biathlonmordovia.ru → цікаве

Що таке струм у фізиці. Велика енциклопедія нафти і газу

Надіслати свою хорошу роботу в базу знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань в своє навчання і роботи, будуть вам дуже вдячні.

Розміщено на http://www.allbest.ru/

Що називають електричним струмом

Вступ

Електричний струм - впорядкований рух заряджених частинок під дією сил електричного поля або сторонніх сил.

За напрямок струму обраний напрямок руху позитивно заряджених частинок.

Електричний струм називають постійним, якщо сила струму і його напрямок не змінюються з плином часу.

1. Умови існування постійного електричного струму

Для існування постійного електричного струму необхідна наявність вільних заряджених частинок і наявність джерела струму. в якому здійснюється перетворення будь-якого виду енергії в енергію електричного поля.

Джерело струму - пристрій, в якому здійснюється перетворення будь-якого виду енергії в енергію електричного поля. У джерелі струму на заряджені частинки в замкненого кола діють сторонні сили. Причини виникнення сторонніх сил в різних джерелах струму різні. Наприклад в акумуляторах і гальванічних елементах сторонні сили виникають завдяки протіканню хімічних реакцій, в генераторах електростанцій вони виникають при русі провідника в магнітному полі, в фотоелементах - при дії світла на електрони в металах і напівпровідниках.

Електрорушійної силою джерела струму називають відношення роботи сторонніх сил до величини позитивного заряду, що переноситься від негативного полюса джерела струму до позитивного.

Сила струму - скалярна фізична величина, Що дорівнює відношенню заряду, що пройшов через провідник, до часу, за який цей заряд пройшов.

де I - сила струму, q - величина заряду (кількість електрики), t - час проходження заряду.

Щільність струму - векторна фізична величина, що дорівнює відношенню сили струму до площі поперечного перерізу провідника.

де j-щільність струму, S - площа перерізу провідника.

Напрямок вектора щільності струму збігається з напрямком руху позитивно заряджених частинок.

Напруга - скалярна фізична величина, що дорівнює відношенню повної роботі кулонівських і сторонніх сил при переміщенні позитивного заряду на ділянці до значення цього заряду.

де A - повна робота сторонніх і кулонівських сил, q - електричний заряд.

Електричний опір - фізична величина, що характеризує електричні властивості ділянки ланцюга.

де с - питомий опір провідника,

l - довжина ділянки провідника,

S - площа поперечного перерізу провідника.

Провідність називається величина, зворотна опору

де G - провідність.

2. Закони Ома

Закон Ома для однорідної ділянки кола.

Сила струму в однорідному ділянці ланцюга прямо пропорційна напрузі при постійному опорі ділянки і обернено пропорційна опору ділянки при постійній напрузі.

де U - напруга на ділянці,

R - опір ділянки.

Закон Ома для довільної ділянки ланцюга, що містить джерело постійного струму.

ц1 - Ц2 + е \u003d U

напруга на заданій ділянці ланцюга, R - електричний опір заданого ділянки ланцюга.

Закон Ома для повного кола.

Сила струму в повній ланцюга дорівнює відношенню електрорушійної сили джерела до суми опорів зовнішнього і внутрішнього ділянки ланцюга.

де R - електричний опір зовнішнього ділянки ланцюга, r - електричний опір внутрішнього ділянки ланцюга.

3. Коротке замикання

Із закону Ома для повного кола слід, що сила струму в ланцюзі з заданим джерелом струму залежить тільки від опору зовнішнього ланцюга R.

Якщо до полюсів джерела струму під'єднати провідник з опором R<< r, то тогда только ЭДС источника тока и его сопротивление будут определять значение силы тока в цепи. Такое значение силы тока будет являться предельным для данного источника тока и называется током короткого замыкания.

4. Послідовне і паралельне з'єднання провідників

Електричне коло включає в себе джерела струму і провідники (споживачі, резистори та ін), які можуть з'єднаються послідовно або паралельно.

При послідовному з'єднанні кінець попереднього провідника з'єднується з початком наступного.

У всіх послідовно з'єднаних провідниках сила струму однакова:

Опір всієї ділянки дорівнює сумі опорів всіх окремо взятих провідників:

Падіння напруги на всій ділянці дорівнює сумі падань напружень на всіх окремо взятих провідниках:

Напруги на послідовно з'єднаних провідниках пропорційні їх опорам.

При паралельному з'єднанні провідники приєднуються до одних і тих же точках ланцюга.

Сила струму в нерозгалужене частини ланцюга дорівнює сумі струмів, поточних в кожному провіднику:

Величина, зворотна опору розгалуженого ділянки, дорівнює сумі зворотних величин зворотних опорів кожного окремо взятого провідника:

Падіння напруги в усіх провідниках однаково:

Сили струму в провідниках обернено пропорційні їх опорам

Змішане з'єднання - комбінація паралельного і послідовного з'єднань.

5. Правила Кірхгофа

Для розрахунку розгалужених ланцюгів, що містять неоднорідні ділянки, використовують правила Кірхгофа. Розрахунок складних ланцюгів полягає у знаходженні струмів в різних ділянках ланцюгів.

Вузол - точка розгалуженої ланцюга, в якій сходиться більше двох провідників.

1 правило Кірхгофа: алгебраїчна сума сил струмів, що сходяться у вузлі, дорівнює нулю;

де n - число провідників, що сходяться у вузлі, Ii - сила струму в провіднику.

струми, що входять у вузол вважають позитивними, струми, що відходять з вузла - негативними.

2 правило Кірхгофа: в будь-якому довільно обраному замкнутому контурі розгалуженого ланцюга алгебраїчна сума добутків сил струмів і опорів кожного з ділянок цього контуру дорівнює алгебраїчній сумі ЕРС в контурі.

Щоб врахувати знаки сил струмів і ЕРС вибирається певний напрям обходу контуру (за годинниковою стрілкою або проти неї).

Позитивними вважають струми, напрямок яких збігається з напрямком обходу контуру, негативними вважають струми протилежного напрямку. ЕРС джерел електричної енергії вважають позитивними якщо вони створюють струми, напрямок яких збігається з напрямком обходу контуру, в іншому випадку - негативними.

6. Порядок розрахунку складного ланцюга постійного струму

Довільно вибирають напрямок струмів у всіх ділянках ланцюга.

Перше правило Кірхгофа записують для (m-1) вузла, де m - число вузлів в ланцюзі.

Вибирають довільні замкнуті контури, і після вибору напрямку обходу записують друге правило Кірхгофа.

Система з складених рівнянь повинна бути можливо розв'язати: число рівнянь повинна відповідати кількості невідомих.

Шунти і додаткові опори.

Шунт - опір, що підключається паралельно до амперметра (гальванометра), для розширення його шкали при вимірюванні сили струму.

Якщо амперметр розрахований на силу струму I0, а за допомогою нього необхідно виміряти силу струму, що перевищує в n раз допустиме значення, то опір, що підключається шунта має задовольняти наступні умови:

Додатковий опір - опір, що підключається послідовно з вольтметром (гальванометром), для розширення його шкали при вимірюванні напруги.

Якщо вольтметр розрахований на напругу U0, а за допомогою нього необхідно виміряти напругу, що перевищує в n раз допустиме значення, то додатковий опір має задовольняти наступні умови:

7. Постійний електричний струм

Постійний струм (DC - Direct Current) - електричний струм, що не міняє своєї величини і напряму з плином часу.

В реальності постійний струм не може зберігати величину постійної. Наприклад, на виході випрямлячів завжди присутній змінна складова пульсацій. При використанні гальванічних елементів, батарей або акумуляторів, величина струму буде зменшуватися в міру витрати енергії, що актуально при великих навантаженнях.

Постійний струм існує умовно в тих випадках, де можна знехтувати змінами його постійної величини.

Постійна складова струму і напруги. DC

Якщо розглянути форму струму в навантаженні на виході випрямлячів або перетворювачів, можна побачити пульсації - зміни величини струму, що існують, як результат обмежених можливостей фільтруючих елементів випрямляча. У деяких випадках величина пульсацій може досягати досить великих значень, які не можна не враховувати в розрахунках, наприклад, в випрямлячах без застосування конденсаторів. Такий струм зазвичай називають пульсуючим або імпульсним. У цих випадках слід розглядати постійну DC і змінну AC складові.

Постійна складова DC - величина, що дорівнює середньому значенню струму за період.

AVG - абревіатура Avguste - Середнє.

Змінна складова AC - періодична зміна величини струму, зменшення і збільшення щодо середнього значення.

Слід враховувати при розрахунках, що величина пульсуючого струму дорівнюватиме не середньому значенню, а квадратному кореню з суми квадратів двох величин - постійної складової (DC) і середньоквадратичного значення змінної складової (AC), яка присутня в цьому струмі, володіє певною потужністю і підсумовується з потужністю постійної складової.

Вищеописані визначення, а так само терміни AC і DC можуть бути використані в рівній мірі як для струму, так і для напруги.

Відмінність постійного струму від змінного

За асоціативним перевагам в технічній літературі імпульсний струм часто називають постійним, так як він має одне постійне напрямок. В такому випадку необхідно уточнювати, що мається на увазі постійний струм зі змінною складової. А іноді його називають змінним, з тієї причини, що періодично змінює величину. Змінний струм з постійною складовою. Зазвичай беруть за основу складову, яка більше за величиною або яка найбільш значима в контексті.

Слід пам'ятати, що постійний струм або напругу характеризує, крім направлення, головний критерій - постійна його величина, яка служить основою фізичних законів і є визначальною в розрахункових формулах електричних ланцюгів. Постійна складова DC, як середнє значення, є лише одним з параметрів змінного струму.

Для змінного струму (напруги) в більшості випадків буває важливий критерій - відсутність постійної складової, коли середнє значення дорівнює нулю. Це струми, що протікають в конденсаторах, силових трансформаторах, лініях електропередач. Ця напруга на обмотках трансформаторів і в побутової електричної мережі. У таких випадках постійна складова може існувати тільки у вигляді втрат, викликаних нелінійним характером навантажень.

8. Параметри постійного струму і напруги

Відразу слід зазначити, що застарілий термін "сила струму" в сучасній вітчизняній технічній літературі використовується вже нечасто і визнаний некоректним. Електричний струм характеризує не сила, а швидкість і інтенсивність переміщення заряджених частинок. А саме, кількість заряду, що пройшов за одиницю часу через поперечний переріз провідника. Основним параметром для постійного струму є величина струму.

Одиниця виміру струму - Ампер. Величина струму 1 Ампер - переміщення заряду 1 Кулон за 1 секунду.

Одиниця виміру напруги - Вольт. Величина напруги 1 Вольт - різниця потенціалів між двома точками електричного поля, необхідна для здійснення роботи 1 Джоуль при проходження заряду 1 Кулон.

Для випрямлячів і перетворювачів часто буває важливими такі параметри для постійної напруги або струму:

Розмах пульсацій напруги (струму) - величина, що дорівнює різниці між максимальним і мінімальним значеннями. Коефіцієнт пульсацій - величина, що дорівнює відношенню діючого значення змінної складової AC напруги або струму до його постійної складової DC.

Електричні ланцюги і їх елементи

Електричне коло являє собою сукупність пристроїв і об'єктів, що утворюють шлях для електричного струму, електромагнітні процеси в яких можуть бути описані за допомогою понять про електрорушійної силі, струмі і напрузі. В електричному ланцюзі постійного струму можуть діяти як постійні струми, так і струми, напрямок яких залишається постійним, а значення змінюється довільно в часі або з якого-небудь закону.

Електричне коло складається з окремих пристроїв або елементів, які за їх призначенням можна розділити на 3 групи. Першу групу складають елементи, призначені для вироблення електроенергії (джерела живлення). Друга група - елементи, що перетворюють електроенергію в інші види енергії (механічну, теплову, світлову, хімічну і т. Д.). Ці елементи називаються приймачами електричної енергії (електроприймачами). У третю групу входять елементи, призначені для передачі електроенергії від джерела живлення до електроприймачів (дроти, пристрої, що забезпечують рівень і якість напруги, і ін.).

Джерела живлення ланцюга постійного струму - це гальванічні елементи, електричні акумулятори, електромеханічні генератори, термоелектричні генератори, фотоелементи та ін. Все джерела живлення мають внутрішній опір, значення якого невелике в порівнянні з опором інших елементів електричного кола.

Електроприймачами постійного струму є електродвигуни, що перетворюють електричну енергію в механічну, нагрівальні та освітлювальні прилади і ін. Всі електроприймачі характеризуються електричними параметрами, серед яких можна назвати найосновніші - напруга і потужність. Для нормальної роботи електроприймача на його затискачах (клемах) необхідно підтримувати номінальну напругу. Для приймачів постійного струму воно становить 27, 110, 220, 440 В, а також 6, 12, 24, 36 В.

Графічне зображення електричного кола, що містить умовні позначення її елементів і показує з'єднання цих елементів, називається схемою електричного кола. У табл. 2 показані умовні позначення, що застосовуються при зображенні електричних схем.

Умовні позначення в електросхемах

Елемент гальванічний або акумуляторний або	Контакти замикають з витримкою часу
батарея елементів	при замиканні
Генератор електромеханічний постійного струму	при розмиканні
Вимикач, контакт замикає	при замиканні і розмиканні
вимикач автоматичний	запобіжник плавкий
Контакти контактора і електричного реле:	Обмотка контактора, магнітного пускача і реле
замикають	Лампа розжарювання освітлювальна
розмикаючих
переключають
Лампа газорозрядна освітлювальна	Конденсатор постійної ємності
Амперметр і вольтметр	Котушка індуктивності
резистор постійний	діод напівпровідниковий
резистор змінний

Ділянка електричного кола, уздовж якого протікає один і той же струм, називається гілкою. Місце з'єднання гілок електричного кола називається вузлом. На електросхемах вузол позначається крапкою. Будь-замкнутий шлях, що проходить по декількох гілках, називається контуром електричного кола. Найпростіша електричний ланцюг має одноконтурну схему, складні електричні ланцюги - кілька контурів.

Елементами електричного кола є різні електротехнічні пристрої, які можуть працювати в різних режимах. Режими роботи як окремих елементів, так і всієї електричної ланцюга характеризуються значеннями струму і напруги. Оскільки струм і напруга в загальному випадку можуть приймати будь-які значення, то режимів може бути безліч.

Режим холостого ходу - це режим, при якому струму в ланцюзі немає. Така ситуація може виникнути при розриві ланцюга. Номінальний режим буває, коли джерело живлення або будь-який інший елемент ланцюга працює при значеннях струму, напруги та потужності, зазначених в паспорті даного електротехнічного пристрою. Ці значення відповідають самим оптимальними умовами роботи пристрою з точки зору економічності, надійності, довговічності та ін.

Режим короткого замикання - це режим, коли опір приймача дорівнює нулю, що відповідає з'єднанню позитивного і негативного затискачів джерела живлення з нульовим опором. Струм короткого замикання може досягати великих значень, у багато разів перевищуючи номінальний струм. Тому режим короткого замикання для більшості електроустановок є аварійним.

Погоджений режим джерела живлення і зовнішньої ланцюга виникає в тому випадку, коли опір зовнішньої ланцюга одно внутрішньому опору. У цьому випадку струм в ланцюзі в 2 рази менше струму короткого замикання.

Найпоширенішими і простими типами з'єднань в електричному ланцюзі є послідовне і паралельне з'єднання.

9. Послідовне з'єднання елементів ланцюга

В цьому випадку всі елементи підключаються до ланцюга один за одним. Послідовне з'єднання не дає можливості отримати розгалужену ланцюг - вона буде неразветвленной. На рис. 1 показаний приклад послідовного з'єднання елементів в ланцюзі.

Рис. 1. Послідовне з'єднання двох резисторів в ланцюзі: 1 - перший резистор; 2 - другий резистор

У нашому прикладі взяті два резистора. Резистори 1 і 2 мають опору R1 і R2. Оскільки електричний заряд в цьому випадку не накопичується (постійний струм), то при будь-якому перетині провідника за певний інтервал часу проходить один і той же заряд. З цього випливає, що сила струму в обох резисторах рівна: I \u003d I1 \u003d I2

А ось напруга на їх кінцях підсумовується:

Відповідно до закону Ома, для всієї ділянки ланцюга і для кожного резистора окремо повне опір ланцюга буде:

У разі послідовного з'єднання провідників напруги і опору можна виразити співвідношенням:

Паралельне з'єднання провідників

Коли два провідника з'єднуються паралельно, електричний ланцюг має два розгалуження. Точки розгалуження провідників називають вузлами. У них електричний заряд не накопичується, т. Е. Електричний заряд, що надходить за певний проміжок часу в вузол, дорівнює заряду, який іде з вузла за той же час. З цього виходить що:

де I - сила струму в нерозгалужене ланцюга.

При паралельному з'єднанні провідників напруга на них буде один і той же. Паралельне з'єднання провідників показано на рис. 2.

Рис. 2. Паралельне з'єднання двох провідників: точки а і b - вузли

Позначимо опору паралельно з'єднаних двох провідників R1 і R2. Використовуючи закон Ома для ділянок електричного кола з даними опорами, можна виявити, що величина, зворотна повного опору ділянки ab, дорівнює сумі величин, зворотних опорів окремих провідників, т. Е .:

1 / R \u003d 1 / R1 + 1 / R2

З цього випливає:

R \u003d R1R2 / (R1 + R2)

Дана формула справедлива тільки для визначення загального опору двох провідників, з'єднаних паралельно. Величину, зворотну опору, називають провідністю. При паралельному з'єднанні провідників їхні опори і сила струму пов'язані співвідношенням:

10. З'єднання конденсаторів

У конденсаторів існує також два види з'єднання: послідовне і паралельне.

Послідовне з'єднання. В цьому випадку обкладка одного конденсатора, заряджена негативно, з'єднана з обкладанням іншого конденсатора, зарядженого позитивно.

На рис. 3 показаний приклад послідовного з'єднання конденсаторів.

Рис. 3. Послідовне з'єднання двох конденсаторів

При даному типі з'єднання діє наступне правило: величина, обернена ємності батареї конденсаторів при послідовному з'єднанні, дорівнює сумі величин, зворотних ємностей окремих конденсаторів. З цього слід:

1 / С \u003d 1 / С1 + 1 / С2 + 1/3 + ...

При цьому типі з'єднання ємність батареї конденсаторів менше ємності будь-якого з конденсаторів.

Паралельне з'єднання. При паралельному з'єднанні конденсаторів позитивно заряджені обкладки з'єднані з позитивно зарядженими, а негативно заряджені - з негативними (рис. 4).

Рис. 4. Паралельне з'єднання двох конденсаторів

У цьому випадку ємність батареї конденсаторів дорівнюватиме сумі електричних ємностей конденсаторів:

С \u003d С1 + С2 + С3 + ...

11. З'єднання джерел струму

Джерела струму з'єднати в батарею можна також двома способами: паралельним і послідовним. Як з'єднувати джерела струму першим способом, показано на рис. 5.

Рис. 5. Паралельне з'єднання джерел струму

При паралельному способі з'єднання джерел струму з'єднують між собою всі позитивні і всі негативні полюси. Напруга на розімкнутої батареї буде дорівнює напрузі на кожному окремому джерелі, т. Е. При паралельному способі з'єднання ЕРС батареї дорівнює ЕРС одного джерела. Опір батареї при паралельному включенні джерел буде менше опору одного елемента, тому що в цьому випадку їх провідності підсумовуються.

При послідовному з'єднанні джерел струму (рис. 6) два сусідніх джерела з'єднуються між собою протилежними полюсами.

Різниця потенціалів між позитивним полюсом останнього джерела і негативним полюсом першого дорівнюватиме сумі різниць потенціалів між полюсами кожного джерела. З цього випливає, що при послідовному з'єднанні ЕРС батареї дорівнює сумі ЕРС джерел, включених в батарею. Загальний опір батареї при послідовному включенні джерел дорівнює сумі внутрішніх опорів окремих елементів.

Рис. 6. Послідовне з'єднання джерел струму

12. Розрахунок електричних ланцюгів

Основою розрахунку електричних ланцюгів є визначення сили струмів в окремих ділянках при заданій напрузі і заздалегідь відомому опорі окремих провідників. Для прикладу візьмемо електричний ланцюг, таку, як зображено на рис. 7.

Рис. 7. Проста електричний ланцюг

Припустимо, загальну напругу на кінцях ланцюга нам відомо. Відомі також опору R1, R2 ... R6 приєднаних до ланцюга резисторів R1, R2, R3, R4, R5, R6 (опір амперметра в розрахунок не береться). Слід обчислити силу струмів I1, I2, ... I6.

В першу чергу, потрібно уточнити, скільки послідовних ділянок має дана ланцюг. Виходячи із запропонованої схеми, видно, що таких ділянок три, причому другий і третій містять розгалуження. Припустимо, що опору цих ділянок R1, R ", R". А значить, все опір ланцюга можна виразити як суму опорів ділянок:

R \u003d R1 + R "+ R"

де R "- загальний опір паралельно з'єднаних резисторів R2, R3 і R4, a R" - загальний опір паралельно з'єднаних резисторів R5 і R6. Застосовуючи закон паралельного з'єднання, можна обчислити опору R "і R":

1 / R "\u003d 1 / R2 + 1 / R3 + 1 / R4 і 1 / R" \u003d 1 / R5 + 1 / R6

Для того щоб визначити силу струму в нерозгалужене ланцюга за допомогою закону Ома, потрібно знати загальний опір кола при заданій напрузі. Для цього слід скористатися формулою:

З усього вищевикладеного можна вивести, що I \u003d I1.

Але для визначення сили струму в окремих гілках слід спочатку обчислити напругу на окремих ділянках послідовних ланцюгів. Знову ж за допомогою закону Ома можна записати:

U1 \u003d IR1; U2 \u003d IR "; U3 \u003d IR"

Тепер, знаючи напругу на окремих ділянках, можна визначити силу струму в окремих гілках:

I2 \u003d U2 / R2; I3 \u003d U2 / R3; I4 \u003d U2 / R4; I5 \u003d U3 / R5; I6 \u003d U3 / R6

Бувають випадки, коли потрібно обчислити опору окремих ділянок ланцюга по вже відомим напруженням, силі струмів і опорі інших ділянок, а також визначити потрібне напруження по заданих опорам і силі струмів. Метод розрахунку електричних ланцюгів завжди однаковий і заснований на законі Ома.

Електричне коло це сукупність пристроїв, з'єднаних певним чином, які забезпечують шлях для протікання електричного струму.

Елементами електричного кола є: джерело струму, навантаження і провідники. Найпростіша електричний ланцюг показана на малюнку 1.

Малюнок 1. Найпростіша електричний ланцюг.

До складу електричного кола можуть входити і інші елементи, таки як пристрої комутації, пристрої захисту.

Як відомо, для виникнення струму необхідно з'єднати дві точки, одна з яких має надлишок електронів в порівнянні з іншого. Іншими словами необхідно створити різницю потенціалів між цими двома точками. Якраз для створення різниці потенціалів в ланцюзі застосовується джерело струму. Джерелом струму в електріческойцепі можуть бути такі пристрої, як генератори, батареї, хімічні елементи і т.д.

Навантаженням в електричному ланцюзі вважається будь-який споживач електричної енергії. Навантаження чинить опір електричному струму і від величини опору навантаження залежить величина струму. Струм від джерела струму до навантаження тече по провідниках. В якості провідників намагаються використовувати матеріали з найменшим опором (мідь, срібло, золото).

Важливо, що для протікання струму в ланцюзі, ланцюг повинна бути замкнута!

Типи електричних ланцюгів

У електротехніки за типом з'єднання елементів електричного кола існують такі електричні ланцюги:

послідовна електричний ланцюг;

паралельна електричний ланцюг;

послідовно-паралельна електричний ланцюг.

Послідовна електричний ланцюг.

У послідовній електричного кола (рисунок 2.) всі елементи ланцюга послідовно один з одним, тобто кінець першого з початком другого, кінець другого з початком першого і т.д.

Малюнок 2. Послідовна електричний ланцюг.

При такому з'єднанні елементів кола струм має тільки один шлях протікання від джерела струму до нагрузке.Прі цьому загальний струм ланцюга Iобщ буде дорівнює струму через кожен елемент ланцюга:

Iобщ \u003d I1 \u003d I2 \u003d I3

Падіння напруги вздовж всього ланцюга, тобто на ділянці А-Б (Uа-б), дорівнюватиме прикладеному до цієї ділянки напрузі E і дорівнює сумі падінь напруг на всіх ділянках ланцюга (резисторах):

E \u003d Uа-б \u003d U1 + U2 + U3

13. Паралельна електричний ланцюг

У паралельній електричного кола (рисунок 3.) всі елементи з'єднані таким чином, що їх початок з'єднані в одну загальну точку, а кінці в іншу.

Малюнок 3. Паралельна електричний ланцюг.

В цьому випадку у струму є кілька шляхів протікання від джерела до навантажень, а загальний струм ланцюга Iобщ буде дорівнює сумі струмів паралельних гілок:

Iобщ \u003d I1 + I2 + I3

14. Послідовно-паралельна електричний ланцюг

електричний струм напруга му

Послідовно-паралельна електричний ланцюг є комбінацією послідовної і паралельної ланцюга, тобто її елементи включаються і послідовно і паралельно (рисунок 4).

Малюнок 4. Послідовно-паралельна електричний ланцюг.

Розміщено на Allbest.ru

...

подібні документи

Умови, необхідні для існування електричного струму. Переваги та недоліки паралельного з'єднання провідників. Одиниця сили струму. Робота електричного струму в замкнутому електричному ланцюзі. Закон Ома для ділянки кола. Хімічна дія струму.

презентація, доданий 07.02.2015

Поняття електричного кола і електричного струму. Що таке електропровідність і опір, визначення одиниці електричного заряду. Основні елементи ланцюга, паралельне і послідовне з'єднання. Прилади для вимірювання сили струму і напруги.

презентація, доданий 22.03.2011

Виконання розрахунку лінійних електричних ланцюгів постійного струму, визначення струмів у всіх гілках методів контурних струмів, накладення, згортання. Нелінійні електричні ланцюги постійного струму. Аналіз електричного стану лінійних ланцюгів змінного струму.

курсова робота, доданий 10.05.2013

Поняття електричного струму, вибір його напрямки, дія і сила. Рух частинок в провіднику, його властивості. Електричні ланцюги і види з'єднань. Закон Джоуля-Ленца про кількість теплоти, що виділяється провідником, закон Ома про силу струму на ділянці ланцюга.

презентація, доданий 15.05.2009

Дослідження основних особливостей електромагнітних процесів в ланцюгах змінного струму. Характеристика електричних однофазних ланцюгів синусоїдального струму. Розрахунок складної електричного кола постійного струму. Складання повної системи рівнянь Кірхгофа.

реферат, доданий 27.07.2013

Основні величини електричного струму і принципи його вимірювання: закон Ома, Джоуля-Ленца, електромагнітної індукції. Електричні ланцюги і форми їх побудови: послідовне і паралельне з'єднання в ланцюзі, котушка індуктивності і конденсатор.

реферат, доданий 23.03.2012

Основні закони і методи аналізу лінійних ланцюгів постійного струму. Лінійні електричні ланцюги синусоїдального струму. Сталий режим лінійного електричного кола, що живиться від джерел синусоїдальних ЕРС і струмів. Трифазна система з навантаженням.

курсова робота, доданий 15.04.2010

Основні поняття і спеціальні розділи електродинаміки. Умови існування електричного струму, розрахунок його роботи і потужності. Закон Ома для постійного і змінного струму. Вольт-амперна характеристика металів, електролітів, газів і вакуумного діода.

презентація, доданий 30.11.2013

Причини електричного струму. Закон Ома для неоднорідної ділянки кола. Закон Ома в диференціальній формі. Робота і потужність. Закон Джоуля-Ленца. Щільність струму, рівняння безперервності. ККД джерела струму. Розподіл напруженості і потенціалу.

презентація, доданий 13.02.2016

Характеристика електричного поля як виду матерії. Дослідження особливостей провідників, напівпровідників і діелектриків. Рух струму в електричному ланцюзі. Вивчення законів Ома, Джоуля-Ленца і Кірхгофа. Ізоляційні матеріали. Електрорушійна сила.

сторінка 2

Таке впорядкований рух електричних зарядів і є електричний струм.

Таке впорядкований рух електричних зарядів в провідному середовищі, що відбувається під дією сил електричного поля, називається електричним струмом.

Якщо впорядкований рух електричних зарядів відбувається уздовж провідника або діелектрика то в прямому, то в зворотному напрямку і до того ж зі змінною середньою швидкістю, то таке впорядкований рух вільних або зв'язаних електричних зарядів створює струм, який називається змінним. Отже, змінним струмом називається такий електричний струм, який змінюється за величиною і напрямком.

Будь-яке впорядкований рух заряджених частинок (або тел) називається електричним струмом. За напрямок струму умовно приймають напрямок руху позитивних зарядів.

Це впорядкований рух електричних зарядів по провіднику під дією зовнішнього електричного поля називається електричним струмом.

Швидкість упорядкованого руху носіїв і зручно виразити через щільність струму (формула (55.1)) u jlne, де е - величина заряду носія, а п - концентрація.

Явище упорядкованого руху заряджених частинок під дією електричного поля називають електричним струмом.

Саме це слабке впорядкований рух і обумовлюються ливает електричний струм в провіднику.

Нарешті, впорядкований рух електричних зарядів може виникнути і без дії зовнішніх сил, а за рахунок явища дифузії або за рахунок хімічних реакцій в джерелі струму. Робота, що витрачається на впорядкований рух електричних зарядів, відбувається за рахунок внутрішньої енергії джерела струму. І хоча тут немає прямої дії будь-яких сил на вільні заряди, явище протікає так, як ніби-то на заряди діє деякий сторонйее поле.

Нарешті, впорядкований рух електричних зарядів може виникнути і без дії зовнішніх сил, а за рахунок явища-дифузії або за рахунок хімічних реакцій в джерелі струму. Робота, що витрачається на впорядкований рух електричних зарядів, відбувається за рахунок внутрішньої енергії джерела струму. І хоча тут немає прямої дії будь-яких сил на вільні заряди, явище протікає так, як ніби-то на заряди діє деякий стороннє поле.

Електричний струм-це впорядкований рух електричних зарядів.

У передачі упорядкованого руху бере участь не менше двох систем. Вони утворюють обидва кінці передачі. Одну систему ми вивчаємо. Ми досліджуємо, як вчинення роботи над обраною (нашої) системою впливає, наприклад, на її температуру. Друга система, на іншому кінці передачі, вимірює кількість роботи. Більше нічого в другій системі нас не цікавить. Назва другої системи, на відміну від нашої системи, - джерело роботи.

При своєму впорядкованому русі носії зарядів відчувають численні зіткнення з іншими частками речовини, які знаходяться в тепловому русі. Ці зіткнення ускладнюють впорядкований рух носіїв зарядів і є причиною опору, що чиниться провідним середовищем проходженню струму.

За напрямок струму прийнято вважати рух позитивних зарядів. У металі позитивні заряди, які є ядрами атомів, пов'язані в кристалічній решітці і переміщатися не можуть. Зовнішні (валентні) електрони не пов'язані з певними атомами і можуть вільно переміщатися по провіднику. Ці електрони називаються вільними або електронами провідності.

Для існування струму необхідно дві умови:

1) наявність вільних носіїв заряду;

2) наявність електричного поля.

Розрізняють два види струму

ток провідності;

конвекційний струм.

силою струму I називається скалярна фізична величина, що характеризує перенесення зарядів по провіднику і чисельно рівна заряду, переносимого через поперечний переріз провідника за одиницю часу.

При I \u003d const (постійний струм)

. (1)

1 Ампер - це сила струму, який при проходженні по двох паралельних прямолінійних провідниках нескінченної довжини і малої площі перетину, розташованими в вакуумі на відстані 1 м один від одного, викликає на ділянці провідника довжиною 1 м силу взаємодії 210 7 Н.

щільністю струму називаєтьсявекторна фізична величина, що характеризує напрямок струму в провіднику і його розподіл по перетину провідника, чисельно рівна силі струму, що припадає на одиницю майданчики, орієнтованої перпендикулярно напрямку струму.

(2)

при

. (3)

- закон Ома в диференціальній формі. (4)

 - питома електропровідність;  - питомий електроопір.

щільність струму j в кожній точці всередині провідника дорівнює добутку питомої електропровідності провідника на напруженість електричного поля в цій точці.

- закон Джоуля - Ленца в диференціальній формі. (5)

Питома теплова потужність струму в провіднику дорівнює добутку його питомої електропровідності на напруженість електричного поля в квадраті.

48 Електрорушійна сила (ЕРС)

джерелами струму називаються пристрої, здатні створювати різницю потенціалів за рахунок роботи сил не електростатичного походження.

сторонніми силами називаються сили не електростатичного походження, що діють на заряди з боку джерела струму.

Природа сторонніх сил:

- хімічні (Гальванічні елементи);

- механічні(Генератори;

- енергія світла (сонячні батареї).

Електрорушійної силою джерела(ЕРС) називається:

робота, яку витрачають сторонні сили на переміщення одиничного позитивного заряду з () клеми на (+) клему всередині джерела;

різницю потенціалів на вихідних клемах джерела струму при розімкнутоїзовнішньому ланцюзі.

, (1)

різниця потенціалів

різницею потенціалів  1   2 на ділянці ланцюга називається робота, що здійснюються кулоновскими силами при переміщенні позитивного заряду.

напругою U на ділянці ланцюга називається робота, що здійснюються кулоновскими і сторонніми силами при переміщенні позитивного заряду.

, [В],

Напруга і різниця потенціалів збігаються за відсутності в ланцюзі ЕРС.

опір R відображає ступінь перешкод, які відчувають вільні електрони при своєму русі по провіднику під дією напруги. Для провідника з питомим опором , довжиною l і площею поперечного перерізу S

[Ом]. (3)

Найменшим питомим опором володіють

срібло (

Омм),

мідь (

Омм) і алюміній (

Омм).

Опір металевих провідників збільшується зі зростанням температури:

, (4

де - питомий опір при 0 0 С, а

- постійна для даної речовини величина, яка називається температурним коефіцієнтом опору. Зміна опору при зміні температури може бути досить значним. Так у лампи розжарювання при проходженні по ній струму і нагріванні її спіралі опір останньої збільшується більш ніж в 10 разів.

49. Для спрощення розрахунків складних електричних ланцюгів, що містять неоднорідні ділянки, використовуються правила Кірхгофа, Які є узагальненням закону Ома на випадок розгалужених ланцюгів. У розгалужених ланцюгах можна виділити вузлові точки (вузли), В яких сходяться не менше трьох провідників (рис. 4.10.1). Токи, втікає в вузол, прийнято вважати позитивними; струми, що випливають з вузла - негативними.

У вузлах ланцюга постійного струму не може відбуватися накопичення зарядів. звідси випливає перше правило Кірхгофа: Алгебраїчна сума сил струмів для кожного вузла в розгалуженої ланцюга дорівнює нулю:

I1 + I2 + I3 + ... + In \u003d 0.

Перше правило Кірхгофа є наслідком закону збереження електричного заряду. У розгалуженої ланцюга завжди можна виділити кілька замкнутих шляхів, що складаються з однорідних і неоднорідних ділянок. Такі замкнуті шляху називаються контурами. На різних ділянках виділеного контуру можуть протікати різні струми. На рис. 4.10.2 представлений простий приклад розгалуженої ланцюга. Ланцюг містить два вузла a і d, в яких сходяться однакові струми; тому тільки один з вузлів є незалежним (a або d).

У ланцюзі можна виділити три контури abcd, adef і abcdef. З них тільки два є незалежними (наприклад, abcd і adef), так як третій не містить ніяких нових ділянок. Друге правило Кірхгофа є наслідком узагальненого закону Ома. Запишемо узагальнений закон Ома для ділянок, що становлять один з контурів ланцюга, зображеної на рис. 4.10.2, наприклад, abcd. Для цього на кожній ділянці потрібно задати позитивний напрямок струму і позитивний напрямок обходу контура. При записи узагальненого закону Ома для кожної з ділянок необхідно дотримуватися певних «правила знаків», які пояснюються на рис. 4.10.3.

Для ділянок контуру abcd узагальнений закон Ома записується у вигляді: Для ділянки bc: I1R1 \u003d Δφbc - \u200b\u200b1. Для ділянки da: I2R2 \u003d Δφda - 2. Складаючи ліві і праві частини цих рівностей і беручи до уваги, що Δφbc \u003d - Δφda, отримаємо :

Друге правило Кірхгофа можна сформулювати так: алгебраїчна сума добутків опору кожного з ділянок будь-якого замкнутого контуру розгалуженої ланцюга постійного струму на силу струму на цій ділянці дорівнює алгебраїчній сумі ЕРС уздовж цього контуру. Перше і друге правила Кірхгофа, записані для всіх незалежних вузлів і контурів розгалуженої ланцюга, дають в сукупності необхідне і достатнє число алгебраїчних рівнянь для розрахунку електричного кола. Для ланцюга, зображеної на рис. 4.10.2, система рівнянь для визначення трьох невідомих струмів I1, I2 і I3 має вигляд:

I1R1 + I2R2 \u003d - 1 - 2,

- I2R2 + I3R3 \u003d 2 + 3,

- I1 + I2 + I3 \u003d 0.

Таким чином, правила Кірхгофа зводять розрахунок розгалуженої електричного кола до вирішення системи лінійних алгебраїчних рівнянь. Це рішення не викликає принципових труднощів, проте, буває дуже громіздким навіть в разі досить простих ланцюгів. Якщо в результаті рішення сила струму на якійсь ділянці виявляється негативною, то це означає, що струм на цій ділянці йде в напрямку, протилежному до заданої позитивного напрямку

50. Електрони провідності в металі знаходяться в хаотичному русі. Найбільш швидко рухомі електрони, що володіють досить більшою кінетичної енергією, можуть вириватися з металу в навколишній простір. При цьому вони здійснюють роботу як проти сил тяжіння з боку надлишкового позитивного заряду, що виникає в металі в результаті їх вильоту, так і проти сил відштовхування з боку раніше вилетіли електронів, що утворюють поблизу поверхні провідника електронне "хмара". Між електронним газом, в металі і електронним «хмарою" встановлюється динамічна рівновага. Роботу, яку потрібно зробити для видалення електрона з металу у вакуум називають роботою виходу. Вона дорівнює, де е -заряд електрона, - потенціал виходу. Робота виходу виконується електронами - за рахунок зменшення їх кінетичної енергії. Тому зрозуміло, що повільно рухаються електрони вирватися з металу не можуть. Робота виходу залежить від хімічної природи металу і стану його поверхні забруднення, сліди вологи та ін. Змінюють її величину. Для чистих металів робота виходу коливається в межах декількох електронвольт. Електрон провідності може вилетіти з будь-якого металу в тому випадку, якщо його енергія перевищує роботу виходу А електрона з металу. Явище випускання електронів нагрітими металами називається термоелектронної емісією.

Концентрація електронів провідності в металі дуже висока; їх теплові швидкості при даній температурі різні і розподілені, за класичними уявленнями, відповідно до закону Максвелла. Це означає, що навіть при середніх температурах в металі є досить велика кількість електронів провідності, здатних виконати роботу виходу і вилетіти з металу. При цьому робота виходу дорівнює убутку кінетичної енергії

де m, е - відповідно маса і заряд електрона, і - швидкості електрона до і після виходу з металу. При звичайних температурах кількість електронів, що мають швидкість, достатню для вильоту, дуже невелика. Існують кілька способів повідомлення електронам додаткової енергії, необхідної для видалення їх з металу: нагрівання провідника

(Термоелектронна емісія); опромінення металів видимим і ультрафіолетовим світлом (фотоелектронна емісія); вплив прискорює зовнішнього електричного поля (автоелектронна, або холодна емісія); бомбардування металу електронами або іонами.

Для того щоб отримати значний потік електронів, так званий емітер нагрівають до температур близько 2000 ÷ 2500 К.

Контактна різниця потенціалів - це різниця потенціалів, Що виникає при зіткненні двох різних провідників, Що мають однакову температуру.

При зіткненні двох провідників з різними роботами виходу на провідниках з'являються електричні заряди. А між їх вільними кінцями виникає різниця потенціалів. Різниця потенціалів між точками знаходяться поза провідників, поблизу їх поверхні називається контактною різницею потенціалів . Так як провідники знаходяться при однаковій температурі, то за відсутності прикладеної напруги поле може існувати тільки в прикордонних шарах ( правило Вольта). Виділяється внутрішня різниця потенціалів (при зіткненні металів) і зовнішня (в зазорі). Значення зовнішньої контактної різниці потенціалів дорівнює різниці робіт виходу віднесеної до заряду електрона. Якщо провідники з'єднати в кільце то ЕРС в кільці буде дорівнює 0. Для різних пар металів значення контактної різниці потенціалів коливається від десятих до одиниць вольт.

Елект. поле К. р. п., що створюється Пріконтактние об'ємним зарядом, Зосереджено поблизу кордону розділу і в зазорі між провідниками. Протяжність приконтактной області тим менше, чим більше концентрації електронів провідності в провідниках: у металах см, в напівпровідниках до см. При контакті напівпровідника з металом практично вся область Пріконтактние поля локалізована в напівпровіднику.

Вольт (В, V) може бути визначений або як електрична напруга на кінцях провідника, Необхідне для виділення в ньому тепла потужністю в один ват (Вт, W) при силі протікає через цей провідник постійного струму в один ампер (A), або як різниця потенціалів між двома точками електростатичного поля, При проходженні якої над зарядом величиною 1 кулон (Кл, C) відбувається робота величиною 1 джоуль (Дж, J) . Виражений через основні одиниці системи СІ, один вольт дорівнює м² · кг · з -3 · A −1 .

вольт (Російське позначення: В; міжнародне: V) - в Міжнародній системі одиниць (СІ) одиниця виміру електричного потенціалу, різниці потенціалів, електричної напруги і електрорушійної сили.

Різниця потенціалів між двома точками дорівнює 1 вольт, якщо для переміщення заряду величиною 1 кулон з однієї точки в іншу над ним треба зробити роботу величиною 1 джоуль. Вольт також дорівнює електричної напруги, що викликає в електричному ланцюзі постійний струм силою 1 ампер при потужності 1 ват.

Одиниця названа на честь італійського фізика і фізіолога Алессандро Вольта (1745-1827), який винайшов вольтів стовп, Першу електричну батарею.

1 В \u003d (1/300) од. потенціалу СГСЕ .

ЕЛЕКТРОДИНАМІКА Постійний електричний струм § 1. Електричний струм Електричні заряди в русі.Гравітаційне тяжіння відчувають все тіла і частинки, що мають масу. Структура Всесвіту формується гравітаційним притяганням тіл величезних мас. Необмежена гравітаційне стиснення запобігає рух цих тіл. Існування тел кінцевих розмірів виявляється можливим тому, що між частинками речовини діють більш потужні, ніж гравітаційні, сили електромагнітної природи: тяжіння і відштовхування, які можуть урівноважити один одного. Однак, як ми з'ясували раніше (див. Ф-10, § 78), система нерухомих (статичних) електричних зарядів не може бути стійкою. Стійкої може бути лише система рухомих зарядів, подібно до того як найбільш сейсмічно стійкі будівлі будуються на рухомий опорі. Тому наступним важливим кроком у вивченні структури речовини є розгляд електромагнітного поля рухомих електричних зарядів. Електричний заряд є джерелом електромагнітного поля, яке поширюється в просторі зі швидкістю світла. Енергія електромагнітного поля, що переноситься в просторі від одного заряду до іншого, убуває при збільшенні відстані між зарядами. Змінити енергію електромагнітного взаємодії зарядів можна, наприклад наближаючи один заряд до іншого. Рух зарядів в провіднику.Направлений рух зарядів в провіднику призводить до переносу енергії електромагнітного поля в просторі. Для існування електричного струму необхідні вільні заряди- носії струму,наприклад заряджені частинки. 1 *

електродинаміка Електричний струм- впорядкована (спрямований) рух заряджених частинок. У провіднику концентрація вільних зарядів, які можуть переміщатися по всьому об'єму провідника, не залишаючи його меж, найбільша. Тому для передачі енергії електромагнітного поля з однієї точки простору в іншу використовують металеві провідники подібно до того, як для транспортування води застосовують труби. Направлений рух вільних зарядів в провіднику можливо під дією зовнішнього електричного поля. Під час відсутності зовнішнього електричного поля (Е \u003d0) рух зарядів в провіднику є хаотичним (сіра лінія на рис. 1). Так рухаються, наприклад, позитивні і негативні іони в електролітах, електрони в металевих провідниках. Після декількох зіткнень з іншими частинками заряджені частинки можуть повернутися практично до початкового стану. У тому випадку, коли до провідника докладено зовнішнє електричне поле (Е *0), на заряди діє додатково кулоновская сила. В результаті цього позитивний заряд, притягаючи до негативного полюса і відштовхуючись від позитивного, набуває складову швидкості v + вздовж напруженості електричного поля, або спрямовану швидкість.За проміжок часу t позитивний заряд «дрейфує» на відстань l + = v + t в напрямку напруженості електричного поля (чорна лінія на рис. 1). Негативний заряд зміщується на відстань l_ - v_ t (v_ - швидкість дрейфу в напрямку, протилежному напруженості електричного поля). У провіднику, вміщеному в електричне поле, відбувається накладення упорядкованого руху зарядів на хаотичний тепловий.
1> рух носіївзарядів в провіднику. накладення упередченного руху зарядів на хаотичнетепловий рух велектричному полі: а) позитивних; б) негативних

Постійний електричний струм

5 За напрямок струму беруть напрямок упорядкованого руху позитивно заряджених частинок. Напрямок струму збігається з напрямком напруженості електричного поля, що викликає цей струм. Вметалах, де носіями струму
є вільні, негативно _g заряджені електрони, направле-, ня струму вважається протилежним напрямку швидкості їх упорядкованого руху (рис. 2).

ПИТАННЯ Напрямок струму в металевому
провіднику протилежно п „ напрямку руху електронів 1. Дайте визначення електричного то- г г ка.

За яких умов виникає електричний струм? Чому рух заряджених частинок в провіднику під час відсутності зовнішнього електричного поля є хаотичним? Чим відрізняється рух заряджених частинок в провіднику під час відсутності і при наявності зовнішнього електричного поля? Як вибирається напрямок електричного струму? В якому напрямку рухаються електрони в металевому провіднику, по якому протікає електричний струм?§ 2. Сила струму Визначення сили струму.Інтенсивність спрямованого руху заряджених частинок в провіднику характеризує величина електричного заряду, що проходить через поперечний переріз провідника за 1 с, або сила струму.Ця величина може змінюватися з плином часу. Сила струму в даний момент часу - скалярна фізична величина, що дорівнює межі відносини величини електричного заряду, що пройшов через поперечний переріз провідника, до проміжку часу його проходження: /= lim^. (1)

At- »0 At

Електродинаміка Формула (1) в математиці є похідну. Тому dt (2) Сила струму - похідна за часом від заряду, що пройшов через поперечний переріз провідника за проміжок часу t. Одиниця сили струму (основна одиниця СІ) - ампер(1 А):

1 А \u003d 1 Кл / с.

Точне визначення ампера буде дано в § 25. Зв'язок сили струму з спрямованої швидкістю.Для того щоб розрахувати силу струму, знайдемо заряд Aq, протікає через поперечний переріз провідника (електроліту) за проміжок часу At (Рис. 3). За цей час через перетин провідника пройдуть тільки заряди, які рухаються зі швидкістю v сонаправленнимі з напруженістю зовнішнього електричного поля, які знаходяться всередині циліндра перетином S з котра утворює А1= vAt. знаючи концентрацію пзаряджених частинок, можна знайти число заряджених частинок в цьому обсязі N= nSvAt і визначити їх заряд:

Aq = q() N = q 0 nSvAt,

де q 0 - заряд однієї частинки. З формули (1), випливає, що сила струму

/ = q 0 nSv.

(3) Якщо швидкість руху зарядів не залежить від часу, т. Е. v \u003d Const, то сила струму / \u003d const. Постійний електричний струм - струм, сила якого не змінювалась ється з плином часу. Постійний струм широко використовується в електричних схемах автомобілів, а також в мікроелектроніці і т. д.

	, Al= vAt
3^ Електричний струм позитивних	q ° ±
3^ Електричний струм позитивних		z +
шрядов в електроліті	9 - * - w S,\\ П &\\ JL. Aq	"" Одиниця обсягу

Постійний електричний струм

е / т

У провіднику, площа поперечного перерізу якого 1 мм 2, сила струму 1,6 А. Концентрація електронів в провіднику 10 23 м ~ 3 при температурі 20 ° С. Знайдіть середню швидкість спрямованого руху електронів і порівняйте її з тепловою швидкістю електронів. j / QO Mlc " ((£ Ь ^ ь " За 4 з сила струму в провіднику л "інейно зросла з 1 до 5 А. Побудуйте графік залежності сили струму від часу. Який заряд пройшов через поперечний переріз провідника за цей час?

§ 3. Джерело струму Умова існування постійного струму в провіднику.Розглянемо умови існування постійного струму в провіднику. При приміщенні провідника в зовнішнє постійне електричне поле в ньому відбувається перерозподіл вільних зарядів, зване електростатичного індукції(Див. Ф-10, § 86). Електричне поле індукованих (наведених) зарядів досить швидко компенсує зовнішнє поле. Напруженість поля всередині провідника стає рівною нулю, заряди перестають рухатися направлено, ток припиняється. Для того щоб струм існував безперервно, напруженість зовнішнього поля повинна бути більше напруженості поля індукованих зарядів. Це можливо, якщо швидкість наростання зовнішнього електричного поля перевищує швидкість поділу індуцірован-
Електродинаміка них зарядів. Домогтися збільшення напруженості зовнішнього електричного поля можна, підбиваючи додаткові заряди до провідника ззовні. Ці заряди генерує і підводить до провідника джерело струму. Джерело струму - пристрій, що розділяє позитивні і негативні заряди. Гальванічний елемент.Поділ зарядів можливо в результаті перетворення механічної, теплової, хімічної, світловий енергій в електричну. Так, в гальванічному елементі заряди на електродах виявляються різнойменними за рахунок енергії хімічної реакції між електродами і електролітом. В елементі Вольта в розчин сірчаної кислоти (H 2 S0 4) занурені мідний (Сі) і цинковий (Zn) електроди. Негативні іони SO | ~, що знаходяться в розчині поблизу електронейтральних мідного і цинкового електродів, притягують іони Сі 2+ і Zn 2+, що розташовуються у вузлах кристалічної решітки (рис. 4, а).Енергія тяжіння різнойменних іонів перевершує енергію зв'язку іонів Сі 2 + і Zn 2+ в кристалічній решітці металевих електродів, тому ці іони переходять в розчин. Кінетична енергія (E k ) Cu 2 + іонів Сі 2 +, що переходять в розчин, виявляється менше кінетичної енергії (E k ) Zn 2+ іонів Zn 2+, так як енергія зв'язку Е Сі іонів міді Сі 2+ в кристалічній решітці перевищує енергію зв'язку E Zn іонів Zn 2+ (рис. 5): (E ft) cu 2+ ~ Е ± ~ ^ Cu "(£ fc) zn 2+ ~ Е ± -Є Zn" де Е ± - енергія іонів в розчині. Чим більше позитивних іонів переходить в розчин, тим більшим стає по модулю негативний заряд електрода (рис. 4, б), що пре-

а) sol Сі ) «ВI Сі 2+ "so | - :. ; З "Х". H 2 SQ 4 А4 Перерозподіл зарядів в гальванічному елементі Вольта
Постійний електричний струм
У Ezn Про "№ * W + i (p, B +0,34 -0,76 \u003d 1,1 В ^5 електрорушійнасила гальванічногоелемента Вольта перешкоджає виходу з нього інших іонів. Розчинення електродів прекращ ється, якщо кінетична енергія позитивних іонів виявляється тижнів тнього для подолання різниці потенціалів подвійного електричне шару. Цей шар утворений позитивними зарядами іонів в розчині і з ріцательно надлишковими зарядами електродів: (- E ft) cu 2+ \u003d 9оФсі "(-Eft) zn 2 9 0 нормальні електрідні потенціали! де ф Сі і ф 2п - потенціали мідного і цинкового електродів щодо розчину.

метал
літій
калій
натрій
алюміній
цинк
Залізо
олово
свинець	-о, ц
мідь
ртуть
срібло
платина
золото

Зазвичай за нуль відліку енергії зв'язку приймають енергію £ н, необхідну для іонізації газоподібного молекулярного водню. Відповідно, в якості нуля відліку потенціалу електродів прийнятий потенціал на так званому водневому електроді(Див. Вісь (р на рис. 5). Водневий електрод утворюється газоподібним воднем, що знаходяться поблизу хімічно нейтральною платини. Нормальні електродні потенціали - потенціали на електродах, відлічувані щодо водневого електрода. Нормальні електродні потенціали для деяких металів приведені в таблиці 1 . ЕРС гальванічного елемента.Між мідним і цинковим електродами виникає постійна напруга, рівне різниці нормальних потенціалів (див. Рис. 5):

е \u003d Феї ~

зване електрорушійної силою гальванічного елементата чи ЕРС. Мідний електрод, який має більший потенціал, виявляється жительность полюсом джерела - анодом,а цинковий - отрицат

електродинаміка ізоляція
оксидртуті
Е лектроліта) хлорид

амонію

вугільний цинкова

електрод оболонка

б) вим - катодом.Використовуючи дані таблиці 1, можна аналогічно розрахувати ЕРС елемента з парою електродів з інших металів. Найбільш поширені елементи - джерела струму - зображені на малюнку 6. Ртутна батарейка (рис. 6, а),використовувана в годиннику, калькуляторах і слухових апаратах, дає ЕРС близько 1,4 В. Традиційна батарейка для кишенькових ліхтарів (рис. 6, б)має ЕРС 1,5 В.

Чому електростатична індукція перешкоджає існуванню постійного струму в провіднику? Що таке джерело струму? Яка його роль в електричному ланцюзі? Що таке гальванічний елемент? Чому відбувається поділ зарядів в гальванічному елементі Вольта? Коли припиняється розчинення електродів в розчині електроліту? Що таке нормальний електродний потенціал? Чому дорівнює різниця потенціалів на затискачах гальванічного елемента? Джерела струму: а) мініатюрна
батарейка; б) батарейка для
кишенькового ліхтаря ▲ 6 § 4. Джерело струмув електричному ланцюзі Сторонні сили.При з'єднанні провідником електродів (полюсів) джерела струму по провіднику під дією постійної різниці потенціалів протікає електричний струм. Рухомі від катода до анода по провіднику електрони зменшують різницю потенціалів між електродами, несучи негативний заряд з катода і нейтралізуючи позитивний на аноді. Для підтримки постійної різниці потенціалів заряди повинні накопичуватися на полюсах джерела: позитивні заряди в електроліті повинні рухатися до анода, а негативні до катода. Такий рух в напрямку, протилежному дії кулонівських сил відштовхування між однойменними зарядами, може відбуватися лише під дією сил неелектричної природи, званих сторонніми силами.