Електричне коло постійного струму.( №1)

1. Закон Кулона. Напруженість електричного поля

Всі тіла складаються із елементарних частинок, які можуть нести позитивний та негативний електричні заряди або бути нейтральними, тобто мати однакову кіль –

кість зарядів, як (+) так (-).

Заряджені тіла взаємодіють між собою: однойменні заряди відштовхуються один від одного, різнойменно заряджені – притягуються. Дане явище пояснюється тим, що в просторі навколо кожного заряду утворюється поле, яке взаємодіє з полем другого заряду з деякою силою. Взаємодія заряджених тіл залежить від їх форми. Щоб виключити вплив форми тіла та встановити загальні закономірності сил, що діють на заряди, встановлено поняття точкового заряду. Точковим зарядом названо такі заряджені тіла, розміри яких набагато менші за відстань між ними. Кулоном було встановлено закон взаємодії двох точкових зарядів. Сила взаємодії F двох точкових зарядів пропорційна добутку величини зарядів та та обернено пропорційна квадрату відстані l між ними: F = , де - електрична постійна величина, що рівна 8,85* , діелектрична проникність середовища.

Напруженість одна із характеристик електричного поля. Щоб визначити напруженість, в досліджувану точку вносять позитивний пробний заряд. Пробний заряд – це заряд, величина і лінійні розміри якого настільки малі, що впливу його на конфігурацію та величину поля не мають. Напруженість чисельно рівна відношення сили F, з якою поле діє на пробний заряд q до його величини: ;

. Графічно електричне поле зображають лініями напруженості, так званими електричними силовими лініями.

д) +

мал. 1

Мал.1 Лінії напруженості електричного поля: а) позитивного заряду;

б) від'ємного заряду; в) двох однойменних зарядів; г) двох різнойменних зарядів; д) двох різнойменно заряджених пластин.

При переміщенні зарядів в однорідному електричному полі на відстань l, сили прикладені до заряду , здійснюють роботу:

Різниця потенціалів визначається відношенням роботи поля по переміщенню заряду з точки А в точку В до величини заряду. .

Різницею потенціалів також називають електричну напругу:

Властивість речовини проводити під дією незмінного в часі електричного поля незмінним в часі електричним струмом названо електропровідністю. В залежності від електропровідності, речовини розподіляють на провідники, напівпровідники та діелектрики (ізолятори). Провідники – речовини, які здатні добре проводити елект

ричний струм. Напівпровідники – речовини, основна властивість яких є сильна залежність електропровідності від взаємодії зовнішніх факторів ( температури, електричного поля, освітленості і т.д.). Діелектрики – речовини, які практично не проводять струму.

2. Конденсатори. З'єднання конденсаторів.

Фізична природа ємності: якщо деякий провідник, тобто поблизу якого немає ніяких інших тіл, що впливають на розподілення зарядів на ньому. Надамо такому провіднику заряд Q, то його потенціал буде пропорційним величині заряду. Звідси запишемо: Q = C , де С - ємність провідника, тому . Звідси ємність провідника – це фізична величина, що характеризує можливість провідника нако-

пичувати електричний заряд та відношенню заряду провідника до його потенціалу. Вимірюється у фарадах (Ф). Конденсатори дозволяють в досить малому об’ємі накопичувати значний електричний заряд. Будова найпростішого конденсатора показана на мал.2 (1,3 – металеві пластини (обкладки), 2 – діелектрик).

1 Ємність плоского конденсатора прямо пропорційна площі

2 пластини S, абсолютній діелектричній проникності діалект-

3 l рика та обернено пропорційний відстані між пластина-

ми: . Ємність довільного конденсатора розрахо-

мал.2 вують за формулою: .

Схема послідовного з'єднання двох конденсаторів показана на мал.3. При послі-

довному з'єднані заряди Q на обкладках конденсаторів рівні за

величиною, напруга обернено пропорційна ємностям .

+ - + - Загальна напруга в колі рівна сумі напруг конденсаторів:

U U = . Ємність двох конденсаторів з'єднаних послідовно:

мал.3 . В загальному випадку при послідовному з'єднанні декількох конденсаторів, ємності яких рівні величина обернена еквіва- лентній ємності, рівна сумі обернених величин ємностей конденсаторів: . Якщо ємності конденсаторів однакові, то сумарна ємність при їх пос- лідовному з'єднанні в n раз менша ємності кожного з них.

Схема паралельного з'єднання двох конденсаторів показано на мал.4. В даному випадку напруга на обох конденсаторах однакова і рівна загальній напрузі U, а за-

ряди на обкладках розподіляються прямо пропорційно ємності, тобто:

. Ємність двох конденсаторів з'єднаних паралельно, рівна сумі їх ємнос-

тей: . В загальному випадку довільне число конденсаторів еквівалентне

мал.4 ємності, яка рівна сумі ємностей конденсаторів: .

Якщо паралельно з'єднано однакових конденсаторів та еквівалентна

+ - ємності: .

3. Закони Ома, Кірхгофа, Джоуля – Ленца, з'єднання резис-

+ - рів.

U Закон Ома для ділянки кола.

Сила струму на ділянці кола прямо пропорційна напрузі на кінцях цієї ділянки і обернено пропорційна опорові: .

Питання для самоперевірки.

1. Електричні заряди та їх взаємодія.

2. Закон Кулона.

3. Напруженість електричного поля; лінії напруженості даного поля.

4. Робота по переміщенню заряду. Різниця потенціалів.

5. Будова, принцип роботи, розрахунок ємності конденсатора.

6. З'єднання конденсаторів.

7. Сформулювати з поясненням величин законів Ома, Джоуля – Ленца, Кірхгофа, з'єднання опорів, залежності опору провідника.

Задачі.

1. Електричний акумулятор ємністю 45 А·год заряджають 8 год, зменшуючи струм кожних 2 години вдвічі. Визначте значення струму в кожному періоді зарядки.

Розв'язок. Ємністю зарядки акумулятора називають кількість електроенергії, яку надали акумулятору під час зарядки. Всього було двогодинних періода зарядки. Позначимо струм в першому періоді зарядки І, то в другому періоді він буде , а третьому , в четвертому . При постійному струмі І кількість електроенергії q, яке перенесене в колі матеріальними частинками за час I рівне q = І · t, тому в даному випадку: q = І · ) · + . Підставивши значення, отримаємо: 45 = 2 · · І, звідси І = 12 А, для 2 – го періоду І = 6 А, для третього – І = 3 А, для четвертого – І = 1,5 А.

2. Обмотка котушки виконана із мідного провідника діаметром d = 0,815 мм. Провідник покритий емаллю. Розміри котушки: довжина L = 125 мм; внутрішній діаметр обмотки зовнішній діаметр .

Від каркасу котушки, обмотки віддаляє ізоляційний

картон товщиною . Визначте електрич-

ний опір обмотки при температурі 20°С враховую-

0,55 125 чи для міді

Розв'язок. Для визначення питомого опору провід-

ника необхідно знати площу поперечного перерізу

150 провідника S та його довжину l, тому

= . Довжину провідника обмотки l визначимо, встановивши кількість витків та довжину середнього витка:

Число горизонтальних шарів (в напрямку діаметрів) дорівнює ширині вікна каркасу ( ), яке розділено на діаметр провідника:

Число вертикальних рядів (в напрямку довжини) дорівнює висоті вікна каркасу мм, розділений на діаметр провідника:

=

Число витків котушки дорівнює добутку чисел горизонтальних шарів та вертикальних рядів : = 15·152 = 2280

Довжина провідника котушки l =

Електричний опір обмотки

3. Визначте, згідно нижче вказаної схеми, , , , якщо , , ,

1. Визначимо загальний опір даної схеми. Для

цього розіб'ємо дану схему на каскади. Отри-

маємо , бо дані каскади з'єдна-

но послідовно.

2.Далі розглянемо каскад в якому каска-

ди та з'єднано паралельно, тому: . Так як у каскадах та резистори з’єднано послідовно, тому , ; тому звідси .

3.Звідси визначимо загальний опір кола .

4. Нам відомо силу струму на п’ятому резисторі, а так як четвертий та п’ятий резистори з’єднано послідовно, то і сила струму на них буде рівною , тобто

5. Визначимо значення напруги на каскаді . Для цього скористаємось законом Ома для ділянки кола .

6. Каскади та з'єднано паралельно, тому і напруга на них буде однаковою =

7. Визначимо силу струму каскаду

8. Так як , з'єднано послідовно, то і сила струму на них буде однаковою, тому , звідси

9. Для визначення розглянемо, що нам відомо на каскаді . На даному каскаді відомо опір та напругу , тому скориставшись законом Ома для ділянки кола, визначимо . Проте нам відомо, що резистори в даному каскаді з’єднано послідовно, а це означає, що струм каскаду та кожного із резисторів однаковий, тому

Поиск по сайту: