Акумулятор або генератор, підключені до будь-якої електричної мережі, Забезпечують виникнення в ній напруги та рух зарядів. Струм, що протікає в ланцюгу, зменшує різницю потенціалів між полюсами батареї, оскільки негативно заряджений електрон виноситься з катода і нейтралізує позитивно заряджені дірки на аноді. Щоб струм у ланцюгу не згасав, необхідно створити умови для підтримки постійної напруги, накопичуючи для цього на аноді та катоді заряди того ж знака.

Постійна напруга у джерелі струму забезпечує рух у ньому негативних зарядів до катоду, а позитивних до анода. Такий рух неможливий під дією електростатичних сил. Рух негативних частинок до негативно зарядженого катода, а позитивних до анода здатні забезпечити деякі сили неелектричної природи (сторонні).

Вважається, що сторонні сили викликають поділ зарядів всередині акумуляторної батареї або будь-якого іншого джерела струму. Наприклад, у гальванічному елементі вони існують через хімічну реакцію, яка виникає між електродами, поміщеними в електроліт.

Сторонні сили можуть мати хімічну, теплову, механічну, магнітну чи біологічну природу. Робота, яку вони здійснюють при переміщенні позитивного заряду q від більш високого потенціалу на катоді до нижчого потенціалу на аноді (ділянка 1-2 малюнка) до його значення називається електрорушійною силою(ЕРС), позначається ɛ . Одиниця виміру цієї сили відповідає одиниці виміру напруги чи різниці потенціалів - вольт (В). Це насправді не сила, незважаючи на назву, а робота з подолання опору електростатичного поля.

Її формула:

Заряджена частка рухається всередині джерела струму. Відбувається зміна потенційної енергії цієї частки. Процес можна описати формулою:

ΔW = A ст +А с,

де ΔW – зміна потенційної енергії, A ст – робота сторонньої сили, A с – робота сили опору джерела струму.

Відомий вираз, який показує залежність ΔW від величини заряду та напруги U батареї:

Запишемо цю формулу інакше:

З цього виразу робимо висновок, що напруга акумуляторної батареї, прикладена до підключеного ланцюга, менша за ЕРС. У разі коли ланцюг розімкнутий, струм зарядів усередині батареї відсутня, робота сили опору електростатичного поля дорівнює нулю

ЕРС відповідає за величиною напруги між полюсами розімкнутого джерела струму.

Закон Ома для замкнутого електричного ланцюга

Закон є найбільш фундаментальною формулою для опису та аналізу електричних кіл. Він був сформульований у 1826 році німецьким вченим Георгом Симоном Омом, який експериментально вивчав властивості металів і здатність їх проводити електрику.

Для окремого провідника, що пропускає постійний струм, закон є простим та лінійним. Його також застосовують до ланцюгів змінного струму, що тільки враховує деякі інші змінні величини. Якщо ланцюг змінного струму включає такі компоненти, як конденсатори або котушки індуктивності, закон Ома не застосовується.

Розглянемо простий ланцюг постійного струму. Компоненти, що входять до її складу: джерело струму з внутрішнім опором r та ЕРС ε, зовнішнє навантаження (металеві дроти, резистор або лампочка) з опором R.

Повний Закон Ома для Повного Електроланцюжка.
Форма Закону Ома.

Тема

Закон Ома є формулою, що наочно демонструє залежність основних показників електроланцюга: електричного струму (потоку заряджених частинок), напруги (електрорушійної сили) і опору (опір потоку електронів). Щоб краще усвідомити закон Ома, для початку слід визначитися з поняттям - електричний ланцюг.

Говорячи спрощено, будь-який електричний ланцюг — це шлях у електричної схеми, яким проходять електричні заряди(тобто дроти, елементи, пристрої тощо). Електричний ланцюг починається з електричного джерела живлення. Різні потенціали заряджених частинок у результаті породжують електрична напруга. Кількість цих частинок, що протікатиме в електроланцюзі — це електричний струм. А фактори, що перешкоджають проходженню заряджених частинок усередині провідника, гальмуючи їх рух, буде електричним опором.

Як Ви повинні знати, у будь-якого джерела живлення існує внутрішній опір. Оскільки воно впливає на величини струмів, які протікають електричними ланцюгами, то його слід враховувати в розрахунках.

Повний закон Ома: I=U/r+R, з якої випливає: U=I*(R+r); R+r=U/I; r=U/I-R

U- Напруга (Вольти)

I- Струм у електричного ланцюга(Ампери)

R- Опір ланцюга (Оми)

r- Внутрішній опір джерела живлення (Оми)

Повний закон Ома для повного ланцюга звучить так: сила електричного струму в ланцюгу прямо пропорційна напрузі доданого до цього ланцюга, і обернено пропорційна сумі загального опору всього ланцюга та внутрішнього опору джерела електроживлення.

Повний закон Ома для повного ланцюга дозволяє обчислювати загальну величину значення напруги на клемах джерела електричного живлення, загальний струмта загальний опір електроланцюга. Якщо є потреба розрахувати електричні характеристикив окремих частинахланцюга, то цей закон Ома слід застосувати до конкретної частини ланцюга (не беручи до уваги внутрішній опір джерела електроживлення): I=U/R

Будь-яку електричну схему можна розкласти у вигляді простих ланцюгів проходження електричного струму, якими переміщуються заряджені частинки (електрони). Визначивши таку ділянку двома точками, до неї безпосередньо можна застосовувати закон Ома. У цих точках є напруга, опір і струм. Маючи дві відомі величини, за законом Ома завжди можна знайти третю.

Вище викладено закон Ома для постійного електричного струму. А якщо електричний ланцюг має змінний струм, то яка формула буде для нього? Перш ніж до неї перейти, спочатку давайте опишемо змінний електричний струм. Змінний струм є рух заряджених частинок, що змінюється (періодично) у напрямку і величині. На відміну від постійного, змінному струмухарактерна наявність деяких факторів, що зумовлюють ще один різновид електричного опору. Це реактивний опір (звичайний опір є активним). Реактивний опір властивий ємностям та індуктивностям.

Закон Ома для змінного електричного струму: I=U/Z

U- Напруга

I- Струм в електричному ланцюгу

Z- Комплексний опір

Комплексний опір – це сума всіх реактивних та активних опорів. У разі, коли в електричній схемі зі змінним електричним струмом присутні тільки активні опори, використовують звичайну формулу закону Ома, що описувалася вище.

Розглянемо замкнутий електричний ланцюг, що складається з двох частин: власне джерела з електрорушійною силою Ɛ та внутрішнім опором rта зовнішньої частини ланцюга - провідника з опором R(Рис. 5.19).

Закон Ома для повного ланцюгавстановлює залежність сили струму в замкнутому ланцюгу Iвід електрорушійної сили джерела Ɛ та повного опору ланцюга R+r.Цю залежність можна встановити на підставі закону збереження енергіїі закону Джоу-ля-Ленца. Якщо через поперечний переріз провідника за час Δtзарядженими частинками переноситься заряд Δq, то робота сторонніх сил

A ст. =ƐΔq =ƐIΔt.

Якщо в ланцюзі електрична енергіяперетворюється лише на теплову, то по закону збереження енергії А ст. = Qі загальна кількість теплоти, що виділяється в замкнутому ланцюгу, дорівнює сумі кількостей теплоти, що виділяються в зовнішній і внутрішній частинах ланцюга

Q = I 2 RΔt + I 2 rΔt.

A ст. = Q = (Ɛ / R + r). IΔt,

ƐIΔt = I 2 RΔt + I 2 rΔt.

Ɛ = IR + Ir

I =Ɛ / (R + r),

що й висловлює закон Ома для повного ланцюга.

Закон Ома для повного ланцюга . Сила струму в замкнутому ланцюгу вимірюється відношенням електрорушійної сили джерела струму, що є в цьому ланцюгу, до повного її опору.

Зі сказаного вище можна зробити висновок, що

закон Ома для повного ланцюга є одним із виразів закону збереження енергії.

У багатьох випадках для характеристики джерел струму недостатньо використовувати лише ЕРС. Нехай, наприклад, необхідно встановити струм якої максимальної сили може дати певне джерело струму. Якщо виходити з закону Ома для повного ланцюга

I = Ɛ / (R + r),Матеріал із сайту

то очевидно, що максимальна сила струму в ланцюгу буде тоді, коли зовнішній опір ланцюга Rпрагне до нуля - це коротке замиканняв ланцюзі. При цьому струм короткого замиканнямає силу I max =Ɛ / r, оскільки Ɛ і rзмінити даного джерела ми можемо, вони є характеристиками джерела.

Якщо уявити, що опір зовнішньої частини ланцюга прагне до нескінченності (ланцюг стає розімкнутим), то напруга на полюсах джерела струму IRпрагне електродвигунів, тобто:

електрорушійна сила джерела струму дорівнює напрузі на полюсах розімкнутого джерела.

На цій сторінці матеріал за темами:

• Реферат на тему - закон ома на повному ланцюзі вікіпедія

• Закон ома при паралельному з'єднанні джерел

• Закон закону на повному ланцюзі

• Що таке ЕРС, ми з вами говорили ще у цій статті. Пам'ятаю якось на уроці фізики у 8 класі препод запитав:

  Що написано на пальчиковій батарейці?

  - Напруга батарейки, - хором відповіли ми.

  Голіться! Це ЕРС!

  - !?

  На батарейках вказано саме ЕРС!

  Після цих гордих слів викладач почав урок. Він ставив якісь досліди, запалював лампочки, писав щось на дошці... Але я все одно нічого не наздогнав, бо весь урок грав із товаришем по парті у морський бій;-). Тільки через роки, прочитавши радянський словник радіоаматора, нарешті зрозумів, що нічого складного в цьому немає. І якщо закон Ома для ділянки ланцюга знають майже всі, то складнощі виникають саме по закону Ома для повного ланцюга. Але виявляється, все дуже просто!

  Отже, знайомтеся, автомобільний акумулятор! Не виключено, що ви коли-небудь його бачили наживо))

  Для подальшого його використання припаяємо до нього два проводочки: червоний на плюс, чорний на мінус

  
  
  

  Наш акум готовий до бою.

  Тепер беремо автомобільну лампочку-галогенку і теж припаяємо до неї два проводки з крокодилами. Я припаявся до клем на "ближнє" світло.

  
  
  

  Насамперед давайте заміряємо напругу на клемах акума

  
  
  

  12,09 Вольт. Цілком нормально, тому що наш акум видає саме 12 Вольт. Забігу трохи вперед і скажу, що зараз ми заміряли саме ЕРС нашого акумулятора.

  Підключаємо галогенку до акуму і знову вимірюємо напругу:

  
  
  

  Чи бачили так? Напруга на акумі просіло до 11, 79 Вольт!

  А давайте за приколом заміряємо, скільки їсть наша лампа в Амперах. Для цього складаємо таку схему:

  

  Жовтий мультиметр у нас замірятиме напругу, а червоний мультиметр у нас замірятиме силу струму. Як заміряти за допомогою мультиметра силу струму та напругу, можна прочитати у цій статті.

  Дивимося на показання приладів:

  
  
  

  Як бачимо, наша лампа споживає 4,35 Ампер, напруга просіло до 11,79 Вольт.

  Давайте замість галогенки поставимо просту лампочку розжарювання від поворотника

  
  
  

  Дивимося свідчення:

  
  
  

  Лампочка споживає силу струму 0,69 Ампер. Напруга просіла до 12 Вольт рівно.

  Які висновки можна зробити? Чим більше навантаження споживає силу струму, тим більше сідає напруга на акумі.Замість акумулятора може бути проста батарея півтора Вольт або якась інша батарейка або акумулятор. Суть від цього не змінюється.

  Ну а тепер трохи нудної теорії)).

  Джерело ЕРС на схемі виглядає так:

  

  Згадаймо, що таке ЕРС. ЕРС - це щось таке, що створює електричний струм, а точніше напругу. Якщо до такого джерела напруги підчепити будь-яке навантаження (хоч мільярд галогенових ламп, включених паралельно), то він все одно видаватиме таку ж напругу, яку він видавав, якби ми взагалі не чіпляли ніяке навантаження.

  
  
  

  Або простіше:

  
  
  

  Коротше кажучи, яка сила струму не проходила б через ланцюг резистора, напруга на кінцях джерела ЕРС буде завжди одне і теж. Таке джерело ЕРС називають ідеальним джерелом ЕРС.

  Але, як ви знаєте, у нашому світі немає нічого ідеального. Тобто якби в нашому акумі було ідеальне джерело ЕРС, тоді напруга на клемах акуму ніколи б не просидала. Але воно просідає і тим більше, що більше сили струму жере навантаження. Щось тут не так. Але чому так відбувається? Це питання ставив собі і німецький фізик Георг Ом і все-таки нарешті знайшов пояснення цьому процесу.

  Справа в тому, що в акумуляторі "захований" опір, який умовно кажучи, чіпляється послідовноз джерелом ЕРС акумулятора. І воно називається внутрішнім опоромабо вихідним опором. Позначається маленькою буквою " r Виглядає все це в акумі приблизно ось так:

  
  
  

  Чіпляємо лампочку

  

  Отже, що у нас виходить у чистому вигляді?

  
  
  

  Лампочка - це навантаження, яке має опір. Значить, ще більше спрощуємо схему та отримуємо:

  
  
  

  Отже, що маємо? Ідеальне джерело ЕРС, внутрішній опір rта опір навантаження R. Згадуємо статтю дільник напруги. Там говориться, що напруга джерела ЕРС дорівнює сумі падіння напруги на кожному резисторі.

  Це означає, що на кожному опорі падає якась напруга:

  

  На резисторі R падає напруга U R , а на внутрішньому резисторі r падає напруга U r .

  Тепер згадуємо статтю Дільник струму. Хто не пам'ятає, нагадаю. Сила струму, що протікає через послідовно з'єднані опори скрізь однакова.

  Згадуємо алгебру за 5 клас і записуємо все те, про що ми з вами зараз говорили. З закону Ома для ділянки ланцюга отримуємо, що

  

  

  

  

  Останній вираз має назву закону Ома для повного ланцюга . З цього виразу ми можемо знайти внутрішній опір акума r.

  Повернімося знову до цієї фотографії

  Так як у нас у цьому випадку ланцюг розімкнутий (немає зовнішнього навантаження), отже сила струму в ланцюгу I дорівнює нулю. Значить, і падіння напруги на внутрішньому резисторі U rтеж дорівнюватиме нулю. У результаті, у нас залишається лише джерело ЕРС, у якого ми й вимірюємо напругу. У нашому випадку ЕРС = 12,09 Вольт.

  Як тільки ми зачепили навантаження, то в нас відразу ж впала напруга на внутрішньому резистори і навантаженні, в даному випадку на лампочці:

  Зараз на навантаженні (на галогенці) у нас впала напруга U R =11,79Вольт, отже, на внутрішньому резисторі падіння напруги склало U r = E-U R = 12,09-11,79 = 0,3Вольта. Сила струму в ланцюзі дорівнює I = 4,35Ампер. Як я вже сказав, ЕРС у нас дорівнює E=12,09Вольт. Отже, із закону Ома для повного ланцюга вираховуємо, чому у нас дорівнюватиме внутрішній опір r:

  

  
  
  

  Внутрішній опір буває у різних хімічних джерел напруги. Внутрішній опір також мають і різні вимірювальні прилади. Це в основному вольтметри та осцилографи. Справа все в тому, що якщо підключити навантаження R, опір у якої буде менше або навіть дорівнює r, то у нас дуже жорстко просяде напруга. Це можна побачити, якщо замкнути клеми акума товстим мідним дротомі заміряти тим часом напруга на клемах)). Але я не рекомендую цього робити в жодному разі! Тому, чим високоомне навантаження (ну тобто чим вищий опір навантаження R), тим менше впливає це навантаження на джерело напруги. Вольтметр і осцилограф при вимірі напруги теж трохи просаджують напругу джерела напруги, що заміряється, тому що є навантаженням з великим опором. Саме тому найточніший вольтметр і осцил мають дуже великий опір між своїми щупами.