Elektromotorisk kraft. Ohms lag för en sluten krets och en olikformig sektion av kretsen. Kiekhoffs regler. Arbete och strömkraft. Termisk effekt av ström. Joule-Lenz lag. Ohms lag för en homogen, inhomogen sektion av en kedja och en sluten (komplett) kedja. Att göra motstånd

Vi övervägde Ohms lag (se (98.1)) för en homogen sektion av kedjan, dvs. Inte emf agerar (det finns inga yttre krafter som verkar). Låt oss nu överväga heterogen del av kedjan, var är originalet e.m.f. Plats på 1-2 beteckna med , och potentialskillnaden som tillämpas i slutet av avsnittet med

Om ström går igenom orörlig ledare som bildar sektionen I-2, jobba sedan En 12 av alla krafter (externa och elektrostatiska) som utförs på strömbärare, enligt lagen om bevarande och omvandling av energi, är lika med värmen som frigörs i området. Kraftarbetet som utförs när en laddning Q 0 förflyttas i området 1-2, enligt (97.4),

E.m.f. , liksom strömstyrkan I, är en skalär storhet. Det måste tas heller

med ett positivt eller negativt tecken, beroende på tecknet på det arbete som utförs av yttre krafter. Om e.m.f. främjar rörelsen av positiva laddningar i den valda riktningen (i riktning 1-2), sedan >0. Om e.m.f. förhindrar rörelsen av positiva laddningar i en given riktning, alltså<0.

Under tiden t frigörs värme i ledaren (se (99.5))

Från formlerna (100.1) och (100.2) får vi

(100.3)

(100.4)

Uttryck (100.3) eller (100.4) är Ohms lag för en inhomogen sektion av en krets i integralform, vilket är generaliserade Ohms lag.

Om i denna del av kedjan ingen aktuell källa( =0), sedan från (100,4) kommer vi till Ohms lag för en homogen del av kedjan (98.1):

(i frånvaro av yttre krafter är spänningen i ändarna av sektionen lika med potentialskillnaden (se § 97)). Om den elektriska kretsen stängd, då sammanfaller de valda punkterna 1 och 2, , sedan från (100,4) får vi Ohms lag för en sluten krets:

Ohms lag för en homogen sektion av en kedja:

En sektion av en krets kallas homogen om den inte innehåller en strömkälla. I=U/R, 1 Ohm – motståndet hos en ledare där en kraft på 1A flyter vid 1V.

Mängden motstånd beror på ledarmaterialets form och egenskaper. För en homogen cylindrisk ledare är dess R=ρl/S, ρ ett värde beroende på vilket material som används - ämnets resistivitet, från ρ=RS/l följer att (ρ) = 1 Ohm*m. Den reciproka av ρ är den specifika konduktiviteten γ=1/ρ.

Det har experimentellt fastställts att med ökande temperatur ökar det elektriska motståndet hos metaller. Vid inte för låga temperaturer ökar resistiviteten hos metaller

absolut temperatur p = α*p 0 *T, p 0 – resistivitet vid 0 o C, α – temperaturkoefficient. För de flesta metaller α = 1/273 = 0,004 K -1. p = p 0 *(1+ α*t), t – temperatur i o C.

Enligt den klassiska elektroniska teorin om metaller, i metaller med ett idealiskt kristallgitter, rör sig elektroner utan att uppleva motstånd (p = 0).

Anledningen som orsakar uppkomsten av elektriskt motstånd är främmande föroreningar och fysiska defekter i kristallgittret, såväl som atomernas termiska rörelse. Amplituden av atomvibrationer beror på t. Resistivitetens beroende av t är en komplex funktion:

p(T) = p rest + p id. , p rest – restresistivitet, p ID. - idealisk metallmotstånd.

Det ideala motståndet motsvarar en absolut ren metall och bestäms endast av atomernas termiska vibrationer. Baserat på allmänna överväganden, motstånd id. metall bör tendera till 0 vid T → 0. Resistiviteten som funktion är emellertid sammansatt av summan av oberoende termer, därför på grund av närvaron av föroreningar och andra defekter i kristallgittret av resistivitet med en minskning av t → till vissa ökning av DC. p vila. Ibland för vissa metaller passerar temperaturberoendet för p genom ett minimum. Res.värde slå motstånd beror på närvaron av defekter i gittret och föroreningshalten.

j=γ*E – Ohms lag i differentierad form, som beskriver processen vid varje punkt av ledaren, där j är strömtätheten, E är det elektriska fältets styrka.

Kretsen inkluderar ett motstånd R och en strömkälla. I en olikformig sektion av kretsen påverkas strömbärare av yttre krafter förutom elektrostatiska krafter. Externa krafter kan orsaka ordnade rörelser av strömbärare, såsom elektrostatiska krafter. I en olikformig sektion av kretsen läggs fältet för externa krafter som skapas av EMF-källan till fältet för elektriska laddningar. Ohms lag i differentierad form: j=γE. Generalisering av formeln till fallet med en olikformig ledare j=γ(E+E*)(1).

Från Ohms lag i differentierad form för en inhomogen del av en kedja kan man gå vidare till den integrala formen av Ohms lag för denna del. För att göra detta, överväg ett heterogent område. I den kan ledarens tvärsnitt vara variabel. Låt oss anta att inuti denna sektion av kretsen finns en linje, som vi kommer att kalla en strömkrets, som uppfyller:

1. I varje sektion vinkelrätt mot konturen har storheterna j, γ, E, E* samma värden.

2. j, E och E* vid varje punkt är riktade tangentiellt till konturen.

Låt oss godtyckligt välja rörelseriktningen längs konturen. Låt den valda riktningen motsvara rörelse från 1 till 2. Ta ett ledarelement med area S och konturelement dl. Låt oss projicera vektorerna som ingår i (1) på konturelementet dl: j=γ(E+E*) (2).

I längs konturen är lika med projektionen av strömtätheten på området: I=jS (3).

Specifik konduktivitet: γ=1/ρ. Ersätter i (2) I/S=1/ρ(E+E*) Multiplicera med dl och integrera längs konturen ∫Iρdl/S=∫Eedl+∫E*edl. Låt oss ta hänsyn till att ∫ρdl/S=R, och ∫Eedl=(φ 1 -φ 2), ∫E*edl= ε 12, IR= ε 12 +(φ 1 -φ 2). ε 12, liksom I, är en algebraisk storhet, därför kom man överens om att när ع främjar rörelsen av positiva strömbärare i den valda riktningen 1-2, betrakta ε 12 >0. Men i praktiken är detta fallet när man, när man går runt en del av kretsen, först stöter på en negativ pol, sedan en positiv. Om ع förhindrar rörelsen av positiva bärare i den valda riktningen, då ε 12

Ohms lag inhomogen del av kretsen

1.8. Elektricitet. Ohms lag

Om en isolerad ledare placeras i ett elektriskt fält, kommer en kraft att verka på de fria laddningarna q i ledaren. Som ett resultat uppstår en kortvarig rörelse av fria laddningar i ledaren. Denna process kommer att sluta när det egna elektriska fältet för laddningarna som uppstår på ledarens yta helt kompenserar för det yttre fältet. Det resulterande elektrostatiska fältet inuti ledaren kommer att vara noll (se § 1.5).

I ledare kan dock under vissa förhållanden kontinuerlig ordnad rörelse av fria elektriska laddningsbärare förekomma. Denna rörelse kallas elektrisk ström. Riktningen för den elektriska strömmen anses vara rörelseriktningen för positiva fria laddningar. För att en elektrisk ström ska existera i en ledare måste ett elektriskt fält skapas i den.

Ett kvantitativt mått på elektrisk ström är strömstyrkan I - en skalär fysisk storhet som är lika med förhållandet mellan laddningen Δ q som överförs genom ledarens tvärsnitt (fig. 1.8.1) över tidsintervallet Δ t till detta tidsintervall :

Om strömstyrkan och dess riktning inte förändras över tiden, kallas en sådan ström konstant.

I International System of Units (SI) mäts strömmen i ampere (A). Strömenheten på 1 A upprättas genom magnetisk interaktion mellan två parallella ledare med ström (se § 1.16).

En elektrisk likström kan bara skapas i en sluten krets där fria laddningsbärare cirkulerar längs slutna banor. Det elektriska fältet vid olika punkter i en sådan krets är konstant över tiden. Följaktligen har det elektriska fältet i en likströmskrets karaktären av ett fruset elektrostatiskt fält. Men när en elektrisk laddning rör sig i ett elektrostatiskt fält längs en sluten bana, är det arbete som utförs av elektriska krafter noll (se § 1.4). Därför, för förekomsten av likström, är det nödvändigt att ha en enhet i den elektriska kretsen som kan skapa och upprätthålla potentialskillnader i sektioner av kretsen på grund av krafter av icke-elektrostatiskt ursprung. Sådana enheter kallas likströmskällor. Krafter av icke-elektrostatiskt ursprung som verkar på fria laddningsbärare från strömkällor kallas externa krafter.

De yttre krafternas karaktär kan variera. I galvaniska celler eller batterier uppstår de som ett resultat av elektrokemiska processer, i likströmsgeneratorer uppstår yttre krafter när ledare rör sig i ett magnetfält. Strömkällan i den elektriska kretsen spelar samma roll som pumpen, vilket är nödvändigt för att pumpa vätska i ett slutet hydraulsystem. Under påverkan av yttre krafter rör sig elektriska laddningar inuti strömkällan mot krafterna från det elektrostatiska fältet, på grund av vilket en konstant elektrisk ström kan upprätthållas i en sluten krets.

När elektriska laddningar rör sig längs en likströmskrets utför externa krafter som verkar inuti strömkällorna arbete.

En fysisk storhet som är lika med förhållandet mellan arbetet A st av yttre krafter när en laddning q flyttas från en strömkällas negativa pol till den positiva polen till värdet av denna laddning kallas källans elektromotoriska kraft (EMF):

Således bestäms EMF av det arbete som utförs av yttre krafter när en enda positiv laddning flyttas. Elektromotorisk kraft, liksom potentialskillnaden, mäts i volt (V).

När en enda positiv laddning rör sig längs en sluten likströmskrets, är arbetet som utförs av yttre krafter lika med summan av den emf som verkar i denna krets, och arbetet som utförs av det elektrostatiska fältet är noll.

En DC-krets kan delas upp i separata sektioner. De områden där inga yttre krafter verkar (dvs områden som inte innehåller strömkällor) kallas homogena. Områden som inkluderar strömkällor kallas inhomogena.

När en enda positiv laddning rör sig längs en viss del av kretsen, utförs arbete av både elektrostatiska (Coulomb) och externa krafter. De elektrostatiska krafternas arbete är lika med potentialskillnaden Δφ 12 = φ 1 – φ 2 mellan de initiala (1) och slutliga (2) punkterna i den inhomogena sektionen. De yttre krafternas arbete är per definition lika med den elektromotoriska kraften 12 som verkar i ett givet område. Därför är det totala arbetet lika med

Värdet på U 12 brukar kallas spänningen i kretsdel 1–2. I fallet med ett homogent område är spänningen lika med potentialskillnaden:

Den tyske fysikern G. Ohm fastställde experimentellt 1826 att strömstyrkan I som flyter genom en homogen metallledare (dvs en ledare i vilken inga yttre krafter verkar) är proportionell mot spänningen U vid ledarens ändar:

Värdet R brukar kallas elektriskt motstånd. En ledare som har elektriskt motstånd kallas ett motstånd. Detta förhållande uttrycker Ohms lag för en homogen sektion av kretsen: strömstyrkan i ledaren är direkt proportionell mot den applicerade spänningen och omvänt proportionell mot ledarens resistans.

SI-enheten för ledarnas elektriska resistans är ohm (Ω). Ett motstånd på 1 ohm har en sektion av kretsen där en ström på 1 A uppstår vid en spänning på 1 V.

Ledare som följer Ohms lag kallas linjära. Det grafiska beroendet av strömmen I på spänningen U (sådana grafer kallas ström-spänningsegenskaper, förkortat VAC) avbildas av en rät linje som går genom koordinaternas ursprung. Det bör noteras att det finns många material och enheter som inte följer Ohms lag, till exempel en halvledardiod eller en gasurladdningslampa. Även med metallledare, vid tillräckligt höga strömmar, observeras en avvikelse från Ohms linjära lag, eftersom det elektriska motståndet hos metallledare ökar med ökande temperatur.

För en sektion av en krets som innehåller en emk skrivs Ohms lag i följande form:

Detta förhållande brukar kallas den generaliserade Ohms lag eller Ohms lag för en inhomogen del av kedjan.

I fig. 1.8.2 visar en sluten DC-krets. Kedjesektionen (cd) är enhetlig.

Ohms lag för en olikformig sektion av en krets

I praktiken är det tydligt att för att upprätthålla en stabil ström i en sluten krets krävs krafter av en fundamentalt annorlunda karaktär än Coulomb-krafter, då observeras ett fall när det i en del av kretsen samtidigt finns fria elektriska laddningar påverkas av både elektriska fältkrafter och yttre krafter (alla icke-konservativa krafter som verkar per laddning, med undantag för elektriska motståndskrafter (Coulomb-krafter)). En sådan sektion kallas en heterogen sektion av kedjan. Bilden nedan visar ett exempel på ett sådant avsnitt.

Fältstyrkan vid någon punkt i kretsen är lika med vektorsumman av fältet av Coulomb-krafter och fältet för yttre krafter:

Låt oss formulera Ohms lag för en olikformig sektion av kretsen - Strömstyrkan är direkt proportionell mot spänningen i detta avsnitt och omvänt proportionell mot dess totala resistans:

– formel för Ohms lag för en olikformig del av kedjan.

I – nuvarande styrka,
U12 – spänning i området,
R är kretsens totala resistans.

Potentialskillnaden kännetecknar den elektriska fältkraftens arbete för att överföra en enhets positiv laddning (q) från punkt 1 till punkt 2:

- där φ1 och φ 2 är potentialerna i ändarna av sektionen.

EMF kännetecknar externa krafters arbete för att överföra en enda positiv laddning av punkt 1 till punkt 2: - där ε12 är den emf som verkar i detta område, numeriskt lika med arbetet med att flytta en enda positiv laddning längs konturen.

Spänningen på en del av kretsen representerar det totala arbetet för de elektriska krafterna och externa krafterna:

Då kommer Ohms lag ta formen:

EMF kan vara antingen positiv eller negativ. Detta beror på polariteten för inkluderingen av EMF i sektionen. Om inuti strömkällan kretsen är gjord från den negativa polen till den positiva, då är EMF positiv (se figur). I det här fallet utför externa krafter positivt arbete. Om omvägen görs från den positiva polen till den negativa, är EMF negativ. Enkelt uttryckt, om emk främjar rörelsen av positiva laddningar, då ε>0, annars ε

Bestäm strömmen som flyter genom sektionen AB som visas i figuren. Källa EMF 20 V, intern resistans 1 Ohm, potential för punkterna A och B 15 V respektive 5 V, trådresistans 3 Ohm.

e = 20 V
r = 1 Ohm
φ1 = 15 V
φ2 = 5 V
R = 3 ohm

jag – ?
Låt oss skriva Ohms lag för en olikformig sektion av kretsen -
Om vi antar att punkt A är början av sektionen och punkt B är slutet, tar vi EMF med ett minustecken och ersätter initialdata,
Minustecknet indikerar att strömmen flyter från punkt B till punkt A, från en punkt med lägre potential till en punkt med högre, vilket är vanligt för strömkällor.
Svar: –2,5 A

De två elementen är kopplade "mot" varandra, som visas i figuren. Bestäm potentialskillnaden mellan punkterna A och B om ε1 = 1,4 V, r1 = 0,4 Ohm, ε2 = 1,8 V, r2 = 0,6 Ohm.

Elektricitet

När en elektrisk ström passerar i en sluten krets utsätts fria laddningar för krafter från ett stationärt elektriskt fält och yttre krafter. I det här fallet, i vissa delar av denna krets, skapas strömmen endast av ett stationärt elektriskt fält. Sådana delar av kedjan kallas homogena. I vissa delar av denna krets verkar, förutom krafterna från ett stationärt elektriskt fält, även externa krafter. Den del av kedjan som yttre krafter verkar på kallas en olikformig del av kedjan.

För att ta reda på vad strömstyrkan i dessa områden beror på är det nödvändigt att förtydliga begreppet spänning.

Låt oss först betrakta en homogen sektion av kedjan (fig. 1, a). I detta fall utförs arbetet med att flytta laddningen endast av krafterna från ett stationärt elektriskt fält, och denna sektion kännetecknas av potentialskillnaden Δφ. Potentiell skillnad i slutet av avsnittet , där AK är det arbete som utförs av krafterna från ett stationärt elektriskt fält. Den inhomogena sektionen av kretsen (fig. 1, b) innehåller, i motsats till den homogena sektionen, en källa för EMF, och arbetet med de elektrostatiska fältkrafterna i denna sektion läggs till arbetet med externa krafter. Per definition, , där q är den positiva laddningen som rör sig mellan två punkter i kedjan; - Potentialskillnad mellan punkter i början och slutet av avsnittet som behandlas. . Sedan pratar man om spänning för spänning: Estatisk. e. n. = Ee/stat. n. + Estor. Spänning U i en sektion av en krets är en fysisk skalär kvantitet lika med det totala arbetet av externa krafter och elektrostatiska fältkrafter för att flytta en enda positiv laddning i denna sektion:

Från denna formel är det tydligt att i det allmänna fallet är spänningen i en given sektion av kretsen lika med den algebraiska summan av potentialskillnaden och emk i detta avsnitt. Om endast elektriska krafter verkar på området (ε = 0), då. Således, endast för en homogen sektion av kretsen sammanfaller begreppen spänning och potentialskillnad.

Ohms lag för en olikformig sektion av en kedja har formen:

där R är den totala resistansen för den inhomogena sektionen.

EMF ε kan vara antingen positiv eller negativ. Detta beror på polariteten för inkluderingen av EMF i sektionen: om riktningen som skapas av strömkällan sammanfaller med riktningen för strömmen som passerar i sektionen (riktningen för strömmen i sektionen sammanfaller inuti källan med riktning från den negativa polen till den positiva), dvs. EMF främjar rörelsen av positiva laddningar i en given riktning, då ε > 0, annars, om EMF förhindrar rörelsen av positiva laddningar i en given riktning, då ε

konstant-ström.narod.ru

Elektromotorisk kraft. Ohms lag för en olikformig sektion av en krets. Kirchhoffs lag

Vi övervägde Ohms lag (98.1) för en homogen sektion av kretsen, dvs en där EMF inte verkar (externa krafter verkar inte). Låt oss nu överväga heterogen del av kedjan.

Om strömmen går igenom orörlig ledare som bildar sektionen 1-2, jobba sedan En 12 av alla krafter (externa och elektrostatiska) som utförs på strömbärare, enligt lagen om bevarande och omvandling av energi, är lika med värmen som frigörs i området. Kraftarbete som utförs när en laddning flyttas Q 0 Plats på 1-2, enligt (97.4), A12 =Q 0 E 0 + Q 0 ()

EMF E 12 är liksom strömstyrka / en skalär storhet. Det måste tas med antingen ett positivt eller negativt tecken, beroende på tecknet på det arbete som utförs av yttre krafter. Om EMF främjar rörelsen av positiva laddningar i den valda riktningen (i riktningen 1 - 2), sedan E 12 > 0. Om emk förhindrar rörelsen av positiva laddningar i en given riktning, då E 12

Uttryck (1) eller (2) representerar Ohms lag för en inhomogen sektion av en krets i integralform, vilket är generaliserade Ohms lag.

Om i denna del av kedjan ingen strömkälla (E 12 = 0), sedan från (4) kommer vi fram till Ohms lag för en homogen del av kedjan(98,1): I = Ф1-Ф2/R = U/R

Om den elektriska kretsen stängd, sedan de valda punkterna 1 och 2 sammanfaller, φ 1 = φ 2

sedan från (4) får vi Ohms lag för en sluten krets: I=E/r + R1

Beräkningen av grenade kedjor förenklas avsevärt om du använder reglerna formulerade av den tyske fysikern G. R. Kirchhoff. Det finns två av dessa regler.

Den första av dessa hänför sig till kedjans noder. En nod är en punkt där mer än två ledare möts.(Fig. 4.4). Strömmen som flyter till noden anses vara positiv, strömmen som flyter från noden har motsatt tecken. Kirchhoffs första regel anger att den algebraiska summan av strömmar som konvergerar vid en nod är lika med noll: .

Denna regel följer av kontinuitetsekvationen, d.v.s. i slutändan från lagen om bevarande av laddning. Antalet ekvationer som sammanställts enligt Kirchhoffs första regel måste vara en mindre än antalet noder i kedjan som studeras. Detta säkerställer det linjära oberoendet av de resulterande ekvationerna.

Den andra regeln gäller för varje isolerad sluten slinga i en grenad krets (till exempel 1-3-2) (se fig. 4.5). Låt oss ställa in riktningen för traverseringen, som visar den med en pil. Låt oss tillämpa Ohms lag på var och en av de ogrenade sektionerna av konturen: ; .

När man adderar dessa uttryck erhålls en av ekvationerna;
som uttrycker Kirchhoffs andra regel: för alla slutna kretsar är den algebraiska summan av alla spänningsfall lika med summan av alla emk i denna krets.

Liknande ekvationer kan konstrueras för alla slutna slingor, substantiv. i en given grenad krets bör deras antal dock begränsas av ekvationer för oberoende kretsar i vilka åtminstone en ström förekommer som inte ingår i de andra.
Vid uppställning av ekvationer enligt Kirchhoffs 2:a regel ska strömmar och EMF tilldelas tecken i enlighet med vald färdriktning.
Till exempel bör strömmen betraktas som "+", den flyter i riktning mot bypass. EMF måste också tilldelas ett plustecken, eftersom den verkar i förbikopplingsriktningen. Ström och EMF tilldelas ett minustecken.
I praktiken, vid problemlösning, vid uppställning av ekvationer, väljs strömriktningarna godtyckligt och i enlighet med detta tillämpas teckenregeln.
Den faktiska riktningen av strömmarna kommer att bestämmas genom att lösa problemet: om någon ström visar sig vara positiv, väljs dess riktning korrekt, om den är negativ, flyter den i verkligheten motsatt den valda riktningen. Antalet oberoende ekvationer sammanställda i enlighet med Kirchhoffs första och andra regler, lika med antalet olika strömmar, flyter i en grenad kedja. Därför, om emk och resistans anges, kan alla strömmar beräknas.

Om i en krets endast krafterna från ett elektrostatiskt fält verkar på strömbärare, så rör sig bärarna (de antas vara positiva) från punkter med hög potential till punkter med lägre potential. Detta leder till potentialutjämning vid alla punkter i kretsen och till att det elektriska fältet försvinner. Därför, för att det finns likström, är det nödvändigt att ha en enhet i kretsen som kan skapa och upprätthålla en potentialskillnad på grund av krafternas arbete icke-elektrostatiskt ursprung. Sådana enheter kallas nuvarande källor. Befogenheter icke-elektrostatiskt ursprung, agerar på avgifter från nuvarande källor kallas utomstående.

De yttre krafternas karaktär kan variera. Till exempel, i galvaniska celler uppstår de på grund av energin från kemiska reaktioner mellan elektroder och elektrolyter; i generatorn - på grund av den mekaniska rotationsenergin hos generatorrotorn etc. Strömkällans roll i den elektriska kretsen,

bildligt talat, samma som pumpens roll, som är nödvändig för att pumpa vätska i ett hydraulsystem. Under påverkan av det skapade fältet av yttre krafter rör sig elektriska laddningar inuti strömkällan mot krafterna i det elektrostatiska fältet, på grund av vilka kretsens ändar stöds

Det finns en potentialskillnad och en konstant elektrisk ström flyter i kretsen.

Yttre krafter verkar för att flytta elektriska laddningar. En fysisk storhet som bestäms av det arbete som utförs av yttre krafter när man förflyttar en enhet positiv laddning kallas elektromotorisk kraft (EMF) som verkar i kretsen: (97.1)

Detta arbete utförs på grund av energin som förbrukas i den aktuella källan, därför värdet E kan också kallas den elektromotoriska kraften hos en strömkälla som ingår i en krets. Ofta, istället för att säga: "externa krafter verkar i kretsen", säger de: "EMF verkar i kretsen", dvs. termen "elektromotorisk kraft" används som en egenskap för yttre krafter. EMF, liksom potential, uttrycks i volt. Yttre kraft F CT som verkar på laddningen Qo, kan uttryckas som var Äter- fältstyrka för yttre krafter. Externa krafters arbete för att flytta en laddning Q o på en sluten del av kretsen

Dela (97,2) med Qo, vi får ett uttryck för den emf som verkar i kretsen:

de där. EMF som verkar i en sluten krets kan definieras som cirkulationen av fältstyrkevektorn för yttre krafter. EMF som verkar på platsen 1 - 2, lika med (97,3)

Per laddning Q 0 Förutom yttre krafter är krafterna i det elektrostatiska fältet Fe = Q 0 E. Således är den resulterande kraften som verkar på laddningen i kretsen Qo, lika med F = F CT+ Fc= Qo (ECT + E).

Arbete utfört av den resulterande kraften på laddningen Q 0 Plats på 1 - 2, lika med

Använda uttryck (97.3) Och(84.8), kan vi skriva

För en sluten krets är det arbete som utförs av elektrostatiska krafter noll (se. § 83), därför i detta fall A12 =Q 0 E 12.

Spänning U Plats på 1 - 2 är en fysisk storhet som bestäms av det arbete som utförs av det totala elektrostatiska (Coulomb) fältet Och yttre krafter när en enda positiv laddning flyttas i en given sektion av kretsen. Således, enligt (97.4),

Begreppet spänning är generalisering begreppet potentialskillnad: spänningen i ändarna av kretssektionen är lika med potentialskillnaden if på det finns ingen EMF i detta område, T. dvs det finns inga yttre krafter.

Federal lag av den 21 november 2011 N 323-FZ "Om grunderna för att skydda medborgarnas hälsa i Ryska federationen" (med ändringar och tillägg) Federal lag av den 21 november 2011 N 323-FZ "Om grunderna för att skydda [ …]
Återbetalning av ett förskott från en leverantör: bokföring och skatteredovisning Ett förskott eller förskottsbetalning är en betalning som tas emot av leverantören (säljaren) före datumet för den faktiska leveransen av produkter eller före tillhandahållandet av tjänster [...]
Översyn av praxis för att lösa tvister enligt arbetskontrakt "Översikt av praxis för att lösa tvister enligt arbetskontrakt" Godkänd av presidiet för den federala skiljedomstolen i Uraldistriktet. Protokoll nr 5 av den 30 mars 2007 1. […]
Den operativa ledningen av en självständig förskoleutbildning omfattar en fastighet (dagisbyggnad). Bedömningen och betalningen av fastighetsskatten utförs av en självständig institution på bekostnad av [...]
Antalet tecken på ett brott Kärnan i det juridiska tillvägagångssättet är att betrakta brott som ett samlat begrepp - omedelbart txt fb2 ePub html kommer en länk till en fil i valt format att skickas till din telefon […]
Vad ska man göra om depositionen/depositionen för lägenheten inte återlämnas. Detaljerade instruktioner för att returnera, hur man agerar lagligt och returnerar pengarna. En vanlig situation är när, utöver månadshyran, […]

Elektromotorisk kraft.

Om ett elektriskt fält skapas i en ledare och åtgärder inte vidtas för att upprätthålla det, kommer strömbärarnas rörelse mycket snabbt att leda till att fältet inuti ledaren försvinner och strömmen stannar. För att upprätthålla strömmen under lång tid är det nödvändigt att kontinuerligt ta bort de positiva laddningarna som strömmen kommer hit från änden av ledaren med en lägre potential j 2 och överföra dem till slutet med en högre potential (Fig. 56,1).

Det elektriska fältet som skapas i en ledare kan inte utföra en sådan överföring av laddningar. För att en konstant ström ska existera är verkan av några andra krafter (inte Coulomb-krafter) nödvändig, som flyttar laddningar mot elektriska krafter och upprätthåller konstanta elektriska fält. Dessa kan vara magnetiska krafter, laddningar kan separeras på grund av kemiska reaktioner, diffusion av laddningsbärare i ett inhomogent medium etc. För att understryka skillnaden mellan dessa krafter och Coulombs växelverkanskrafter är det vanligt att beteckna dem med termen yttre krafter. Enheter där fria laddningar rör sig under påverkan av yttre krafter kallas nuvarande källor. Dessa inkluderar elektromagnetiska generatorer, termoelektriska generatorer och solpaneler. En separat grupp består av kemiska kraftkällor: galvaniska celler, batterier och bränsleceller.

Verkan av yttre krafter kan karakteriseras genom att introducera begreppet fältstyrka för yttre krafter: .

Externa krafters arbete för att flytta laddningen q på plats dl kan uttryckas på följande sätt:

längs hela längden av sektionen l:

. (56.1)

Värdet som är lika med förhållandet mellan det arbete som utförs av yttre krafter för att flytta en laddning till denna laddning kallas elektromotorisk kraft(EMF):

. (56.2)

I en ledare genom vilken ström flyter är den elektriska fältstyrkan summan av fältstyrkorna för Coulomb-krafter och yttre krafter:

Sedan kan vi skriva för strömtätheten

Låt oss ersätta vektorerna med deras projektioner på den slutna slingans riktning och multiplicera båda sidor av ekvationen med dl:

Efter att ha gjort substitutionen , reducerar vi den resulterande ekvationen till formen

Vi integrerar det resulterande uttrycket över längden av den elektriska kretsen:

Integralen på vänster sida av ekvationen representerar motståndet R avsnitt 1-2. På höger sida av ekvationen är värdet på den första integralen numeriskt lika med Coulombs krafter för att flytta en enhetsladdning från punkt 1 till punkt 2 - detta är potentialskillnaden. Värdet på den andra integralen är numeriskt lika med externa krafters arbete för att flytta en enhetsladdning från punkt 2 till punkt 1 - detta är elektromotorisk kraft. I enlighet med detta reduceras ekvation (56.3) till formen

Magnitud IR, lika med produkten av strömstyrkan och kretssektionens resistans, kallas spänningsfall på en del av kedjan. Spänningsfall är numeriskt lika med det arbete som utförs när en enhetsladdning flyttas av yttre krafter och elektriska fältkrafter (Coulomb).

Sektionen av kretsen som innehåller EMF kallas en olikformig sektion. Vi hittar strömstyrkan i ett sådant avsnitt från formel (56.4):

Med tanke på att strömkällan kan anslutas till en del av kretsen på två sätt, ersätter vi tecknet framför EMF med "±":

Uttryck (56,5) är Ohms lag för en olikformig sektion av en kedja. Tecknen "+" eller "-" tar hänsyn till hur yttre krafter påverkar strömflödet i den angivna riktningen: de främjar eller hindrar (Fig. 56.2).

Om en sektion av kretsen inte innehåller en EMF, dvs den är homogen, följer det av formel (56.5) att

Av formel (56.5) följer

Var IR- spänningsfall på den yttre delen av kretsen, Ir- spänningsfall på den interna delen av kretsen.

Därav, Strömkällans emk är lika med summan av spänningsfallen i kretsens externa och interna sektioner.

Strömstyrkan i en homogen sektion av kretsen är direkt proportionell mot spänningen vid sektionens konstanta motstånd och omvänt proportionell mot sektionens resistans vid konstant spänning.

VarU - spänning i området, R- områdets motstånd.

Ohms lag för en godtycklig sektion av en krets som innehåller en likströmskälla.

Varφ 1 - φ 2 + ε = U spänning vid en given sektion av kretsen,R - elektriskt motstånd för en given sektion av kretsen.

Ohms lag för en komplett krets.

Strömstyrkan i en komplett krets är lika med förhållandet mellan källans elektromotoriska kraft och summan av resistanserna hos kretsens yttre och inre sektioner.

VarR - elektriskt motstånd för den yttre delen av kretsen,r - elektriskt motstånd i kretsens inre sektion.

Kortslutning.

Av Ohms lag för en komplett krets följer att strömstyrkan i en krets med en given strömkälla endast beror på motståndet hos den externa kretsen R.

Om en ledare med ett motstånd R är ansluten till polerna på en strömkälla<< 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.

Elektriskt motstånd (R) är en fysisk storhet numeriskt lika med förhållandet
spänning i ändarna av ledaren till strömmen som passerar genom ledaren.
Resistansvärdet för en sektion av en krets kan bestämmas från formeln för Ohms lag för en sektion av en krets.

En ledares resistans beror dock inte på strömmen i kretsen och spänningen, utan bestäms endast av ledarens form, storlek och material.

där l är ledarens längd (m), S är tvärsnittsarean (kvm),
r (ro) - resistivitet (Ohm m).

Resistivitet

Visar resistansen hos en ledare gjord av ett givet ämne,
1 m lång och med ett tvärsnitt på 1 kvm.

SI-enhet för resistivitet: 1 ohm m

Men i praktiken är tjockleken på trådarna betydligt mindre än 1 kvm.
Därför används oftare en icke-systemenhet för mätning av resistivitet:

Systemmotståndsenhet i SI:

Motståndet hos en ledare är 1 Ohm om, med en potentialskillnad vid dess ändar på 1 V,
en ström på 1 A flyter genom den.

Anledningen till närvaron av motstånd i en ledare är interaktionen mellan rörliga elektroner och joner i ledarens kristallgitter. På grund av skillnaden i strukturen hos det kritiska gittret för ledare gjorda av olika ämnen, skiljer sig deras motstånd från varandra.

N39

Seriella och parallella anslutningar i elektroteknik - två huvudsakliga sätt att ansluta element i en elektrisk krets. I en seriekoppling är alla element anslutna till varandra på ett sådant sätt att den del av kretsen som inkluderar dem inte har en enda nod. I en parallellkoppling är alla element som ingår i kedjan förenade av två noder och har inga kopplingar med andra noder, såvida detta inte motsäger villkoret.

När ledare är seriekopplade är strömmen i alla ledare densamma.

I en parallellkoppling är spänningsfallet mellan de två noderna som förbinder elementen i kretsen detsamma för alla element. I det här fallet är det ömsesidiga värdet av kretsens totala resistans lika med summan av de ömsesidiga värdena för motstånden hos parallellkopplade ledare.

När ledare är seriekopplade är strömstyrkan i någon del av kretsen densamma:

Den totala spänningen i kretsen i en seriekoppling, eller spänningen vid strömkällans poler, är lika med summan av spänningarna i enskilda delar av kretsen:

N40

Elektromotorisk kraft(EMF) är en skalär fysisk storhet som kännetecknar arbetet av externa (icke-potentiella) krafter i lik- eller växelströmskällor. I en sluten ledande krets är EMF lika med dessa krafters arbete för att flytta en enda positiv laddning längs kretsen.

EMF kan uttryckas i termer av den elektriska fältstyrkan för externa krafter (). I en sluten slinga () kommer EMF att vara lika med:

, där är elementet i konturlängden.

EMF, liksom spänning, mäts i volt. Vi kan prata om elektromotorisk kraft i vilken del av kretsen som helst. Detta är det specifika arbetet av yttre krafter, inte genom hela kretsen, utan bara i ett givet område. EMF i en galvanisk cell är arbetet av yttre krafter när en enda positiv laddning flyttas inuti elementet från en pol till en annan. De yttre krafternas arbete kan inte uttryckas genom en potentialskillnad, eftersom yttre krafter är icke-potentiella och deras arbete beror på banans form. Så till exempel är arbetet med externa krafter när en laddning flyttas mellan strömterminaler utanför själva källan noll.

[redigera] Induktion emf

Orsaken till den elektromotoriska kraften kan vara en förändring av magnetfältet i det omgivande rummet. Detta fenomen kallas elektromagnetisk induktion. Storleken på den inducerade emk i kretsen bestäms av uttrycket

var är magnetfältsflödet genom en sluten yta som begränsas av en kontur. Tecknet "−" före uttrycket visar att den inducerade strömmen som skapas av den inducerade emk förhindrar en förändring av det magnetiska flödet i kretsen

n41

Arbetet som utförs av en elektrisk ström visar hur mycket arbete som utfördes av det elektriska fältet när laddningar flyttades längs en ledare.

Att kunna två formler:
I = q/t ..... och..... U = A/q
Du kan härleda en formel för att beräkna arbetet med elektrisk ström:

Arbetet som utförs av elektrisk ström är lika med produkten av ström och spänning
och för varaktigheten av strömflödet i kretsen.

Måttenhet för elektrisk strömarbete i SI-systemet:
[A] = 1 J = lA. B. c

Effekten av en elektrisk ström visar det arbete som utförs av strömmen per tidsenhet.
och är lika med förhållandet mellan det utförda arbetet och den tid under vilken detta arbete utfördes.

(kraft inom mekanik betecknas vanligtvis med bokstaven N, i elektroteknik - bokstaven R)
därför att A = IUt, då är effekten av den elektriska strömmen lika med:

Enhet för elektrisk strömeffekt i SI-systemet:

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

N42

Halvledare- ett material som i termer av sin specifika konduktivitet intar en mellanposition mellan interledare och dielektrikum och som skiljer sig från ledare genom det starka beroendet av den specifika konduktiviteten av koncentrationen av föroreningar, temperatur och exponering för olika typer av strålning. Den huvudsakliga egenskapen hos en halvledare är en ökning av elektrisk ledningsförmåga med ökande temperatur.

Halvledare är ämnen vars bandgap är i storleksordningen flera elektronvolt (eV). Till exempel kan en diamant klassificeras som halvledare med stort bandgap, och indiumarsenid - till smal öppning. Halvledare inkluderar många kemiska element (germanium, kisel, selen, tellur, arsenik och andra), ett stort antal legeringar och kemiska föreningar (galliumarsenid, etc.). Nästan alla oorganiska ämnen i världen omkring oss är halvledare. Den vanligaste halvledaren i naturen är kisel, som utgör nästan 30 % av jordskorpan.

Beroende på om föroreningsatomen ger upp en elektron eller fångar den, kallas föroreningsatomer donator eller acceptor. Föroreningens natur kan variera beroende på vilken atom i kristallgittret den ersätter och i vilket kristallografisk plan den är inbäddad.

Konduktiviteten hos halvledare är starkt beroende av temperaturen. Nära den absoluta nolltemperaturen har halvledare egenskaperna hos dielektrikum.

N43

Magnetiska fenomen var kända i den antika världen. Kompassen uppfanns för mer än 4 500 år sedan. Den dök upp i Europa runt 1100-talet e.Kr. Det var dock först på 1800-talet som sambandet mellan elektricitet och magnetism upptäcktes och idén om magnetiskt fält .

De första experimenten (som genomfördes 1820) som visade att det finns ett djupt samband mellan elektriska och magnetiska fenomen var den danske fysikern H. Oersteds experiment. Dessa experiment visade att en magnetisk nål som ligger nära en strömförande ledare påverkas av krafter som tenderar att vrida den. Samma år observerade den franske fysikern A. Ampere kraftväxelverkan mellan två ledare och strömmar och etablerade lagen om växelverkan mellan strömmar.

Enligt moderna koncept utövar strömförande ledare en kraft på varandra inte direkt, utan genom de magnetiska fälten som omger dem.

Källorna till magnetfältet är rör på sig elektriska laddningar (strömmar). Ett magnetfält uppstår i utrymmet som omger strömförande ledare, precis som ett elektriskt fält uppstår i utrymmet som omger stationära elektriska laddningar. Det magnetiska fältet hos permanentmagneter skapas också av elektriska mikroströmmar som cirkulerar inuti ett ämnes molekyler (Amperes hypotes).

Forskare från 1800-talet försökte skapa en teori om magnetfältet i analogi med elektrostatik, och tog hänsyn till den s.k. magnetiska laddningar två skyltar (till exempel norr N och södra S magnetnålens poler). Erfarenheten visar dock att isolerade magnetiska laddningar inte existerar.

Strömmas magnetfält skiljer sig fundamentalt från det elektriska fältet. Ett magnetfält har, till skillnad från ett elektriskt fält, en krafteffekt endast till flyttladdningar (strömmar).

För att beskriva magnetfältet är det nödvändigt att införa en fältstyrkekarakteristik som liknar den elektriska fältstyrkevektorn. Denna egenskap är magnetisk induktionsvektor som bestämmer krafterna som verkar på strömmar eller rörliga laddningar i ett magnetfält.

För det positiva vektor riktning riktningen tas från sydpolen S till nordpolen N för magnetnålen, fritt orienterad i magnetfältet. Genom att studera det magnetiska fält som skapas av en ström eller en permanent magnet med hjälp av en liten magnetisk nål är det alltså möjligt att bestämma vektorns riktning vid varje punkt i rymden. Sådan forskning gör det möjligt för oss att visualisera magnetfältets rumsliga struktur . I likhet med kraftlinjerna i elektrostatik kan man konstruera magnetiska induktionsledningar , vid varje punkt där vektorn är riktad längs en tangent.

N44

Av Amperes lag följer att parallella ledare med elektriska strömmar som flyter i en riktning attraherar, och i motsatta riktningar stöter de bort. Amperes lag är också den lag som bestämmer med vilken kraft ett magnetfält verkar på ett litet segment av en ledare som bär ström. Uttrycket för kraften med vilken magnetfältet verkar på ett volymelement av en ledare med strömtäthet belägen i ett magnetfält med induktion, i International System of Units (SI) har formen:

Om ström flyter genom en tunn ledare, var är ledarens "längdelement" - en vektor som är lika stor och sammanfaller i riktning med strömmen. Sedan kan den tidigare jämställdheten skrivas om på följande sätt:

Kraftens riktning bestäms av regeln för beräkning av vektorprodukten, vilket är bekvämt att komma ihåg med hjälp av den vänstra regeln.

Amperekraftsmodulen kan hittas med formeln:

var är vinkeln mellan magnetinduktions- och strömvektorerna.

Kraften är maximal när ledarelementet med ström är placerat vinkelrätt mot linjerna för magnetisk induktion ():

N45

Låt oss betrakta en strömförande krets bildad av fasta ledningar och en rörlig bygel av längd som glider längs dem l(Fig. 2.17). Denna krets är i ett externt enhetligt magnetfält vinkelrätt mot kretsens plan. Med den aktuella riktningen som visas i figuren jag, vektorn är samriktad med .

Per aktuellt element jag(rörlig tråd) längd l Amperekraften verkar till höger:

Låt konduktören l kommer att röra sig parallellt med sig själv på ett avstånd d x. Detta kommer att göra följande:

(2.9.1)

Jobb , utförs av en strömförande ledare vid rörelse, numeriskt lika med produkten av ström och magnetiskt flöde, korsad av denna konduktör.

Formeln förblir giltig om en ledare av någon form rör sig i valfri vinkel mot linjerna i den magnetiska induktionsvektorn.

Lorentz kraft

Kraften som utövas av ett magnetfält på en elektriskt laddad partikel i rörelse.

där q är partikelns laddning;
V - laddningshastighet;
B - magnetfältsinduktion;
a är vinkeln mellan laddningshastighetsvektorn och den magnetiska induktionsvektorn.

Riktningen av Lorentz-kraften bestäms Förbivänsterhandsregel:

Om du placerar din vänstra hand så att komponenten av induktionsvektorn vinkelrätt mot hastigheten kommer in i handflatan och de fyra fingrarna är placerade i riktningen för rörelsehastigheten för den positiva laddningen (eller mot riktningen för hastigheten på negativ laddning), kommer den böjda tummen att indikera riktningen för Lorentz-kraften

Eftersom Lorentzkraften alltid är vinkelrät mot laddningens hastighet, fungerar den inte (det vill säga, den ändrar inte värdet på laddningshastigheten och dess kinetiska energi).

Om en laddad partikel rör sig parallellt med magnetfältslinjerna, då Fl = 0, och laddningen i magnetfältet rör sig likformigt och rätlinjigt.

Om en laddad partikel rör sig vinkelrätt mot magnetfältslinjerna är Lorentzkraften centripetal

och skapar en centripetalacceleration lika med

I detta fall rör sig partikeln i en cirkel.

Enligt Newtons andra lag: Lorentzkraften är lika med produkten av partikelns massa och centripetalaccelerationen

sedan cirkelns radie

och perioden för laddningsrotation i ett magnetfält är

Eftersom elektrisk ström representerar den ordnade rörelsen av laddningar, är effekten av ett magnetfält på en ledare som bär ström resultatet av dess verkan på enskilda rörliga laddningar.

ÄMNETS MAGNETISKA EGENSKAPER

Materiens magnetiska egenskaper förklaras enligt Amperes hypotes av slutna strömmar som cirkulerar inuti något ämne:

Inuti atomer, på grund av elektronernas rörelse i banor, finns elementära elektriska strömmar som skapar elementära magnetfält.
Det är därför:
1. om ämnet inte har magnetiska egenskaper är de elementära magnetfälten oorienterade (på grund av termisk rörelse);

2. om ett ämne har magnetiska egenskaper är de elementära magnetfälten lika riktade (orienterade) och ämnets eget inre magnetfält bildas.

Elektromagnetisk induktion- fenomenet med förekomsten av elektrisk ström i en sluten krets när det magnetiska flödet som passerar genom den ändras.

Elektromagnetisk induktion upptäcktes av Michael Faraday den 29 augusti [ källa ej angiven 253 dagar] 1831. Han upptäckte att den elektromotoriska kraften som uppstår i en sluten ledande krets är proportionell mot förändringshastigheten för det magnetiska flödet genom ytan som begränsas av denna krets. Storleken på den elektromotoriska kraften (EMF) beror inte på vad som orsakar flödesförändringen - en förändring i själva magnetfältet eller kretsens rörelse (eller en del av den) i magnetfältet. Den elektriska strömmen som orsakas av denna emk kallas inducerad ström.

Enligt Faradays lag om elektromagnetisk induktion, när det magnetiska flödet som passerar genom en elektrisk krets ändras, exciteras en ström som kallas induktion i den. Storleken på den elektromotoriska kraften som är ansvarig för denna ström bestäms av ekvationen:

där minustecknet betyder att den inducerade emk verkar på ett sådant sätt att den inducerade strömmen förhindrar en förändring av flödet. Detta faktum återspeglas i Lenz regel.

N48

Hittills har vi övervägt att ändra magnetfält utan att uppmärksamma vad deras källa är. I praktiken skapas magnetfält oftast med hjälp av olika typer av solenoider, d.v.s. flervarvskretsar med ström.

Det finns två möjliga fall här: när strömmen i kretsen ändras ändras det magnetiska flödet: a ) samma krets ; b ) intilliggande krets.

Den inducerade emk som uppstår i själva kretsen kallas Självinducerad emf, och själva fenomenet – självinduktion.

Om den inducerade emk uppstår i den intilliggande kretsen, talar de om fenomenet ömsesidig induktion.

Det är tydligt att fenomenets natur är densamma, men olika namn används för att betona platsen där den inducerade emk uppträder.

Självinduktionsfenomen upptäckt av den amerikanske vetenskapsmannen J. Henry.

Enligt lagen om elektromagnetisk induktion

Men ΔФ=LAI, därav:

N49

En elmotor är helt enkelt en anordning för att effektivt omvandla elektrisk energi till mekanisk energi.

Grunden för denna transformation är magnetism. Elmotorer använder permanentmagneter och elektromagneter och använder även de magnetiska egenskaperna hos olika material för att skapa dessa fantastiska enheter.

Det finns flera typer av elmotorer. Låt oss notera två huvudklasser: AC och DC.

AC (växelström) klass elektriska motorer kräver en växelström eller spänningskälla för att fungera (du kan hitta en sådan källa i alla eluttag i huset).

Elektriska motorer i DC (Direct Current)-klassen kräver en likströms- eller spänningskälla för att fungera (du kan hitta en sådan källa i vilket batteri som helst).

Universalmotorer kan drivas av vilken typ av källa som helst.

Inte bara är designen på motorerna olika, metoderna för att styra hastighet och vridmoment är olika, även om principen för energiomvandling är densamma för alla typer.

Elektromotorisk kraft.

Ohms lag för en sluten krets och en olikformig sektion av kretsen.

Ohms lag för en sluten krets säger det. Strömmängden i en sluten krets, som består av en strömkälla med intern resistans, samt en extern belastningsresistans. Kommer att vara lika med förhållandet mellan källans elektromotoriska kraft och summan av de yttre och inre motstånden.

Ohms lag för en olikformig sektion av en krets

För att ta reda på vad strömstyrkan i dessa områden beror på är det nödvändigt att förtydliga begreppet spänning.

Ris. 1

Låt oss först betrakta en homogen sektion av kedjan (fig. 1, a). I detta fall utförs arbetet med att flytta laddningen endast av krafterna från ett stationärt elektriskt fält, och denna sektion kännetecknas av potentialskillnaden Δφ. Potentiell skillnad i slutet av avsnittet , där AK är det arbete som utförs av krafterna från ett stationärt elektriskt fält. Den inhomogena sektionen av kretsen (fig. 1, b) innehåller, i motsats till den homogena sektionen, en källa för EMF, och arbetet med de elektrostatiska fältkrafterna i denna sektion läggs till arbetet med externa krafter. Per definition, , där q är den positiva laddningen som rör sig mellan två punkter i kedjan; — Potentialskillnad mellan punkter i början och slutet av det aktuella avsnittet. . Sedan pratar man om spänning för spänning: Estatisk. e. n. = Ee/stat. n. + Estor. Spänning U i en sektion av en krets är en fysisk skalär kvantitet lika med det totala arbetet av externa krafter och elektrostatiska fältkrafter för att flytta en enda positiv laddning i denna sektion:

Ohms lag för en olikformig sektion av en kedja har formen:

där R är den totala resistansen för den inhomogena sektionen.

Kiekhoffs regler.

Arbete och strömkraft. Termisk effekt av ström. Joule-Lenz lag.

När ström flyter genom en homogen del av kretsen fungerar det elektriska fältet. Under tiden Δ t flyter en laddning Δ q = I Δ t genom kretsen. Det elektriska fältet i ett valt område fungerar

Effekten av den elektriska strömmen är lika med förhållandet mellan strömarbetet Δ A och tidsintervallet Δ t under vilket detta arbete utfördes:

Arbetet med en elektrisk ström i SI uttrycks i joule (J), effekt - i watt (W).

Låt oss nu betrakta en komplett likströmskrets, bestående av en källa med en elektromotorisk kraft och inre motstånd r och en extern homogen sektion med motstånd R. Ohms lag för en komplett krets skrivs som

Den första termen på vänster sida Δ Q = R I 2 Δ t är den värme som frigörs i den yttre delen av kretsen under tiden Δ t, den andra termen Δ Q källa = r I 2 Δ t är den värme som frigörs inuti källan under samma tid.

Uttrycket I Δ t är lika med arbetet av yttre krafter Δ A st som verkar inuti källan.

När elektrisk ström flyter genom en sluten krets, omvandlas arbetet av externa krafter Δ A art till värme som frigörs i den externa kretsen (Δ Q) och inuti källan (Δ Q-källan).

Δ Q + Δ Q källa = Δ A st = I Δ t

Det bör noteras att detta förhållande inte inkluderar det elektriska fältets arbete. När ström flyter genom en sluten krets, gör det elektriska fältet inget arbete; Det är därför värme produceras endast av yttre krafter, som agerar inuti källan. Det elektriska fältets roll reduceras till omfördelning av värme mellan olika delar av kretsen.

Den externa kretsen kan inte bara vara en ledare med motstånd R, utan också en enhet som förbrukar ström, till exempel en DC-motor. I detta fall ska R förstås som motsvarande belastningsmotstånd. Energin som frigörs i den externa kretsen kan delvis eller helt omvandlas inte bara till värme, utan också till andra typer av energi, till exempel till mekaniskt arbete som utförs av en elmotor. Därför är frågan om att använda energin från en strömkälla av stor praktisk betydelse.