Урок № 36-169 Соединение проводников. Закон Ома для полной цепи. Электродвижущая сила. Д/з: 8.6; п.8.7; п.8.9 [1]

1. Соединение проводников.

1.1 Последовательное - соединение, при котором конец предыдущего проводника соединяется с началом последующего.

При последовательном соединении: I₁=I₂ (если ток постоянен, то за время t через любое сечение проводника протекают одинаковые заряды)

U=U₁+U₂ (работа электростатических сил при перемещении единичного заряда по участкам 1 и 2 равна сумме работ на этих участках).

Эквивалентный проводник (сопротивление) - проводник, заменяющий группу проводников (сопротивлений) без изменения токов и напряжений на рассматриваемом участке цепи.

По закону Ома: U=IR, т.е. U₁=IR₁; U₂=IR₂; IR=IR₁+IR₂= I(R₁+R₂) , т.е R= R₁+R₂ или иначе R=

Частный случай: R₁= R₂=…=R_n , тогда R=nR, где n - число проводников с одинаковым сопротивлением.

При последовательном соединении эквивалентное сопротивление всей цепи равно сумме сопротивлений отдельных участков цепи. Поскольку I₁=I₂; I₁=; I₂ =; то U₁=I₁R₁ а U₂=I₂R₂ следовательно, =
При последовательном соединении проводников напряжение, действующее на проводниках, прямо пропорционально их сопротивлениям.

Недостаток: при размыкании цепи у одного из последовательно соединенных потребителей ток исчезает по всей цепи (неудобно па практике).

1.2 Параллельное - соединение, при котором начала проводников соединяют в один узел, а концы - в другой.

U=U₁=U₂; I= I₁=I₂ По закону Ома: I= I₁=; I₂=, т.е. =+ =+ или = ; q =q₁+ q₂

Проводимость всего разветвления (все вместе параллельно соединенные проводники) равна сумме проводимостей отдельных ветвей (каждый параллельно соединенный проводник).

Частный случай: R₁= R₂=…=R_n , тогда R=, где n - число проводников с одинаковым сопротивлением.

Из соотношений U₁=U₂; U₁=; U₂= следует, что =- при параллельном соединении проводников силы токов в ветвях обратно пропорциональны их сопротивлениям.

Преимущество: если напряжение между узлами остается постоянным, то токи в ветвях не зависят друг от друга

2.Закон Ома для полной цепи

Полная цепь содержит:

- внешний участок - потребитель тока, регулирующие, контролирующие и т. п. устройства с общим сопротивлением R

- внутренний участок - источник тока с эдс ε и с внутренним сопротивлением г (сопротивление, которым обладает источник электрической энергии, т. к. является проводником, ток выделяет в нем тепло).

Рассмотрим замкнутую цепь, состоящую из внешней части, имеющей сопро­тивление R, и внутренней — источника тока, сопротивление которого г.

Согласно закону сохранения энергии, ЭДС источника тока равна сумме падений напряжений на

внешнем и внутреннем участках цепи, так как при перемещении по замкнутой цепи заряд возвращается в исходное положение — в точку с тем же потенциалом (т. е. φ_А = φ _В): ε = IR+Ir,

где IR и Ir — падения напряжения на внешнем и внутреннем участках цепи. Отсюда закон Ома для полной цепи:

I=

Закон Ома для полной цепи: сила тока цепи пропорциональна действующей в цепи ЭДС и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи и внутреннего сопротивле­ния источника.

3.ЭДС Действие сторонних сил характеризуется физической величиной, называемой электродвижущей силой ( ЭДС)

Электродвижущая сила в замкнутом контуре представ­ляет собой отношение работы сторонних сил при пере­мещении заряда вдоль контура к заряду: ε=

Если на батарейке написано 1,5 В, то это означает, что сторонние силы (хи­мические в данном случае) совершают работу 1,5 Дж при перемещении заряда в 1 Кл от одного полюса батарейки к другому. Постоянный ток не может существовать в замк­нутой цепи, если в ней не действуют сторонние силы, т. е. нет ЭДС.

ЭДС, как и сила тока,- величина алгебраическая. Если ЭДС способствует дви­жению положительных зарядов в

выбранном направлении, то она считается по­ложительной (ε > 0). Если ЭДС препятствует движению положительных заря­дов в выбранном направлении, то она считается отрицательной (ε < 0).

Следует иметь в виду, что данной формулой можно пользоваться лишь тогда, когда ток идет внутри источника от отрицательного полюса к положительному, а во внешней цепи — от положительного к отрицательному.

3. Соединение источников электрической энергии в батарею.

3.1. Последовательное соединение. "+" полюс предыдущего источника соединяется с"—" полюса последующего. Закон Ома для всей цепи при последовательном соединении. I =

3.2. Параллельное соединение. "+" полюс присоединяют к одной клемме,

а "—" полюс - к другой. Закон Ома для всей цепи при параллельном

соединении: I =

3.3 Смешанное соединение. Закон Ома для всей цепи при смешанном соединении:

I =

Экзаменационные вопросы

28. Рассчитать общее сопротивление соединения резисторов, если R₁=2 Ом, R₂=3 Ом

А. 1,2 Ом Б. 5,2 Ом В. 5 Ом

29. Рассчитать общее сопротивление соединения резисторов, если R₁=2 Ом, R₂=3 Ом

А. 1,2 Ом Б. 5,2 Ом В. 5 Ом

30. Рассчитать общее сопротивление соединения резисторов,

если R₁=2 Ом, R₂=3 Ом, R₃=4 Ом А. 1,2 Ом Б. 5,2 Ом В. 5 Ом

31. Какая физическая величина определяется отношением работы, совершаемой сторонними силами при перемещении заряда q по всей замкнутой электрической цепи, к значению этого заряда?

А. Сила тока. Б. Напряжение. В. Электрическое сопротивление. Г. Удельное электрическое сопротивление. Д. Электродвижущая сила.

32. Какая из приведенных ниже формул выражает закон Ома для полной цепи?

А. I =; Б. I = ; В. IUΔt; Г. P=UI; Д. ρ = ρ₀(1+α t).

33. Источник тока с ЭДС 18 В имеет внутреннее сопротивление 30 Ом. Какое значение будет иметь сила тока при подключении к этому источнику резистора с электрическим сопротивлением 60 Ом? А. 0,6 А. Б. 0,3 А. В. 0,2 А. Г. 0,9 А.Д. 0,4 А.

Задачи

№ 1. Гальванический элемент с ЭДС 5,0 В и внутренним сопротивлением равным 0,2 Ом замкнут на проводник сопротивлением 40,0 Ом. Чему равно напряжение U на этом проводнике?

№ 2 В сеть с напряжением 220 В включены последовательно две электрические лампы

сопротивлением 200 Ом каждая. Определить силу тока, проходящего через каждую лампу.

№ 3 Найти общее сопротивление участка цепи, изображенной на рисунке,

если R₁=20 Ом, R₂=R.₃=R₄=15 Ом, R₅=3 Ом, R₆=90 Ом.

№ 4. Даны четыре резистора по 60 Ом каждый. Начертить схемы соединений всех четырех резисторов, чтобы общее сопротивление оказалось равным соответственно: 15, 45, 60, 80, 150 и 240 Ом. Возле каждой схемы написать расчет общего сопротивления.

№ 5. ЭДС источника электрической энергии равна 100 В. При внешнем сопротивлении 49 Ом сила тока в цепи

2 А. Найти падение напряжения внутри источника и его внутреннее сопротивление.

№ 6. Разность потенциалов на клеммах разомкнутого источника тока 4 В. Определить внутреннее сопротивление источника тока, если при сопротивлении внешнего участка цепи 4 Ом сила тока равна 0,8 А.

№ 7.Источник тока с ЭДС 220 В и внутренним сопротивлением 2 Ом замкнут проводником сопротивлением 108 Ом. Определить падение напряжения внутри источника тока.

№ 8. Определить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока, если при внешнем сопротивлении 3,9 Ом сила тока в цепи равна 0,5 А, а при внешнем сопротивлении 1.9 Ом сила тока равна 1 А.

№ 9. Определить силу тока при коротком замыкании батареи с ЭДС 12 В, если при замыкании ее на внешнее сопротивление 4 Ом сила тока в цепи равна 2 А. Почему при коротком замыкании падение напряжения на внешнем участке цепи близко к нулю, хотя в этом случае в цепи существует наибольший ток?

№ 10. ЭДС источника тока равна 220 В, внутреннее сопротивление 1,5 Ом. Какое надо взять сопротивление внешнего участка цепи, чтобы сила тока была равна 4 А?

http://megapost.info/promo/fra/