Elektriskās ķēdes. Elektromotora spēks. Formulas, likumi, noteikumi, piemēri par TOE Kāds ir strāvas avota elektromotora spēks

- EMF.
EMF nav spēksŅūtona izpratnē (neveiksmīgs kvantitātes nosaukums, saglabāts kā veltījums tradīcijai).
ε i notiek kad tas mainās magnētiskā plūsma F iekļūstot kontūrā.

Turklāt skatīt prezentāciju "Elektromagnētiskā indukcija", kā arī video "Elektromagnētiskā indukcija", "Faraday eksperiments", multfilmas "Elektromagnētiskā indukcija", "Rāmja rotācija magnētiskajā laukā (ģenerators)"

- Indukcijas EMF viena no ķēdes vadītājiem kustības laikā (lai F mainītos). Šajā gadījumā vadītāja garums l, pārvietojoties ar ātrumu v kļūst par enerģijas avotu.

- Indukcijas EMF ķēdē, kas rotē magnētiskajā laukā ar ātrumu ω.

Citas formulas, kurās rodas EML:

- Oma likums pilnīgai ķēdei. Slēgtā ķēdē EMF ģenerē elektrisko strāvu I.

Indukcijas strāvas virzienu nosaka saskaņā ar noteikumiem:
- noteikums Lencs- indukcijas strāva, kas rodas slēgtā ķēdē skaitītājs darbojas uz mainīt magnētiskā plūsma, kas izraisīja šo strāvu;
- vadītājam, kas pārvietojas magnētiskajā laukā, dažreiz ir vieglāk izmantot noteikumu labā roka- ja novietojat atvērto labās rokas plauksta lai tajā iekšā iekļauts magnētiskā lauka līnijas AT, a īkšķis nolikt malā norādīja ātruma virziens v, tad četri pirksti rokas rādīs Indukcijas strāvas virziens I.

- Pašindukcijas EMF, kad mainās strāva vadītājā.

Ja uzlādēta kondensatora poli ir noslēgti viens pret otru, tad starp tā plāksnēm uzkrātā ietekmē kondensatora ārējā ķēdē virzienā no pozitīvā pola uz negatīvo sākas lādiņnesēju - elektronu kustība. .

Tomēr izlādes procesā lauks, kas iedarbojas uz kustīgām lādētām daļiņām, strauji vājinās, līdz tas pilnībā izzūd. Tāpēc elektriskās strāvas plūsmai, kas radusies izlādes ķēdē, ir īslaicīgs raksturs un process ātri sabrūk.

Lai ilgstoši uzturētu strāvu vadošā ķēdē, tiek izmantotas ierīces, kuras ikdienā neprecīzi sauc (stingri fiziskā nozīmē tas tā nav). Visbiežāk šie avoti ir ķīmiskās baterijas.

Tajos notiekošo elektroķīmisko procesu dēļ to spailēs uzkrājas pretēji spēki.Neelektrostatiska rakstura spēkus, kuru ietekmē notiek šāds lādiņu sadalījums, sauc par ārējiem spēkiem.

Šis piemērs palīdzēs izprast strāvas avota EML jēdziena būtību.

Iedomājieties vadītāju elektriskā laukā, kā parādīts attēlā zemāk, tas ir, tādā veidā, ka elektriskais lauks pastāv arī tā iekšpusē.

Ir zināms, ka šī lauka ietekmē vadītājā sāk plūst elektriskā strāva. Tagad rodas jautājums, kas notiek ar lādiņu nesējiem, kad tie sasniedz vadītāja galu, un vai šī strāva laika gaitā paliks nemainīga.

Var viegli secināt, ka atvērtā ķēdē elektriskā lauka ietekmes rezultātā lādiņi uzkrāsies vadītāja galos. Šajā sakarā tas nepaliks nemainīgs un elektronu kustība vadītājā būs ļoti īslaicīga, kā parādīts attēlā zemāk.

Tādējādi, lai uzturētu nemainīgu strāvas plūsmu vadošā ķēdē, šai ķēdei jābūt slēgtai, t.i. būt cilpas formā. Tomēr pat šis nosacījums nav pietiekams, lai uzturētu strāvu, jo lādiņš vienmēr virzās uz zemāku potenciālu, un elektriskais lauks vienmēr pozitīvi ietekmē lādiņu.

Tagad, pēc ceļojuma pa slēgtu ķēdi, kad lādiņš atgriežas sākuma punktā, kur tas sāka savu ceļojumu, potenciālam šajā brīdī vajadzētu būt tādam pašam kā kustības sākumā. Tomēr strāvas plūsma vienmēr ir saistīta ar potenciālās enerģijas zudumu.

Tāpēc ķēdē ir nepieciešams kāds ārējs avots, uz kura spailēm tiek uzturēta potenciāla starpība, kas palielina elektrisko lādiņu kustības enerģiju.

Šāds avots ļauj lādiņam pārvietoties no zemāka potenciāla uz augstāku virzienā, kas ir pretējs elektronu kustībai, iedarbojoties elektrostatiskajam spēkam, mēģinot nospiest lādiņu no augstāka potenciāla uz zemāku.

Šo spēku, kas izraisa lādiņa pārvietošanos no zemāka uz augstāku potenciālu, parasti sauc par strāvas avotu - tas ir fizisks parametrs, kas raksturo darbu, ko tērē lādiņu pārvietošanai avota iekšienē ar ārējiem spēkiem.

Kā ierīces, kas nodrošina strāvas avota EMF, kā jau minēts, tiek izmantotas baterijas, kā arī ģeneratori, termoelementi utt.

Tagad mēs zinām, ka, pateicoties tā iekšējai emf, tas nodrošina potenciālu starpību starp avota izejām, veicinot nepārtrauktu elektronu kustību pretējā virzienā pret elektrostatisko spēku.

Strāvas avota EMF, kuras formula ir dota zemāk, kā arī potenciālu starpība ir izteikta voltos:

E \u003d A st / Δq,

kur A st ir ārējo spēku darbs, Δq ir lādiņš, kas pārvietots avota iekšpusē.

Lai saglabātu noteiktā elektriskās strāvas lielumu vadītājā, ir nepieciešams kāds ārējs enerģijas avots, kas vienmēr nodrošinātu nepieciešamo potenciālu starpību šī vadītāja galos. Šādi enerģijas avoti ir tā sauktie elektriskās strāvas avoti, kuriem daži ir doti elektromotora spēks, kas spēj radīt un ilgstoši uzturēt potenciālo starpību.

Elektromotora spēks vai saīsināts EMF ir norādīts ar latīņu burtu E. Mērvienība ir volts. Tātad, lai iegūtu nepārtrauktu elektriskās strāvas kustību vadītājā, ir nepieciešams elektromotora spēks, tas ir, ir nepieciešams elektriskās strāvas avots.

Vēstures atsauce. Pirmais šāds strāvas avots elektrotehnikā bija "volta kolonna", kas tika veidota no vairākiem vara un cinka apļiem, kas izklāta ar vājā skābes šķīdumā samērcētu govs ādu. Tādējādi par vienkāršāko elektromotora spēka iegūšanas veidu tiek uzskatīta vairāku vielu un materiālu ķīmiskā mijiedarbība, kuras rezultātā ķīmiskā enerģija tiek pārvērsta elektroenerģijā. Strāvas avotus, kuros EML elektromotora spēks tiek ģenerēts ar līdzīgu metodi, sauc par ķīmiskās strāvas avotiem.

Mūsdienās elektronikā un elektrotehnikā, kā arī elektroenerģētikā plaši tiek izmantoti ķīmiskie strāvas avoti – baterijas un visi iespējamie akumulatoru veidi.

Izplatīti ir arī dažāda veida ģeneratori, kas kā vienīgais avots spēj apgādāt rūpniecības uzņēmumus ar elektroenerģiju, nodrošināt pilsētu apgaismojumu, darbināt dzelzceļa, tramvaju un metro sistēmas.

EML darbojas tieši tādā pašā veidā gan uz ķīmiskiem avotiem, gan uz ģeneratoriem. Tās darbība ir radīt potenciālu starpību katrā no barošanas avota spailēm un uzturēt to visu nepieciešamo laiku. Barošanas avota spailes sauc par poliem. Vienā no poliem vienmēr rodas elektronu deficīts, t.i. šādam stabam ir pozitīvs lādiņš un tas ir atzīmēts " + ”, un, no otras puses, gluži pretēji, tiek radīta paaugstināta brīvo elektronu koncentrācija, t.i. šim stabam ir negatīvs lādiņš un tas ir apzīmēts ar zīmi " - ».

EML avotus izmanto, lai savienotu dažādas ierīces un ierīces, kas ir elektroenerģijas patērētāji. Ar vadu palīdzību patērētāji tiek savienoti ar strāvas avotu poliem, tādējādi tiek iegūta slēgta elektriskā ķēde. Potenciāla starpība, kas radusies slēgtā elektriskā ķēdē, ir saņēmusi nosaukumu un apzīmēta ar latīņu burtu "U". Sprieguma vienība viens volts. Piemēram, ieraksts U=12 V norāda, ka EML avota spriegums ir 12 V.

Lai izmērītu spriegumu vai emf, tiek izmantota īpaša mērierīce - .

Ja nepieciešams veikt pareizus EML vai barošanas sprieguma mērījumus, voltmetrs tiek pievienots tieši pie poliem. Ja elektriskā ķēde ir atvērta, voltmetrs parādīs EMF. Kad ķēde ir aizvērta, voltmetrs parādīs sprieguma vērtību katrā barošanas avota spailē. PS: strāvas avots vienmēr attīsta vairāk EML nekā spriegums pie spailēm.

Video nodarbība: EMF

Video nodarbība: Elektromotora spēks no fizikas skolotāja

Spriegums katrā no strāvas avota spailēm ir mazāks par elektromotora spēku par sprieguma krituma vērtību, kas rodas strāvas avota iekšējā pretestībā:

Ideāliem avotiem spriegums spailēs nav atkarīgs no ievilktās strāvas daudzuma.

Visiem elektromotora spēka avotiem ir parametri, kas tos raksturo: atvērtās ķēdes spriegums U xx, īssavienojuma strāva Es kz un iekšējā pretestība (līdzstrāvas avotam R tālr). U xx ir spriegums, kad avota strāva ir nulle. Ideālā avotā pie jebkuras strāvas U xx \u003d 0. Es kz ir strāva pie nulles sprieguma. Ideālam sprieguma avotam tas ir bezgalīgs I kz = ∞. Iekšējā pretestība tiek noteikta pēc koeficientiem. Tā kā spriegums pie ideāla sprieguma avota ir nemainīgs pie jebkuras strāvas ∆U = 0, tad arī tās iekšējai pretestībai ir nulles vērtības.

R ext \u003d ΔU / ΔI \u003d 0;

Ar pozitīvu spriegumu un strāvu avots nosūta savu elektrisko enerģiju ķēdei un darbojas ģeneratora režīmā. Ar pretēju strāvas plūsmu avots saņem elektrisko enerģiju no ķēdes un darbojas uztvērēja režīmā.

Ideāla strāvas avota gadījumā tā vērtība nav atkarīga no sprieguma lieluma tā spailēs: i = konst.

Tā kā strāva no ideāla strāvas avota nemainās ∆I = 0, tad tā iekšējā pretestība ir vienāda ar bezgalību.

R ext \u003d ΔU / ΔI \u003d ∞

Ar pozitīvu spriegumu un strāvu avots sūta enerģiju ķēdē un darbojas ģeneratora režīmā. Pretējā virzienā tas darbojas uztvērēja režīmā.

Ar reālu elektromotora spēka avotu spriegums spailēs samazinās, palielinoties strāvai. Šāds CVC atbilst vienādojumam sprieguma noteikšanai pie jebkuras strāvas vērtības.

U \u003d U xx - R ext × I,

Kur , aprēķina pēc formulas

R ext \u003d ΔU / Δ I≠ 0

To var arī aprēķināt, izmantojot U xx un Es kz

R vn \u003d U xx / II kz

Kad strāvas avots ir pievienots jebkurai slēgtai ķēdei, šīs ķēdes ierobežoto laukumu sāk caurdurt ārējās magnētiskās spēka līnijas. Katra spēka līnija no ārpuses šķērso vadītāju, izraisot tajā pašindukcijas EML.

>>Fizika: elektromotora spēks

Jebkuru strāvas avotu raksturo elektromotora spēks jeb, īsumā, EMF. Tātad uz apaļas lukturīša akumulatora ir rakstīts: 1,5 V. Ko tas nozīmē?
Savienojiet divas metāla bumbiņas ar pretēju zīmju lādiņiem ar vadītāju. Šo lādiņu elektriskā lauka ietekmē vadītājā rodas elektriskā strāva ( att.15.7). Bet šī strāva būs ļoti īslaicīga. Lādiņi ātri neitralizē viens otru, lodīšu potenciāli kļūst vienādi, un elektriskais lauks pazūd.
Trešās puses spēki. Lai strāva būtu nemainīga, ir nepieciešams uzturēt pastāvīgu spriegumu starp bumbiņām. Tam nepieciešama ierīce pašreizējais avots), kas pārvietotu lādiņus no vienas lodes uz otru virzienā, kas ir pretējs to spēku virzienam, kas iedarbojas uz šiem lādiņiem no lodīšu elektriskā lauka. Šādā ierīcē papildus elektriskajiem spēkiem lādiņiem jāietekmē neelektrostatiskas izcelsmes spēki ( att.15.8). Tikai viens uzlādētu daļiņu elektriskais lauks ( Kulona lauks) nespēj uzturēt pastāvīgu strāvu ķēdē.

Jebkuri spēki, kas iedarbojas uz elektriski lādētām daļiņām, izņemot elektrostatiskas izcelsmes spēkus (t.i., Kulonu), tiek saukti par. ārējie spēki.
Secinājums par ārējo spēku nepieciešamību nemainīgas strāvas uzturēšanai ķēdē kļūs vēl acīmredzamāks, ja pievērsīsimies enerģijas nezūdamības likumam. Elektrostatiskais lauks ir potenciāls. Šī lauka darbs, pārvietojot tajā lādētās daļiņas pa slēgtu elektrisko ķēdi, ir nulle. Strāvas pāreju caur vadītājiem pavada enerģijas izdalīšanās - vadītājs uzsilst. Tāpēc ķēdē ir jābūt kādam enerģijas avotam, kas to piegādā ķēdei. Tajā papildus Kulona spēkiem obligāti jādarbojas trešo pušu, nepotenciālajiem spēkiem. Šo spēku darbam pa slēgtu kontūru jāatšķiras no nulles. Tieši šo spēku darbības laikā lādētās daļiņas iegūst enerģiju strāvas avotā un pēc tam nodod to elektriskās ķēdes vadītājiem.
Trešās puses spēki iedarbina uzlādētas daļiņas visos strāvas avotos: elektrostaciju ģeneratoros, galvaniskajos elementos, akumulatoros utt.
Kad ķēde ir aizvērta, visos ķēdes vadītājos tiek izveidots elektriskais lauks. Strāvas avota iekšpusē lādiņi pārvietojas ietekmē ārējie spēki pret Kulona spēkiem(elektroni no pozitīvi lādēta elektroda uz negatīvu), un ārējā ķēdē tos iekustina elektriskais lauks (sk. att.15.8).
Ārējo spēku būtība.Ārējo spēku raksturs var būt dažāds. Elektrostaciju ģeneratoros ārējie spēki ir spēki, kas no magnētiskā lauka iedarbojas uz elektroniem kustīgā vadītājā.
Galvaniskajā elementā, piemēram, Volta šūnā, darbojas ķīmiskie spēki. Volta elements sastāv no cinka un vara elektrodiem, kas ievietoti sērskābes šķīdumā. Ķīmiskie spēki izraisa cinka izšķīšanu skābē. Pozitīvi lādēti cinka joni nonāk šķīdumā, un pats cinka elektrods kļūst negatīvi uzlādēts. (Varš sērskābē izšķīst ļoti maz.) Starp cinka un vara elektrodiem parādās potenciālu atšķirība, kas nosaka strāvu slēgtā elektriskā ķēdē.
Ārējo spēku darbību raksturo svarīgs fiziskais lielums, ko sauc elektromotora spēks(saīsināti EMF).
Strāvas avota elektromotora spēks ir vienāds ar ārējo spēku darba attiecību, pārvietojot lādiņu pa slēgtu ķēdi, līdz šī lādiņa vērtībai:

Elektromotora spēku, tāpat kā spriegumu, izsaka voltos.
Mēs varam runāt arī par elektromotora spēku jebkurā ķēdes daļā. Tas ir ārējo spēku specifiskais darbs (vienības lādiņa pārvietošanas darbs) nevis visā ķēdē, bet tikai šajā jomā. Galvaniskā elementa elektromotora spēks ir vērtība, kas skaitliski vienāda ar ārējo spēku darbu, pārvietojot vienības pozitīvo lādiņu elementa iekšpusē no viena pola uz otru. Ārējo spēku darbu nevar izteikt ar potenciālu starpību, jo ārējie spēki ir nepotenciāli un to darbs ir atkarīgs no lādiņa trajektorijas formas. Tā, piemēram, ārējo spēku darbs, pārvietojot lādiņu starp strāvas avota spailēm ārpus paša avota, ir vienāds ar nulli.
Tagad jūs zināt, kas ir EMF. Ja uz akumulatora ir rakstīts 1,5 V, tas nozīmē, ka trešo pušu spēki (šajā gadījumā ķīmiskie) veic 1,5 J darbu, pārvietojot 1 C lādiņu no viena akumulatora pola uz otru. Līdzstrāva nevar pastāvēt slēgtā ķēdē, ja tajā nedarbojas ārējie spēki, tas ir, nav EML.

???
1. Kāpēc lādētu daļiņu elektriskais lauks (Kulona lauks) nespēj uzturēt ķēdē pastāvīgu elektrisko strāvu?
2. Kādus spēkus parasti sauc par trešām pusēm?
3. Ko sauc par elektromotora spēku?

G.Ja.Mjakiševs, B.B.Buhovcevs, N.N.Socskis, fizikas 10. klase

Tiešsaistes bibliotēka ar fizikas mācību grāmatām un grāmatām, stundu plāni visos priekšmetos, uzdevumi fizikā 10. klasei

Ja jums ir labojumi vai ieteikumi šai nodarbībai,

EMF. Skaitliski elektromotora spēku mēra ar darbu, ko veic elektriskās enerģijas avots, pārnesot vienu pozitīvu lādiņu visā slēgtā ķēdē. Ja enerģijas avots, veicot darbu A, nodrošina pārraidi visā slēgtajā uzlādes ķēdē q, tad tā elektromotora spēks ( E) būs vienāds ar

Elektromotora spēka SI mērvienība ir volts (v). Elektroenerģijas avota emf ir 1 volts, ja, pārvietojoties pa visu slēgto ķēdi ar 1 kulona lādiņu, tiek veikts darbs, kas vienāds ar 1 džoulu. Elektromotora spēku fiziskā būtība dažādos avotos ir ļoti atšķirīga.

pašindukcija- EML indukcijas rašanās slēgtā vadošā ķēdē, kad mainās strāva, kas plūst caur ķēdi. Kad mainās strāva esķēdē proporcionāli mainās arī magnētiskā plūsma B caur virsmu, ko ierobežo šī kontūra. Šīs magnētiskās plūsmas izmaiņas elektromagnētiskās indukcijas likuma dēļ šajā ķēdē izraisa induktīvās emf ierosmi E. Šo parādību sauc par pašindukciju.

Jēdziens ir saistīts ar savstarpējās indukcijas jēdzienu, kas ir tā īpašais gadījums.

Jauda. Jauda ir darbs, kas paveikts laika vienībā. Jauda ir darbs, kas tiek veikts laika vienībā, t.i., lai pārnestu lādiņu uz el. ķēde vai slēgtā ķēdē patērē enerģiju, kas ir vienāda ar A \u003d U * Q, jo elektroenerģijas daudzums ir vienāds ar strāvas stipruma reizinājumu, tad Q \u003d I * t, no tā izriet, ka A \u003d U * I * t. P=A/t=U*Q/t=U*I=I*t*R=P=U*I(I)

1W=1000mV, 1kW=1000V, Pr=Pp+Po jaudas bilances formula. Pr-ģeneratora jauda (emf)

Pr=E*I, Pp=I*U lietderīgā jauda, ​​t.i., jauda, ​​kas tiek patērēta bez zudumiem. Po=I^2*R-zaudēta jauda. Lai ķēde darbotos, ir nepieciešams saglabāt jaudas līdzsvaru elektriskajā ķēdē.

12.Oma likums ķēdes posmam.

Strāvas stiprums ķēdes daļā ir tieši proporcionāls spriegumam šī vadītāja galos un apgriezti proporcionāls tā pretestībai:
I=U/R;

1)U=I*R, 2)R=U/R

13.Oma likums pilnīgai ķēdei.

Strāvas stiprums ķēdē ir proporcionāls EML, kas darbojas ķēdē, un apgriezti proporcionāls ķēdes pretestību un avota iekšējās pretestības summai.

Sprieguma avota EMF (V), - strāva ķēdē (A), - visu ķēdes ārējo elementu pretestība (Ohm), - sprieguma avota iekšējā pretestība (Ohm) .1) E \u003d I (R) + r)? 2) R+r=E/I

14.Sērija, rezistoru paralēlais savienojums, līdzvērtīga pretestība. Strāvu un sprieguma sadalījums.

Kad savienots virknē vairāki rezistori pirmā beigas rezistors savienots ar otrās sākumu, otrās beigas - uz trešās sākumu utt. Ar šādu savienojumu iet cauri visiem sērijas ķēdes elementiem
tā pati strāva I.

Ue=U1+U2+U3. Tāpēc spriegums U avota spailēs ir vienāds ar spriegumu summu katrā virknē savienotajā rezistorā.

Re=R1+R2+R3, Ie=I1=I2=I3, Ue=U1+U2+U3.

Savienojot virknē, ķēdes pretestība palielinās.

Rezistoru paralēlais savienojums. Pretestību paralēlais savienojums ir tāds savienojums, kurā pretestību sākumi ir savienoti ar vienu avota spaili, bet galus ar otru spaili.

Paralēli savienoto rezistoru kopējo pretestību nosaka pēc formulas

Paralēli savienoto rezistoru kopējā pretestība vienmēr ir mazāka par mazāko pretestību, kas iekļauta šajā savienojumā.

kad pretestības ir savienotas paralēli, spriegumi pāri tām ir vienādi. Ue=U1=U2=U3 Strāva I ieplūst ķēdē, un no tās izplūst strāvas I 1, I 2, I 3. Tā kā kustīgie elektriskie lādiņi punktā neuzkrājas, ir skaidrs, ka kopējais lādiņš, kas plūst uz atzarojuma punktu, ir vienāds ar kopējo lādiņu, kas plūst no tā: Ie=I1+I2+I3 Tāpēc paralēlā savienojuma trešo īpašību var formulēt šādi: Strāvas lielums ķēdes nesazarotajā daļā ir vienāds ar strāvu summu paralēlajos zaros. Diviem paralēliem rezistoriem: