Аккумуляторная батарея или генератор, подключённые к любой электрической сети, обеспечивают возникновение в ней напряжения и движение зарядов. Протекающий в цепи ток уменьшает разность потенциалов между полюсами батареи, так как отрицательно заряженный электрон уносится с катода и нейтрализует положительно заряженные дырки на аноде. Чтобы ток в цепи не затухал, необходимо создать условия для поддержания постоянного напряжения, накапливая для этого на аноде и катоде заряды того же знака.

Неизменное напряжение в источнике тока обеспечивает движение в нём отрицательных зарядов к катоду, а положительных к аноду. Такое движение невозможно под действием электростатических сил. Движение отрицательных частиц к отрицательно заряженному катоду, а положительных к аноду способны обеспечить некоторые силы неэлектрической природы (сторонние).

Считается, что именно сторонние силы вызывают разделение зарядов внутри аккумуляторной батареи или любого другого источника тока. Например, в гальваническом элементе они существуют из-за химической реакции, которая возникает между электродами, помещёнными в электролит.

Сторонние силы могут иметь химическую, тепловую, механическую, магнитную или биологическую природу. Работа, которую они осуществляют при перемещении положительного заряда q от более высокого потенциала на катоде к более низкому потенциалу на аноде (участок 1-2 рисунка) к его значению называется электродвижущей силой (ЭДС), обозначается ɛ . Единица измерения этой силы соответствует единице измерения напряжения или разности потенциалов - вольт (В). Это на самом деле не сила, несмотря на название, а работа по преодолению сопротивления электростатического поля.

Её формула:

Заряженная частица движется внутри источника тока. Происходит изменение потенциальной энергии этой частицы. Процесс можно описать формулой:

ΔW = A ст +А с,

где ΔW - изменение потенциальной энергии, A ст - работа сторонней силы, A с - работа силы сопротивления источника тока.

Известно выражение, которое показывает зависимость ΔW от величины заряда и напряжения U батареи:

Запишем эту формулу иначе:

Из этого выражения делаем вывод, что напряжение аккумуляторной батареи, приложенное к подключённой цепи, меньше ЭДС. В случае когда цепь разомкнута, ток зарядов внутри батареи отсутствует, работа силы сопротивления электростатического поля равна нулю и

ЭДС соответствует по величине напряжению между полюсами разомкнутого источника тока.

Закон Ома для замкнутой электрической цепи

Закон является наиболее фундаментальной формулой для описания и анализа электрических цепей. Он был сформулирован в 1826 году немецким учёным Георгом Симоном Омом, экспериментально изучавшим свойства металлов и способность их проводить электричество.

Для отдельного проводника, пропускающего постоянный ток, закон является простым и линейным. Его также применяют к цепям переменного тока, только учитывает некоторые другие переменные величины. Если цепь переменного тока включает в себя такие компоненты, как конденсаторы или катушки индуктивности, закон Ома не применяется.

Рассмотрим простую цепь постоянного тока. Компоненты, которые входят в её состав: источник тока с внутренним сопротивлением r и ЭДС ε, внешняя нагрузка (металлические провода, резистор или лампочка) с сопротивлением R.

Полный Закон Ома для Полной Электроцепи.
Формула Закона Ома.

Тема

Закон Ома представляет собой формулу, что наглядно демонстрирует зависимость главных характеристик электроцепи: электрического тока (потока заряженных частиц), напряжения (электродвижущей силы) и сопротивления (противодействие потоку электронов). Что бы лучшего уяснить закона Ома, для начала следует определиться с понятием — электрическая цепь.

Говоря упрощённо, любая электрическая цепь — это путь в электрической схеме, по которому проходят электрические заряды (то есть, провода, элементы, устройства и т.д.). Электрическая цепь начинается с электрического источника питания. Различные потенциалы заряженных частиц в итоге порождают электрическое напряжение. Количество этих частиц, что будет протекать в электроцепи — это электрический ток. А факторы, которые препятствуют прохождению заряженных частиц внутри проводника, тормозя их движение, будет электрическим сопротивлением.

Как Вы должны знать, у любого источника электропитания существует внутреннее сопротивление. Поскольку оно влияет на величины токов, которые протекают по электрическим цепям, то и его следует учитывать в расчётах.

Полный закон Ома: I=U/r+R , из которой следует: U=I*(R+r); R+r=U/I; r=U/I-R

U — Напряжение (Вольты)

I — ток в электрической цепи (Амперы)

R — Сопротивление цепи (Омы)

r — внутреннее сопротивление источника питания (Омы)

Полный закон Ома для полной цепи звучит так: сила электрического тока в цепи прямо пропорциональна напряжению приложенного к этой цепи, и обратно пропорциональна сумме общего сопротивления всей цепи и внутреннего сопротивления источника электропитания.

Полный закон Ома для полной цепи позволяет вычислять общую величину значения напряжения на самих клеммах источника электрического питания, общий ток и общее сопротивление электроцепи. Если есть потребность рассчитать электрические характеристики в отдельных частях цепи, то данный закон Ома следует применить к конкретной части цепи (не беря в расчёт внутреннее сопротивление источника электропитания): I=U/R

Любую электрическую схему можно разложить в виде простых цепей прохождения электрического тока, по которым перемещаются заряженные частицы (электроны). Определив такой участок двумя точками, к нему непосредственно можно применять закон Ома. В данных точках имеется своё напряжения, сопротивление и ток. Имея две известных величины, по закону Ома всегда можно найти третью.

Выше был изложен закон Ома для постоянного электрического тока. А если электрическая цепь имеет переменный ток, то какая формула будет для него? Прежде чем к ней перейти, для начала давайте опишем переменный электрический ток. Переменный ток представляет собой движение заряженных частиц, что изменяется (периодически) в направлении и величине. В отличие от постоянного, переменному току характерно наличие некоторых факторов, что обуславливают ещё одну разновидность электрического сопротивления. Это реактивное сопротивление (обычное сопротивление является активным). Реактивное сопротивление свойственно емкостям и индуктивностям.

Закон Ома для переменного электрического тока: I=U/Z

U — Напряжение

I — ток в электрической цепи

Z — Комплексное сопротивление

Комплексное сопротивление это сумма всех реактивных и активных сопротивлений. В случае, когда в электрической схеме с переменным электрическим током присутствует только активные сопротивления, то используют обычную формулу закона Ома, что описывалась выше.

Рассмотрим замкнутую электрическую цепь, состоящую из двух частей: собственно источника с электродвижущей силой Ɛ и внутренним сопротивлением r и внешней части цепи — проводника с сопротивлением R (рис. 5.19).

Закон Ома для полной цепи устанав-ливает зависимость силы тока в замкнутой цепи I от электродвижущей силы источника Ɛ и полного сопротивления цепи R + r. Эту зависимость можно установить на основании закона сохранения энергии и закона Джоу-ля-Ленца . Если через поперечное сечение проводника за время Δt заряженными час-тицами переносится заряд Δq , то работа сторонних сил

A ст. = ƐΔq = ƐI Δt.

Если в цепи электрическая энергия прев-ращается лишь в тепловую, то по закону со-хранения энергии А ст. = Q и общее коли-чество теплоты, выделяющееся в замкнутой цепи, равно сумме количеств теплоты, вы-деляющихся во внешней и внутренней час-тях цепи

Q = I 2 R Δt + I 2 r Δt.

A ст. = Q = (Ɛ / R + r) . IΔt,

ƐIΔt = I 2 RΔt + I 2 r Δt.

Ɛ = IR + Ir

I = Ɛ / (R + r),

что и выражает закон Ома для полной цепи .

Закон Ома для полной цепи . Сила тока в замкнутой цепи измеряется отно-шением электродвижущей силы источника тока, имеющегося в этой цепи, к полному ее сопротивлению.

Из сказанного выше можно сделать вы-вод, что

закон Ома для полной цепи являет-ся одним из выражений закона сохранения энергии.

Во многих случаях для характеристики источников тока недостаточно использовать лишь ЭДС . Пусть, например, необходимо установить, ток какой максимальной силы может дать определенный источник тока. Если исходить из закона Ома для полной цепи

I = Ɛ / (R + r), Материал с сайта

то очевидно, что максимальной сила тока в цепи будет тогда, когда внешнее сопротивление цепи R стремится к нулю — это короткое замыкание в цепи. При этом ток короткого замыкания имеет силу I max = Ɛ / r , поскольку Ɛ и r изменить для данного источника мы не можем, они яв-ляются характеристиками источника.

Если представить, что сопротивление вне-шней части цепи стремится к бесконеч-ности (цепь становится разомкнутой), то напряжение на полюсах источника тока IR стремится к электродвижущей силе, то есть:

электродвижущая сила источника тока равна напряжению на полюсах разомкнутого источ-ника.

На этой странице материал по темам:

• Реферат на тему -закон ома на полной цепи википедия

• Закон ома при параллельном соединении источников

• Реферат закон ома на полной цепи

• Что такое ЭДС, мы с вами говорили еще в этой статье. Помню как-то на уроке физики в 8 классе препод спросил:

  Что написано на пальчиковой батарейке?

  - Напряжение батарейки, - хором ответили мы.

  Побрейтесь! Это ЭДС!

  - !?

  На батарейках указано именно ЭДС!

  После этих гордых слов препод начал урок. Он ставил какие-то опыты, зажигал лампочки, писал что-то на доске... Но я все равно ничего не догнал, потому что весь урок играл с товарищем по парте в морской бой;-). Только спустя годы, прочитав советский словарь радиолюбителя, наконец-то понял, что ничего сложного в этом нету. И если закон Ома для участка цепи знают почти все, то сложности возникают именно по закону Ома для полной цепи . Но оказывается, все до боли просто!

  Итак, знакомьтесь, автомобильный аккумулятор! Не исключено, что вы когда-нибудь его видели вживую))

  Для дальнейшего его использования, припаяем к нему два проводочка: красный на плюс, черный на минус

  
  
  

  Наш акум готов к бою.

  Теперь берем автомобильную лампочку-галогенку и тоже припаяем к ней два проводка с крокодилами. Я припаялся к клеммам на "ближний" свет.

  
  
  

  Первым делом давайте замеряем напряжение на клеммах акума

  
  
  

  12,09 Вольт. Вполне нормально, так как наш акум выдает именно 12 Вольт. Забегу чуток вперед и скажу, что сейчас мы замерили именно ЭДС нашего акума.

  Подключаем галогенку к акуму и снова замерям напряжение:

  
  
  

  Видели да? Напряжение на акуме просело до 11, 79 Вольт!

  А давайте по приколу замеряем, сколько кушает наша лампа в Амперах. Для этого составляем вот такую схемку:

  

  Желтый мультиметр у нас будет замерять напряжение, а красный мультиметр у нас будет замерять силу тока . Как замерять с помощью мультиметра силу тока и напряжение, можно прочитать в этой статье.

  Смотрим на показания приборов:

  
  
  

  Как мы видим, наша лампа потребляет 4,35 Ампер, напряжение просело до 11,79 Вольт.

  Давайте вместо галогенки поставим простую лампочку накаливания от поворотника

  
  
  

  Смотрим показания:

  
  
  

  Лампочка потребляет силу тока в 0,69 Ампер. Напряжение просело до 12 Вольт ровно.

  Какие выводы можно сделать? Чем больше нагрузка потребляет силу тока, тем больше просаживается напряжение на акуме. Вместо акума может быть простая батарейка полутора Вольт или какая-нибудь другая батарейка или аккумулятор. Суть от этого не меняется.

  Ну а теперь немного нудной теории)).

  Источник ЭДС на схеме выглядит вот так:

  

  Давайте вспомним, что такое ЭДС. ЭДС - это что-то такое, что создает электрический ток, а точнее напряжение. Если к такому источнику напряжения подцепить любую нагрузку (хоть миллиард галогеновых ламп, включенных параллельно), то он все равно будет выдавать такое же напряжение, какое-бы он выдавал, если бы мы вообще не цепляли никакую нагрузку.

  
  
  

  Или проще:

  
  
  

  Короче говоря, какая бы сила тока не проходила через цепь резистора, напряжение на концах источника ЭДС будет всегда одно и тоже. Такой источник ЭДС называют идеальным источником ЭДС .

  Но как вы знаете, в нашем мире нет ничего идеального. То есть если бы в нашем акуме был идеальный источник ЭДС, тогда бы напряжение на клеммах акума никогда бы не проседало. Но оно проседает и тем больше, чем больше силы тока жрет нагрузка. Что-то здесь не так. Но почему так происходит? Этот вопрос задавал себе и немецкий физик Георг Ом и все-таки наконец-то он нашел объяснение этому процессу.

  Дело все в том, что в аккумуляторе "спрятано" сопротивление, которое условно говоря, цепляется последовательно с источником ЭДС акума. И оно называется внутренним сопротивлением или выходным сопротивлением . Обозначается маленькой буковкой "r ". Выглядит все это в акуме примерно вот так:

  
  
  

  Цепляем лампочку

  

  Итак, что у нас получается в чистом виде?

  
  
  

  Лампочка - это нагрузка, которая обладает сопротивлением. Значит, еще больше упрощаем схему и получаем:

  
  
  

  Итак, что имеем? Идеальный источник ЭДС, внутреннее сопротивление r и сопротивление нагрузки R . Вспоминаем статью делитель напряжения . Там говорится, что напряжение источника ЭДС равняется сумме падений напряжения на каждом резисторе.

  Это означает, что на каждом сопротивлении падает какое-то напряжение:

  

  На резисторе R падает напряжение U R , а на внутреннем резисторе r падает напряжение U r .

  Теперь вспоминаем статью Делитель тока . Кто не помнит, напомню. Сила тока, протекающая через последовательно соединенные сопротивления везде одинакова.

  Вспоминаем алгебру за 5-ый класс и записываем все то, о чем мы с вами сейчас говорили. Из закона Ома для участка цепи получаем, что

  

  

  

  

  Последнее выражение носит название закона Ома для полной цепи . Из этого выражения мы можем найти внутреннее сопротивление акума r .

  Давайте снова вернемся к этой фотографии

  Так как у нас в этом случае цепь разомкнута (нет внешней нагрузки), следовательно сила тока в цепи I равняется нулю. Значит, и падение напряжение на внутреннем резисторе U r тоже будет равняться нулю. В итоге, у нас остается только источник ЭДС, у которого мы и замеряем напряжение. В нашем случае ЭДС=12,09 Вольт .

  Как только мы цепанули нагрузку, то у нас сразу же упало напряжение на внутреннем резисторе и на нагрузке, в данном случае на лампочке:

  Сейчас на нагрузке (на галогенке) у нас упало напряжение U R =11,79 Вольт , следовательно, на внутреннем резисторе падение напряжения составило U r =E-U R =12,09-11,79=0,3 Вольта . Сила тока в цепи равняется I =4,35 Ампер . Как я уже сказал, ЭДС у нас равняется E=12,09 Вольт . Следовательно, из закона Ома для полной цепи высчитываем, чему у нас будет равняться внутреннее сопротивление r :

  

  
  
  

  Внутреннее сопротивление бывает не только у различных химических источников напряжения. Внутренним сопротивлением также обладают и различные измерительные приборы. Это в основном вольтметры и осциллографы . Дело все в том, что если подключить нагрузку R , сопротивление у которой будет меньше или даже равно r , то у нас очень жестко просядет напряжение. Это можно увидеть, если замкнуть клеммы акума толстым медным проводом и замерять в это время напряжение на клеммах)). Но я не рекомендую этого делать ни в коем случае! Поэтому, чем высокоомнее нагрузка (ну то есть чем выше сопротивление нагрузки R ), тем меньшее влияние оказывает эта нагрузка на источник напряжения. Вольтметр и осциллограф при замере напряжения тоже чуть-чуть просаживают напряжение замеряемого источника напряжения, потому как являются нагрузкой с большим сопротивлением. Именно поэтому самый точный вольтметр и осцилл имеют ну очень большое сопротивление между своими щупами.