На каком участке цепи свободные заряды движутся против сил электростатического поля кратко
Обновлено: 02.07.2024
Если изолированный проводник поместить в электрическое поле то на свободные заряды в проводнике будет действовать сила В результате в проводнике возникает кратковременное перемещение свободных зарядов. Этот процесс закончится тогда, когда собственное электрическое поле зарядов, возникших на поверхности проводника, скомпенсирует полностью внешнее поле. Результирующее электростатическое поле внутри проводника будет равно нулю (см. § 1.5).
Однако, в проводниках при определенных условиях может возникнуть непрерывное упорядоченное движение свободных носителей электрического заряда. Такое движение называется электрическим током . За направление электрического тока принято направление движения положительных свободных зарядов. Для существования электрического тока в проводнике необходимо создать в нем электрическое поле.
Количественной мерой электрического тока служит сила тока – скалярная физическая величина, равная отношению заряда Δ, переносимого через поперечное сечение проводника (рис. 1.8.1) за интервал времени Δ, к этому интервалу времени:
Если сила тока и его направление не изменяются со временем, то такой ток называется постоянным .
Упорядоченное движение электронов в металлическом проводнике и ток . – площадь поперечного сечения проводника, – электрическое поле
В Международной системе единиц СИ сила тока измеряется в амперах (А). Единица измерения тока устанавливается по магнитному взаимодействию двух параллельных проводников с током (см. § 1.16).
Постоянный электрический ток может быть создан только в замкнутой цепи , в которой свободные носители заряда циркулируют по замкнутым траекториям. Электрическое поле в разных точках такой цепи неизменно во времени. Следовательно, электрическое поле в цепи постоянного тока имеет характер замороженного электростатического поля. Но при перемещении электрического заряда в электростатическом поле по замкнутой траектории, работа электрических сил равна нулю (см. § 1.4). Поэтому для существования постоянного тока необходимо наличие в электрической цепи устройства, способного создавать и поддерживать разности потенциалов на участках цепи за счет работы сил неэлектростатического происхождения . Такие устройства называются источниками постоянного тока . Силы неэлектростатического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются сторонними силами .
Природа сторонних сил может быть различной. В гальванических элементах или аккумуляторах они возникают в результате электрохимических процессов, в генераторах постоянного тока сторонние силы возникают при движении проводников в магнитном поле. Источник тока в электрической цепи играет ту же роль, что и насос, который необходим для перекачивания жидкости в замкнутой гидравлической системе. Под действием сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля, благодаря чему в замкнутой цепи может поддерживаться постоянный электрический ток.
При перемещении электрических зарядов по цепи постоянного тока сторонние силы, действующие внутри источников тока, совершают работу.
Физическая величина, равная отношению работы сторонних сил при перемещении заряда от отрицательного полюса источника тока к положительному к величине этого заряда, называется электродвижущей силой источника (ЭДС):
Таким образом, ЭДС определяется работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда. Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).
При перемещении единичного положительного заряда по замкнутой цепи постоянного тока работа сторонних сил равна сумме ЭДС, действующих в этой цепи, а работа электростатического поля равна нулю.
Цепь постоянного тока можно разбить на отдельные участки. Те участки, на которых не действуют сторонние силы (т. е. участки, не содержащие источников тока), называются однородными . Участки, включающие источники тока, называются неоднородными .
Немецкий физик Г. Ом в 1826 году экспериментально установил, что сила тока , текущего по однородному металлическому проводнику (т. е. проводнику, в котором не действуют сторонние силы), пропорциональна напряжению на концах проводника:
где = const.
Величину принято называть электрическим сопротивлением . Проводник, обладающий электрическим сопротивлением, называется резистором . Данное соотношение выражает закон Ома для однородного участка цепи: сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.
В СИ единицей электрического сопротивления проводников служит ом (Ом). Сопротивлением в 1 Ом обладает такой участок цепи, в котором при напряжении 1 В возникает ток силой 1 А.
Проводники, подчиняющиеся закону Ома, называются линейными . Графическая зависимость силы тока от напряжения (такие графики называются вольт-амперными характеристиками , сокращенно ВАХ) изображается прямой линией, проходящей через начало координат. Следует отметить, что существует много материалов и устройств, не подчиняющихся закону Ома, например, полупроводниковый диод или газоразрядная лампа. Даже у металлических проводников при токах достаточно большой силы наблюдается отклонение от линейного закона Ома, так как электрическое сопротивление металлических проводников растет с ростом температуры.
Это соотношение принято называть обобщенным законом Ома или законом Ома для неоднородного участка цепи .
На рис. 1.8.2 изображена замкнутая цепь постоянного тока. Участок цепи () является однородным.
По закону Ома
| . |
Участок () содержит источник тока с ЭДС, равной .
По закону Ома для неоднородного участка,
| . |
Сложив оба равенства, получим:
| . |
Эта формула выражет закон Ома для полной цепи : сила тока в полной цепи равна электродвижущей силе источника, деленной на сумму сопротивлений однородного и неоднородного участков цепи.
Сопротивление неоднородного участка на рис. 1.8.2 можно рассматривать как внутреннее сопротивление источника тока . В этом случае участок () на рис. 1.8.2 является внутренним участком источника. Если точки и замкнуть проводником, сопротивление которого мало по сравнению с внутренним сопротивлением источника ( ток короткого замыкания
Сила тока короткого замыкания – максимальная сила тока, которую можно получить от данного источника с электродвижущей силой и внутренним сопротивлением . У источников с малым внутренним сопротивлением ток короткого замыкания может быть очень велик и вызывать разрушение электрической цепи или источника. Например, у свинцовых аккумуляторов, используемых в автомобилях, сила тока короткого замыкания может составлять несколько сотен ампер. Особенно опасны короткие замыкания в осветительных сетях, питаемых от подстанций (тысячи ампер). Чтобы избежать разрушительного действия таких больших токов, в цепь включаются предохранители или специальные автоматы защиты сетей.
В ряде случаев для предотвращения опасных значений силы тока короткого замыкания к источнику последовательно подсоединяется некоторое внешнее сопротивление. Тогда сопротивление равно сумме внутреннего сопротивления источника и внешнего сопротивления, и при коротком замыкании сила тока не окажется чрезмерно большой.
Если внешняя цепь разомкнута, то , т. е. разность потенциалов на полюсах разомкнутой батареи равна ее ЭДС.
Если внешнее нагрузочное сопротивление включено и через батарею протекает ток , разность потенциалов на ее полюсах становится равной
Схематическое изображение источника постоянного тока: 1 – батарея разомкнута; 2 – батарея замкнута на внешнее сопротивление ; 3 – режим короткого замыкания
Для измерения напряжений и токов в электрических цепях постоянного тока используются специальные приборы – вольтметры и амперметры .
Вольтметр предназначен для измерения разности потенциалов, приложенной к его клеммам. Он подключается параллельно участку цепи, на котором производится измерение разности потенциалов. Любой вольтметр обладает некоторым внутренним сопротивлением . Для того, чтобы вольтметр не вносил заметного перераспределения токов при подключении к измеряемой цепи, его внутреннее сопротивление должно быть велико по сравнению с сопротивлением того участка цепи, к которому он подключен. Для цепи, изображенной на рис. 1.8.4, это условие записывается в виде:
| >> 1. |
Поскольку внутри вольтметра не действуют сторонние силы, разность потенциалов на его клеммах совпадает по определению с напряжением. Поэтому можно говорить, что вольтметр измеряет напряжение.
Амперметр предназначен для измерения силы тока в цепи. Амперметр включается последовательно в разрыв электрической цепи, чтобы через него проходил весь измеряемый ток. Амперметр также обладает некоторым внутренним сопротивлением A. В отличие от вольтметра, внутреннее сопротивление амперметра должно быть достаточно малым по сравнению с полным сопротивлением всей цепи. Для цепи на рис. 1.8.4 сопротивление амперметра должно удовлетворять условию
| A, |
Измерительные приборы – вольтметры и амперметры – бывают двух видов: стрелочные (аналоговые) и цифровые. Цифровые электроизмерительные приборы представляют собой сложные электронные устройства. Обычно цифровые приборы обеспечивают более высокую точность измерений.
На каком участке цепи свободные электроны движутся против сил электростатического поля?
Это может происходить только в ИСТОЧНИКЕ тока.
В однородном электростатическом поле перемещается положительный заряд из точки M в точку N по разным траекториям (рис?
В однородном электростатическом поле перемещается положительный заряд из точки M в точку N по разным траекториям (рис.
43). В каком случае работа сил электростатического поля больше?
Показание вольтметра, подключенного к участку цепи, составляет 4, 5 В?
Показание вольтметра, подключенного к участку цепи, составляет 4, 5 В.
Какую работу совершвет электрическое поле на этом участке цепи при перемещении заряда 20 мКл.
Электростатическое поле создано зарядом 3, 3 * 10 ^ - 5 Кл?
Электростатическое поле создано зарядом 3, 3 * 10 ^ - 5 Кл.
Найти работу сил поля по перемещению электрона из бесконечности на расстояние 5 см от заряда.
Под действием электрического поля электроны в полупроводнике движутся слева направо?
Под действием электрического поля электроны в полупроводнике движутся слева направо.
В какую сторону движутся при этом "Дырки" .
Физическая скалярная величина, определяемая отношением работы электростатических сил при перемещении электрического заряда из одной точки в другую к числовому значению этого заряда , называется?
Физическая скалярная величина, определяемая отношением работы электростатических сил при перемещении электрического заряда из одной точки в другую к числовому значению этого заряда , называется.
А)разностью потенциалов между точками электростатического поля ; бФизическая скалярная величина, определяемая отношением работы электростатических сил при перемещении электрического заряда из одной точки в другую к числовому значению этого заряда , называется.
А)разностью потенциалов между точка б)напряженностью электростатического поля ; с)потенциалов электростатического поля ; д)плотностью энергии электростатического поля.
Решите, пожалуйста, задачку по физике : В однородном электростатическом поле перемещается положительный заряд из точки М в точку N по разным траекториям (рис?
Решите, пожалуйста, задачку по физике : В однородном электростатическом поле перемещается положительный заряд из точки М в точку N по разным траекториям (рис.
43). В каком случае работа сил электростатического поля больше?
В) Во всех случаях работа сил электростатического поля одинакова.
Определить во сколько электростатическая сила действующая между протоном и электроном больше чем гравитационная?
Определить во сколько электростатическая сила действующая между протоном и электроном больше чем гравитационная?
За какое время электрический ток на участке цепи совершает работу 6Дж, если напряжение на участке цепи равно 2В, а сила тока в цепи 3А?
За какое время электрический ток на участке цепи совершает работу 6Дж, если напряжение на участке цепи равно 2В, а сила тока в цепи 3А?
Помогите решить(с объяснениями ) В однородном электрическом поле перемещается положительный электрический заряд из т?
Помогите решить(с объяснениями ) В однородном электрическом поле перемещается положительный электрический заряд из т.
Б по траектории l, ll, lll.
В каком случае работа сил электростатического поля больше ?
А) l б) ll в) lll г)работа сил электростатического поля по траекториям l, ll, lll одинакова.
В каком направлении движутся электроны проводимости в полной цепи постоянного тока?
В каком направлении движутся электроны проводимости в полной цепи постоянного тока?
Поднялся на 2м и упал на 2м - путь всего 4м. Путь = 4м Перемещение = 0 (Так как мяч вернулся в начальную точку).
Период джаижения материальной точки 3 с.
25 м / с = 25 * 3600 / 1000 = 90 км / ч.
90 км / час. Умножили на 3, 6 и получился ответ. Почему именно на 3, 6? 1 м / c = = км / 1000 * 3600 / час = 3, 6 км / час.
Масса ящика 6кг для того чтобы определить вес надо массу умножить на 9, 8 или приблизительно на 10Н / кг тода вес ящика будет равен 60 Ньютонов но ящик лежит на опоре значит со стороны опоры на него тоже действует сила эта сила и есть реакция опоры. ..
Это тело , которое движется по окружности , не изменяется по модулю , а все время изменяется по направлению , и в любой точке траектории направлена по касательной к дуге этой окружности.
3 вариант есть правильным.
75см 250мм = 1м, 1, 25км = 10250м, 1, 42см = 0, 0142м, 0, 5мм = 0, 0025м.
С = L(лябда)M = 5 * 4200 = 21000.
Не работают - холодильник, утюг, зарядки от вай фая(( ))нету света, интернета.
© 2000-2022. При полном или частичном использовании материалов ссылка обязательна. 16+
Сайт защищён технологией reCAPTCHA, к которой применяются Политика конфиденциальности и Условия использования от Google.
Внутри источника тока (на участке с внутренним сопротивлением).
Высота масса скорость время и так далее являются физическими величинами. Измерить какую нибудь величину это значит Сравните с однородной величиной принятой за единицу
что за еденица Н, в чём выражается?
сила в Ньютонах (Н)
Между двумя параллельными пластинами, вертикально расположенными, подвешен шарик массой 0,1 г. Пластины заряжены, и при напряжен
Рычаг находится в равновесии под действием двух сил.Первая сила 4 Н имеет плечо 15 см . Определите , чему равна вторая сила , ес
Сколько энергии израсходовано на нагривание воды массой 0,75 кг от 20 до 100 градусов цельсия и последующие образования пара мас
Определить кинетическую энергию тела массой 5 г, гармонично колеблется по закону x = 20sin (0,5t + п \ 6) см через 5 с после н
При падении тела с большой высоты в воздухе через некоторый промежуток времени его скорость становится постоянной. Учитывая, что
Найти работу ,если под действием силы 3H тело перемещается на 2м,угол между направлением силы и перемещением 60 градусов
При прохождении тока в проводнике выделяется некоторое количество теплоты. Согласно закону сохранения энергии при этом в электрическую цепь должна поступать энергия.
Может ли источником этой энергии быть электростатическое поле? Нет, не может, потому что при перемещении заряда вдоль всей цепи, то есть по замкнутой траектории, работа электростатического поля равна кулю.
Следовательно, для существования тока в замкнутой цепи в ней должен быть участок, на котором свободные заряды движутся против сил электростатического поля. Таким участком цепи является источник тока (рис. 59.1).
В источнике тока на свободные заряды действуют силы, которые имеют не электростатическую природу. Их называют сторонними силами. В результате действия сторонних сил происходит разделение зарядов: на одном полюсе источника тока накапливается положительный заряд, а на другом – отрицательный. Вследствие этого возникает электростатическое поле, которое движет свободные заряды в электрической цепи вне источника тока, то есть во внешней цепи.
В химических источниках тока сторонние силы имеют химическую природу. Например, если погрузить цинковый и медный электроды в серную кислоту, то положительные ионы цинка будут чаще покидать электрод, чем положительные ионы меди. В результате между медным и цинковым электродами возникнет разность потенциалов: потенциал медного электрода будет больше, чем цинкового. Медный электрод станет положительным полюсом источника тока, а цинковый – отрицательным.
В генераторах электростанций сторонними силами являются силы, действующие на свободные электроны в металле со стороны вихревого электрического поля, порождаемого переменным магнитным полем. Работа вихревого электрического поля по перемещению заряда вдоль замкнутого контура не равна нулю. Действие генераторов тока мы рассмотрим в курсе физики 11-го класса.
Электродвижущая сила источника тока
В источнике тока сторонние силы, перемещая свободные заряды против действия сил электростатического поля, совершают работу, которую мы обозначим Aстор.
Эта работа пропорциональна заряду q, который перемещается вдоль цепи за данный промежуток времени. Поэтому отношение работы сторонних сил к величине заряда не зависит ни от Aстор, ни от q. Следовательно, оно является характеристикой источника тока. Это отношение называют электродвижущей силой источника (ЭДС) и обозначают ξ:
ЭДС, как и напряжение, измеряют в вольтах. Например, ЭДС батарейки составляет несколько вольт.
2. Закон Ома для полной цепи
Если сила тока в цепи равна I, то за время t по цепи проходит заряд q = It. Поэтому формулу (1) можно записать в виде
При этом во внешней цепи сопротивлением R выделяется количество теплоты
а внутри источника тока выделяется количество теплоты
где r – сопротивление источника, которое называют его внутренним сопротивлением.
Из закона сохранения энергии следует, что
? 1. Докажите, что из формул (2) – (5) следует:
Это соотношение называют законом Ома для полной цепи.
Сумму сопротивлений R + r называют полным сопротивлением цепи.
? 2. ЭДС источника тока 12 В, а его внутреннее сопротивление равно 2 Ом.
а) Чему равна сила тока в цепи, если сопротивление внешней цепи равно 4 Ом?
б) Какова максимально возможная сила тока в цепи? При каком сопротивлении внешней цепи это имеет место?
? 3. При внешнем сопротивлении 2 Ом сила тока в цепи равна 1,5 А, а при внешнем сопротивлении 4 Ом сила тока равна 1 А.
а) Чему равно внутреннее сопротивление источника?
б) Чему равна ЭДС источника?
Напряжение на полюсах источника
Закон Ома для полной цепи можно записать в виде
Первое слагаемое в этой формуле согласно закону Ома для участка цепи равно напряжению U на полюсах источника тока:
Поэтому формулу (7) можно записать в виде
Формула (8) выражает зависимость напряжения U на полюсах источника тока от силы тока I в цепи.
Поставим опыт
Зависимость U(I) можно измерить на опыте, изменяя силу тока в цепи с помощью реостата (рис. 59.2, а, б). Красная пунктирная линия на схеме 59.2, б показывает, как идет ток в реостате. Например, если ползунок реостата, изображенного на рисунке 59,2, а, сдвинуть вправо, то сопротивление реостата увеличится, потому что увеличится длина обмотки, по которой идет ток.
? 4. На рисунке 59.3 изображен график зависимости U(I) для некоторого источника тока.
а) Чему равна ЭДС этого источника тока?
б) Чему равна наибольшая сила тока?
в) Чему равно внутреннее сопротивление источника тока?
г) Чему равно внешнее сопротивление, когда сила тока равна нулю?
д) Чему равно внешнее сопротивление, когда сила тока максимальна?
е) Чему равно внешнее сопротивление при I = 1,5 А?
Максимальное напряжение на полюсах источника равно ξ. Это имеет место при I = 0. Сила тока равна нулю, когда полюса источника разомкнуты (в этом случае внешнее сопротивление цепи является бесконечно большим).
Следовательно, напряжение между разомкнутыми полюсами источника тока равно ЭДС этого источника.
Минимальное же напряжение между полюсами источника равно нулю. Это имеет место при коротком замыкании, когда внешнее сопротивление R = 0. В этом случае сила тока максимальна. Ее называют силой тока короткого замыкания.
? 5. Покажите, что сила тока короткого замыкания выражается формулой
Подсказка. Воспользуйтесь законом Ома для полной цепи.
Из формулы (9) видно, что при очень малом внутреннем сопротивлении источника (как, например, у автомобильного аккумулятора) сила тока короткого замыкания будет очень большой, что может вывести источник тока из строя.
? 6. Сила тока при коротком замыкании батарейки равна 2 А. Когда к батарейке подключили резистор сопротивлением 4 Ом, сила тока стала равной 1 А.
а) Как изменилось полное сопротивление цепи?
б) Чему равно внутреннее сопротивление батарейки?
Измерив напряжение на полюсах источника и силу тока в цепи при двух различных значениях сопротивления внешней цепи, можно найти ЭДС ξ и внутреннее сопротивление r источника тока. Это можно сделать графически и аналитически.
? 7. При силе тока в цепи 2 А напряжение на полюсах источника равно 8 В, а при силе тока 4 А напряжение на полюсах равно 4 В.
а) Постройте систему координат I, U и нанесите две точки графика зависимости U(I) согласно приведенным данным.
б) Проведите прямую через эти точки и отметьте точки пересечения этой прямой с осями координат. Используя этот график, найдите, чему равны ЭДС, сила тока короткого замыкания и внутреннее сопротивление источника тока.
в) Используя уравнение (8), составьте систему двух уравнений с двумя неизвестными ξ и r и решите ее.
3. КПД источника тока
Работу тока во внешней цепи называют полезной работой. Обозначим ее Aпол. Используя формулу для работы тока, получаем:
Поскольку источник обладает внутренним сопротивлением, полезная работа меньше работы сторонних сил, потому что часть работы сторонних сил расходуется на выделение в источнике тока количества теплоты I 2 rt. Поскольку
Aстор = I 2 Rt + I 2 rt,
получаем для отношения полезной работы к работе сторонних сил:
η = Aпол / Aстор = (I 2 Rt) / (I 2 Rt + I 2 rt) = R / (R + r).
Это отношение, выраженное в процентах, называют КПД источника тока.
? 8. При каком отношении внешнего сопротивления к внутреннему сопротивлению КПД источника тока равен: 50 %; 80 %? Почему случай, когда КПД источника тока равен 100 %, не представляет практического интереса?
Дополнительные вопросы и задания
9. На рисунке 59.4 изображена схема измерения зависимости напряжения U на полюсах источника тока от силы тока I. Амперметр и вольтметр считайте идеальными. Сопротивление всей обмотки реостата 16 Ом. При первом положении ползунка реостата показания приборов 3 А и 8 В, а при втором положении – 2 А и 12 В.
а) Как сдвинули ползунок реостата между первым и вторым измерениями – влево или вправо?
б) Чему равны ЭДС источника тока и его внутреннее сопротивление?
в) Каковы будут показания приборов, если ползунок реостата передвинуть в крайнее левое положение? в крайнее правое?
10. При силе тока 6 А мощность тока во внешней цепи равна 90 Вт, а при силе тока 2 А она равна 60 Вт.
а) Чему равна ЭДС источника тока?
б) Чему равно внутреннее сопротивление источника тока?
в) Чему равно напряжение на полюсах источника в первом и втором случаях?
г) Чему равен КПД источника тока в первом и втором случаях?
Читайте также: