Архив метки: эдс

Закон Ома для полной цепи

Ранее мы с вами изучили закон Ома для участка цепи в котором в котором мы узнали как ток, напряжение и сопротивление участка влияют друг на друга, так вот в Законе Ома для полной цепи все величины таким же образом влияют друг на друга ,но только тут ещё учитывается источник тока, а в частности его ЭДС E (заменит напряжённость участка) и внутреннее сопротивление r (добавится к сопротивлению цепи).

Формула Закона Ома для полной цепи:

ТОК  I = E / (R + r)

ЭДС E = I *(R + r)

Полное сопротивление цепи R + r = E / I 

I — ток

E — ЭДС источника тока. НЕ ПУТАЙТЕ С НАПРЯЖЕНИЕМ!

R — сопротивление цепи

r — внутреннее сопротивление источника тока

Как рассчитать ЭДС и внутреннее сопротивление есть в предыдущих уроках.

Закон ома полной цепи учитывает внутренее сопротивление

Зачем нужен Закон Ома для полной цепи?

По большому счёту вам в будущем он вряд ли пригодится, так как современные источники тока обладают небольшим внутренним сопротивлением, которое в свою очередь мало забирает на себя ЭДС и это практически никак не сказывается на цепи. Как правило заметное влияние источника тока на цепь начинается тогда когда он не исправен или разряжен, что увеличивает его внутреннее сопротивление которое начинает забирать на себя больше ЭДС от чего может заметно уменьшится напряженность участка цепи.

Контрольные вопросы:

В чём различие между Законом Ома для участка и для полной цепи?

Ответ

В Законе Ома для полной цепи учитывается внутреннее сопротивление источника тока и в место напряжения участка используется  ЭДС источника тока.

[свернуть]

Вывод: В Законе Ома для полной цепи ключевым моментом является внутренне сопротивление источника тока так как оно забирает на себя часть ЭДС, что в свою очередь влияет на тока отдачу источника и уменьшает напряжение на участках цепи.

Напряжённость участка цепи на практике

Это практический урок по теме «напряжение»  в котором мы узнали каким образом появляется сама напряжённость.

Нам понадобится: 3 резистора на 25 Ом и 1 на 50 Ом, мультиметр и две батарейки типа АА.

И так, ЭДС создаёт напряжённость на участках цепи в зависимости от их сопротивления. Чем больше сопротивление участка тем большее напряжение достанется ему от ЭДС.

Значит, если в цепи все участки имеют равное сопротивление, то и их напряжённость будет равна.

  1. Соберите схему 1.

схема 1 Равная напряженность

Как видите все резисторы имеют номинал в 25 Ом и следовательно ЭДС должно создать на них одинаковую напряжённость.

Измерьте напряжение на каждом резисторе, оно должно быть одинаковым с учетом погрешности резисторов сопротивление которых не всегда идеально его номиналу.

2. Замените R3 на резистор в 50 Ом и измерьте напряжение на нём и на остальных резисторах. И тут уже более наглядно видна зависимость напряжённости участка от его сопротивления.

схема 2 Разная напряжённость участков цепи

3. Уберите из цепи один резистор в 25 Ом и измерьте напряжение на оставшихся резисторах. Так как резистор в 50 Ом вдвое больше по сопротивлению чем 25 Ом то и на нем будет вдвое больше напряжение.

схема 3 зависимость напряжения от сопротивления участка цепи

Вывод: ЭДС распределяется по цепи в зависимости от сопротивления её участков, чем большее сопротивление участка относительно других участков тем большее напряжение будет на нём.

Внутреннее сопротивление

Все источники тока имеют внутреннее сопротивление, его обозначают тоже буквой r как и сопротивление только маленькой.  В большинстве случаев внутренним сопротивлением можно пренебречь так как правило оно очень мало и в дальнейших наших уроках навряд ли  нам придётся встретиться ещё раз с ним как и с законом Ома для полной цепи, но всё же это знать нужно для общего развития так сказать.

И так, источник тока можно представить на схеме с резистором внутри (рис 1) и этот «внутренний резистор» забирает на себя часть ЭДС источника.

Внутренее сопротивление источника тока

рис 1

Помните, в уроке про напряжение мы узнали, что ЭДС распределяется по цепи (рис 2) и чем больше сопротивление участка тем больше напряжение на нем, а так как внутреннее сопротивление источника мало на нем оседает совсем маленькое напряжение.

Например: Если, подключить к двум пальчиковым батарейкам соединенным последовательно (что даст нам около 3-х вольт) сопротивление в 25 Ом то оно просядет макс на 0.1 вольта это уменьшение происходит из за того что часть ЭДС останется на внутреннем сопротивлении источника тока (рис3)

ЭДС распределяется

Рис 3 Распределение ЭДС

Относительно других, более больших источников тока батарейки имеют большое внутреннее сопротивление например если сопротивление батареек в нашем примере составляет 0.83 Ом, то у автомобильного аккумулятора оно составляет около 0.01 Ом.

Внутреннее сопротивление есть  у всех источников тока.

Внутренним сопротивлением источника тока являются:

  • Сопротивление его клемм
  • Сопротивление электролита если это аккумулятор
  • Сопротивление химических элементов в батарейках
  • Сопротивление обмоток генератора и тд.

 

Внутреннее сопротивление влияет на токоотдачу источника тока.

Например, наши две пальчиковые батарейки могут выдать максимальный ток         3В/0.83 Ом=3.6 А, а вот аккумулятор авто способен выдать 12в/0.01 Ом=1200А в режиме КЗ (короткого замыкания) такие большие токи ему нужны для прокрутки стартером двигателя для его заведения и ток для этого необходим порядка 250А. Допустим у автомобильного аккумулятора будет r=0.83 Ом как у наших батареек то I=12/0.83=14.4 А будет не достаточно для стартера, поэтому производители аккумуляторов стараются уменьшить внутреннее сопротивление.

Вывод: Внутреннее сопротивление забирает на себя часть ЭДС источника тока и ограничивает токоотдачу, но по большому счету, в большинстве случаев им можно пренебречь так как его сопротивление очень мало.

В следующем уроке мы научимся определять внутреннее сопротивление.

Контрольные вопросы.

Какой буквой обозначается внутреннее сопротивление?

Ответ

r

[свернуть]

Где проседает ЭДС при подключении нагрузки?

Ответ

На внутреннем сопротивлении

[свернуть]

Как внутреннее сопротивление влияет на ток который может выдать источник?

Ответ

Чем больше внутреннее сопротивление тем меньший ток источник сможет выдать и соответственно наоборот

[свернуть]

ЭДС на практике

Замер ЭДС

Цели эксперимента: Научиться замерять ЭДС и увеличивать его с помощью дополнительных батареек.

Нам понадобится: Мультиметер, батарейки, лампочка.

  1. Замеряем ЭДС батареек, выставив мультиметр его в режим измерения напряжения (V) DC означает постоянное напряжение AC переменное нас интересует DC. У пальчиковой должно получиться ЭДС около 1.5 вольта, а у кроны в районе 9 вольт.
  2. Соберите простую схемку.

 

-Замеряйте ЭДС при выключенной лампе и включённой лампе. С лампой ЭДС (правильнее будет сказать напряжение) должно уменьшиться.

  1. Соедините две пальчиковых батарейки последовательно, плюс к минусу, для этого можно использовать бокс для батареек. ЭДС батареек при таком соединении плюсуется.

Вывод: ЭДС уменьшается при подключении нагрузки, ЭДС можно увеличить соединяя гальванические элементы последовательно.

Более правильный замер ЭДС,а точнее его расчет мы разберем в будущем после того как научимся определять внутреннее сопротивление источника энергии и познакомимся с законом Ома.

Напряжение

Напряжение – это часть ЭДС от источника энергии, которая достаётся участку цепи.

То есть сумма всех напряжений на участках цепи будет равна ЭДС источника энергии.

Напряжение как и ЭДС измеряется в вольтах.

Напряжение на участках цепи образуется из за разности потенциалов и чем больше сопротивление участка тем больше эта разность потенциалов в следствии чего, напряженность участка увеличивается.

Откуда образуется разность потенциалов, на участке цепи?

Образуется она за счет более медленного движения зарядов перед нагрузкой.

Так, стоп! В прошлом уроке говорилось, что ток в последовательной цепи на всём ее протяжении одинаков, а тут говорится каком-то медленном движении зарядов перед нагрузкой…

Все верно ток одинаков во всей последовательной цепи, а вот скорость движения зарядов по цепи разная на участках с маленьким сопротивлением заряды движутся медленнее, но большим потоком, а вот на нагрузке они движутся быстро и меньшим потоком(количеством) и так получается, что на участке с маленьким и большим сопротивлением проходит одинаковое количество зарядов в секунду. Ускорение зарядов на нагрузке происходит из за более большой разности потенциалов между точками до и после нагрузки.

Напряжение можно рассматривать как часть ЭДС  доставшееся этому участку цепи и его можно использовать для потребителей энергии.

Выше приведенная «фишка» с делением напряжения которая так и называется делитель напряжения. Нагрузка на выходе делителя должна быть не большой, с потреблением измеряемом в единицах миллиампер.

В общем:

ЭДС- это разность потенциалов на источнике энергии.

Напряжение – это разность потенциалов на нагрузке или участке цепи , и чем больше сопротивление участка или нагрузки тем больше ЭДС отдаст напряжения этому участку.

Контрольные вопросы.

    1. В чём измеряется напряжение? 
      Ответ

      В вольтах

      [свернуть]
    2. Различие ЭДС и напряжения?
      Ответ

      ЭДС указывает на работоспособность зарядов источника энергии ,а напряжение указывает на разность потенциалов на участке цепи.

      [свернуть]
    3. От чего зависит напряжение на участке цепи?
      Ответ

      От сопротивления участка цепи, чем оно больше тем большая часть ЭДС источника энергии достанется этому участку и чем больше ЭДС источника энергии и тем будет большая напряженность его участков цепи.

      [свернуть]

Закон Ома

Закон ома рассказывает о зависимости напряжения, тока и сопротивления между собой.

Вот собственно и сам закон Ома : Ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению цепи.

  • Чем больше напряжение, тем больше ток.
  • Чем больше сопротивление тем меньше ток.

Так, если вы не поняли выше изложенное перечитайте ещё пару раз повнимательней, а если так и не чего не «дошло» тогда вам поможет язык математики или практика.

Закон ома для участка цепи.

 

Контрольные вопросы будут после экспериментов .

Сопротивление

Сопротивление проводника электрическому току измеряется в Омах.

Ом – это произвольная величина и она получается так, если ЭДС 1 вольт и в проводнике идёт ток а 1 ампер, то сопротивление этого проводника составит 1 Ом. Если при такой же ЭДС ток меньше значит сопротивление уже больше чем 1 Ом, а вот если ток больше 1 ампера, то соответственно сопротивление меньше чем 1 Ом.

Например, при условии, что ЭДС 1 вольт, а ток в проводнике 5 ампер, то значит сопротивление проводника в пять раз меньше чем 1 Ом, то есть составляет 0.2 Ома, а если при такой же ЭДС ток будет 0.1 ампера, то сопротивление составит 10 Ом.

В общем основная задача сопротивления ограничивать ток в проводнике.

Чем больше сопротивление тем меньше ток.

В уроке «Закон Ома» мы рассмотрим более конкретно как зависит ток от сопротивления .

В эксперименте, где мы замеряли ток, было видно как влияет сопротивление на ток в цепи.

Контрольные вопросы.

  1. В чём измеряется сопротивление?
    Ответ

    В Омах

    [свернуть]
  2. Что ограничивает сопротивление ?
    Ответ

    Сопротивление ограничивает ток.

    [свернуть]

Вольт — единица измерения ЭДС.

Вольт – единица изменения электродвижущей силы или иначе, вольт указывает на силу заряда.

Один вольт это такая электродвижущая сила, при которой каждый кулон пройдя по цепи совершит работы в один джоуль, что сопоставимо с поднятием половины стакана с водой (без веса стакана) на метровую высоту.

Вольт =Джоуль/Кулон

У батарейки типа крона ЭДС составляет около 9 вольт, а это значит, что каждый кулон зарядов, которые эта батарейка протолкнёт по цепи, может выполнить работу в девять джоулей, что сопоставимо уже с девятью поднятиями на половину полных стаканов с водой на метровую высоту.

Далее мы еще вернемся к вольтам, когда будет проходить тему «напряжение».

Контрольные вопросы.

  1. В чем измеряется ЭДС?
    Ответ

    В вольтах

    [свернуть]
  2. Сколько энергии (джоулей) будет в одном кулоне при ЭДС в 7 вольт?
    Ответ

    7 Джоулей в одном кулоне.

    [свернуть]

Электродвижущая сила (ЭДС) источника энергии.

ЭДС— Указывает на работоспособность зарядов вырабатываемых генератором (источником энергии).

Вспомним из предыдущих уроков (что такое плюс и минус) что, на клеммах (выходах) генератора скапливаются положительные (положительные ионы) и отрицательные (электроны) заряды, так вспомним еще одно свойство зарядов то, что одноименные заряды отталкиваются друг от друга а разноименные притягиваются из этого можно сделать вывод, что чем больше будет одноименных зарядов на клемме генератора тем сложнее туда будет «впихнуть» генератору еще один электрон если это касается минуса и забрать электрон из плюса для создания избытка положительных ионов на клемме.

Обратите внимание на рисунок (рис. 20) на нём изображена «борьба» зарядов на минусе мы видим как генератор  пытается «впихнуть» на клемму ещё электронов, а ему не дают это сделать те электроны которые уже там находятся за счет отталкивания одноименных зарядов, а вот на плюсе генератор старается наоборот забрать электроны у атомов, а ему это не дают сделать положительные ионы, так как они притягивают к себе эти электроны и чем больше генератор заберет электронов с плюса тем сложнее ему это будет даваться забирать последующие электроны так как количество положительных ионов увеличится, что в свою очередь увеличит их притяжение к себе электронов.

Чем больше зарядов сможет накопить генератор на клеммах преодолев притяжение и отталкивание тех зарядов которые там находятся тем сильнее будут его заряды, так как электроны с минуса будут более сильно выталкивать электроны в цепь, а положительные ионы на плюсе будут с большей силой тянуть эти электроны к себе.

В общем ЭДС это способность генератора накопить заряды на клеммах соответственно чем больше генератор способен накопить зарядов тем больше у него ЭДС и тем большей энергией будет обладать заряд.

Вольт — единица измерения ЭДС.

ЭДС на практике

После знакомства с законом Ома, мы еще вернемся к ЭДС и научимся рассчитывать его.

Контрольные вопросы:

1.Расшифруйте аббревиатуру ЭДС.

Ответ

Электродвижущая сила

[свернуть]

2.От чего зависит ЭДС генератора.

Ответ

От способности генератора накапливать заряды на своих клеммах.

[свернуть]

ЭДС измеряется в вольтах, но об этом далее.