Формула закона Ома для полной цепи

Тема:Закон Ома для полной цепи.

План занятия:

1. Работа и мощность постоянного тока.

2. Электродвижущая сила.

3. Закон Ома для полной цепи.

Вопрос 1.Работа и мощность постоянного тока.

Работа тока - это работа электрического поля по переносу электрических зарядов вдоль проводника.Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого работа совершалась. Применяя формулу закона Ома для участка цепи, можно записать несколько вариантов формулы для расчета работы тока:

Мощность постоянного тока - отношение работы тока за время t к этому интервалу времени.

В системе СИ:

Вопрос 2. Электродвижущая сила.

ЭДС (Электродвижущая сила)- это скалярная физическая величина, которая характеризует работу сторонних сил, действующих в электрических цепях постоянного и переменного тока.

Измеряется данная величина в Вольтахтакже как и Напряжение, однако это не значит, что ЭДС и Напряжение-это одно и тоже.

Напряжение- это физическая величина, которая характеризует действие электрического поля на заряженные частицы.

Для понимания рассмотрим такой пример. Возьмем условный проводник и сообщим ему разность потенциалов, то есть на одном конце у него будет положительный заряд, а на другом отрицательный.

Получилась цепочка, на концах которой есть разность потенциалов, то по проводнику потечет ток, и он будет течь до тех пор, пока потенциалы на концах проводника не уровняются.

Можно привести пример-аналогию. Представим, что у нас есть водонапорная башня, полностью заполненная водой. Сравним эту башню с батарейкой.

Схема водонапорной башни

Вода оказывает максимальное давление на дно башни, когда башня заполнена полностью. Соответственно, чем меньше воды в башне, тем слабее давление и напор вытекающей из крана воды. Если открыть кран, вода будет постепенно вытекать сначала под сильным напором, а потом все медленнее, пока напор не ослабнет совсем. Здесь напряжение – это то давление, которое вода оказывает на дно. За уровень нулевого напряжения примем само дно башни.

Водокачка

То же самое и с батарейкой. Сначала мы включаем наш источник тока (батарейку) в цепь, замыкая ее. Пусть это будут часы или фонарик. Пока уровень напряжения достаточный и батарейка не разрядилась, фонарик светит ярко, затем постепенно гаснет, пока не потухнет совсем.

Но как сделать так, чтобы напор не иссякал? Иными словами, как поддерживать в башне постоянный уровень воды, а на полюсах источника тока – постоянную разность потенциалов. По примеру башни ЭДС представляется как бы насосом, который обеспечивает приток в башню новой воды.

Так вотЭлектродвижущая сила - это не что иное, как работа (насосы в водонапорной башне), которая совершается сторонними силами для поддержания разности потенциалов в цепочке.

Вопрос 3. Закон Ома для полной цепи.

Закон Ома для полной цепи – эмпирический (полученный из эксперимента) закон, который устанавливает связь между силой тока, электродвижущей силой (ЭДС) и внешним и внутренним сопротивлением в цепи.

При проведении реальных исследований электрических характеристик цепей с постоянным током необходимо учитывать сопротивление самого источника тока. Таким образом в физике осуществляется переход от идеального источника тока к реальному источнику тока, у которого есть свое сопротивление (см. рис. 1).

Рис. 1. Изображение идеального и реального источников тока

Рассмотрение источника тока с собственным сопротивлением обязывает использовать закон Ома для полной цепи.

Сформулируем закона Ома для полной цепи так (см. рис. 2): сила тока в полной цепи прямо пропорциональна ЭДС и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи, где под полным сопротивлением понимается сумма внешних и внутренних сопротивлений.

Рис. 2. Схема закона Ома для полной цепи.

Формула закона Ома для полной цепи

где,

· R – внешнее сопротивление [Ом];

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

· I – сила тока [А];

· ε– ЭДС источника тока [В].