Sähkömotorinen voima. Ohmin laki suljetulle piirille ja piirin epätasaiselle osalle. Kiekhoffin säännöt. Työ ja nykyinen teho. Virran lämpövaikutus. Joule-Lenzin laki. Ohmin laki ketjun homogeeniselle, epähomogeeniselle osalle ja suljetulle (täydelliselle) ketjulle. vastustaa

Tarkastelimme Ohmin lakia (katso (98.1)) ketjun homogeeniselle osuudelle, eli sellaiselle, jossa Ei emf toimii (ei ulkopuolisia voimia toimi). Mietitään nyt ketjun heterogeeninen osa, missä on alkuperäinen e.m.f. Sijainti päällä 1-2 merkitsee , ja osan päissä käytettyä potentiaalieroa merkillä

Jos virta kulkee läpi liikkumaton osan muodostavat johtimet I-2, sitten töitä A 12 kaikista virrankantajiin kohdistuvista voimista (ulkoisista ja sähköstaattisista) energian säilymisen ja muuntamisen lain mukaan on yhtä suuri kuin alueella vapautuva lämpö. Voimien työ, joka suoritetaan siirrettäessä varausta Q 0 alueella 1-2, mukaan (97.4),

E.m.f. , kuten virran voimakkuus I, on skalaarisuure. Se on otettava joko

positiivisella tai negatiivisella merkillä riippuen ulkoisten voimien suorittaman työn merkistä. Jos e.m.f. edistää positiivisten varausten liikettä valittuun suuntaan (suuntaan 1-2), sitten >0. Jos e.m.f. estää positiivisten varausten liikkumisen tiettyyn suuntaan<0.

Ajan t aikana johtimessa vapautuu lämpöä (katso (99.5))

Kaavoista (100.1) ja (100.2) saadaan

(100.3)

(100.4)

Lauseke (100.3) tai (100.4) on Ohmin laki piirin epähomogeeniselle osalle integraalisessa muodossa, mikä on yleistetty Ohmin laki.

Jos tässä ketjun osassa ei nykyistä lähdettä( =0), sitten (100.4):stä päästään kohtaan Ohmin laki ketjun homogeeniselle osalle (98.1):

(ulkopuolisten voimien puuttuessa jännite osan päissä on yhtä suuri kuin potentiaaliero (katso § 97)). Jos sähköpiiri suljettu, silloin valitut pisteet 1 ja 2 ovat samat, , sitten (100.4):stä saadaan Ohmin laki suljetulle piirille:

Ohmin laki ketjun homogeeniselle osalle:

Piirin osaa kutsutaan homogeeniseksi, jos se ei sisällä virtalähdettä. I=U/R, 1 Ohm – johtimen resistanssi, jossa 1A virtaa 1V:lla.

Resistanssin määrä riippuu johdinmateriaalin muodosta ja ominaisuuksista. Homogeeniselle lieriömäiselle johtimelle sen R=ρl/S, ρ on arvo, joka riippuu käytetystä materiaalista - aineen ominaisvastus, ρ=RS/l:stä seuraa, että (ρ) = 1 Ohm*m. ρ:n käänteisluku on ominaisjohtavuus γ=1/ρ.

Kokeellisesti on todettu, että lämpötilan noustessa metallien sähkövastus kasvaa. Ei liian alhaisissa lämpötiloissa metallien ominaisvastus kasvaa

absoluuttinen lämpötila p = α*p 0 *T, p 0 – ominaisvastus 0 o C:ssa, α – lämpötilakerroin. Useimmille metalleille α = 1/273 = 0,004 K -1. p = p 0 *(1+ α*t), t – lämpötila o C:ssa.

Klassisen metallien elektroniikkateorian mukaan metalleissa, joissa on ihanteellinen kidehila, elektronit liikkuvat ilman vastusta (p = 0).

Sähkövastuksen ilmaantumisen syynä ovat vieraat epäpuhtaudet ja kidehilan fysikaaliset viat sekä atomien lämpöliike. Atomivärähtelyjen amplitudi riippuu t:stä. Resistiivisyyden riippuvuus t:stä on monimutkainen funktio:

p(T) = p lepo + p id. , p rest – jäännösresistanssi, p ID. - ihanteellinen metallin kestävyys.

Ihanteellinen vastus vastaa täysin puhdasta metallia ja sen määräävät vain atomien lämpövärähtelyt. Yleisten näkemysten perusteella vastustunnus. metallin pitäisi pyrkiä 0:aan kohdassa T → 0. Resistiivisyys funktiona koostuu kuitenkin riippumattomien termien summasta, joten resistiivisyyden kidehilassa on epäpuhtauksia ja muita vikoja t:n pienentyessä → johonkin DC:n nousu. p lepo. Joskus joidenkin metallien p:n lämpötilariippuvuus läpäisee minimin. Res. arvo lyödä vastustuskyky riippuu hilan vikojen esiintymisestä ja epäpuhtauspitoisuudesta.

j=γ*E – Ohmin laki eriytetyssä muodossa, joka kuvaa prosessia johtimen jokaisessa pisteessä, missä j on virrantiheys, E on sähkökentän voimakkuus.

Piiri sisältää vastuksen R ja virtalähteen. Piirin epätasaisessa osassa virrankantoimiin vaikuttavat sähköstaattisten voimien lisäksi ulkoiset voimat. Ulkoiset voimat voivat aiheuttaa virrankuljettajien, kuten sähköstaattisten, järjestettyä liikettä. Epätasaisessa piirin osassa EMF-lähteen luoma ulkoisten voimien kenttä lisätään sähkövarausten kenttään. Ohmin laki eriytetyssä muodossa: j=γE. Yleistetään kaava epätasaisen johtimen tapaukselle j=γ(E+E*)(1).

Ohmin laista eriytetyssä muodossa ketjun epähomogeeniselle osalle voidaan siirtyä tämän osan Ohmin lain integraalimuotoon. Harkitse tätä varten heterogeenista aluetta. Siinä johtimen poikkileikkaus voi olla vaihteleva. Oletetaan, että tämän piirin osan sisällä on linja, jota kutsumme virtapiiriksi, mikä tyydyttää:

1. Jokaisessa ääriviivaa vastaan kohtisuorassa leikkauksessa suureilla j, γ, E, E* on samat arvot.

2. j, E ja E* kussakin pisteessä on suunnattu ääriviivan tangenttina.

Valitaan mielivaltaisesti liikesuunta ääriviivaa pitkin. Vastaako valittu suunta liikettä 1 - 2. Otetaan johdinelementti, jonka pinta-ala on S ja ääriviivaelementti dl. Projisoidaan (1) sisältämät vektorit ääriviivaelementille dl: j=γ(E+E*) (2).

I ääriviivaa pitkin on yhtä suuri kuin virrantiheyden projektio alueelle: I=jS (3).

Ominaisjohtavuus: γ=1/ρ. Korvaa (2) I/S=1/ρ(E+E*) Kerro dl:llä ja integroi ääriviivaa pitkin ∫Iρdl/S=∫Eedl+∫E*edl. Otetaan huomioon, että ∫ρdl/S=R, ja ∫Eedl=(φ 1 -φ 2), ∫E*edl= ε 12, IR= ε 12 +(φ 1 -φ 2). ε 12, kuten I, on algebrallinen suure, joten sovittiin, että kun ع edistää positiivisten virrankantoaaltojen liikettä valittuun suuntaan 1-2, katsotaan ε 12 >0. Käytännössä näin on kuitenkin silloin, kun piirin osuutta kiertäessä kohtaa ensin negatiivinen napa, sitten positiivinen. Jos ع estää positiivisten kantoaaltojen liikkeen valittuun suuntaan, niin ε 12

Ohmin lain epähomogeeninen osa piiristä

1.8 Sähkö. Ohmin laki

Jos eristetty johdin asetetaan sähkökenttään, niin johtimessa oleviin vapaisiin varauksiin q vaikuttaa voima, jonka seurauksena johtimessa tapahtuu lyhytaikaista vapaiden varausten liikettä. Tämä prosessi päättyy, kun johtimen pinnalle syntyvien varausten oma sähkökenttä kompensoi täysin ulkoisen kentän. Tuloksena oleva sähköstaattinen kenttä johtimen sisällä on nolla (katso § 1.5).

Johtimissa voi kuitenkin tietyissä olosuhteissa tapahtua vapaiden sähkövarauksen kantajien jatkuvaa järjestettyä liikettä. Tätä liikettä kutsutaan sähkövirraksi. Sähkövirran suunnaksi katsotaan positiivisten vapaiden varausten liikesuunta. Jotta johtimessa olisi sähkövirtaa, siihen on luotava sähkökenttä.

Sähkövirran kvantitatiivinen mitta on virran voimakkuus I - skalaarinen fysikaalinen suure, joka on yhtä suuri kuin johtimen poikkileikkauksen (kuva 1.8.1) kautta aikavälillä Δ t tähän aikaväliin siirtyneen varauksen Δ q suhde. :

Jos virran voimakkuus ja sen suunta eivät muutu ajan myötä, tällaista virtaa kutsutaan vakioksi.

Kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä (SI) virta mitataan ampeereina (A). Virran yksikkö 1 A muodostuu kahden rinnakkaisen johtimen magneettisesta vuorovaikutuksesta virran kanssa (katso § 1.16).

Tasasähkövirta voidaan muodostaa vain suljetussa piirissä, jossa vapaat varauksenkantajat kiertävät suljettuja lentoratoja pitkin. Sähkökenttä tällaisen piirin eri kohdissa on vakio ajan myötä. Näin ollen tasavirtapiirin sähkökentällä on jäädytetyn sähköstaattisen kentän luonne. Mutta kun sähkövaraus liikkuu sähköstaattisessa kentässä suljettua polkua pitkin, sähkövoimien tekemä työ on nolla (ks. § 1.4). Siksi tasavirran olemassaolo edellyttää, että sähköpiirissä on laite, joka pystyy luomaan ja ylläpitämään potentiaalieroja piirin osissa ei-sähköstaattisen alkuperän voimien työstä johtuen. Tällaisia laitteita kutsutaan tasavirtalähteiksi. Ei-sähköstaattista alkuperää olevia voimia, jotka vaikuttavat virrallisten lähteiden vapaisiin varauksenkantajiin, kutsutaan ulkoisiksi voimiksi.

Ulkoisten voimien luonne voi vaihdella. Galvaanikennoissa tai akuissa ne syntyvät sähkökemiallisten prosessien seurauksena, tasavirtageneraattoreissa ulkoisia voimia syntyy johtimien liikkuessa magneettikentässä. Virtalähteellä sähköpiirissä on sama rooli kuin pumpulla, jota tarvitaan nesteen pumppaamiseen suljetussa hydraulijärjestelmässä. Ulkoisten voimien vaikutuksesta sähkövaraukset liikkuvat virtalähteen sisällä sähköstaattisen kentän voimia vastaan, minkä ansiosta suljetussa piirissä voidaan ylläpitää vakio sähkövirtaa.

Kun sähkövaraukset liikkuvat tasavirtapiiriä pitkin, virtalähteiden sisällä vaikuttavat ulkoiset voimat tekevät työtä.

Fysikaalista määrää, joka on yhtä suuri kuin ulkoisten voimien työn Ast suhde siirrettäessä varaus q virtalähteen negatiivisesta navasta positiiviseen napaan tämän varauksen arvoon, kutsutaan lähteen sähkömotoriseksi voimaksi (EMF):

Siten EMF määräytyy ulkoisten voimien tekemän työn perusteella siirrettäessä yhtä positiivista varausta. Sähkömoottorivoima, kuten potentiaaliero, mitataan voltteina (V).

Kun yksittäinen positiivinen varaus liikkuu suljettua tasavirtapiiriä pitkin, ulkoisten voimien tekemä työ on sama kuin tässä piirissä vaikuttavan emf:n summa ja sähköstaattisen kentän työ on nolla.

DC-piiri voidaan jakaa erillisiin osiin. Alueita, joihin ei vaikuta ulkoisia voimia (eli alueita, jotka eivät sisällä virtalähteitä), kutsutaan homogeenisiksi. Alueita, jotka sisältävät virtalähteitä, kutsutaan epähomogeenisiksi.

Kun yksittäinen positiivinen varaus liikkuu pitkin piirin tiettyä osaa, työtä tekevät sekä sähköstaattiset (Coulomb) että ulkoiset voimat. Sähköstaattisten voimien työ on yhtä suuri kuin epähomogeenisen osan alkupisteen (1) ja loppupisteen (2) välinen potentiaaliero Δφ 12 = φ 1 – φ 2. Ulkoisten voimien työ on määritelmän mukaan sama kuin tietyllä alueella vaikuttava sähkömotorinen voima 12. Siksi kokonaistyö on yhtä suuri

U 12:n arvoa kutsutaan yleensä jännitteeksi piirin osassa 1–2. Homogeenisen alueen tapauksessa jännite on yhtä suuri kuin potentiaaliero:

Saksalainen fyysikko G. Ohm totesi kokeellisesti vuonna 1826, että homogeenisen metallijohtimen (eli johtimen, jossa ei vaikuta ulkoisia voimia) läpi kulkeva virran voimakkuus I on verrannollinen johtimen päissä olevaan jännitteeseen U:

Arvoa R kutsutaan yleensä sähkövastukseksi. Johinta, jolla on sähkövastus, kutsutaan vastukseksi. Tämä suhde ilmaisee Ohmin lain piirin homogeeniselle osalle: virran voimakkuus johtimessa on suoraan verrannollinen käytettyyn jännitteeseen ja kääntäen verrannollinen johtimen resistanssiin.

Johtimien sähkövastuksen SI-yksikkö on ohmi (Ω). 1 ohmin resistanssilla on piirin osa, jossa 1 A:n virta tapahtuu 1 V:n jännitteellä.

Ohmin lakia noudattavia johtimia kutsutaan lineaariseksi. Virran I graafinen riippuvuus jännitteestä U (tällaisia käyriä kutsutaan virta-jännite-ominaisuuksiksi, lyhennettynä VAC) on kuvattu suoralla viivalla, joka kulkee koordinaattien origon kautta. On huomattava, että on monia materiaaleja ja laitteita, jotka eivät noudata Ohmin lakia, esimerkiksi puolijohdediodi tai kaasupurkauslamppu. Jopa metallijohtimilla, riittävän suurilla virroilla, havaitaan poikkeama Ohmin lineaarisesta laista, koska metallijohtimien sähkövastus kasvaa lämpötilan noustessa.

Piirin osalle, joka sisältää emf:n, Ohmin laki kirjoitetaan seuraavassa muodossa:

Tätä suhdetta kutsutaan yleensä yleistetyksi Ohmin laiksi tai Ohmin laiksi ketjun epähomogeeniselle osalle.

Kuvassa 1.8.2 näyttää suljetun tasavirtapiirin. Ketjun osa (cd) on tasainen.

Ohmin laki piirin epätasaiselle osalle

Käytännössä on selvää, että stabiilin virran ylläpitämiseksi suljetussa piirissä tarvitaan oleellisesti erilaisia voimia kuin Coulombin voimat, jolloin havaitaan tapaus, jossa piirin osassa on samanaikaisesti vapaita sähkövarauksia. joihin vaikuttavat sekä sähkökenttävoimat että ulkoiset voimat (kaikki ei-konservatiiviset voimat, jotka vaikuttavat varausta kohti, paitsi sähkövastusvoimat (Coulombin voimat)). Tällaista osaa kutsutaan ketjun heterogeeniseksi osaksi. Alla olevassa kuvassa on esimerkki tällaisesta osasta.

Kentänvoimakkuus missä tahansa piirin kohdassa on yhtä suuri kuin Coulombin voimien kentän ja ulkoisten voimien kentän vektorisumma:

Muotoillaan Ohmin laki piirin epätasaiselle osalle - Virran voimakkuus on suoraan verrannollinen tämän osan jännitteeseen ja kääntäen verrannollinen sen kokonaisresistanssiin:

– Ohmin lain kaava ketjun epätasaiselle osalle.

I – nykyinen voima,
U12 – alueen jännite,
R on piirin kokonaisresistanssi.

Potentiaaliero kuvaa sähkökenttävoiman työtä yksikköpositiivisen varauksen (q) siirtämiseksi pisteestä 1 pisteeseen 2:

- missä φ1 ja φ 2 ovat potentiaalit osan päissä.

EMF luonnehtii ulkoisten voimien työtä pisteen 1 yhden positiivisen varauksen siirtämiseksi pisteeseen 2: - missä ε12 on tällä alueella vaikuttava emf, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin yksittäisen positiivisen varauksen siirtäminen ääriviivaa pitkin.

Piirin osassa oleva jännite edustaa sähkövoimien ja ulkoisten voimien kokonaistyötä:

Silloin Ohmin laki tulee muotoon:

EMF voi olla joko positiivinen tai negatiivinen. Tämä riippuu EMF:n sisällyttämisen napaisuudesta osioon. Jos virtalähteen sisällä piiri tehdään negatiivisesta napasta positiiviseen, niin EMF on positiivinen (katso kuva). Tässä tapauksessa ulkoiset voimat tekevät positiivista työtä. Jos kiertotie tehdään positiivisesta napasta negatiiviseen, niin EMF on negatiivinen. Yksinkertaisesti sanottuna, jos emf edistää positiivisten varausten liikettä, niin ε>0, muuten ε

Määritä kuvan osan AB läpi kulkeva virta. Lähde EMF 20 V, sisäinen resistanssi 1 ohm, pisteiden A ja B potentiaalit 15 V ja 5 V, johdinresistanssi 3 ohmia.

ε = 20 V
r = 1 ohm
φ1 = 15 V
φ2 = 5 V
R = 3 ohmia

minä –?
Kirjoitetaan Ohmin laki piirin epätasaiselle osalle -
Olettaen, että piste A on jakson alku ja piste B on loppu, otamme EMF:n miinusmerkillä ja korvaamalla alkutiedot, saamme
Miinusmerkki osoittaa, että virta kulkee pisteestä B pisteeseen A, pienemmän potentiaalin pisteestä pisteeseen, jossa on korkeampi, mikä on tavallista virtalähteille.
Vastaus: -2,5 A

Nämä kaksi elementtiä on yhdistetty "kohteen" toisiaan kuvan osoittamalla tavalla. Määritä pisteiden A ja B välinen potentiaaliero, jos ε1 = 1,4 V, r1 = 0,4 Ohm, ε2 = 1,8 V, r2 = 0,6 Ohm.

Sähkö

Kun sähkövirta kulkee suljetussa piirissä, vapaat varaukset altistuvat kiinteän sähkökentän voimille ja ulkoisille voimille. Tässä tapauksessa tämän piirin tietyissä osissa virran muodostaa vain kiinteä sähkökenttä. Tällaisia ketjun osia kutsutaan homogeenisiksi. Joissakin tämän piirin osissa paikallaan pysyvän sähkökentän voimien lisäksi vaikuttavat myös ulkoiset voimat. Ketjun osaa, johon ulkoiset voimat vaikuttavat, kutsutaan ketjun epätasaiseksi osaksi.

Jotta saadaan selville, mistä virran voimakkuus näillä alueilla riippuu, on tarpeen selventää jännitteen käsitettä.

Tarkastellaan ensin ketjun homogeenista osaa (kuva 1, a). Tässä tapauksessa varauksen siirtämistyö suoritetaan vain paikallaan olevan sähkökentän voimilla, ja tälle osuudelle on ominaista potentiaaliero Δφ. Mahdollinen ero osion päissä , jossa AK on kiinteän sähkökentän voimien tekemä työ. Piirin epähomogeeninen osa (kuva 1, b) sisältää, toisin kuin homogeeninen osa, EMF-lähteen, ja sähköstaattisten kenttävoimien työ tässä osassa lisätään ulkoisten voimien työhön. Määritelmän mukaan , Jossa q on positiivinen varaus, joka liikkuu minkä tahansa ketjun kahden pisteen välillä; - potentiaaliero tarkasteltavan osan alussa ja lopussa olevien pisteiden välillä; . Sitten he puhuvat jännityksestä jännitteeksi: Estatic. e. n = Ee/tilasto. n. + Estor. Jännite U piirin osassa on fyysinen skalaarisuure, joka on yhtä suuri kuin ulkoisten voimien ja sähköstaattisten kenttävoimien kokonaistyö yksittäisen positiivisen varauksen siirtämiseksi tässä osassa:

Tästä kaavasta on selvää, että yleisessä tapauksessa jännite piirin tietyssä osassa on yhtä suuri kuin potentiaalieron ja emf:n algebrallinen summa tässä osassa. Jos vain sähkövoimat vaikuttavat alueelle (ε = 0), niin. Näin ollen vain piirin homogeeniselle osuudelle jännitteen ja potentiaalieron käsitteet ovat yhtenevät.

Ohmin laki ketjun epätasaiselle osalle on muotoa:

jossa R on epähomogeenisen osan kokonaisresistanssi.

EMF ε voi olla joko positiivinen tai negatiivinen. Tämä johtuu EMF:n osion sisällyttämisen napaisuudesta: jos virtalähteen luoma suunta on sama kuin osassa kulkevan virran suunta (osion virran suunta osuu lähteen sisällä suunta negatiivisesta navasta positiiviseen), ts. EMF edistää positiivisten varausten liikettä tiettyyn suuntaan, silloin ε > 0, muuten, jos EMF estää positiivisten varausten liikkumisen tiettyyn suuntaan, niin ε

vakio-virta.narod.ru

Sähkömotorinen voima. Ohmin laki piirin epätasaiselle osalle. Kirchhoffin laki

Tarkastelimme Ohmin lakia (98.1) piirin homogeeniselle osalle, eli sellaiselle, jossa EMF ei toimi (ulkoiset voimat eivät vaikuta). Mietitään nyt ketjun heterogeeninen osa.

Jos virta kulkee läpi liikkumaton osan muodostavat johtimet 1-2, sitten töitä A 12 kaikista virrankantajiin kohdistuvista voimista (ulkoisista ja sähköstaattisista) energian säilymisen ja muuntamisen lain mukaan on yhtä suuri kuin alueella vapautuva lämpö. Panosta liikutettaessa suoritettujen voimien työ Q 0 Sijainti päällä 1-2, (97.4) mukaan A 12 =Q 0 E 0 +Q 0 ()

EMF E 12, kuten virran voimakkuus /, on skalaarisuure. Se on otettava joko positiivisella tai negatiivisella merkillä riippuen ulkoisten voimien suorittaman työn merkistä. Jos EMF edistää positiivisten varausten liikettä valittuun suuntaan (suuntaan 1 - 2), sitten E 12 > 0. Jos emf estää positiivisten varausten liikkeen tiettyyn suuntaan, niin E 12

Lauseke (1) tai (2) edustaa Ohmin laki piirin epähomogeeniselle osalle integraalisessa muodossa, mikä on yleistetty Ohmin laki.

Jos tässä ketjun osassa ei virtalähdettä (E 12 = 0), sitten (4) saavumme kohtaan Ohmin laki ketjun homogeeniselle osalle(98,1): I = Ф1-Ф2/R = U/R

Jos sähköpiiri suljettu, sitten valitut pisteet 1 ja 2 sama, φ 1 = φ 2

sitten (4):stä saadaan Ohmin laki suljetulle piirille: I = E/r + R 1

Haaroittuneiden ketjujen laskenta yksinkertaistuu huomattavasti, jos käytät saksalaisen fyysikon G. R. Kirchhoffin laatimia sääntöjä. Näitä sääntöjä on kaksi.

Ensimmäinen näistä liittyy ketjun solmuihin. Solmu on kohta, jossa useampi kuin kaksi johdinta kohtaa.(Kuva 4.4). Solmuun virtaavaa virtaa pidetään positiivisena, solmusta tulevalla virralla on päinvastainen etumerkki. Kirchhoffin ensimmäinen sääntö toteaa, että solmussa konvergoivien virtojen algebrallinen summa on nolla: .

Tämä sääntö seuraa jatkuvuusyhtälöstä, eli viime kädessä varauksen säilymisen laista. Kirchhoffin ensimmäisen säännön mukaan laadittujen yhtälöiden lukumäärän tulee olla yksi vähemmän kuin tutkittavan ketjun solmujen määrä. Tämä varmistaa tuloksena olevien yhtälöiden lineaarisen riippumattomuuden.

Toinen sääntö koskee mitä tahansa eristettyä suljettua silmukkaa haarautuneessa piirissä (esimerkiksi 1-3-2) (katso kuva 4.5). Asetetaan kulkemisen suunta kuvaamalla se nuolella. Sovelletaan Ohmin lakia jokaiseen ääriviivan haarautumattomaan osaan: ; .

Kun lisäät nämä lausekkeet, saadaan yksi yhtälöistä;
joka ilmaisee Kirchhoffin toinen sääntö: mille tahansa suljetulle piirille kaikkien jännitehäviöiden algebrallinen summa on yhtä suuri kuin tämän piirin kaikkien emfs-summa.

Samanlaisia yhtälöitä voidaan rakentaa kaikille suljetuille silmukoille, substantiivi. tietyssä haaroittuneessa piirissä niiden lukumäärää tulisi kuitenkin rajoittaa yhtälöillä itsenäisille piireille, joissa esiintyy vähintään yksi virta, joka ei sisälly muihin.
Kun yhtälöitä laaditaan Kirchhoffin 2. säännön mukaan, virrat ja EMF on osoitettava valitun kulkusuunnan mukaisesti.
Esimerkiksi virtaa tulisi pitää "+", se virtaa ohituksen suuntaan. EMF:lle on myös annettava plusmerkki, koska se toimii ohitussuunnassa. Virralle ja EMF:lle on määritetty miinusmerkki.
Käytännössä tehtäviä ratkaistaessa yhtälöitä laadittaessa virtojen suunnat valitaan mielivaltaisesti ja tämän mukaisesti sovelletaan etumerkkisääntöä.
Virtojen todellinen suunta määritetään ratkaisemalla ongelma: jos mikä tahansa virta osoittautuu positiiviseksi, sen suunta valitaan oikein, jos negatiivinen, niin todellisuudessa se virtaa valittua suuntaa vastapäätä. Kirchhoffin ensimmäisen ja toisen säännön mukaisesti laadittujen itsenäisten yhtälöiden lukumäärä, yhtä suuri kuin eri virtojen lukumäärä, joka virtaa haarautuneena ketjuna. Siksi, jos emf ja vastus annetaan, kaikki virrat voidaan laskea.

Jos piirissä vain sähköstaattisen kentän voimat vaikuttavat virrankantoajiin, niin kantoaaltoja liikkuu (niiden oletetaan olevan positiivisia) korkeapotentiaalisista pisteistä pienemmän potentiaalin omaaviin pisteisiin. Tämä johtaa potentiaalin tasaamiseen piirin kaikissa kohdissa ja sähkökentän katoamiseen. Siksi tasavirran olemassaolo edellyttää, että piirissä on laite, joka pystyy luomaan ja ylläpitämään potentiaalieron voimien vaikutuksesta ei-sähköstaattinen alkuperä. Tällaisia laitteita kutsutaan nykyiset lähteet. Voimat ei-sähköstaattinen alkuperä, Nykyisistä lähteistä peräisin olevien maksujen perusteella toimivia kutsutaan kolmannet osapuolet.

Ulkoisten voimien luonne voi vaihdella. Esimerkiksi galvaanisissa kennoissa ne syntyvät elektrodien ja elektrolyyttien välisten kemiallisten reaktioiden energian vuoksi; generaattorissa - generaattorin roottorin mekaanisen pyörimisenergian takia jne. Virtalähteen rooli sähköpiirissä,

kuvaannollisesti sanottuna sama kuin pumpun tehtävä, jota tarvitaan nesteen pumppaamiseen hydraulijärjestelmässä. Luodun ulkoisten voimien kentän vaikutuksesta sähkövaraukset liikkuvat virtalähteen sisällä sähköstaattisen kentän voimia vastaan, minkä ansiosta piirin päitä tuetaan

Potentiaaliero on olemassa ja piirissä kulkee vakio sähkövirta.

Ulkoiset voimat toimivat liikuttamaan sähkövarauksia. Fysikaaliseksi suureksi kutsutaan yksikköpositiivista varausta, joka määräytyy ulkoisten voimien työstä liikkuessaan sähkömotorinen voima (EMF), joka vaikuttaa piirissä: (97.1)

Tämä työ suoritetaan virtalähteessä käytetyn energian, siis arvon, vuoksi E voidaan kutsua myös piiriin kuuluvan virtalähteen sähkömoottorivoimaksi. Usein sen sijaan, että sanottaisiin: "ulkoiset voimat vaikuttavat piirissä", he sanovat: "EMF toimii piirissä", ts. termiä "sähkömotorinen voima" käytetään ulkoisten voimien ominaisuutena. EMF, kuten potentiaali, ilmaistaan voltteina. Varaukseen vaikuttava ulkoinen voima F CT Qo, voidaan ilmaista missä Syöminen- ulkoisten voimien kentänvoimakkuus. Ulkoisten voimien työ latauksen siirtämiseksi Q o piirin suljetussa osassa

Jakamalla (97,2) Qo, saamme lausekkeen piirissä toimivalle emf:lle:

nuo. Suljetussa piirissä toimiva EMF voidaan määritellä ulkoisten voimien kentänvoimakkuusvektorin kierroksi. EMF toimii sivustolla 1 - 2, yhtä suuri kuin (97,3)

Per veloitus Q 0 Ulkoisten voimien lisäksi sähköstaattisen kentän voimat Fe = Q 0 E. Siten piirissä olevaan varaukseen vaikuttava resultanttivoima on Qo, yhtä kuin F = F CT+ F c= Q 0 (E CT + E).

Panoksen tuloksena olevan voiman tekemä työ Q 0 Sijainti päällä 1 - 2, yhtä kuin

Lausekkeiden käyttö (97.3) Ja(84.8), voimme kirjoittaa

Suljetussa piirissä sähköstaattisten voimien tekemä työ on nolla (katso. § 83), joten tässä tapauksessa A 12 =Q 0 E 12.

Jännite U Sijainti päällä 1 - 2 on fysikaalinen suure, jonka määrittää sähköstaattisen kokonaiskentän (Coulomb) suorittama työ Ja ulkoiset voimat siirrettäessä yhtä positiivista varausta piirin tietyssä osassa. Näin ollen (97.4)

Jännitteen käsite on yleistys potentiaalieron käsite: jännite piiriosan päissä on yhtä suuri kuin potentiaaliero, jos päällä tällä alueella ei ole EMF:ää, T. eli ei ole ulkopuolisia voimia.

Liittovaltion laki, annettu 21. marraskuuta 2011 N 323-FZ "Venäjän federaation kansalaisten terveyden suojelun perusteista" (muutoksineen ja lisäyksineen) Liittovaltion laki, 21. marraskuuta 2011 N 323-FZ "Suojelemisen perusteista [ …]
Ennakon palautus tavarantoimittajalta: kirjanpito ja verokirjanpito Ennakko tai ennakkomaksu on maksu, jonka toimittaja (myyjä) vastaanottaa ennen tuotteiden tosiasiallista lähetyspäivää tai ennen palvelun suorittamista [...]
Katsaus työsopimuksiin perustuvien riitojen ratkaisukäytäntöön "Katsaus työsopimuksiin perustuvien riitojen ratkaisukäytäntöön" Hyväksynyt Uralin piirin liittovaltion välimiesoikeuden puheenjohtajisto. Pöytäkirja nro 5, 30. maaliskuuta 2007 1. […]
Itsenäisen esiopetuslaitoksen operatiiviseen johtamiseen kuuluu kiinteistö (päiväkotirakennus). Kiinteistöveron määrän ja maksamisen suorittaa itsenäinen laitos [...]
Rikoksen merkkien määrä Oikeudellisen lähestymistavan ydin on pitää rikollisuutta kollektiivisena käsitteenä - heti txt fb2 ePub html linkki valitun muotoiseen tiedostoon lähetetään puhelimeesi […]
Mitä tehdä, jos asunnon vakuutta/vakuusmaksua ei palauteta. Yksityiskohtaiset palautusohjeet, lainmukainen toiminta ja rahan palauttaminen. Yleinen tilanne on, kun kuukausivuokran lisäksi […]

Sähkömotorinen voima.

Jos johtimeen luodaan sähkökenttä eikä sen ylläpitämiseksi ryhdytä toimenpiteisiin, virrankantajien liike johtaa hyvin nopeasti siihen, että johtimen sisällä oleva kenttä katoaa ja virta pysähtyy. Virran ylläpitämiseksi pitkään on tarpeen jatkuvasti poistaa virran tuomat positiiviset varaukset pienemmän potentiaalin j 2 johtimen päästä ja siirtää ne päähän, jossa on korkeampi potentiaali (kuva 1). 56.1).

Johtimeen syntynyt sähkökenttä ei voi suorittaa tällaista varausten siirtoa. Vakiovirran olemassaolo edellyttää joidenkin muiden voimien toimintaa (ei Coulombin voimia), jotka siirtävät varauksia sähkövoimia vastaan ja ylläpitävät sähkökenttien vakioisuutta. Nämä voivat olla magneettisia voimia, varaukset voivat erottua kemiallisten reaktioiden vuoksi, varauksenkuljettajien diffuusio epähomogeenisessa väliaineessa jne. Näiden voimien ja Coulombin vuorovaikutusvoimien välisen eron korostamiseksi on tapana merkitä niitä termillä ulkopuoliset voimat. Kutsutaan laitteita, joissa vapaat varaukset liikkuvat ulkoisten voimien vaikutuksesta nykyiset lähteet. Näitä ovat sähkömagneettiset generaattorit, lämpösähköiset generaattorit ja aurinkopaneelit. Oman ryhmän muodostavat kemialliset voimanlähteet: galvaaniset kennot, akut ja polttokennot.

Ulkoisten voimien toimintaa voidaan luonnehtia ottamalla käyttöön ulkoisten voimien kenttävoimakkuuden käsite: .

Ulkoisten voimien työ latauksen siirtämiseksi q sivustolla dl voidaan ilmaista seuraavasti:

osan koko pituudelta l:

. (56.1)

Arvoa, joka on yhtä suuri kuin ulkoisten voimien suorittaman työn suhde varauksen siirtämiseksi tähän varaukseen, kutsutaan sähkömotorinen voima(EMF):

. (56.2)

Johtimessa, jonka läpi virta kulkee, sähkökentän voimakkuus on Coulombin voimien ja ulkoisten voimien kenttävoimakkuuksien summa:

Sitten voimme kirjoittaa virrantiheydelle

Korvataan vektorit projektioillaan suljetun silmukan suuntaan ja kerrotaan yhtälön molemmat puolet dl:

Tehtyään substituution , vähennämme tuloksena olevan yhtälön muotoon

Integroimme tuloksena olevan lausekkeen sähköpiirin pituudelle:

Yhtälön vasemmalla puolella oleva integraali edustaa vastusta R osat 1-2. Yhtälön oikealla puolella ensimmäisen integraalin arvo on numeerisesti yhtä suuri kuin Coulombin voimien työ siirtää yksikkövaraus pisteestä 1 pisteeseen 2 - tämä on potentiaaliero. Toisen integraalin arvo on numeerisesti yhtä suuri kuin ulkoisten voimien työ siirtää yksikkövaraus pisteestä 2 pisteeseen 1 - tämä on sähkömotorinen voima. Tämän mukaisesti yhtälö (56.3) pelkistetään muotoon

Suuruus IR, joka on yhtä suuri kuin virran voimakkuuden ja piiriosan resistanssin tulo, kutsutaan Jännitteen putoaminen ketjun osassa. Jännitteen putoaminen on numeerisesti yhtä suuri kuin työ, joka tehdään siirrettäessä yksikkövarausta ulkoisten voimien ja sähkökenttävoimien vaikutuksesta (Coulomb).

EMF:n sisältävää piirin osaa kutsutaan epäyhtenäiseksi osaksi. Löydämme virran voimakkuuden sellaisesta osiosta kaavasta (56.4):

Ottaen huomioon, että virtalähde voidaan kytkeä piirin osaan kahdella tavalla, korvaamme EMF:n edessä olevan merkin merkillä "±":

Lauseke (56.5) on Ohmin laki ketjun epätasaiselle osalle. Merkit “+” tai “-” ottavat huomioon, kuinka ulkoiset voimat vaikuttavat virran kulkemiseen osoitettuun suuntaan: ne edistävät tai estävät (kuva 56.2).

Jos piirin osa ei sisällä EMF:ää, eli se on homogeeninen, niin kaavasta (56.5) seuraa, että

Kaavasta (56.5) seuraa

Missä IR- jännitehäviö piirin ulkoosassa, Ir- jännitehäviö piirin sisäosassa.

Siten, Virtalähteen emf on yhtä suuri kuin jännitehäviöiden summa piirin ulko- ja sisäosissa.

Virran voimakkuus piirin homogeenisessa osassa on suoraan verrannollinen jännitteeseen osan vakioresistanssilla ja kääntäen verrannollinen osan resistanssiin vakiojännitteellä.

MissäU - alueen jännite, R- alueen vastustuskyky.

Ohmin laki piirin mielivaltaiselle osalle, joka sisältää tasavirtalähteen.

Missäφ 1 - φ 2 + ε = U jännite piirin tietyssä osassa,R - piirin tietyn osan sähkövastus.

Ohmin laki täydelliselle piirille.

Virran voimakkuus täydellisessä piirissä on yhtä suuri kuin lähteen sähkömotorisen voiman suhde piirin ulko- ja sisäosien vastusten summaan.

MissäR - piirin ulkoosan sähkövastus,r - piirin sisäisen osan sähkövastus.

Oikosulku.

Ohmin laista täydelliselle piirille seuraa, että virran voimakkuus piirissä, jossa on tietty virtalähde, riippuu vain ulkoisen piirin R resistanssista.

Jos virtalähteen napoihin on kytketty johdin, jonka resistanssi on R<< 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.

Sähkövastus (R) on fysikaalinen suure, joka on numeerisesti yhtä suuri kuin suhde
jännite johtimen päissä johtimen läpi kulkevaan virraan.
Piirin osan resistanssiarvo voidaan määrittää piirin osan Ohmin lain kaavasta.

Johtimen resistanssi ei kuitenkaan riipu piirin virrasta ja jännitteestä, vaan sen määrää vain johtimen muoto, koko ja materiaali.

missä l on johtimen pituus (m), S on poikkipinta-ala (neliömetriä),
r (ro) - ominaisvastus (Ohm m).

Resistanssi

Näyttää tietystä aineesta tehdyn johtimen resistanssin,
1 m pitkä ja poikkileikkaus 1 neliömetriä.

Resistanssin yksikkö SI: 1 ohm m

Käytännössä lankojen paksuus on kuitenkin huomattavasti alle 1 neliömetrin.
Siksi käytetään useammin ei-systeemistä resistanssin mittayksikköä:

Järjestelmän vastusyksikkö SI:nä:

Johtimen resistanssi on 1 ohm, jos sen päissä oleva potentiaaliero on 1 V,
sen läpi kulkee 1 A virta.

Syy resistanssin esiintymiseen johtimessa on liikkuvien elektronien vuorovaikutus johtimen kidehilan ionien kanssa. Eri aineista valmistettujen johtimien kriittisen hilan rakenteen eron vuoksi niiden resistanssit eroavat toisistaan.

N39

Sarja- ja rinnakkaisliitännät sähkötekniikassa - kaksi päätapaa kytkeä sähköpiirin elementit. Sarjakytkennässä kaikki elementit on kytketty toisiinsa siten, että ne sisältävässä piirin osassa ei ole yhtä solmua. Rinnakkaisyhteydessä kaikki ketjuun kuuluvat elementit on yhdistetty kahdella solmulla, eikä niillä ole yhteyksiä muihin solmuihin, ellei tämä ole ristiriidassa ehdon kanssa.

Kun johtimet kytketään sarjaan, virta kaikissa johtimissa on sama.

Rinnakkaiskytkennässä jännitehäviö piirin elementtejä yhdistävien kahden solmun välillä on sama kaikille elementeille. Tässä tapauksessa piirin kokonaisresistanssin käänteisarvo on yhtä suuri kuin rinnakkain kytkettyjen johtimien resistanssien käänteisarvojen summa.

Kun johtimet kytketään sarjaan, virran voimakkuus missä tahansa piirin osassa on sama:

Sarjakytkennän piirin kokonaisjännite tai jännite virtalähteen navoissa on yhtä suuri kuin piirin yksittäisten osien jännitteiden summa:

N40

Sähkömotorinen voima(EMF) on skalaarinen fyysinen suure, joka kuvaa ulkoisten (ei-potentiaalisten) voimien työtä tasa- tai vaihtovirtalähteissä. Suljetussa johtavassa piirissä EMF on yhtä suuri kuin näiden voimien työ siirtää yksittäistä positiivista varausta pitkin piiriä.

EMF voidaan ilmaista ulkoisten voimien sähkökentän voimakkuuksina (). Suljetussa silmukassa () EMF on yhtä suuri kuin:

, missä on ääriviivan pituuden elementti.

EMF, kuten jännite, mitataan voltteina. Voimme puhua sähkömoottorivoimasta missä tahansa piirin osassa. Tämä on ulkoisten voimien erityinen työ ei koko piirissä, vaan vain tietyllä alueella. Galvaanisen kennon EMF on ulkoisten voimien työ, kun yksittäinen positiivinen varaus siirretään elementin sisällä napasta toiseen. Ulkoisten voimien työtä ei voida ilmaista potentiaalierolla, koska ulkoiset voimat ovat ei-potentiaalisia ja niiden toiminta riippuu liikeradan muodosta. Joten esimerkiksi ulkoisten voimien työ siirrettäessä varausta virtaliittimien välillä itse lähteen ulkopuolella on nolla.

[muokkaa] Induktio emf

Sähkömotorisen voiman syy voi olla ympäröivän tilan magneettikentän muutos. Tätä ilmiötä kutsutaan sähkömagneettiseksi induktioksi. Indusoidun emf:n suuruus piirissä määräytyy lausekkeen mukaan

missä on magneettikentän vuo suljetun pinnan läpi, jota rajaa ääriviiva. "−"-merkki ennen lauseketta osoittaa, että indusoidun emf:n luoma indusoitu virta estää magneettivuon muuttamisen piirissä

n41

Sähkövirran tekemä työ osoittaa, kuinka paljon työtä sähkökenttä teki siirrettäessä varauksia johtimessa.

Tietäen kaksi kaavaa:
I = q/t ..... ja..... U = A/q
Voit johtaa kaavan sähkövirran työn laskemiseksi:

Sähkövirran tekemä työ on yhtä suuri kuin virran ja jännitteen tulo
ja piirissä kulkevan virran keston ajan.

Sähkövirran työn mittayksikkö SI-järjestelmässä:
[A] = 1 J = 1 A. B. c

Sähkövirran teho näyttää virran tekemän työn aikayksikköä kohti.
ja on yhtä suuri kuin tehdyn työn suhde siihen aikaan, jonka aikana tämä työ tehtiin.

(mekaniikassa tehoa merkitään yleensä kirjaimella N, sähkötekniikassa - kirjain R)
koska A = IUt, silloin sähkövirran teho on yhtä suuri kuin:

Sähkövirran tehon yksikkö SI-järjestelmässä:

[P] = 1 W (watti) = 1 A. B

N42

Puolijohde- materiaali, joka on ominaisjohtavuutensa suhteen välissä välijohteiden ja eristeiden välillä ja eroaa johtimista ominaisjohtavuuden voimakkaassa riippuvuudessa epäpuhtauksien pitoisuudesta, lämpötilasta ja altistumisesta erilaisille säteilyille. Puolijohteen pääominaisuus on sähkönjohtavuuden kasvu lämpötilan noustessa.

Puolijohteet ovat aineita, joiden kaistaväli on useiden elektronivoltien (eV) luokkaa. Esimerkiksi timantti voidaan luokitella laajakaistaiset puolijohteet, ja indiumarsenidi - to kapea väli. Puolijohteet sisältävät monia kemiallisia alkuaineita (germanium, pii, seleeni, telluuri, arseeni ja muut), valtava määrä seoksia ja kemiallisia yhdisteitä (galliumarsenidi jne.). Lähes kaikki epäorgaaniset aineet ympärillämme olevassa maailmassa ovat puolijohteita. Yleisin puolijohde luonnossa on pii, joka muodostaa lähes 30 % maankuoresta.

Riippuen siitä, luovuttaako epäpuhtausatomi elektronin vai kaappaako sen, epäpuhtausatomeja kutsutaan luovuttajaksi tai vastaanottajaksi. Epäpuhtauden luonne voi vaihdella riippuen siitä, minkä kidehilan atomin se korvaa ja mihin kristallografiseen tasoon se on upotettu.

Puolijohteiden johtavuus riippuu suuresti lämpötilasta. Lähellä absoluuttista nollaa, puolijohteilla on eristeiden ominaisuuksia.

N43

Magneettiset ilmiöt tunnettiin muinaisessa maailmassa. Kompassi keksittiin yli 4500 vuotta sitten. Se ilmestyi Euroopassa noin 1100-luvulla jKr. Kuitenkin vasta 1800-luvulla löydettiin sähkön ja magnetismin välinen yhteys ja ajatus siitä magneettikenttä .

Ensimmäiset kokeet (suoritettu vuonna 1820), jotka osoittivat, että sähköisten ja magneettisten ilmiöiden välillä on syvä yhteys, olivat tanskalaisen fyysikon H. Oerstedin kokeet. Nämä kokeet osoittivat, että virtaa kuljettavan johtimen lähellä sijaitsevaan magneettineulaan vaikuttavat voimat, jotka pyrkivät kääntämään sitä. Samana vuonna ranskalainen fyysikko A. Ampere havaitsi kahden johtimen voimavuorovaikutuksen virtojen kanssa ja vahvisti virtojen vuorovaikutuksen lain.

Nykyaikaisten käsitteiden mukaan virtaa kuljettavat johtimet eivät kohdista voimaa toisiinsa suoraan, vaan niitä ympäröivien magneettikenttien kautta.

Magneettikentän lähteet ovat liikkuva sähkövaraukset (virrat). Magneettikenttä syntyy virtaa kuljettavia johtimia ympäröivässä tilassa, aivan kuten sähkökenttä syntyy paikallaan pysyviä sähkövarauksia ympäröivässä tilassa. Kestomagneettien magneettikenttä syntyy myös aineen molekyylien sisällä kiertävistä sähköisistä mikrovirroista (Amperen hypoteesi).

1800-luvun tiedemiehet yrittivät luoda teorian magneettikentästä analogisesti sähköstaattisen tekniikan kanssa ottamalla huomioon ns. magneettiset varaukset kaksi merkkiä (esimerkiksi pohjoinen N ja eteläinen S magneettineulan navat). Kokemus kuitenkin osoittaa, että eristettyjä magneettivarauksia ei ole olemassa.

Virtojen magneettikenttä eroaa olennaisesti sähkökentästä. Magneettikentällä, toisin kuin sähkökentällä, on voimavaikutus vain liikkuviin latauksiin (virrat).

Magneettikentän kuvaamiseksi on tarpeen ottaa käyttöön sähkökentän voimakkuusvektorin kaltainen kenttävoimakkuusominaisuus. Tämä ominaisuus on magneettinen induktiovektori joka määrittää magneettikentässä virtoihin tai liikkuviin varauksiin vaikuttavat voimat.

Positiivisten puolesta vektorin suunta suunta otetaan etelänapalta S magneettineulan pohjoisnapaan N, joka on vapaasti suunnattu magneettikentässä. Näin ollen tutkimalla virran tai kestomagneetin luomaa magneettikenttää pienellä magneettineulalla voidaan määrittää vektorin suunta kussakin avaruuden pisteessä.Tällaisen tutkimuksen avulla voidaan visualisoida magneettikentän avaruudellista rakennetta. . Samanlaisia voimalinjoja sähköstaattisessa voidaan rakentaa magneettiset induktiolinjat , jonka jokaisessa pisteessä vektori on suunnattu tangenttia pitkin.

N44

Amperen laista seuraa, että yhteen suuntaan kulkevat yhdensuuntaiset johtimet vetävät puoleensa ja hylkivät vastakkaisiin suuntiin. Amperen laki on myös laki, joka määrittää voiman, jolla magneettikenttä vaikuttaa pieneen virtaa kuljettavan johtimen segmenttiin. Ilmaisu voimalle, jolla magneettikenttä vaikuttaa johtimen tilavuuselementtiin, jonka virrantiheys sijaitsee magneettikentässä, jossa on induktio, kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä (SI) on muotoa:

Jos virta kulkee ohuen johtimen läpi, niin missä on johtimen "pituuselementti" - vektori, joka on suuruudeltaan yhtä suuri ja yhtyy virran suuntaan. Sitten edellinen yhtäläisyys voidaan kirjoittaa uudelleen seuraavasti:

Voiman suunta määräytyy vektoritulon laskentasäännöllä, joka on kätevä muistaa vasemman käden sääntöä käyttämällä.

Ampeerivoimamoduuli voidaan löytää kaavalla:

missä on magneettisen induktion ja virtavektorin välinen kulma.

Voima on suurin, kun johdinelementti, jolla on virta, sijaitsee kohtisuorassa magneettisen induktion linjoihin nähden ():

N45

Tarkastellaan virtaa johtavaa piiriä, joka muodostuu kiinteistä johtimista ja niitä pitkin liukuvasta liikkuvasta pituudesta l(Kuva 2.17). Tämä piiri on ulkoisessa yhtenäisessä magneettikentässä, joka on kohtisuorassa piirin tasoon nähden. Kuvassa näkyvällä virran suunnalla minä, vektori on samansuuntainen kanssa .

Nykyisen elementin mukaan minä(liikkuva lanka) pituus l Ampeerivoima vaikuttaa oikealle:

Anna kapellimestari l liikkuu yhdensuuntaisesti itsensä kanssa etäisyydellä d x. Tämä tekee seuraavaa:

(2.9.1)

Job , jonka suorittaa virtaa kuljettava johdin liikkuessaan, numeerisesti yhtä suuri kuin virran ja magneettivuon tulo, jonka tämä johdin on ylittänyt.

Kaava pysyy voimassa, jos minkä tahansa muotoinen johdin liikkuu missä tahansa kulmassa magneettisen induktiovektorin linjoihin nähden.

Lorentzin voima

Voima, jonka magneettikenttä kohdistaa liikkuvaan sähköisesti varautuneeseen hiukkaseen.

missä q on hiukkasen varaus;
V - latausnopeus;
B - magneettikentän induktio;
a on varausnopeusvektorin ja magneettisen induktiovektorin välinen kulma.

Lorentzin voiman suunta määritetään Tekijä:vasemman käden sääntö:

Jos asetat vasemman kätesi niin, että induktiovektorin nopeus kohtisuorassa oleva komponentti tulee kämmenelle ja neljä sormea sijaitsevat positiivisen varauksen liikenopeuden suunnassa (tai nopeuden nopeuden suuntaa vastaan). negatiivinen varaus), taivutettu peukalo osoittaa Lorentzin voiman suunnan

Koska Lorentzin voima on aina kohtisuorassa varauksen nopeuteen nähden, se ei toimi (eli ei muuta latausnopeuden arvoa ja sen liike-energiaa).

Jos varautunut hiukkanen liikkuu yhdensuuntaisesti magneettikenttälinjojen kanssa, niin Fl = 0 ja varaus liikkuu magneettikentässä tasaisesti ja suoraviivaisesti.

Jos varautunut hiukkanen liikkuu kohtisuorassa magneettikenttälinjoja vastaan, Lorentzin voima on keskipitkä

ja luo keskikiihtyvyyden, joka on yhtä suuri kuin

Tässä tapauksessa hiukkanen liikkuu ympyrässä.

Newtonin toisen lain mukaan: Lorentzin voima on yhtä suuri kuin hiukkasen massan ja keskikiihtyvyyden tulo

sitten ympyrän säde

ja varauksen kierrosjakso magneettikentässä on

Koska sähkövirta edustaa määrättyä varausten liikettä, magneettikentän vaikutus virtaa kuljettavaan johtimeen on seurausta sen vaikutuksesta yksittäisiin liikkuviin varauksiin.

AINEEN MAGNEETTISET OMINAISUUDET

Aineen magneettiset ominaisuudet selitetään Amperen hypoteesin mukaan suljetuilla virroilla, jotka kiertävät minkä tahansa aineen sisällä:

Atomien sisällä elektronien kiertoradalla liikkumisen vuoksi on elementaarisia sähkövirtoja, jotka luovat elementaarisia magneettikenttiä.
Siksi:
1. jos aineella ei ole magneettisia ominaisuuksia, elementaariset magneettikentät ovat suuntautumattomia (lämpöliikkeen vuoksi);

2. jos aineella on magneettisia ominaisuuksia, alkeismagneettikentät ovat tasaisesti suunnattuja (suuntautuneita) ja muodostuu aineen oma sisäinen magneettikenttä.

Elektromagneettinen induktio- ilmiö sähkövirran esiintymisestä suljetussa piirissä, kun sen läpi kulkeva magneettivuo muuttuu.

Michael Faraday löysi sähkömagneettisen induktion 29. elokuuta [ lähdettä ei ole määritetty 253 päivää] 1831. Hän havaitsi, että sähkömoottorivoima, joka syntyy suljetussa johtavassa piirissä, on verrannollinen tämän piirin rajaaman pinnan läpi kulkevan magneettivuon muutosnopeuteen. Sähkömotorisen voiman (EMF) suuruus ei riipu siitä, mikä aiheuttaa vuonmuutoksen - itse magneettikentän muutoksesta tai piirin (tai sen osan) liikkeestä magneettikentässä. Tämän emf:n aiheuttamaa sähkövirtaa kutsutaan indusoiduksi virraksi.

Faradayn sähkömagneettisen induktion lain mukaan, kun sähköpiirin läpi kulkeva magneettivuo muuttuu, siinä virittyy virta, jota kutsutaan induktioksi. Tästä virrasta vastaavan sähkömotorisen voiman suuruus määräytyy yhtälön avulla:

jossa miinusmerkki tarkoittaa, että indusoitu emf toimii siten, että indusoitunut virta estää vuon muutoksen. Tämä tosiasia heijastuu Lenzin sääntöön.

N48

Toistaiseksi olemme harkinneet magneettikenttien vaihtamista kiinnittämättä huomiota niiden lähteeseen. Käytännössä magneettikenttiä luodaan useimmiten erilaisilla solenoideilla, ts. monikierrospiirit virralla.

Tässä on kaksi mahdollista tapausta: kun virta piirissä muuttuu, magneettivuo muuttuu: a ) sama piiri ; b ) viereinen piiri.

Itse piirissä syntyvää indusoitunutta emf:ää kutsutaan Itse aiheutettu emf ja itse ilmiö - itseinduktio.

Jos indusoitu emf esiintyy viereisessä piirissä, he puhuvat ilmiöstä keskinäinen induktio.

On selvää, että ilmiön luonne on sama, mutta eri nimityksiä käytetään korostamaan paikkaa, jossa indusoitunut emf esiintyy.

Itseinduktioilmiö löysi amerikkalainen tiedemies J. Henry.

Sähkömagneettisen induktion lain mukaan

Mutta ΔФ = LΔI, siis:

N49

Sähkömoottori on yksinkertaisesti laite, joka muuntaa sähköenergian tehokkaasti mekaaniseksi energiaksi.

Tämän muutoksen perusta on magnetismi. Sähkömoottorit käyttävät kestomagneetteja ja sähkömagneetteja ja myös eri materiaalien magneettisia ominaisuuksia luodakseen näitä hämmästyttäviä laitteita.

Sähkömoottoreita on useita tyyppejä. Huomioikaa kaksi pääluokkaa: AC ja DC.

AC (Alternating Current) -luokan sähkömoottorit vaativat toimiakseen vaihtovirta- tai jännitelähteen (sellaisen lähteen löytyy mistä tahansa talon sähköpistorasiasta).

DC (Direct Current) -luokan sähkömoottorit vaativat tasavirta- tai jännitelähteen toimiakseen (sellaisen lähteen löytyy mistä tahansa akusta).

Yleismoottorit voivat saada virtaa mistä tahansa lähteestä.

Moottoreiden rakenteet eivät ole erilaisia, nopeuden ja vääntömomentin säätömenetelmät ovat erilaisia, vaikka energian muuntamisen periaate on sama kaikissa tyypeissä.

Sähkömotorinen voima.

Ohmin laki suljetulle piirille ja piirin epätasaiselle osalle.

Ohmin laki suljetulle piirille sanoo tämän. Virran määrä suljetussa piirissä, joka koostuu virtalähteestä, jossa on sisäinen vastus, sekä ulkoinen kuormitusvastus. On yhtä suuri kuin lähteen sähkömotorisen voiman suhde ulkoisten ja sisäisten vastusten summaan.

Ohmin laki piirin epätasaiselle osalle

Jotta saadaan selville, mistä virran voimakkuus näillä alueilla riippuu, on tarpeen selventää jännitteen käsitettä.

Riisi. 1

Tarkastellaan ensin ketjun homogeenista osaa (kuva 1, a). Tässä tapauksessa varauksen siirtämistyö suoritetaan vain paikallaan olevan sähkökentän voimilla, ja tälle osuudelle on ominaista potentiaaliero Δφ. Mahdollinen ero osion päissä , jossa AK on kiinteän sähkökentän voimien tekemä työ. Piirin epähomogeeninen osa (kuva 1, b) sisältää, toisin kuin homogeeninen osa, EMF-lähteen, ja sähköstaattisten kenttävoimien työ tässä osassa lisätään ulkoisten voimien työhön. Määritelmän mukaan , Jossa q on positiivinen varaus, joka liikkuu minkä tahansa ketjun kahden pisteen välillä; — potentiaaliero tarkasteltavana olevan osan alussa ja lopussa olevien pisteiden välillä; . Sitten he puhuvat jännityksestä jännitteeksi: Estatic. e. n = Ee/tilasto. n. + Estor. Jännite U piirin osassa on fyysinen skalaarisuure, joka on yhtä suuri kuin ulkoisten voimien ja sähköstaattisten kenttävoimien kokonaistyö yksittäisen positiivisen varauksen siirtämiseksi tässä osassa:

Ohmin laki ketjun epätasaiselle osalle on muotoa:

jossa R on epähomogeenisen osan kokonaisresistanssi.

Kiekhoffin säännöt.

Työ ja nykyinen teho. Virran lämpövaikutus. Joule-Lenzin laki.

Kun virta kulkee piirin homogeenisen osan läpi, sähkökenttä toimii. Aikana Δ t virtaa piirin läpi varaus Δ q = I Δ t. Sähkökenttä valitulla alueella toimii

Sähkövirran teho on yhtä suuri kuin nykyisen työn Δ A suhde aikaväliin Δ t, jonka aikana tämä työ suoritettiin:

Sähkövirran työ SI:ssä ilmaistaan jouleina (J), teho - watteina (W).

Tarkastellaan nyt täydellistä tasavirtapiiriä, joka koostuu lähteestä, jolla on sähkömotorinen voima ja sisäinen vastus r, ja ulkoisesta homogeenisesta osasta, jonka resistanssi on R. Ohmin laki täydelliselle piirille kirjoitetaan muodossa

Ensimmäinen termi vasemmalla Δ Q = R I 2 Δ t on lämpö, joka vapautuu piirin ulkoosassa ajan Δ t aikana, toinen termi Δ Q lähde = r I 2 Δ t on lämpö, joka vapautuu lähteen sisällä. samana aikana.

Lauseke I Δ t on yhtä suuri kuin lähteen sisällä vaikuttavien ulkoisten voimien Δ A st työ.

Kun sähkövirta kulkee suljetun piirin läpi, ulkoisten voimien Δ A art työ muunnetaan ulkoisessa piirissä (Δ Q) ja lähteen sisällä (Δ Q lähde) vapautuvaksi lämmöksi..

Δ Q + Δ Q lähde = Δ A st = I Δ t

On huomattava, että tämä suhde ei sisällä sähkökentän työtä. Kun virta kulkee suljetun piirin läpi, sähkökenttä ei tee mitään työtä; Siksi lämpöä tuotetaan vain ulkoisten voimien vaikutuksesta, joka toimii lähteen sisällä. Sähkökentän rooli rajoittuu lämmön uudelleenjakamiseen piirin eri osien välillä.

Ulkoinen piiri voi olla paitsi johdin, jonka resistanssi on R, myös jokin virtaa kuluttava laite, esimerkiksi tasavirtamoottori. Tässä tapauksessa R tulee ymmärtää muodossa vastaava kuormituskestävyys. Ulkoisessa piirissä vapautuva energia voidaan muuttaa osittain tai kokonaan paitsi lämmöksi, myös muunlaiseksi energiaksi, esimerkiksi sähkömoottorin suorittamaksi mekaaniseksi työksi. Siksi kysymyksellä virtalähteen energian käytöstä on suuri käytännön merkitys.