Как найти эдс лампочки

При питании лампочки от элемента с ЭДС 1,5 В сила тока в цепи равна 0,2 А. Найти работу сторонних сил в элементе за 1 мин
РЕШЕНИЕ

К источнику с ЭДС 12 В и внутренним сопротивлением 1 Ом подключен реостат, сопротивление которого 5 Ом. Найти силу тока в цепи и напряжение на зажимах источника
РЕШЕНИЕ

Каково напряжение на полюсах источника с ЭДС, равной ε, когда сопротивление внешней части цепи равно внутреннему сопротивлению источника
РЕШЕНИЕ

При подключении лампочки к батарее элементов с ЭДС 4,5 В вольтметр показал напряжение на лампочке 4 В, а амперметр силу тока 0,25 А. Каково внутреннее сопротивление батареи
РЕШЕНИЕ

При подключении электромагнита к источнику с ЭДС 30 В и внутренним сопротивлением 2 Ом напряжение на зажимах источника стало 28 В. Найти силу тока в цепи. Какую работу совершают сторонние силы источника за 5 мин? Какова работа тока во внешней и внутренней частях цепи за то же время
РЕШЕНИЕ

Как изменятся показания амперметра и вольтметра (рис. 87), если замкнуть ключ
РЕШЕНИЕ

В проводнике сопротивлением 2 Ом, подключенном к элементу с ЭДС 1,1В, сила тока равна 0,5 А. Какова сила тока при коротком замыкании элемента
РЕШЕНИЕ

Для определения ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока собрали цепь по схеме, приведенной на рисунке 88. При некотором положении скользящего контакта реостата амперметр показал 0,5 А, а вольтметр 4 В. Когда контакт переместили немного влево, амперметр стал показывать 0,9 А, а вольтметр 3,6 В. Вычислить ЭДС и внутреннее сопротивление источника
РЕШЕНИЕ

При подключении к батарее гальванических элементов резистора сопротивлением 16 Ом сила тока в цепи была 1 А, а при подключении резистора сопротивлением 8 Ом сила тока стала 1,8 А. Найти ЭДС и внутреннее сопротивление батареи. При возможности выполните работу экспериментально, используя два резистора, сопротивления которых известны, и амперметр
РЕШЕНИЕ

Найти внутреннее сопротивление и ЭДС источника тока, если при силе тока 30 А мощность во внешней цепи равна 180 Вт, а при силе тока 10 А эта мощность равна 100 Вт
РЕШЕНИЕ

Вольтметр, подключенный к зажимам источника тока, показал 6 В. Когда к тем же зажимам подключили резистор, вольтметр стал показывать 3 В. Что покажет вольтметр, если вместо одного подключить два таких же резистора, соединенных последовательно? параллельно
РЕШЕНИЕ

От генератора с ЭДС 40 В и внутренним сопротивлением 0,04 Ом ток поступает по медному кабелю площадью поперечного сечения 170 мм2 к месту электросварки, удаленному от генератора на 50 м. Найти напряжение на зажимах генератора и на сварочном аппарате, если сила тока в цепи равна 200 А. Какова мощность сварочной дуги
РЕШЕНИЕ

Генератор питает 50 ламп сопротивлением 300 Ом каждая, соединенных параллельно. Напряжение на зажимах генератора 128 В, его внутреннее сопротивление 0,1 Ом, а сопротивление подводящей линии 0,4 Ом. Найти силу тока в линии, ЭДС генератора, напряжение на лампах, полезную мощность, потерю мощности на внутреннем сопротивлении генератора и на подводящих проводах
РЕШЕНИЕ

От генератора с ЭДС 250 В и внутренним сопротивлением 0,1 Ом необходимо протянуть к потребителю двухпроводную линию длиной 100 м. Какая масса алюминия пойдет на изготовление подводящих проводов, если максимальная мощность потребителя 22 кВт и он рассчитан на напряжение 220 В
РЕШЕНИЕ

Лампочки, сопротивления которых 3 и 12 Ом, поочередно подключенные к некоторому источнику тока, потребляют одинаковую мощность. Найти внутреннее сопротивление источника и КПД цепи в каждом случае
РЕШЕНИЕ

Источник тока с ЭДС 9 В и внутренним сопротивлением 1 Ом питает через реостат три параллельно соединенные лампочки, рассчитанные на напряжение 6,3 В и силу тока 0,3 А. Реостат поставлен в такое положение, что лампочки работают в номинальном режиме. Одна из лампочек перегорела. Во сколько раз изменилась мощность каждой из двух оставшихся лампочек по сравнению с номинальной, если считать, что сопротивление каждой лампочки осталось прежним
РЕШЕНИЕ

Источник тока с внутренним сопротивлением r и ЭДС e замкнут на три резистора с сопротивлением Зr каждый, соединенные последовательно. Во сколько раз изменяется сила тока в цепи, напряжение на зажимах источника и полезная мощность, если резисторы соединить параллельно
РЕШЕНИЕ

Электродвижущая сила или сокращено ЭДС – это способность источника тока ил по-другому питающий элемент, создавать в электрической цепи разность потенциалов. Элементами питания являются аккумуляторы или батареи. Это скалярная физическая величина, равная работе сторонних сил для перемещения одного заряда с положительной величиной. В данной статье будут рассмотрены теоритические вопросы ЭДС, как она образуется, а также для чего она может быть использована на практике и где используются, а главное как рассчитать ее.

Что такое ЭДС: объяснение простыми словами

Под ЭДС понимается удельная работа сторонних сил по перемещению единичного заряда в контуре электрической цепи. Это понятие в электричестве предполагает множество физических толкований, относящихся к различным областям технических знаний. В электротехнике — это удельная работа сторонних сил, появляющаяся в индуктивных обмотках при наведении в них переменного поля. В химии она означает разность потенциалов, возникающее при электролизе, а также при реакциях, сопровождающихся разделением электрических зарядов.

В физике она соответствует электродвижущей силе, создаваемой на концах электрической термопары, например. Чтобы объяснить суть ЭДС простыми словами – потребуется рассмотреть каждый из вариантов ее трактовки. Прежде чем перейти к основной части статьи отметим, что ЭДС и напряжение очень близкие по смыслу понятия, но всё же несколько отличаются. Если сказать кратко, то ЭДС — на источнике питания без нагрузки, а когда к нему подключают нагрузку — это уже напряжение. Потому что количество вольт на ИП под нагрузкой почти всегда несколько меньше, чем без неё. Это связано с наличием внутреннего сопротивления таких источников питания, как трансформаторы и гальванические элементы.

Дополнительный материал по теме: Простыми словами о преобразователях напряжения.

Электродвижущая сила (эдс), физическая величина, характеризующая действие сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока; в замкнутом проводящем контуре равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура. Если через Eстр обозначить напряжённость поля сторонних сил, то эдс в замкнутом контуре (L) равна , где dl — элемент длины контура. Потенциальные силы электростатического (или стационарного) поля не могут поддерживать постоянный ток в цепи, т. к. работа этих сил на замкнутом пути равна нулю. Прохождение же тока по проводникам сопровождается выделением энергии — нагреванием проводников.

Сторонние силы приводят в движение заряженные частицы внутри источников тока: генераторов, гальванических элементов, аккумуляторов и т. д. Происхождение сторонних сил может быть различным. В генераторах сторонние силы — это силы со стороны вихревого электрического поля, возникающего при изменении магнитного поля со временем, или Лоренца сила, действующая со стороны магнитного поля на электроны в движущемся проводнике; в гальванических элементах и аккумуляторах — это химические силы и т. д. Эдс определяет силу тока в цепи при заданном её сопротивлении (см. Ома закон). Измеряется эдс, как и напряжение, в вольтах.

Природа ЭДС

Причина возникновения ЭДС в разных источниках тока разная. По природе возникновения различают следующие типы:

•  Химическая ЭДС.  Возникает в батарейках и аккумуляторах вследствие  химических реакций.
• Термо ЭДС.  Возникает, когда находящиеся при разных температурах контакты  разнородных проводников соединены.
• ЭДС индукции. Возникает в генераторе при  помещении вращающегося проводника в магнитное поле. ЭДС будет наводиться в проводнике, когда проводник  пересекает силовые линии постоянного магнитного поля или когда магнитное поле изменяется по величине.
• Фотоэлектрическая ЭДС. Возникновению этой ЭДС способствует явление  внешнего или внутреннего фотоэффекта.
• Пьезоэлектрическая ЭДС. ЭДС возникает при растяжении или сдавливании веществ.

Электромагнитная индукция (самоиндукция)

Начнем с электромагнитной индукции. Это явление описывает закон электромагнитной индукции Фарадея. Физический смысл этого явления состоит в способности электромагнитного поля наводить ЭДС в находящемся рядом проводнике. При этом или поле должно изменяться, например, по величине и направлению векторов, или перемещаться относительно проводника, или должен двигаться проводник относительно этого поля. На концах проводника в этом случае возникает разность потенциалов.

Опыт демонстрирует появление ЭДС в катушке при воздействии изменяющегося магнитного поля постоянного магнита. Есть и другое похожее по смыслу явление — взаимоиндукция. Оно заключается в том, что изменение направления и силы тока одной катушки индуцирует ЭДС на выводах расположенной рядом катушки, широко применяется в различных областях техники, включая электрику и электронику. Оно лежит в основе работы трансформаторов, где магнитный поток одной обмотки наводит ток и напряжение во второй.

В электрике физический эффект под названием ЭДС используется при изготовлении специальных преобразователей переменного тока, обеспечивающих получение нужных значений действующих величин (тока и напряжения). Благодаря явлениям индукции и самоиндукции инженерам удалось разработать множество электротехнических устройств: от обычной катушки индуктивности (дросселя) и вплоть до трансформатора. Понятие взаимоиндукции касается только переменного тока, при протекании которого в контуре или проводнике меняется магнитный поток.

ЭДС в быту и единицы измерения

Другие примеры встречаются в практической жизни любого рядового человека. Под эту категорию попадают такие привычные вещи, как малогабаритные батарейки, а также другие миниатюрные элементы питания. В этом случае рабочая ЭДС формируется за счет химических процессов, протекающих внутри источников постоянного напряжения. Когда оно возникает на клеммах (полюсах) батареи вследствие внутренних изменений – элемент полностью готов к работе. Со временем величина ЭДС несколько снижается, а внутреннее сопротивление заметно возрастает.

В результате если вы измеряете напряжение на не подключенной ни к чему пальчиковой батарейке вы видите нормальные для неё 1.5В (или около того), но когда к батарейке подключается нагрузка, допустим, вы установили её в какой-то прибор — он не работает. Почему? Потому что если предположить, что у вольтметра внутреннее сопротивление во много раз выше, чем внутреннее сопротивлении батарейки — то вы измеряли её ЭДС. Когда батарейка начала отдавать ток в нагрузке на её выводах стало не 1.5В, а, допустим, 1.2В — прибору недостаточно ни напряжения, ни тока для нормальной работы.

Как раз вот эти 0.3 В и упали на внутреннем сопротивлении гальванического элемента. Если батарейка совсем старая и её электроды разрушены, то на клеммах батареи может не быть вообще никакой электродвижущей силы или напряжения — т.е. ноль. Совсем небольшая по величине электродвижущая сила наводится и в рамках антенны приемника, которая усиливается затем специальными каскадами, и мы получаем наш телевизионный, радио и даже Wi-Fi сигнал.

Материал по теме: Выбираем цифро-аналоговый преобразователь.

Как образуется ЭДС

Идеальный источник ЭДС – генератор, внутреннее сопротивление которого равно нулю, а напряжение на его зажимах не зависит от нагрузки. Мощность идеального источника ЭДС бесконечна. Реальный источник ЭДС, в отличие от идеального, содержит внутреннее сопротивление Ri и его напряжение зависит от нагрузки (рис. 1., б), а мощность источника конечна. Электрическая схема реального генератора ЭДС представляет собой последовательное соединение идеального генератора ЭДС Е и его внутреннего сопротивления Ri.

На практике для того чтобы приблизить режим работы реального генератора ЭДС к режиму работы идеального, внутреннее сопротивление реального генератора Ri стараются делать как можно меньше, а сопротивление нагрузки Rн необходимо подключать величиной не менее чем в 10 раз большей величины внутреннего сопротивления генератора, т.е. необходимо выполнять условие: Rн >> Ri

Для того чтобы выходное напряжение реального генератора ЭДС не зависело от нагрузки, его стабилизируют применением специальных электронных схем стабилизации напряжения. Поскольку внутреннее сопротивление реального генератора ЭДС не может быть выполнено бесконечно малым, его минимизируют и выполняют стандартным для возможности согласованного подключения к нему потребителей энергии. В радиотехнике величины стандартного выходного сопротивления генераторов ЭДС составляют 50 Ом (промышленный стандарт) и 75 Ом (бытовой стандарт).

Например, все телевизионные приемники имеют входное сопротивление 75 Ом и подключены к антеннам коаксиальным кабелем именно такого волнового сопротивления. Для приближения к идеальным генераторам ЭДС источники питающего напряжения, используемые во всей промышленной и бытовой радиоэлектронной аппаратуре, выполняют с применением специальных электронных схем стабилизации выходного напряжения, которые позволяют выдерживать практически неизменное выходное напряжение источника питания в заданном диапазоне токов, потребляемых от источника ЭДС (иногда его называют источником напряжения).

На электрических схемах источники ЭДС изображаются так: Е — источник постоянной ЭДС, е(t) – источник гармонической (переменной) ЭДС в форме функции времени. Электродвижущая сила Е батареи последовательно соединенных одинаковых элементов равна электродвижущей силе одного элемента Е, умноженной на число элементов n батареи: Е = nЕ.

Электродвижущая сила (ЭДС) источника энергии

Для поддержания электрического тока в проводнике требуется внешний источник энергии, создающий все время разность потенциалов между концами этого проводника. Такие источники энергии получили название источников электрической энергии (или источников тока). Источники электрической энергии обладают определенной электродвижущей силой (сокращенно ЭДС), которая создает и длительное время поддерживает разность потенциалов между концами проводника.

Источник электрической энергии производит определенную работу, перемещая электрические заряды по всей замкнутой цепи. За единицу измерения электродвижущей силы принят вольт (сокращенно вольт обозначается буквой В или V — «вэ» латинское). ЭДС источника электрической энергии равна одному вольту, если при перемещении одного кулона электричества по всей замкнутой, цепи источник электрической энергии совершает работу, равную одному джоулю:

В практике для измерения ЭДС используются как более крупные, так и более мелкие единицы, а именно:

• 1 киловольт (кВ, kV), равный 1000 В;
• 1 милливольт (мВ, mV), равный одной тысячной доле вольта (10-3 В),
• 1 микровольт (мкВ, μV), равный одной миллионной доле вольта (10-6 В).

Очевидно, что 1 кВ = 1000 В; 1 В = 1000 мВ = 1 000 000 мкВ; 1 мВ= 1000 мкВ.

В настоящее, время существует несколько видов источников электрической энергии. Впервые в качестве источника электрической энергии была использована гальваническая батарея, состоящая из нескольких цинковых и медных кружков, между которыми была проложена кожа, смоченная в подкисленной воде. В гальванической батарее химическая энергия превращалась в электрическую (подробнее об этом будет рассказано в главе XVI). Свое название гальваническая батарея получила по имени итальянского физиолога Луиджи Гальвани (1737—1798), одного из основателей учения об электричестве.

Многочисленные опыты по усовершенствованию и практическому использованию гальванических батарей были проведены русским ученым Василием Владимировичем Петровым. Еще в начале прошлого века он создал самую большую в мире гальваническую батарею и использовал ее для ряда блестящих опытов. Источники электрической энергии, работающие по принципу преобразования химической энергии в электрическую, называются химическими источниками электрической энергии.

Полезно знать: Как рассчитать мощность электрического тока.

Другим основным источником электрической энергий, получившим широкое применение в электротехнике и радиотехнике, является генератор. В генераторах механическая энергия преобразуется в электрическую. У химических источников электрической энергии и у генераторов электродвижущая сила проявляется одинаково, создавая на зажимах источника разность потенциалов и поддерживая ее длительное время.

[stextbox id=’info’]Эти зажимы называются полюсами источника электрической энергии. Один полюс источника электрической энергии имеет положительный потенциал (недостаток электронов), обозначается знаком плюс ( + ) и называется положительным полюсом. [/stextbox]

Другой полюс имеет отрицательный потенциал (избыток электронов), обозначается знаком минус (—) и называется отрицательным полюсом. От источников электрической энергии электрическая энергия передается по проводам к ее потребителям (электрические лампы, электродвигатели, электрические дуги, электронагревательные приборы и т. д.).

Примеры решения задач

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго:

Решение: Электродвижущая сила гальванического элемента есть величина, численно равная работе сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда внутри элемента от одного полюса к другому.

Работа сторонних сил не может быть выражена через разность потенциалов, так как сторонние силы непотенциальны и их работа зависит от формы траектории перемещения зарядов.

ЭДС определяется по формуле:

Сила тока определяется по формуле:

Сопротивление определяется по формуле:

Разность потенциалов определяется по формуле:

Правильный ответ:

Заключение

Если в проводнике создать электрическое поле и не поддерживать это поле, то перемещение носителей тока приведет к тому, что поле внутри проводника исчезнет, и ток прекратится. Для того чтобы поддерживать ток в цепи достаточно долго, необходимо осуществить движение зарядов по замкнутой траектории, то есть сделать линии постоянного тока замкнутыми. Следовательно, в замкнутой цепи должны быть участки, на которых носители заряда будут двигаться против сил электростатического поля, то есть от точек с меньшим потенциалом к точкам с большим потенциалом. Это возможно лишь при наличии неэлектрических сил, называемых сторонними силами. Сторонними силами являются силы любой природы, кроме кулоновских.

Дополнительную информацию о предмете статьи можно узнать из файла «Электродвижущая сила в цепях электрического тока». А также в нашей группе ВК публикуются интересные материалы, с которыми вы можете познакомиться первыми. Для этого приглашаем читателей подписаться и вступить в группу.

В завершение хочу выразить благодарность источникам, откуда почерпнут материал для подготовки статьи:

www.booksite.ru

www.scsiexplorer.com.ua

www.samelectrik.ru

www.electricalschool.info

www.sxemotehnika.ru

www.zaochnik.ru

www.ido.tsu.ru

Предыдущая

ТеорияЧто такое термопара: об устройстве простыми словами

Следующая

ТеорияЧто такое заземление простыми словами

Как посчитать эдс?

Электродвижущая сила (ЭДС) элемента равна разности потенциалов правого и левого электродов: E = EП — EЛ. Если ЭДС элемента положительна, то реакция (так, как она записана в элементе) протекает самопроизвольно.

Где находится эдс?

— элемент контура. ЭДС так же, как и напряжение, в Международной системе единиц (СИ) измеряется в вольтах. Можно говорить об электродвижущей силе на любом участке цепи. Это удельная работа сторонних сил не во всем контуре, а только на данном участке.

Как найти эдс источника питания?

На внутреннем участке цепи: Aвнутр=U1q , на внешнем участке цепи: Aвнеш=U2q. ЭДС источника тока равна сумме падений напряжений на внешнем и внутреннем участках цепи.

Как найти силу тока в цепи через эдс?

Через ЭДС, внутреннее сопротивление и нагрузку R

Применяя закон Ома, адаптированный для полной цепи, вы можете вычислить максимальный ток по формуле I = ε / (R+r′), если известны параметры: внешнее сопротивление проводников (R); ЭДС источника питания (ε); внутреннее сопротивление источника, обладающего ЭДС (r′).

Каким образом можно измерить эдс источника тока?

Для измерения величины ЭДС и напряжения применяется прибор, называемый вольтметром. Если вольтметр подключить непосредственно к полюсам источника электрической энергии, то при разомкнутой электрической цепи он покажет ЭДС источника электрической энергии, а при замкнутой — напряжение на его зажимах: (рис.

Как определить силу тока при коротком замыкании?

Формула для измерения силы тока короткого замыкания: Iкз = E/r.
…
Сила тока при коротком замыкании участка цепи

1. -I – величина тока (его сила);
2. U – разность потенциалов (напряжение сети);
3. R – электрическое сопротивление.

Где используется эдс?

Используется в холодильниках, термопарах. Индукционная. Образуется при пересечении проводником магнитного поля. Эффект используется в электродвигателях, генераторах, трансформаторах.29 мая 2018 г.

Где возникают сторонние силы?

В гальванических элементах сторонние силы возникают за счет энергии химических реакций между электродами и электролитами Гальванические элементы и аккумуляторы преобразуют химическую энергию в электрическую. В генераторе сторонние силы образуются за счет механической энергии вращения ротора генератора и т.

Как возникает эдс?

е. чем больше его индукция, тем большая ЭДС возникает в проводнике, пересекающем это поле. Итак, величина ЭДС индукции, возникающей в проводнике при его движении в магнитном поле, прямо пропорциональна индукции магнитного поля, длине проводника и скорости его перемещения.

Как связаны между собой эдс и напряжение?

По действием эдс в цепи протекает ток i=E/(R0+R). Напряжение на зажимах источника, то есть напряжение на внешней части, U=E-i*R0. А так как i*R0=U0 — напряжение на внутренней части цепи, то E=U0+U. Ответ: E=U0+U.

Как найти внутреннее сопротивление источника тока?

Нужно определить внутреннее сопротивление аккумулятора.

1. По закону Ома сопротивление лампочки R = U/I = 1,2/0,3 = 4 Ом;
2. Теперь по формуле для расчета внутреннего сопротивления r = ε/I — R = 1,5/0,3 — 4 = 1 Ом.

Что такое эдс для чайников?

Электродвижущая сила (ЭДС) — в устройстве, осуществляющем принудительное разделение положительных и отрицательных зарядов (генераторе), величина, численно равная разности потенциалов между зажимами генератора при отсутствии тока в его цепи, измеряется в Вольтах.

Как найти силу тока если известна мощность и напряжение?

Если известна мощность и напряжение

1. P=UI. После несложных мы получаем формулу для вычислений
2. I=P/U. Следует отметить, что такое выражение справедливо для цепей постоянного тока. …
3. Р1 = Р2/η …
4. S = P1/cosφ …
5. Iном = S/(1,73·U) …
6. I=U/R. …
7. P=UI. …
8. U=IR.

Как найти силу тока через?

Силу тока можно определить и по другой формуле, которая в себе содержит напряжение и мощность. Она имеет вид: I=P/U (сила тока равна электрическая мощность деленная на напряжение). То есть, 1 ампер равен 1 ватт деленный на 1 вольт. Две других формулы, выходящие из этой, имеют такой вид: P=U*I и U=P/I.

Закон Ома

Чтобы посчитать Закон Ома воспользуйтесь нашим очень удобным онлайн калькулятором:

Закон Ома для участка цепи

Закон Ома для участка цепи гласит, что сила тока (I) на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению (U) на концах участка цепи и обратно пропорциональна его сопротивлению (R).

Онлайн калькулятор

Найти силу тока

Найти напряжение

Найти сопротивление

Закон Ома для полной цепи

Закон Ома для полной цепи гласит, что сила тока в цепи пропорциональна действующей в цепи электродвижущей силе (ЭДС) и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и внутреннего сопротивления источника.

Онлайн калькулятор

Найти силу тока

Найти ЭДС

Найти внутреннее сопротивление источника напряжения

Найти сопротивление всех внешних элементов цепи

См. также

Практическая
работа

Решение
задач на тему «Законы постоянного тока»

Раздаточный материал №1

(теория)

   Основным
законом, при помощи которого можно изучать и рассчитывать электрические цепи,
является закон Ома, устанавливающий соотношение между током, напряжением и
сопротивлением.

Закон
Ома для участка цепи

Сила тока
прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна
сопротивлению проводника

I
= U/R.

   Если увеличить
в несколько раз напряжение, действующее в электрической цепи, то ток в этой
цепи увеличится во столько же раз. А если увеличить в несколько раз сопротивление
цепи, то ток во столько же раз уменьшится. Подобно этому водяной поток в трубе
тем больше, чем сильнее давление и чем меньше сопротивление, которое оказывает
труба движению воды.

      При
этом на каждом из участков такой цепи работа электростатических сил переходит в
тепловую, механическую или энергию химических связей. Так как работа
электростатических сил, перемещающих заряд по замкнутой траектории, всегда
равна нулю, то только силы электростатического поля не могут обеспечить
постоянное движение зарядов по замкнутой траектории.

   Чтобы электрический ток в замкнутой цепи не прекращался,
необходимо включить в неё источник тока (см. рис. 2), внутри которого
перемещение свободных зарядов происходило бы не под действием
электростатических сил, а при участии любых других сил, называемых сторонними. 

                                
Рис. 2

   
Сторонние силами называют силы неэлектростатического происхождения, действующих
на заряды со стороны источника тока.

Природа
сторонних сил может быть различной (кроме неподвижных зарядов):

1) химические реакции – в гальванических
элементах (батарейках), аккумуляторах (сторонние силы возникают в результате
химических реакций между электродами и жидким электролитом),

2) электромагнитной – в генераторах. При
этом генераторы могут использовать

а) механическую энергию – ГЭС, б) ядерную
– АЭС, в) тепловую – ТЭС, г) приливов и отливов – ПЭС, д) ветровую – ВЭС и т.д.
(силы, действующие на свободные заряды, перемещающиеся в магнитном поле).

3) использование фотоэффекта – фото-ЭДС в
калькуляторах и солнечных батареях

(в фотоэлементах сторонние силы возникают
при действии света на электроны атомов, входящих в состав некоторых веществ),

4) пьезоэффект – пьезо-ЭДС, например, в
пьезозажигалках,

5) контактная разность потенциалов –
термо-ЭДС в термопарах и т.д.

Например, в цепи на
рис. 2, свободные заряды, перемещаются от тела А к
телу Б под действием электростатических сил, а сторонние силы
источника питания заставляют их возвращаться обратно – от Б к А.

Сторонние силы в
источнике тока разделяют разноимённые электрические заряды друг от друга,
совершая работу против электростатических (кулоновских сил). Контакт (полюс)
источника тока, где в результате действия сторонних сил накапливается
положительный заряд, называют положительным, а противоположно заряженный полюс
– отрицательным, обозначая их так, как изображено на рис. 1. Очевидно, что
чем больший заряд накопится на полюсе источника тока, тем больше работы
совершили сторонние силы по разделению зарядов, т.к. работа против кулоновских
сил прямо пропорциональна величине заряда. Поэтому  отношение
работы, А_ст, сторонних сил, перемещающих заряд q внутри
источника тока от отрицательного полюса к положительному, не зависит от
величины заряда и служит характеристикой источника тока, называемой электродвижущей
силой (ЭДС) источника

.

Как и разность потенциалов, ЭДС в СИ измеряют в
вольтах.

Сопротивление источника
тока или внутреннее сопротивление тоже является его важной характеристикой.
Внутренним сопротивлением гальванического элемента, например, является
сопротивление электродов и электролита, находящегося между ними. Внешним
участком замкнутой цепи называют её участок, подсоединённый снаружи к источнику
тока (см. рис. 2).

   Чтобы определить, как зависит сила тока
от ЭДС источника в цепи, изображённой на рис. 2, нарисуем эквивалентную
схему, где Rсоответствует сопротивлению проводника
между А и Б, (внешняя цепь), а r –
внутреннему сопротивлению источника тока.

   Согласно закону Джоуля-Ленца
работа  А_полн тока, протекающего по замкнутой
цепи, за интервал времени t равна: А_полн = I^2.R^.t + I^2.r^.t .  Из
закона сохранения энергии следует, что работа тока должна быть равна работе
сторонних сил А_стор = Ɛ^.q =
Ɛ^.It . Приравняв А_полн и А_стор, получаем
следующее выражение для 

 

R – внешнее сопротивление [Ом];

r – сопротивление источника ЭДС
(внутреннее) [Ом];

I – сила тока [А];

ε– ЭДС источника тока [В].

которое
называют        законом Ома для полной цепи

  
сила тока в полной цепи прямо пропорциональна ЭДС и обратно пропорциональна
полному сопротивлению цепи, где под полным сопротивлением понимается сумма
внешних и внутренних сопротивлений.

1)      Напряжение
на зажимах источника, а соответственно и во внешней цепи

 где
величина  Ir — падение напряжения внутри
источника тока.

2)
Если внешнее сопротивление замкнутой цепи равно нулю, то такой режим источника
тока называется коротким замыканием.

3)
Для полной цепи закон Джоуля-Ленца

Если
полная цепь содержит несколько последовательно соединённых источников тока, то
для вычисления силы тока следует вместо Ɛ взять алгебраическую сумму ЭДС всех
этих источников, выбрав какое-нибудь направление обхода цепи, например, по
часовой стрелке (рис. г). Если при таком обходе мы идём от
положительного полюса источника тока к отрицательному, то ЭДС данного
источника следует суммировать со знаком минус.  

Раздаточный материал №2

(практическая часть)

Цель
работы:
формирование умений студентов применять знания законов постоянного тока в
учении и практической деятельности.

Алгоритм
решения задач по теме «Законы постоянного тока»

1.       
Начертить
электрическую цепь

2.       
Проанализировать,
как соединены элементы электрической цепи

3.       
Если
точки цепи имеют одинаковые потенциалы, их можно соединять между собой.

4.       
Рассчитать
сопротивление отдельных участков цепи или полное сопротивление цепи

5.       
Применить
формулу закона

Следует помнить:

 если в цепи
постоянного тока включен конденсатор, то ток через него не идет;

 если параллельно
конденсатору подключен резистор, то напряжение на резисторе и конденсаторе
одинаково.

Образцы
выполнения заданий по теме «Законы постоянного тока»

Решение: Чем ближе лампа к батарее, тем ярче она горит. Чем дальше лампа от батареи, тем накал лампы меньше, так как длина проводов увеличивается, увеличивается их сопротивление, а, следовательно, увеличивается сопротивление всей цепи.

2.    Согласно закону Ома для участка цепи R = U/I. Можно ли на этом основании считать, что сопротивление данного проводника прямо пропорционально напряжению на проводнике и обратно пропорционально силе тока в нем?

Решение: Нет. Сопротивление зависит от физических свойств вещества проводника, например от строения кристаллической решетки, размеров и формы, а также температуры проводника. Приведенная же формула указывает лишь способ вычисления сопротивления проводника, если известны напряжение, приложенное к проводнику, и сила тока в нем.

3.    По графику зависимости силы тока в проводнике от напряжения (см. рис. 2) вычислите сопротивление проводника.

Решение: Согласно графику

4.    По графикам зависимости силы тока от напряжения (рис. 3) определите сопротивление каждого проводника.  Решение: Согласно графикам (рис. 3)

5.    Почему электрическую лампу, рассчитанную на напряжение 127 В, нельзя включать в цепь напряжением 220 В?

Решение: Лампа перегорит, так как чем больше напряжение на ней, тем больше сила тока. А каждая лампа рассчитывается на определенный ток.

6.    Для определения сопротивления электрической лампы ученица составила цепь (рис. 4). При замкнутой цепи амперметр показывает 0,5 А. Что показывает вольтметр? Чему равно сопротивление лампы?

Дано: Решение: Вольтметр показывает напряжение в сети u = 220 в. По закону Ома

7.    Чему равна сила тока в электрической лампе карманного фонаря, если сопротивление нити накала 16,6 Ом и лампа подключена к батарейке напряжением 2,5 В?

Дано: Решение:

8.    Электрический утюг включен в сеть с напряжением 220 В. Какова сила тока в нагревательном элементе утюга, если сопротивление его равно 48,4 Ом?

Дано: Решение: По закону Ома

9.    Сопротивление вольтметра равно 12 000 Ом. Какова сила тока, протекающего через вольтметр, если он показывает напряжение, равное 12 В?

Дано: Решение:

10.    Определите силу тока в электрочайнике, включенном в сеть с напряжением 220 В, если сопротивление нити накала при работе чайника равно примерно 39 Ом.

Дано: Решение:

11.    При напряжении 110 В, подведенном к резистору, сила тока в нем равна 5 А. Какова будет сила тока в резисторе, если напряжение на нем увеличить на 10 В?

Дано: Решение: Так как сопротивление резистора постоянно, то

12.  На рисунке 5 дан график зависимости силы тока в цепи от напряжения. Определите, чему равна сила тока на участке цепи при напряжении 5; 10; 25 В. Чему равно сопротивление участка цепи? Решение

13.    На рисунке 6 дан график зависимости силы тока от напряжения для двух параллельно соединенных участков цепи. Определите, чему равна сила тока на каждом участке цепи при напряжении 2 и 6 В. Какой участок цепи имеет большее сопротивление; во сколько раз? Укажите, от чего зависит наклон прямой графика к оси напряжения; к оси токов.

Решение:        При напряжении при напряжении угол наклона графика зависит от сопротивления проводника. чем сопротивление меньше, тем график круче.

14.    Какое нужно приложить напряжение к проводнику сопротивлением 0,25 Ом, чтобы в проводнике была сила тока 30 А?

Дано: Решение:

15.  В паспорте амперметра написано, что сопротивление его равно 0,1 Ом. Определите напряжение на зажимах амперметра, если он показывает силу тока 10 А.

Дано: Решение:

16.    Определите напряжение на участке телеграфной линии длиной 1 км, если сопротивление этого участка 6 Ом, а сила тока, питающего цепь, 0,008 А.

Дано: Решение:

17.  Определите напряжение на концах проводника сопротивлением 20 Ом, если сила тока в проводнике 0,4 А.

Дано: Решение:

18.  При каком напряжении в сети будет гореть полным накалом электрическая лампа, если необходимая для этого сила тока равна 0,25 А, а сопротивление лампы равно 480 Ом?

Дано: Решение:

19.    Определите сопротивление электрической лампы, сила тока в которой 0,5 А при напряжении 120 В.

Дано: Решение:

20.  Вычислите сопротивление спирали лампы от карманного фонаря, если при напряжении 3,5 В сила тока в ней 0,28 А.

Дано: Решение:

21.    Показание вольтметра, присоединенного к горящей электрической лампе накаливания, равно 120 В, а амперметра, измеряющего силу тока в лампе, 0,5 А. Чему равно сопротивление лампы? Начертите схему включения лампы, вольтметра и амперметра.

Дано: Решение:

22.    При питании лампочки от элемента с ЭДС 1,5 В сила тока в цепи равна 0,2 А. Найти работу сторонних сил в элементе за 1 мин.

Дано: ε = 1,5 в I= 0,2 А t = 1 мин = 60 с Найти А. Решение

23.  К источнику с ЭДС 12 В и внутренним сопротивлением 1 Ом подключен реостат, сопротивление которого 5 Ом. Найти силу тока в цепи и напряжение на зажимах источника.

Дано: Найти I, u. Решение

24.              Каково напряжение на полюсах источника с ЭДС, равной когда сопротивление внешней части цепи равно внутреннему сопротивлению источника?

Дано: ε, R = r Найти u Решение Ответ:

25.  При подключении лампочки к батарее элементов с ЭДС 4,5 В вольтметр показал напряжение на лампочке 4 В, а амперметр — силу тока 0,25 А. Каково внутреннее сопротивление батареи?

41. Электромотор питается от сети с напряжением 220 В. Сопротивление обмотки мотора 2 Ом. Сила потребляемого тока 10 А. Найти потребляемую мощность и КПД мотора.

42. Найти внутреннее сопротивление и ЭДС источника тока, если при силе тока 30 А мощность во внешней цепи равна 180 Вт, а при силе тока 10 А эта мощность равна 100 Вт.

Тренировочные задания на тему «Законы постоянного тока»

Как сила тока в
проводнике зависит от его сопротивления?

а) Она прямо
пропорциональна сопротивлению проводника. 
б) Чем меньше сопротивление, тем больше сила тока. 
в) Сила тока в проводнике обратно пропорциональна сопротивлению. 
г) Она не зависит от сопротивления.

2. Зависимость
силы тока от каких физических величии устанавливает закон Ома?

а) Количества
электричества и времени. 
б) Напряжения и сопротивления. 
в) Сопротивления и количества электричества. 
г) Напряжения и количества электричества.

3. Какова формула
закона Ома?

4. Какие формулы
для определения напряжения и сопротивления следуют из закона Ома?

5. На рисунке
представлен график зависимости силы тока в проводнике от напряжения на его
концах. Определите по нему сопротивление проводника.

б. Какой из
проводников, для которых графики зависимости силы тока от напряжения показаны
на рисунке, обладает наибольшим сопротивлением? Изменится ли оно при
возрастании напряжения?

7. Сопротивление
нагревательного элемента утюга 88 Ом, напряжение в электросети 220 В. Какова
сила тока в нагревательном элементе?

8. Сопротивление
проводника 70 Ом, сила тока в нем 6 мА. Каково напряжение на его концах?

9. Найдите
сопротивление спирали, сила тока в которой 0,5 А, а напряжение на ее концах 120
В.

10. Чтобы
экспериментально определить сопротивление проводника, включенного в цепь, какие
нужно измерить величины? Какими приборами?

а) Напряжение и
количество электричества; вольтметром и гальванометром. 
б) Силу тока и количество электричества; амперметром и гальванометром. 
в) Напряжение и силу тока; вольтметром и амперметром.

Тренировочные задания на тему «Законы постоянного тока»

1. Гальванический
элемент с ЭДС 15 B и внутренним сопротивлением 1 Ом замкнут на сопротивление 4
Ом. Найдите силу тока в цепи.

А) 5 А; Б) 3.5 А;
В).3 А; Г) 7.5 А; Д). 15 А

2. Если к батарее
с ЭДС 3 B и внутренним сопротивлением 2 Ом накоротко подсоединить амперметр, то
он покажет силу тока 1 A. Определите сопротивление амперметра.

А).5 Ом; Б) 1 Ом;
В) 1.5 Ом; Г) 3 Ом

3. Аккумулятор с
внутренним сопротивлением 0,2 Ом и ЭДС 2 B замкнут проволокой сечением 1 мм и
удельным сопротивлением 10−7 Ом•м. Найдите длину проволоки, если сила тока в
цепи 4 А.

А).3 м; Б) 4 м; В)
5 м; Г) 6 м; Д) 8 м

4. В проводнике
сопротивлением 2 Ом, подключенном к элементу с ЭДС 2,2 B, идет ток силой 1 A.
Найдите ток короткого замыкания элемента.

А). 5 А; Б) 10 А;
В) 11 А; Г) 12 А; Д) 7.5 А

5. При подключении
источника тока с ЭДС 15 B к некоторому сопротивлению напряжение на полюсах
источника оказывается 9 B, а сила тока в цепи 1,5 А. Найдите внутреннее
сопротивление источника.

А) 1 Ом; Б) 2 Ом;
В) 3 Ом; Г) 4 Ом; Д) 5 Ом

6. Внутреннее
сопротивление батареи с ЭДС 3,6 B равно 0,1 Ом. К батарее подключены
параллельно три лампочки сопротивлением по 1,5 Ом каждая. Найдите разность
потенциалов на клеммах батареи.

А) 1.5 В; Б) 2 В;
В) 2.5 В; Г) 3 В; Д) 3.5

7. В цепи,
состоящей из источника тока с ЭДС 6 B и внутренним сопротивлением 2 Ом и
реостата, идет ток силой 1 A. Какова будет сила тока в цепи, если сопротивление
реостата уменьшить в 4 раза?

А) 0.5 А; Б) 1 А;
В) 4 А; Г) 6 А; Д) 2 А

8. К источнику
тока присоединили последовательно два одинаковых сопротивления. Когда их
соединили параллельно, сила тока в цепи увеличилась в 3 раза. Во сколько раз
каждое из сопротивлений больше внутреннего сопротивления источника?

А) 2; Б) 4; В) 6;
Г) 8; Д) 10

9. Источник тока с
ЭДС 12 B и внутренним сопротивлением 1 Ом питает три параллельно соединенных
сопротивления по 6 Ом каждое. Определите напряжение на одном сопротивлении.

А) 8 В; Б) 4 В; В)
2 В; Г) 12 В; Д) 10 В

10. Два
последовательно соединенных вольтметра подсоединены к источнику тока с
некоторым внутренним сопротивлением. Показания вольтметров равны 12 и 4 B. Если
подключить к источнику только первый вольтметр, то он покажет 15 B. Чему равна
ЭДС источника?

А) 5 В; Б) 10 В;
В) 15 В; Г) 25 В; Д) 20 В

Контрольные
задания на тему «Законы постоянного тока»

Вариант
1

№ п/п	Тестовые задания (вопросы)
1.	1) Какая физическая величина определяется отношением заряда Dq, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени Dt , к этому проводнику? А) Сила тока Б) Напряжение В) Электрическое сопротивление Г) Удельное электрическое сопротивление Д) Электродвижущая сила
2.	Назовите прибор для измерения силы тока в цепи.
3.	Поставьте соответствие между физическими величинами и единицами их измерения: сила тока                                                    а) Кл электрический заряд                                 б) В напряжение                                                в) Вт сопротивление                                           г) А ЭДС                                                            д) Ом       6.   мощность тока                                           е) Н
4.	Дополните предложение. Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна приложенному ….. и обратно пропорциональна ……. проводника.
5.	Какая из приведенных ниже формул выражает закон Ома для полной цепи?     ;    В) А=IU Dt;    Г) P= IU;   Д)
6.	При увеличении напряжения на участке цепи  в 2 раза  сила тока А) увеличивается в 2 раза;  Б) уменьшается в 2 раза;   В) не изменяется
7.	Какова сила тока в цепи, если на резисторе с электрическим сопротивлением 10 Ом напряжение равно 20 В?
8.	Источник тока с ЭДС 18В имеет внутреннее сопротивление 30 ОМ. Какое значение будет иметь сила тока при подключении к этому источнику резистора с электрическим сопротивлением 60 Ом ? А) 0,6 А  Б) 0,3А   В)0,2 А  Г) 0,9А   Д)0,4А
9.	Определите электрическое сопротивление провода длиной 10 м с площадью поперечного сечения  0,2 мм 2  . Удельное сопротивление материала 1*10-5 Ом·м А) 5* 10 –4 Ом Б) 2* 10 –5 Ом В) 0,5 Ом  Г) 5  Ом  Д) 50 Ом  Е)500 Ом
10.	Общее сопротивление изображенного  на схеме участка цепи равно (все сопротивления одинаковы и равны  2 Ом)…..

Вариант
2

№ п/п	Тестовые задания (вопросы)
1.	Как называется упорядоченное движение  заряженных частиц? А) электрический ток Б) электрическое напряжение В) Электрическое сопротивление Г) электрический заряд     Д) Электродвижущая сила
2.	Назовите прибор для измерения напряжения  в электрической цепи.
3.	Поставьте соответствие между физическими величинами и их обозначением: сила тока                                                    а) q электрический заряд                                 б) U напряжение                                                в) P сопротивление                                           г) I ЭДС                                                            д) R       6.   мощность тока                                           е) ε
4.	Какая из приведенных ниже формул выражает закон Ома для участка цепи?     ;    В) А=IU Dt;    Г) P= IU;   Д)
5.	При увеличении сопротивления  на участке цепи  в 2 раза  сила тока А) увеличивается в 2 раза;  Б) уменьшается в 2 раза;   В) не изменяется
6.	Дополните предложение: Сила тока в полной цепи равна отношению …. цепи к  ее полному  …….
7.	Какова сила тока в цепи, если на резисторе с электрическим сопротивлением 20 Ом напряжение равно 10 В?
8.	Источник тока с ЭДС 36В имеет внутреннее сопротивление 30 ОМ. Какое значение будет иметь сила тока при подключении к этому источнику резистора с электрическим сопротивлением 60 Ом ? А) 0,6 А  Б) 0,3А   В)0,2 А  Г) 0,9А   Д)0,4А
9.	Определите электрическое сопротивление провода длиной 10 см с площадью поперечного сечения  0,2 мм 2  . Удельное сопротивление материала 1*10-5 Ом·м. А) 5* 10 –4 Ом Б) 2* 10 –5 Ом В) 0,5 Ом  Г) 5  Ом  Д) 50 Ом Е)500 Ом
10.	Общее сопротивление изображенного  на схеме участка цепи равно (все сопротивления одинаковы и равны  2 Ом)…..

Эталоны
ответов к тестовым заданиям

	Вариант1	Вариант 2
1.	А	А
2.	амперметр	Вольметр
3.	1 – г 2 – а 3 – б 4 – д 5 – б 6 – в	1 – г 2 – а 3 – б 4 – д 5 – б 6 – в
4.	Напряжению,   сопротивлению.	А
5.	Б	Б
6.	А	ЭДС, сопротивлению
7.	2 А	0,5 А
8.	В	Д
9.	Е	Г
10.	0,5 Ом	2 Ом