Билет № 14
Работа и мощность в цепи постоянного тока. Электродвижущая сила. Закон Ома
для полной цепи
План ответа
1. Работа тока. 2. Закон Джоуля—Ленца 3. Электродвижущая сила. 4.
Закон Ома для полной цепи.
В электрическом поле из формулы определения напряжения (U = A/q) легко
получить выражение для расчета работы переноса электрического заряда А =
Uq, так как для тока заряд q = It, то работа тока: А = Ult, или А = I2R t =
U2/R • t.
Мощность, по определению, N = A/t, следовательно, N = UI = I2 R =
U2/R.
Русский ученый X. Ленц и английский ученый Джоуль опытным путем в
середине прошлого века установили независимо друг от друга закон, который
называется законом Джоуля—Ленца и читается так. При прохождении тока по
проводнику количество теплоты, выделившейся в проводнике, прямо
пропорционально квадрату силы, тока, сопротивлению проводника и времени
прохождения тока.
Q = I2Rt.
Полная замкнутая цепь представляет собой электрическую цепь, в состав
которой входят внешние сопротивления и источник тока (рис. 18). Как один из
участков цепи, источник тока обладает сопротивлением, которое называют
внутренним, г.
Для того чтобы ток проходил по замкнутой цепи, необходимо, чтобы в
источнике тока зарядам сообщалась дополнительная энергия, она берется за
счет работы по перемещению зарядов, которую производят силы
неэлектрического происхождения (сторонние силы) против сил электрического
поля. Источник тока характеризуется энергетической характеристикой, которая
называется ЭДС — электродвижущая сила источника. ЭДС — характеристика
источника энергии неэлектрической природы в электрической цепи,
необходимого для поддержания в ней электрического тока. ЭДС измеряется
отношением работы сторонних сил по перемещению вдоль замкнутой цепи
положительного заряда к этому заряду ?= Aст/q
Пусть за время t через поперечное сечение проводника пройдет
электрический заряд q. Тогда работу сторонних сил при перемещении заряда
можно записать так: Aст = ? q. Согласно определению силы тока q = It,
поэтому Aст = ? I t. При совершении этой работы на внутреннем и внешнем
участках цепи, сопротивления которых R и г, выделяется некоторое количество
теплоты. По закону Джоуля— Ленца оно равно: Q =I2Rt + I2rt. Согласно
закону сохранения энергии А = Q. Следовательно, ?•= IR + Ir. Произведение
силы тока на сопротивление участка цепи часто называют падением напряжения
на этом участке. Таким образом, ЭДС равна сумме падений напряжений на
внутреннем и внешнем участках замкнутой цепи. Обычно это выражение
записывают так: I = ?/(R + r). Эту зависимость опытным путем получил Г. Ом,
называется она законом Ома для полной цепи и читается так. Сила тока в
полной цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно
пропорциональна полному сопротивлению цепи. При разомкнутой цепи ЭДС равна
напряжению на зажимах источника и, следовательно, может быть измерена
вольтметром.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
