی آپارتمان چه باید کرد؟ دستورالعمل دقیق برای بازگشت، نحوه اقدام قانونی و استرداد وجه. یک وضعیت رایج زمانی است که علاوه بر اجاره ماهانه، […]

نیروی محرکه برقی.

اگر میدان الکتریکی در یک هادی ایجاد شود و اقداماتی برای حفظ آن انجام نشود، حرکت حامل های جریان خیلی سریع منجر به این می شود که میدان داخل هادی از بین می رود و جریان متوقف می شود. برای حفظ جریان برای مدت طولانی، لازم است بارهای مثبتی را که جریان به اینجا آورده است، از انتهای هادی با پتانسیل کمتر j 2 به طور مداوم حذف کرده و به انتهای با پتانسیل بالاتر منتقل کنید (شکل 2). 56.1).

میدان الکتریکی ایجاد شده در یک هادی نمی تواند چنین انتقال بارها را انجام دهد. برای اینکه یک جریان ثابت وجود داشته باشد، عمل برخی از نیروهای دیگر (نه نیروهای کولن) ضروری است، که بارها را در برابر نیروهای الکتریکی حرکت می دهند و پایداری میدان های الکتریکی را حفظ می کنند. اینها می توانند نیروهای مغناطیسی باشند، بارها را می توان به دلیل واکنش های شیمیایی، انتشار حامل های بار در یک محیط ناهمگن و غیره از هم جدا کرد. برای تأکید بر تفاوت بین این نیروها و نیروهای برهمکنش کولن، مرسوم است که آنها را با عبارت نشان دهیم. نیروهای خارجی. دستگاه هایی که در آنها بارهای آزاد تحت تأثیر نیروهای خارجی حرکت می کنند نامیده می شوند منابع فعلیاینها عبارتند از ژنراتورهای الکترومغناطیسی، ژنراتورهای ترموالکتریک و پانل های خورشیدی. یک گروه جداگانه از منابع انرژی شیمیایی تشکیل شده است: سلول های گالوانیکی، باتری ها و سلول های سوختی.

عمل نیروهای خارجی را می توان با معرفی مفهوم قدرت میدانی نیروهای خارجی مشخص کرد: .

کار نیروهای خارجی برای جابجایی بار qدر سایت dlرا می توان به صورت زیر بیان کرد:

در تمام طول بخش ل:

. (56.1)

مقداری برابر با نسبت کار انجام شده توسط نیروهای خارجی برای جابجایی بار به این بار نامیده می شود نیروی محرکه برقی(EMF):

. (56.2)

در رسانایی که جریان از آن عبور می کند، شدت میدان الکتریکی مجموع قدرت میدان نیروهای کولن و نیروهای خارجی است:

سپس برای چگالی جریان می توانیم بنویسیم

بیایید بردارها را با پیش بینی آنها در جهت حلقه بسته جایگزین کنیم و هر دو طرف معادله را در ضرب کنیم dl:

پس از انجام جایگزینی، معادله حاصل را به شکل کاهش می دهیم

عبارت حاصل را در طول مدار الکتریکی ادغام می کنیم:

انتگرال در سمت چپ معادله نشان دهنده مقاومت است آربخش های 1-2. در سمت راست معادله، مقدار انتگرال اول از نظر عددی برابر است با کار نیروهای کولن برای انتقال بار واحد از نقطه 1 به نقطه 2 - این اختلاف پتانسیل است. مقدار انتگرال دوم از نظر عددی برابر است با کار نیروهای خارجی برای حرکت بار واحد از نقطه 2 به نقطه 1 - این نیروی الکتروموتور است. مطابق با این، معادله (56.3) به شکل کاهش می یابد

اندازه IRبرابر با حاصل ضرب قدرت جریان و مقاومت مقطع مدار، نامیده می شود افت ولتاژدر قسمتی از زنجیره افت ولتاژ از نظر عددی برابر با کاری است که هنگام حرکت یک بار واحد توسط نیروهای خارجی و نیروهای میدان الکتریکی (کولن) انجام می شود.

بخشی از مدار حاوی EMF را بخش غیر یکنواخت می نامند. ما قدرت فعلی را در چنین بخش از فرمول (56.4) پیدا می کنیم:

با توجه به اینکه منبع جریان را می توان به دو طریق به قسمتی از مدار متصل کرد، علامت جلوی EMF را با "±" جایگزین می کنیم:

عبارت (56.5) است قانون اهم برای بخش غیر یکنواخت یک زنجیره.علائم "+" یا "-" چگونگی تأثیر نیروهای خارجی بر جریان جریان در جهت نشان داده شده را در نظر می گیرند: آنها باعث تقویت یا مانع می شوند (شکل 56.2).

اگر قسمتی از مدار حاوی EMF نباشد، یعنی همگن باشد، از فرمول (56.5) چنین می شود که

از فرمول (56.5) به دست می آید

جایی که IR- افت ولتاژ در بخش خارجی مدار، Ir- افت ولتاژ در بخش داخلی مدار.

از این رو، emf منبع جریان برابر است با مجموع افت ولتاژ در بخش های خارجی و داخلی مدار.

شدت جریان در یک بخش همگن مدار با ولتاژ در مقاومت ثابت مقطع نسبت مستقیم و با مقاومت مقطع در یک ولتاژ ثابت نسبت معکوس دارد.

جایی کهU - ولتاژ در منطقه، آر- مقاومت منطقه

قانون اهم برای بخش دلخواه مدار حاوی منبع جریان مستقیم.

جایی کهφ 1 - φ 2 + ε = U ولتاژ در یک بخش معین از مدار،آر - مقاومت الکتریکی یک بخش معین از مدار.

قانون اهم برای یک مدار کامل

قدرت جریان در یک مدار کامل برابر است با نسبت نیروی الکتروموتور منبع به مجموع مقاومت های بخش خارجی و داخلی مدار.

جایی کهآر - مقاومت الکتریکی بخش خارجی مدار،r - مقاومت الکتریکی بخش داخلی مدار.

مدار کوتاه.

از قانون اهم برای یک مدار کامل چنین استنباط می شود که قدرت جریان در مداری با منبع جریان معین فقط به مقاومت مدار خارجی R بستگی دارد.

اگر هادی با مقاومت R به قطب های یک منبع جریان متصل شود<< r, то тогда только ЭДС источника тока и его сопротивление будут определять значение силы тока в цепи. Такое значение силы тока будет являться предельным для данного источника тока и называется током короткого замыкания.

مقاومت الکتریکی (R) یک کمیت فیزیکی است که عددی برابر با نسبت است
ولتاژ در انتهای هادی به جریان عبوری از هادی.
مقدار مقاومت برای یک مقطع از مدار را می توان از فرمول قانون اهم برای یک مقطع از مدار تعیین کرد.

با این حال، مقاومت یک هادی به جریان در مدار و ولتاژ بستگی ندارد، بلکه تنها با شکل، اندازه و جنس هادی تعیین می شود.

جایی که l طول هادی (m)، S سطح مقطع (متر مربع)،
r (ro) - مقاومت (اهم m).

مقاومت

مقاومت هادی ساخته شده از یک ماده معین را نشان می دهد،
1 متر طول و با سطح مقطع 1 متر مربع.

واحد مقاومت SI: 1 اهم متر

با این حال، در عمل، ضخامت سیم ها به طور قابل توجهی کمتر از 1 متر مربع است.
بنابراین، واحد اندازه گیری مقاومت غیر سیستمی بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد:

واحد مقاومت سیستم در SI:

مقاومت یک هادی 1 اهم است اگر با اختلاف پتانسیل در انتهای آن 1 ولت،
جریان 1 A از آن عبور می کند.

دلیل وجود مقاومت در یک رسانا برهمکنش الکترون های متحرک با یون های شبکه کریستالی رسانا است. با توجه به تفاوت در ساختار شبکه بحرانی برای هادی های ساخته شده از مواد مختلف، مقاومت آنها با یکدیگر متفاوت است.

N39

اتصالات سریال و موازیدر مهندسی برق - دو روش اصلی برای اتصال عناصر یک مدار الکتریکی. در یک اتصال سری، تمام المان ها طوری به یکدیگر متصل می شوند که مقطعی از مدار که شامل آنها می شود دارای یک گره واحد نباشد. در یک اتصال موازی، تمام عناصر موجود در زنجیره توسط دو گره متحد می شوند و هیچ ارتباطی با گره های دیگر ندارند، مگر اینکه این با شرط مغایرت داشته باشد.

هنگامی که هادی ها به صورت سری متصل می شوند، جریان در همه هادی ها یکسان است.

در اتصال موازی، افت ولتاژ بین دو گره متصل کننده عناصر مدار برای همه عناصر یکسان است. در این حالت، مقدار متقابل مقاومت کل مدار برابر است با مجموع مقادیر متقابل مقاومت هادی های موازی متصل.

هنگامی که هادی ها به صورت سری متصل می شوند، قدرت جریان در هر قسمت از مدار یکسان است:

ولتاژ کل در مدار در یک اتصال سری یا ولتاژ در قطب های منبع جریان برابر است با مجموع ولتاژهای بخش های جداگانه مدار:

N40

نیروی محرکه برقی(EMF) یک کمیت فیزیکی اسکالر است که کار نیروهای خارجی (غیر بالقوه) را در منابع جریان مستقیم یا متناوب مشخص می کند. در یک مدار رسانای بسته، EMF برابر است با کار این نیروها برای حرکت یک بار مثبت در طول مدار.

EMF را می توان بر حسب قدرت میدان الکتریکی نیروهای خارجی بیان کرد (). در یک حلقه بسته () سپس EMF برابر خواهد بود با:

، عنصر طول کانتور کجاست.

EMF مانند ولتاژ با ولت اندازه گیری می شود. ما می توانیم در مورد نیروی الکتروموتور در هر بخشی از مدار صحبت کنیم. این کار خاص نیروهای خارجی است نه در کل مدار، بلکه فقط در یک منطقه معین. EMF یک سلول گالوانیکی کار نیروهای خارجی هنگام حرکت یک بار مثبت منفرد در داخل عنصر از یک قطب به قطب دیگر است. کار نیروهای خارجی را نمی توان از طریق اختلاف پتانسیل بیان کرد، زیرا نیروهای خارجی غیر بالقوه هستند و کار آنها به شکل مسیر بستگی دارد. بنابراین، به عنوان مثال، کار نیروهای خارجی هنگام جابجایی شارژ بین پایانه های فعلی در خارج از خود منبع صفر است.

[ویرایش] القایی emf

علت نیروی الکتروموتور می تواند تغییر میدان مغناطیسی در فضای اطراف باشد. این پدیده را القای الکترومغناطیسی می نامند. مقدار emf القایی در مدار توسط عبارت تعیین می شود

که در آن شار میدان مغناطیسی از طریق یک سطح بسته محدود شده توسط یک کانتور است. علامت "-" قبل از عبارت نشان می دهد که جریان القایی ایجاد شده توسط emf القایی از تغییر در شار مغناطیسی در مدار جلوگیری می کند.

n41

کار انجام شده توسط جریان الکتریکی نشان می دهد که میدان الکتریکی در هنگام حرکت بارها در امتداد یک هادی چقدر کار انجام داده است.

دانستن دو فرمول:
I = q/t ..... و..... U = A/q
شما می توانید یک فرمول برای محاسبه کار جریان الکتریکی استخراج کنید:

کار انجام شده توسط جریان الکتریکی برابر است با حاصل ضرب جریان و ولتاژ
و برای مدت زمان جریان در مدار.

واحد اندازه گیری کار جریان الکتریکی در سیستم SI:
[A] = 1 J = 1A. ب. ج

توان جریان الکتریکی کار انجام شده توسط جریان در واحد زمان را نشان می دهد.
و برابر است با نسبت کار انجام شده به زمانی که این کار در آن انجام شده است.

(قدرت در مکانیک معمولا با حرف نشان داده می شود ن، در مهندسی برق - نامه آر)
زیرا A = IUt، سپس توان جریان الکتریکی برابر است با:

واحد توان جریان الکتریکی در سیستم SI:

[P] = 1 W (وات) = 1 A. B

N42

نیمه هادی- ماده ای که از نظر رسانایی خاص خود، موقعیت میانی بین هادی ها و دی الکتریک ها را اشغال می کند و با هادی ها در وابستگی شدید رسانایی ویژه به غلظت ناخالصی ها، دما و قرار گرفتن در معرض انواع مختلف تابش متفاوت است. ویژگی اصلی یک نیمه هادی افزایش رسانایی الکتریکی با افزایش دما است.

نیمه رساناها موادی هستند که فاصله باند آنها در حد چند الکترون ولت (eV) است. به عنوان مثال، الماس را می توان به عنوان طبقه بندی کرد نیمه هادی های پهن باند، و آرسنید ایندیوم - به شکاف باریک. نیمه رساناها شامل بسیاری از عناصر شیمیایی (ژرمانیوم، سیلیکون، سلنیوم، تلوریم، آرسنیک و غیره)، تعداد زیادی آلیاژ و ترکیبات شیمیایی (آرسنید گالیم و غیره) هستند. تقریباً تمام مواد معدنی در دنیای اطراف ما نیمه رسانا هستند. رایج ترین نیمه هادی در طبیعت سیلیکون است که تقریباً 30 درصد از پوسته زمین را تشکیل می دهد.

بسته به اینکه اتم ناخالصی الکترون را رها کند یا آن را بگیرد، اتم های ناخالصی دهنده یا گیرنده نامیده می شوند. ماهیت ناخالصی بسته به اینکه کدام اتم از شبکه کریستالی را جایگزین کرده و در کدام صفحه کریستالوگرافی جاسازی شده می تواند متفاوت باشد.

رسانایی نیمه هادی ها به شدت به دما بستگی دارد. دمای نزدیک به صفر مطلق، نیمه هادی ها دارای خواص دی الکتریک هستند.

N43

پدیده های مغناطیسی در دنیای باستان شناخته شده بودند. قطب نما بیش از 4500 سال پیش اختراع شد. در قرن دوازدهم پس از میلاد در اروپا ظاهر شد. با این حال، تنها در قرن 19 بود که ارتباط بین الکتریسیته و مغناطیس کشف شد و ایده میدان مغناطیسی .

اولین آزمایشات (که در سال 1820 انجام شد) که نشان داد ارتباط عمیقی بین پدیده های الکتریکی و مغناطیسی وجود دارد، آزمایش های فیزیکدان دانمارکی H. Oersted بود. این آزمایشات نشان داد که یک سوزن مغناطیسی واقع در نزدیکی یک هادی حامل جریان، توسط نیروهایی که تمایل به چرخاندن آن دارند، وارد عمل می شود. در همان سال فیزیکدان فرانسوی A.Ampere برهمکنش نیرو دو هادی با جریان را مشاهده کرد و قانون برهمکنش جریان ها را وضع کرد.

بر اساس مفاهیم مدرن، هادی های حامل جریان نه به طور مستقیم، بلکه از طریق میدان های مغناطیسی اطراف خود بر یکدیگر نیرو وارد می کنند.

منابع میدان مغناطیسی هستند در حال حرکتبارهای الکتریکی (جریان). یک میدان مغناطیسی در فضای اطراف رساناهای حامل جریان به وجود می آید، همانطور که میدان الکتریکی در فضای اطراف بارهای الکتریکی ساکن به وجود می آید. میدان مغناطیسی آهنرباهای دائمی نیز توسط ریزجریان های الکتریکی در حال گردش در داخل مولکول های یک ماده ایجاد می شود (فرضیه آمپر).

دانشمندان قرن نوزدهم سعی کردند با قیاس با الکترواستاتیک، نظریه ای در مورد میدان مغناطیسی ایجاد کنند و به اصطلاح را در نظر بگیرند. بارهای مغناطیسیدو علامت (مثلاً شمال نو جنوبی اسقطب های سوزن مغناطیسی). با این حال، تجربه نشان می دهد که بارهای مغناطیسی جدا شده وجود ندارد.

میدان مغناطیسی جریان ها با میدان الکتریکی تفاوت اساسی دارد. میدان مغناطیسی بر خلاف میدان الکتریکی دارای اثر نیرو است فقطبه بارهای متحرک (جریان).

برای توصیف میدان مغناطیسی، لازم است یک مشخصه شدت میدان مشابه با بردار شدت میدان الکتریکی معرفی شود. این ویژگی است بردار القای مغناطیسی که نیروهای وارد بر جریان یا بارهای متحرک در میدان مغناطیسی را تعیین می کند.

برای مثبت جهت برداریجهت از قطب جنوب S به قطب شمال N سوزن مغناطیسی گرفته می شود که آزادانه در میدان مغناطیسی جهت گیری می کند. بنابراین، با مطالعه میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط یک جریان یا یک آهنربای دائمی با استفاده از یک سوزن مغناطیسی کوچک، می توان جهت بردار را در هر نقطه از فضا تعیین کرد، چنین تحقیقاتی به ما اجازه می دهد تا ساختار فضایی میدان مغناطیسی را تجسم کنیم. . مشابه خطوط نیرو در الکترواستاتیک، می توان ساخت خطوط القای مغناطیسی ، که در هر نقطه آن بردار در امتداد یک مماس جهت می شود.

N44

از قانون آمپر چنین استنباط می شود که هادی های موازی با جریان های الکتریکی که در یک جهت جریان دارند جذب می شوند و در جهت مخالف دفع می کنند. قانون آمپر همچنین قانونی است که نیرویی را تعیین می کند که میدان مغناطیسی با آن بر بخش کوچکی از هادی حامل جریان وارد می شود. بیان نیرویی که میدان مغناطیسی با آن بر عنصر حجمی یک رسانا با چگالی جریان واقع در یک میدان مغناطیسی با القاء عمل می‌کند، در سیستم بین‌المللی واحدها (SI) به شکل زیر است:

اگر جریان از یک هادی نازک عبور کند، "عنصر طول" هادی کجاست - برداری که از نظر بزرگی برابر است و در جهت با جریان منطبق است. سپس برابری قبلی را می توان به صورت زیر بازنویسی کرد:

جهت نیرو توسط قانون محاسبه حاصلضرب بردار تعیین می شود که با استفاده از قانون دست چپ به خاطر بسپارید.

مدول نیروی آمپر را می توان با استفاده از فرمول پیدا کرد:

زاویه بین بردارهای القای مغناطیسی و جریان کجاست.

نیرو زمانی که عنصر رسانا با جریان عمود بر خطوط القای مغناطیسی قرار گیرد حداکثر است:

N45

اجازه دهید یک مدار حامل جریان را در نظر بگیریم که توسط سیم های ثابت و یک بلوز متحرک به طول در امتداد آنها می لغزد. ل(شکل 2.17). این مدار در یک میدان مغناطیسی یکنواخت خارجی عمود بر صفحه مدار قرار دارد. با جهت جریان نشان داده شده در شکل من، بردار هم جهت با .

هر عنصر فعلی من(سیم متحرک) طول لنیروی آمپر به سمت راست عمل می کند:

به هادی اجازه دهید لدر فاصله d به موازات خود حرکت خواهد کرد ایکس. این کار موارد زیر را انجام خواهد داد:

(2.9.1)

کار ، توسط یک هادی حامل جریان هنگام حرکت، به صورت عددی انجام می شود برابر حاصلضرب جریان و شار مغناطیسی است، توسط این هادی عبور کرده است.

اگر رسانایی با هر شکلی در هر زاویه ای نسبت به خطوط بردار القای مغناطیسی حرکت کند، این فرمول معتبر باقی می ماند.

نیروی لورنتس

نیرویی که میدان مغناطیسی بر یک ذره باردار الکتریکی متحرک وارد می کند.

که در آن q بار ذره است.
V - سرعت شارژ؛
ب - القای میدان مغناطیسی؛
a زاویه بین بردار سرعت بار و بردار القای مغناطیسی است.

جهت نیروی لورنتس مشخص می شود توسطقانون دست چپ:

اگر دست چپ خود را طوری قرار دهید که جزء بردار القایی عمود بر سرعت وارد کف دست شود و چهار انگشت در جهت سرعت حرکت بار مثبت (یا خلاف جهت سرعت بار مثبت) قرار گیرند. بار منفی)، سپس شست خم شده جهت نیروی لورنتس را نشان می دهد

از آنجایی که نیروی لورنتس همیشه بر سرعت بار عمود است، کار نمی کند (یعنی مقدار سرعت بار و انرژی جنبشی آن را تغییر نمی دهد).

اگر یک ذره باردار به موازات خطوط میدان مغناطیسی حرکت کند، Fl = 0، و بار در میدان مغناطیسی به طور یکنواخت و مستقیم حرکت می کند.

اگر یک ذره باردار عمود بر خطوط میدان مغناطیسی حرکت کند، نیروی لورنتز مرکز است.

و شتاب مرکزگرا برابر با

در این حالت، ذره به صورت دایره ای حرکت می کند.

طبق قانون دوم نیوتن: نیروی لورنتس برابر است با حاصل ضرب جرم ذره و شتاب مرکز.

سپس شعاع دایره

و دوره چرخش بار در میدان مغناطیسی است

از آنجایی که جریان الکتریکی حرکت منظم بارها را نشان می دهد، عمل یک میدان مغناطیسی روی یک هادی با جریان، نتیجه عمل آن بر روی بارهای متحرک منفرد است.

خواص مغناطیسی مواد

خواص مغناطیسی ماده طبق فرضیه آمپر با جریان های بسته ای که در داخل هر ماده در گردش هستند توضیح داده می شود:

در داخل اتم ها به دلیل حرکت الکترون ها در مدارها، جریان های الکتریکی ابتدایی وجود دارد که میدان های مغناطیسی ابتدایی ایجاد می کند.
از همین رو:
1. اگر ماده خاصیت مغناطیسی نداشته باشد، میدان های مغناطیسی ابتدایی غیر جهت دار هستند (به دلیل حرکت حرارتی).

2. اگر ماده ای خاصیت مغناطیسی داشته باشد، میدان های مغناطیسی ابتدایی به طور مساوی جهت دهی شده اند و میدان مغناطیسی داخلی خود ماده تشکیل می شود.

القای الکترومغناطیسی- پدیده وقوع جریان الکتریکی در مدار بسته هنگام تغییر شار مغناطیسی عبوری از آن.

القای الکترومغناطیسی توسط مایکل فارادی در 29 آگوست کشف شد. منبع مشخص نشده 253 روز] 1831. او کشف کرد که نیروی الکتروموتور ایجاد شده در یک مدار رسانای بسته متناسب با سرعت تغییر شار مغناطیسی از طریق سطح محدود شده توسط این مدار است. مقدار نیروی الکتروموتور (EMF) به چیزی که باعث تغییر شار می شود - تغییر در خود میدان مغناطیسی یا حرکت مدار (یا بخشی از آن) در میدان مغناطیسی بستگی ندارد. جریان الکتریکی ناشی از این emf را جریان القایی می گویند.

طبق قانون القای الکترومغناطیسی فارادی، هنگامی که شار مغناطیسی عبوری از مدار الکتریکی تغییر می کند، جریانی به نام القاء در آن برانگیخته می شود. مقدار نیروی محرکه الکتریکی مسئول این جریان با معادله تعیین می شود:

که در آن علامت منفی به این معنی است که emf القایی به گونه ای عمل می کند که جریان القایی از تغییر شار جلوگیری می کند. این واقعیت در قانون لنز منعکس شده است.

N48

تاکنون تغییر میدان های مغناطیسی را بدون توجه به منبع آنها در نظر گرفته ایم. در عمل، میدان های مغناطیسی اغلب با استفاده از انواع مختلف شیر برقی ایجاد می شوند، به عنوان مثال. مدارهای چند دور با جریان

در اینجا دو مورد ممکن وجود دارد:هنگامی که جریان در مدار تغییر می کند، شار مغناطیسی تغییر می کند: الف ) همان مدار ; ب ) مدار مجاور

emf القایی که در خود مدار ایجاد می شود نامیده می شود emf خود القا شدهو خود پدیده – خود القایی

اگر emf القایی در مدار مجاور رخ دهد، آنگاه در مورد پدیده صحبت می کنند القای متقابل.

واضح است که ماهیت پدیده یکسان است، اما از نام های مختلفی برای تأکید بر محل وقوع emf القایی استفاده می شود.

پدیده خود القایی توسط دانشمند آمریکایی جی. هنری کشف شد.

طبق قانون القای الکترومغناطیسی

ولی ΔΦ=LΔI، از این رو:

N49

موتور الکتریکی به سادگی وسیله ای برای تبدیل موثر انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی است.

اساس این تبدیل مغناطیس است. موتورهای الکتریکی از آهنرباهای دائمی و آهنرباهای الکتریکی استفاده می کنند و همچنین از خواص مغناطیسی مواد مختلف برای ایجاد این وسایل شگفت انگیز استفاده می کنند.

انواع مختلفی از موتورهای الکتریکی وجود دارد. بیایید به دو کلاس اصلی توجه کنیم: AC و DC.

موتورهای الکتریکی کلاس AC (جریان متناوب) برای کار کردن به یک منبع جریان یا ولتاژ متناوب نیاز دارند (چنین منبعی را می توانید در هر پریز برق خانه پیدا کنید).

موتورهای الکتریکی کلاس DC (جریان مستقیم) برای کار کردن به منبع جریان مستقیم یا ولتاژ نیاز دارند (چنین منبعی را می توانید در هر باتری پیدا کنید).

موتورهای یونیورسال می توانند با هر نوع منبعی تغذیه شوند.

نه تنها طراحی موتورها متفاوت است، روش های کنترل سرعت و گشتاور نیز متفاوت است، اگرچه اصل تبدیل انرژی برای همه انواع یکسان است.

نیروی محرکه برقی.

قانون اهم برای مدار بسته و بخش غیر یکنواخت مدار.

قانون اهم برای مدار بسته این را می گوید. مقدار جریان در یک مدار بسته که از منبع جریان با مقاومت داخلی و همچنین مقاومت بار خارجی تشکیل شده است. برابر است با نسبت نیروی الکتروموتور منبع به مجموع مقاومت های خارجی و داخلی.

قانون اهم برای بخش غیر یکنواخت مدار

برای اینکه بفهمیم قدرت جریان در این مناطق به چه چیزی بستگی دارد، لازم است مفهوم ولتاژ روشن شود.

برنج. 1

اجازه دهید ابتدا یک بخش همگن از زنجیره را در نظر بگیریم (شکل 1، a). در این حالت، کار حرکت بار فقط توسط نیروهای میدان الکتریکی ثابت انجام می شود و این بخش با اختلاف پتانسیل Δφ مشخص می شود. تفاوت پتانسیل در انتهای بخش ، که در آن AK کاری است که توسط نیروهای میدان الکتریکی ساکن انجام می شود. بخش ناهمگن مدار (شکل 1، b) بر خلاف بخش همگن حاوی منبع EMF است و کار نیروهای میدان الکترواستاتیک در این بخش به کار نیروهای خارجی اضافه می شود. طبق تعریف، که q بار مثبتی است که بین هر دو نقطه در زنجیره حرکت می کند. - اختلاف پتانسیل بین نقاط ابتدا و انتهای بخش مورد نظر؛ . سپس در مورد تنش برای تنش صحبت می کنند: استاتیک. ه. n = Ee/stat. n. + استور. ولتاژ U در یک بخش از مدار یک کمیت اسکالر فیزیکی برابر با کل نیروهای خارجی و نیروهای میدان الکترواستاتیکی برای حرکت یک بار مثبت در این بخش است:

قانون اهم برای بخش غیر یکنواخت یک زنجیره به شکل زیر است:

که در آن R مقاومت کل مقطع ناهمگن است.

قوانین کیخوف

کار و قدرت فعلی. اثر حرارتی جریان. قانون ژول لنز

هنگامی که جریان از یک بخش همگن از مدار عبور می کند، میدان الکتریکی کار می کند. در طول زمان Δ t، یک بار Δ q = I Δ t در مدار جریان می یابد. میدان الکتریکی در یک ناحیه انتخاب شده کار می کند

توان جریان الکتریکی برابر است با نسبت کار جریان Δ A به بازه زمانی Δ t که طی آن این کار انجام شده است:

کار جریان الکتریکی در SI بر حسب ژول (J)، توان - بر حسب وات (W) بیان می شود.

اکنون یک مدار جریان مستقیم کامل را در نظر می گیریم که از یک منبع با نیروی الکتروموتور و مقاومت داخلی r و یک بخش همگن خارجی با مقاومت R تشکیل شده است. قانون اهم برای یک مدار کامل به صورت نوشته شده است

اولین جمله در سمت چپ Δ Q = R I 2 Δ t گرمای آزاد شده در بخش خارجی مدار در طول زمان Δ t است، دومین عبارت ΔQ منبع = r I 2 Δ t گرمای آزاد شده در داخل منبع است. در همان زمان

عبارت I Δ t برابر است با کار نیروهای خارجی Δ A st که در داخل منبع عمل می کنند.

هنگامی که جریان الکتریکی از یک مدار بسته عبور می کند، کار نیروهای خارجی Δ A هنر به گرمای آزاد شده در مدار خارجی (Δ Q) و در داخل منبع (منبع Δ Q) تبدیل می شود..

Δ Q + Δ Q منبع = Δ A st = I Δ t

لازم به ذکر است که این نسبت شامل کار میدان الکتریکی نمی شود. هنگامی که جریان از یک مدار بسته عبور می کند، میدان الکتریکی هیچ کاری انجام نمی دهد. از همین رو گرما فقط توسط نیروهای خارجی تولید می شود، در داخل منبع عمل می کند. نقش میدان الکتریکی به توزیع مجدد گرما بین بخشهای مختلف مدار کاهش می یابد.

مدار خارجی نه تنها می تواند یک رسانا با مقاومت R باشد، بلکه می تواند دستگاهی باشد که برق مصرف می کند، به عنوان مثال، یک موتور DC. در این مورد، R باید به عنوان درک شود مقاومت بار معادل. انرژی آزاد شده در مدار خارجی می تواند به طور جزئی یا کامل نه تنها به گرما، بلکه به انواع دیگر انرژی نیز تبدیل شود، به عنوان مثال، به کار مکانیکی که توسط یک موتور الکتریکی انجام می شود. بنابراین، مسئله استفاده از انرژی منبع جریان از اهمیت عملی بالایی برخوردار است.