Tipuri de locuri de muncă 

Unitatea de măsură cu formula Edf. Ce este EMF - explicație în cuvinte simple

În fizică există un astfel de concept ca forta electromotoare(abreviat ca EMF) este utilizată ca principală caracteristică energetică a surselor de curent.

Forța electromotoare (EMF)

Forta electromotoare (EMF) – capacitatea unei surse de energie de a crea și menține o diferență de potențial între terminale.

EMF– măsurată în Volți

Tensiunea la bornele sursei este întotdeauna mai mică EMF prin mărimea căderii de tensiune.


Forta electromotoare

U RH = E – U R0

U RH – tensiune la bornele sursei. Măsurat cu un circuit extern închis.

E - EMF - măsurată la producător.

Forta electromotoare (EMF) este o mărime fizică care este egală cu câtul de împărțire a muncii care, la deplasarea unei sarcini electrice, este efectuată de forțe exterioare într-un circuit închis, la această sarcină însăși.

Trebuie remarcat faptul că forta electromotoareîntr-o sursă de curent apare și în absența curentului în sine, adică atunci când circuitul este deschis. Această situație se numește, de obicei, „în gol”, și valoarea în sine EMF când este egală cu diferenţa de potenţiale care sunt prezente la bornele sursei de curent.

Forța electromotoare chimică

Chimic forta electromotoare prezente în baterii și baterii galvanice în timpul proceselor de coroziune. În funcție de principiul pe care se bazează funcționarea unei anumite surse de energie, acestea se numesc fie baterii, fie celule galvanice.

Una dintre principalele caracteristici distinctive ale celulelor galvanice este că aceste surse de curent sunt, ca să spunem așa, de unică folosință. În timpul funcționării lor, acele substanțe active, datorită cărora este eliberată energie electrică, se dezintegrează aproape complet ca urmare a reacțiilor chimice. De aceea, dacă celula galvanică este complet descărcată, atunci nu mai poate fi folosită ca sursă de curent.

Spre deosebire de celulele galvanice, bateriile sunt reutilizabile. Acest lucru este posibil pentru că acestea reacții chimice care apar în ele sunt reversibile.

Forța electromagnetică electromotoare

Electromagnetic EMF apare în timpul funcționării unor dispozitive precum dinamo, motoare electrice, șocuri, transformatoare etc.

Esența sa este următoarea: atunci când conductorii sunt plasați într-un câmp magnetic și mutați în acesta în așa fel încât liniile câmpului magnetic se intersectează, are loc ghidarea EMF. Dacă circuitul este închis, atunci apare un curent electric în el.

În fizică, fenomenul descris mai sus se numește inducție electromagnetică. Forta electromotoare, care este indus în acest caz, se numește EMF inducţie.

Trebuie remarcat faptul că îndrumarea EMF Inducția are loc nu numai în cazurile în care un conductor se mișcă într-un câmp magnetic, ci și atunci când rămâne staționar, dar, în același timp, amploarea câmpului magnetic în sine se modifică.

Forța electromotoare fotovoltaică

Acest soi forta electromotoare apare atunci când există fie un efect fotoelectric extern, fie intern.

În fizică, efectul fotoelectric (efect fotoelectric) înseamnă acel grup de fenomene care au loc atunci când o substanță este expusă la lumină și, în același timp, sunt emiși electroni din aceasta. Acesta se numește efect fotoelectric extern. Daca in acelasi timp apare forta electromotoare sau se modifică conductivitatea electrică a substanței, atunci se vorbește despre efectul fotoelectric intern.

Acum, atât fotoefectele externe, cât și cele interne sunt utilizate pe scară largă pentru proiectarea și producerea unui număr mare de astfel de receptori de radiații luminoase care convertesc semnalele luminoase în semnale electrice. Toate aceste dispozitive se numesc fotocelule și sunt utilizate atât în ​​tehnologie, cât și în realizarea diverselor cercetare științifică. În special, fotocelulele sunt folosite pentru a face cele mai obiective măsurători optice.

Forța de antrenare electrostatică

Cât despre acest tip forta electromotoare, apoi, de exemplu, apare în timpul frecării mecanice care apare în unitățile electroforice (demonstrație specială de laborator și dispozitive auxiliare) și apare și în nori cu tunere.

Generatoarele Wimshurst (acesta este un alt nume pentru mașinile electroforice) folosesc un fenomen numit inducție electrostatică pentru funcționarea lor. În timpul funcționării lor, sarcinile electrice se acumulează la poli, în borcanele Leyden, iar diferența de potențial poate atinge valori foarte semnificative (până la câteva sute de mii de volți).

Natura electricității statice este aceea că apare atunci când echilibrul intramolecular sau intraatomic este perturbat din cauza pierderii sau câștigului de electroni.

Forța electromotoare piezoelectrică

Acest soi forta electromotoare apare atunci când are loc fie strângerea, fie întinderea unor substanțe numite piezoelectrice. Ele sunt utilizate pe scară largă în modele precum senzori piezoelectrici, oscilatoare cu cristal, hidrofoane și altele.

Este efectul piezoelectric care stă la baza funcționării senzorilor piezoelectrici. Ei înșiși aparțin așa-numiților senzori de tip generator. În ele, cantitatea de intrare este forța aplicată, iar cantitatea de ieșire este cantitatea de electricitate.

În ceea ce privește dispozitivele precum hidrofoanele, funcționarea acestora se bazează pe principiul așa-numitului efect piezoelectric direct, pe care îl au materialele piezoceramice. Esența sa este că, dacă presiunea sonoră este aplicată pe suprafața acestor materiale, atunci apare o diferență de potențial la electrozii lor. Mai mult, este proporțională cu valoarea presiunii sonore.

Unul dintre principalele domenii de aplicare a materialelor piezoelectrice este producerea de oscilatoare de cuarț care au rezonatoare de cuarț în proiectarea lor. Astfel de dispozitive sunt concepute pentru a produce oscilații cu o frecvență strict fixă, care sunt stabile atât în ​​timp, cât și cu schimbările de temperatură și, de asemenea, au un nivel foarte scăzut de zgomot de fază.

Forța electromotoare termoionică

Acest soi forta electromotoare apare atunci când emisia termică a particulelor încărcate are loc de la suprafața electrozilor încălziți. Emisia termoionică este utilizată destul de larg în practică; de exemplu, funcționarea aproape tuturor tuburilor radio se bazează pe aceasta.

Forța electromotoare termoelectrică

Acest soi EMF apare atunci când temperatura este distribuită foarte eterogen la capete diferite ale conductorilor diferiți sau pur și simplu în diferite părți ale circuitului.

Termoelectric forta electromotoare utilizat în dispozitive precum pirometre, termocupluri și mașini frigorifice. Senzorii a căror funcționare se bazează pe acest fenomen se numesc termoelectrici și sunt, de fapt, termocupluri formate din electrozi din diferite metale lipite între ele. Când aceste elemente sunt fie încălzite, fie răcite, a EMF, care în mărimea sa este proporțională cu modificarea temperaturii.

>>Fizica: Forta electromotoare

Orice sursă de curent este caracterizată de forță electromotoare sau, pe scurt, EMF. Deci, pe o baterie de lanternă rotundă scrie: 1,5 V. Ce înseamnă asta?
Conectați două bile metalice care poartă sarcini de semne opuse cu un conductor. Sub influența câmpului electric al acestor sarcini, în conductor apare un curent electric ( Fig.15.7). Dar acest curent va fi de foarte scurtă durată. Sarcinile se neutralizează rapid una pe cealaltă, potențialele bilelor vor deveni aceleași și câmp electric va disparea.
Forțele exterioare. Pentru ca curentul să fie constant, este necesar să se mențină presiune constantăîntre bile. Pentru aceasta aveți nevoie de un dispozitiv ( sursa actuala), care ar muta sarcinile de la o bilă la alta în direcția opusă direcției forțelor care acționează asupra acestor sarcini din câmpul electric al bilelor. Într-un astfel de dispozitiv, pe lângă forțele electrice, sarcinile trebuie să fie acționate de forțe de origine neelectrostatică ( Fig.15.8). Numai câmpul electric al particulelor încărcate ( Câmpul Coulomb) nu este capabil să mențină un curent constant în circuit.

Orice forță care acționează asupra particulelor încărcate electric, cu excepția forțelor de origine electrostatică (adică, forțele Coulomb), se numesc de forţe exterioare.
Concluzia despre necesitatea forțelor externe pentru a menține un curent constant în circuit va deveni și mai evidentă dacă ne întoarcem la legea conservării energiei. Câmpul electrostatic este potențial. Munca efectuată de acest câmp atunci când particulele încărcate se deplasează în el de-a lungul unui circuit electric închis este zero. Trecerea curentului prin conductori este însoțită de eliberarea de energie - conductorul se încălzește. Prin urmare, trebuie să existe o sursă de energie în circuitul care o furnizează circuitului. Pe lângă forțele Coulomb, trebuie să acționeze în ea forțe terțe, nepotențiale. Lucrarea acestor forțe de-a lungul unei bucle închise trebuie să fie diferită de zero. În procesul de a lucra prin aceste forțe, particulele încărcate dobândesc energie în interiorul sursei de curent și apoi o dau conductoarelor circuitului electric.
Forțele terțe pun în mișcare particulele încărcate în interiorul tuturor surselor de curent: în generatoare de la centralele electrice, în celule galvanice, baterii etc.
Când un circuit este închis, se creează un câmp electric în toți conductorii circuitului. În interiorul sursei de curent, sarcinile se deplasează sub influența forțe externe împotriva forțelor coulombiene(electroni de la un electrod încărcat pozitiv la unul negativ), iar într-un circuit extern ei sunt conduși de un câmp electric (vezi. Fig.15.8).
Natura forțelor externe. Natura forțelor externe poate fi variată. În generatoarele de centrale electrice, forțele străine sunt forțe care acționează dintr-un câmp magnetic asupra electronilor dintr-un conductor în mișcare.
Într-o celulă galvanică, cum ar fi o celulă Volta, funcționează forțele chimice. Celula Volta este formată din electrozi de zinc și cupru plasați într-o soluție de acid sulfuric. Forțele chimice fac ca zincul să se dizolve în acid. Ionii de zinc încărcați pozitiv trec în soluție, iar electrodul de zinc însuși devine încărcat negativ. (Cupru se dizolvă foarte puțin în acid sulfuric.) Între electrozii de zinc și de cupru apare o diferență de potențial, care determină curentul într-un circuit electric închis.
Acţiunea forţelor exterioare se caracterizează printr-o mărime fizică importantă numită forta electromotoare(abreviat EMF).
Forța electromotoare a unei surse de curent este egală cu raportul dintre munca efectuată de forțele externe atunci când se deplasează o sarcină de-a lungul unui circuit închis și mărimea acestei sarcini:

Forța electromotoare, ca și tensiunea, este exprimată în volți.
De asemenea, putem vorbi despre forța electromotoare în orice parte a circuitului. Aceasta este munca specifică a forțelor externe (lucrare pentru a muta o singură sarcină) nu pe întregul circuit, ci numai într-o zonă dată. Forța electromotoare a unei celule galvanice este o cantitate egală numeric cu munca forțelor exterioare la mutarea unei singure sarcini pozitive în interiorul unui element de la un pol la altul. Lucrarea forțelor externe nu poate fi exprimată printr-o diferență de potențial, deoarece forțele externe sunt nepotențiale și munca lor depinde de forma traiectoriei sarcinilor. Deci, de exemplu, munca forțelor externe atunci când se deplasează o sarcină între bornele unei surse de curent în afara sursei în sine este zero.
Acum știi ce este EMF. Dacă bateria spune 1,5 V, asta înseamnă că forțele externe (chimice în acest caz) fac 1,5 J de lucru atunci când mută o încărcare de 1 C de la un pol al bateriei la altul. Curentul continuu nu poate exista într-un circuit închis dacă nu acționează forțe externe în el, adică nu există EMF.

???
1. De ce câmpul electric al particulelor încărcate (câmpul Coulomb) nu este capabil să mențină un curent electric constant într-un circuit?
2. Ce forțe sunt de obicei numite terțe părți?
3. Ce se numește forță electromotoare?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Fizica clasa a X-a

Bibliotecă online cu manuale și cărți de fizică, planuri de lecție pentru toate disciplinele, teme de fizică pentru clasa a 10-a

Conținutul lecției notele de lecție sprijinirea metodelor de accelerare a prezentării lecției cadru tehnologii interactive Practică sarcini și exerciții ateliere de autotestare, instruiri, cazuri, întrebări teme pentru acasă întrebări de discuție întrebări retorice de la elevi Ilustrații audio, clipuri video și multimedia fotografii, imagini, grafice, tabele, diagrame, umor, anecdote, glume, benzi desenate, pilde, proverbe, cuvinte încrucișate, citate Suplimente rezumate articole trucuri pentru pătuțurile curioși manuale dicționar de bază și suplimentar de termeni altele Îmbunătățirea manualelor și lecțiilorcorectarea erorilor din manual actualizarea unui fragment dintr-un manual, elemente de inovație în lecție, înlocuirea cunoștințelor învechite cu altele noi Doar pentru profesori lecții perfecte plan calendaristic timp de un an recomandări metodologice ale programului de discuţii Lecții integrate

Dacă aveți corecții sau sugestii pentru această lecție,

    Curentul electric, densitatea curentului, tensiunea electrică, energia când curge curentul, puterea curentului electric
  • Electricitate
    Curentul electric este un fenomen de mișcare ordonată sarcini electrice. Direcția curentului electric este considerată direcția de mișcare a sarcinilor pozitive.

    Formula curentului electric:

    Curentul electric se măsoară în amperi. SI: A.
    Curentul electric este indicat cu litere latine i sau eu. Simbol aceasta) denotă valoarea „instantanee” a curentului, adică curent de orice tip în orice moment. Într-un anumit caz, acesta poate fi constant sau variabil.

    Literă latină majusculă eu De regulă, este indicată o valoare constantă a curentului.
    În orice secțiune a unui circuit electric neramificat, curge un curent de mărime egală, care este direct proporțional cu tensiunea de la capetele secțiunii și invers proporțional cu rezistența acesteia. Valoarea curentă este determinată de legea lui Ohm:
    1) pentru circuit DC
    2) pentru circuitul de curent alternativ,
    Unde U- Voltaj, ÎN;
    R- rezistenta ohmica, Ohm;
    Z- rezistenta totala, Ohm.
    Rezistența ohmică a conductorului:
    ,
    Unde l- lungimea conductorului, m;
    s- secțiune transversală, mm 2;
    ρ -rezistivitate, (Ohm mm2)/m.
    Dependența rezistenței ohmice de temperatură:
    Rt = R20,
    Unde R 20- rezistenta la 20°C, Ohm;
    Rt- rezistenta la t°C, Ohm;
    α - coeficientul de rezistenta la temperatura.
    impedanța circuitului AC:
    ,
    unde este rezistența activă, Ohm;
    - reactanța inductivă, Ohm;
    - inductanță, Gn;
    - capacitate, Ohm;
    - capacitate, F.
    Rezistența activă este mai mare decât rezistența ohmică R:
    ,
    unde este un coeficient care ține cont de creșterea rezistenței cu curent alternativ, în funcție de: frecvența curentului; proprietăți magnetice, conductivitate și diametrul conductorului.
    La frecvență industrială, pentru conductoarele din oțel, acestea sunt acceptate și luate în considerare.

  • Densitatea curentă
    Densitatea curentă ( j) este curentul calculat pe unitate de suprafață a secțiunii transversale ( s)
    .
    Pentru a distribui uniform densitatea de curent și a o alinia cu normala la suprafața prin care curge curentul, formula densității de curent ia forma:
    ,
    Unde eu- puterea curentului prin secțiunea conductorului cu aria s.
    SI: A/m 2
  • Tensiune electrică
    Când curge curentul, ca în orice mișcare a sarcinilor, are loc un proces de conversie a energiei. Tensiunea electrică este cantitatea de energie care trebuie cheltuită pentru a muta o unitate de sarcină dintr-un punct în altul.
    Formula tensiunii electrice:

    Tensiunea electrică este indicată printr-o literă latină u. Simbol u(t) denotă valoarea tensiunii „instantanee” și cu literă latină majusculă U De regulă, este indicată tensiunea constantă.
    Tensiunea electrică se măsoară în volți. SI: ÎN.
  • Energia atunci când curge curent electric
    Formula pentru energie atunci când curge curent electric:

    SI: J
  • Putere atunci când curge curent electric
    Formula de putere atunci când curge curent electric:

    SI: W.
    Circuit electric
  • Circuit electric- un set de dispozitive concepute pentru a permite trecerea curentului electric prin ele.
    Aceste dispozitive se numesc elemente de circuit.
  • Surse energie electrica - dispozitive care convertesc tipuri diferite energie, cum ar fi mecanică sau chimică, în energie electrică.
  • Sursa ideala de tensiune- o sursă a cărei tensiune la borne nu depinde de mărimea curentului care trece prin ea.

    Rezistența internă a unei surse de tensiune ideală poate fi presupusă în mod convențional a fi zero.
  • Sursa de curent ideala- o sursă, mărimea curentului care trece prin care nu depinde de tensiunea la bornele sale.

    Rezistența internă a unei astfel de surse poate fi presupusă convențional a fi egală cu infinitul.
  • Receptor este un dispozitiv care consumă energie sau transformă energia electrică în alte tipuri de energie.
  • Rețea cu două terminale este un circuit care are două borne de conectare (poli).
  • Element R ideal (element rezistiv, rezistor)- acesta este un element de circuit pasiv în care are loc procesul ireversibil de transformare a energiei electrice în energie termică.
    Parametrul principal al unui rezistor este rezistența acestuia.

    Rezistența se măsoară în ohmi. SI: Ohm
    Conductivitate este reciproca rezistenței.
    .
    Conductibilitatea este măsurată în Siemens. SI: Cm.
    Formula de putere a elementului R:
    .
    Formula energetică a elementului R:
    .
  • Element C ideal (element capacitiv sau condensator)- acesta este un element de circuit pasiv în care are loc procesul de transformare a energiei unui curent electric în energia unui câmp electric și invers. Într-o celulă C ideală nu există pierderi de energie.
    Formula de capacitate:
    . Exemple: , .
    Curent de capacitate:

    Tensiune de capacitate:
    .
    Legea comutației pentru un element capacitiv. Cu un curent de amplitudine finită, sarcina elementului C nu se poate schimba brusc: .
    .
    Cu o capacitate constantă, tensiunea pe elementul capacitiv nu se poate schimba brusc: .
    Puterea celulei C: .
    La p > 0- energia este stocată când p< 0
    Energia elementului C:
    , sau
    .


    Capacitatea se măsoară în faradi. SI: F.
  • Element L ideal (element inductiv sau inductor)- acesta este un element pasiv în care are loc procesul de transformare a energiei curentului electric în energia unui câmp magnetic și invers. Într-un element L ideal nu există pierderi de energie.
    Pentru un element L liniar, formula inductanței ( L) are forma:
    ,
    unde este legătura fluxului.
    Inductanța este desemnată printr-o literă și joacă rolul unui coeficient de proporționalitate între flux și curent.
    Tensiune pe elementul inductiv:
    .
    Curent în elementul inductiv:
    .
    Legea comutației pentru un element inductiv. Cu o tensiune de amplitudine finită, legătura de flux nu se poate schimba brusc: .
    .
    Cu o inductanță constantă, curentul din elementul inductiv nu se poate schimba brusc: .
    Putere element L: .
    La p > 0- energia este stocată când p< 0 - energia se întoarce la sursă.
    Energia elementului L:
    , sau
    .
    Dacă la momentul , energia este 0, atunci

    Inductanța se măsoară în henri. SI: Gn
    Exemplu: .
  • R, L, C— elemente bipolare pasive de bază ale circuitelor electrice.

    Legile de bază ale circuitelor electrice
  • Legea lui Ohm pentru o secțiune de circuit care nu conține o sursă EMF.
    Legea lui Ohm pentru o secțiune de circuit care nu conține o sursă EMF stabilește o relație între curent și tensiune în această secțiune.

    În raport cu această figură, expresia matematică a legii lui Ohm are forma:
    , sau
    Această egalitate se formulează astfel: cu o rezistență constantă a conductorului, tensiunea pe acesta este proporțională cu curentul din conductor.
  • Legea lui Ohm pentru o secțiune de circuit care conține o sursă EMF
    Pentru circuit


    .
    Pentru circuit


    .
    În general
    .
  • Legea Joule-Lenz. Energia eliberată la rezistență R când curge curent prin ea eu, este proporțională cu produsul dintre pătratul curentului și valoarea rezistenței:
  • legile lui Kirchhoff.
    Topologia (structura) circuitului.
    Schema electrica — imagine grafică circuit electric.
    Ramura- o secțiune a unui circuit care conține unul sau mai multe elemente conectate în serie și închise între două noduri.
    Nod- punctul lanțului în care converg cel puțin trei ramuri. Nodurile sunt numerotate arbitrar, de obicei cu cifre arabe. Pe diagramă, un nod poate fi sau nu indicat printr-un punct. De regulă, acele noduri a căror locație este evidentă (conexiuni în formă de T) nu sunt indicate. Dacă ramurile care se intersectează formează un nod, acesta este indicat printr-un punct. Dacă nu există niciun punct la intersecția ramurilor, atunci nu există niciun nod (firele se află una peste alta).
    Circuit- o potecă închisă care trece prin mai multe ramuri. Căile sunt independente dacă diferă în cel puțin o ramură. Conturul este indicat printr-o săgeată cu în direcția indicată bypass și cifre romane. Direcția de ocolire este aleasă în mod arbitrar. Pot exista multe circuite independente într-un circuit, dar nu toate aceste circuite sunt necesare pentru a compune un număr suficient de ecuații pentru a rezolva problema.


    1) suma algebrică a curenților care circulă către orice nod de circuit este egală cu zero:
    ;

    2) suma curenților care curg către orice nod este egală cu suma curenților care curg din nod:
    . .
    A doua lege a lui Kirchhoff:
    1) suma algebrică a căderilor de tensiune în orice circuit închis este egală cu suma algebrică a fem de-a lungul aceluiași circuit:

    2) suma algebrică a tensiunilor (nu căderile de tensiune!) de-a lungul oricărui circuit închis este egală cu zero:
    . .
  • Forma matriceală de scriere a ecuațiilor lui Kirchhoff:
    ,
    Unde A, ÎN- coeficienţi pentru curenţi şi tensiuni de ordin p x p (p- numărul de ramuri de circuit; q- numărul de noduri de circuit);
    eu, E- curenți necunoscuți și EMF date
    Elemente de matrice A sunt coeficienții curenților din partea stângă a ecuațiilor compilate în conformitate cu prima și a doua lege a lui Kirchhoff. Primele rânduri ale matricei A conțin coeficienți pentru curenți în ecuațiile compilate conform primei legi a lui Kirchhoff și au elemente +1, -1, 0 în funcție de semnul cu care curentul dat intră în ecuație.
    Elementele următoarelor rânduri ale matricei A sunt egale cu valorile rezistenței la curenții corespunzători din ecuațiile compilate conform celei de-a doua legi a lui Kirchhoff, cu semnul corespunzător. Elemente de matrice ÎN sunt egali cu coeficienții pentru EMF din partea dreaptă a ecuațiilor compilate conform legilor lui Kirchhoff. Primele rânduri ale matricei au zero elemente, deoarece nu există emf în partea dreaptă a ecuațiilor scrise conform primei legi a lui Kirchhoff. Liniile rămase conțin elemente +1, -1 în funcție de semnul cu care EMF este inclus în ecuație și 0 dacă EMF nu este inclus în ecuație.
    Soluția generală a ecuațiilor compilate după legile lui Kirchhoff:
    ,
    Unde — matricea de conductivitate.
    .
    Curenți în fiecare ramură:
    ;
    ;

    .
      • Moduri de funcționare ale circuitelor electrice
    • Modul nominal de funcționare al unui element de circuit electric- acesta este modul in care functioneaza cu parametri nominali.
    • Modul agreat- acesta este modul în care puterea furnizată de sursă sau consumată de receptor are o valoare maximă. Această valoare se obține cu un anumit raport (coordonare) a parametrilor circuitului electric.
    • Modul inactiv- Acesta este un mod în care nu trece curent electric prin sursă sau receptor. În acest caz, sursa nu eliberează energie în partea exterioară circuit, iar receptorul nu îl consumă. Pentru motor, acesta va fi un mod fără sarcină mecanică în vrac.
    • Modul de scurtcircuit- acesta este un mod care apare atunci când diferite terminale ale unei surse sau ale unui element pasiv, precum și o secțiune a unui circuit electric care este alimentată, sunt conectate între ele.
      Circuite electrice DC
    • Dacă curentul este constant, atunci nu există nici un fenomen de autoinducție și tensiunea pe inductor este zero:
      , deoarece
    • Curentul continuu nu trece prin capacitate.
    • - acesta este un circuit cu o singură sursă cu o conexiune serială, paralelă sau mixtă de receptoare.

      La conectarea receptoarelor în serie:
      I×R echiv;
      R eq =ΣR i.
      La conectarea receptoarelor în paralel, tensiunea pe toate receptoarele este aceeași.
      Conform legii lui Ohm, curenții din fiecare ramură sunt:
      .
      Conform primei legi a lui Kirchhoff, curentul total este:
      E×G eq;
      G eq =G 1 +G 2 +…+G n; R eq =1/G eq.
      Pentru o conexiune mixtă:
      R eq =.
    • Metoda curentului în buclă.
      Metoda se bazează pe aplicarea celei de-a doua legi a lui Kirchhoff și face posibilă reducerea numărului de ecuații de rezolvat la calcularea sistemelor complexe.
      În circuitele reciproc independente, unde pentru fiecare circuit cel puțin o ramură este inclusă numai în acest circuit, se iau în considerare curenții de circuit condiționat în toate ramurile circuitului.
      Curenții de buclă, spre deosebire de curenții de ramificație, au următorii indici: sau
      Ecuațiile sunt compilate conform celei de-a doua legi a lui Kirchhoff pentru curenții de buclă.
      Curenții de ramificație sunt exprimați prin curenți de buclă conform primei legi a lui Kirchhoff.
      Numărul de contururi selectate și numărul de ecuații rezolvate este egal cu numărul de ecuații compilate conform celei de-a doua legi a lui Kirchhoff: .
      Suma rezistențelor tuturor elementelor rezistive ale fiecărui circuit cu semnul plus este un coeficient pentru curentul circuitului și are următorii indici: sau
      Semnul coeficientului pentru curentul circuitelor adiacente depinde de coincidența sau nepotrivirea direcției curenților circuitelor adiacente. EMF intră în ecuație cu semnul plus dacă direcțiile EMF și direcția curentului circuitului coincid. .
    • Metoda potențialului nodal.
      Metoda se bazează pe aplicarea primei legi a lui Kirchhoff și permite reducerea numărului de ecuații de rezolvat atunci când se găsesc curenți necunoscuți la . La elaborarea ecuațiilor, potențialul unuia dintre nodurile circuitului este considerat egal cu zero, iar curenții de ramificație sunt exprimați prin potențialele necunoscute ale nodurilor circuitului rămase, iar ecuațiile sunt scrise pentru ele conform primei legi a lui Kirchhoff. Rezolvarea unui sistem de ecuații vă permite să determinați potențiale necunoscute și prin intermediul acestora să găsiți curenții de ramificație.
      Când http:="" title="U_(12)=(sum(i=1)(m)(E_i/R_i))/(sum(i=1)(n)(1/R_i) )=(suma(i=1)(m)(E_i*G_i))/(suma(i=1)(n)(G_i))">.!}
      .
    • Metoda măreției proporționale.
      Metoda este utilizată pentru a găsi curenți necunoscuți în conexiunea în lanț a elementelor rezistive din circuitele electrice cu o singură sursă. Curenții și tensiunile, precum și EMF cunoscute ale circuitului, sunt exprimate prin curentul ramurii cel mai îndepărtat de sursă. Problema se rezumă la rezolvarea unei ecuații cu o necunoscută.
    • Balanța puterii
      Pe baza legii conservării energiei, puterea dezvoltată de sursele de energie electrică trebuie să fie egală cu puterea de conversie a energiei electrice în alte tipuri de energie din circuit:
      .
      — suma capacităţilor dezvoltate de surse;
      — suma puterilor tuturor receptorilor și transformărilor ireversibile de energie în interiorul surselor.
      Se întocmește un bilanț de putere pentru a verifica corectitudinea soluției găsite. În acest caz, puterea adusă circuitului de sursele de energie este comparată cu puterea consumată de consumatori.
      Formula de putere pentru un rezistor:

      Puterea totală a consumatorilor:
      P P=
      Sursa de alimentare:
      Sursa P = P E + P J,
      Unde P E = ±EI- puterea sursei EMF (determinată prin înmulțirea EMF a acesteia cu curentul care circulă într-o ramură dată. Curentul se ia cu semnul obținut în urma calculului. Se pune un minus în fața produsului dacă direcția de curentul și EMF nu coincid în diagramă);
      PJ = JUJ— puterea sursei de curent (determinată prin înmulțirea curentului sursei cu căderea de tensiune pe aceasta).
      Pentru a determina UJ, selectați orice circuit care include o sursă de curent. Indicați căderea U J pe circuit față de curentul sursei și scrieți ecuația buclei. Toate cantitățile cu excepția U J, în această ecuație sunt deja cunoscute, ceea ce face posibilă calcularea căderii de tensiune U J.
      Comparație de putere: Sursa P = P P. Dacă egalitatea este îndeplinită, atunci echilibrul este corect și calculul curent este corect.
    • Algoritm pentru calcularea unui circuit după legile lui Kirchhoff
      1. Trasăm aleatoriu numerele și direcțiile curenților necunoscuți pe diagramă.
      2. Plasăm aleatoriu numerele nodurilor pe diagramă.
      3. Compunem ecuații nodale pentru nodurile selectate în mod arbitrar (conform primei legi).
      4. Marcam contururile pe diagramă și selectăm direcțiile pentru a le ocoli.
      5. Numărul de contururi desemnate este egal cu numărul de ecuații compilate conform celei de-a doua legi a lui Kirchhoff. În acest caz, niciunul dintre circuite nu ar trebui să includă o ramură cu o sursă de curent.
      6. Compunem ecuații de contur pentru contururile selectate (conform celei de-a doua legi).
      7. Combinăm ecuațiile compilate într-un sistem. Transferăm cantitățile cunoscute în partea dreaptă a ecuațiilor. Introducem coeficienții pentru curenții doriti în matrice A(partea stângă a ecuațiilor) (citiți despre matrice). Completarea matricei F, introducând părțile din dreapta ecuațiilor în el.
      8. Rezolvăm sistemul de ecuații rezultat ().
      9. Verificăm corectitudinea soluției prin întocmirea unui bilanț de putere.
        Exemplu: .
      Circuite electrice de curent alternativ
    • Circuit electric de curent sinusoidal este un circuit electric în care EMF, tensiunile și curenții variază conform unei legi sinusoidale:
    • Curent alternativ este un curent care se schimbă periodic în mărime și direcție și se caracterizează prin amplitudine, perioadă, frecvență și fază.
    • Amplitudinea curentului AC este cea mai mare valoare, pozitivă sau negativă, acceptată de curent alternativ.
    • Perioadă- acesta este timpul în care are loc o oscilație completă a curentului în conductor.
    • Frecvență este reciproca perioadei.
    • Fază este unghiul sau sub semnul sinus. Faza caracterizează starea curentului alternativ în timp. La t=0 faza se numește faza inițială.
    • Modul periodic: . Acest mod poate fi, de asemenea, clasificat ca sinusoidal:
      ,
      unde este amplitudinea;
      - faza initiala;
      — viteza unghiulară de rotație a rotorului generatorului.
      La f= 50 Hz rad/s.
    • Curent sinusoidal- acesta este un curent care se modifică în timp conform unei legi sinusoidale:
      .
    • Valoarea medie a curentului sinusoidal (EMF, tensiune), formula:
      ,
      adică valoarea medie a curentului sinusoidal este egală cu cea de amplitudine. De asemenea,
      .
    • Valoarea efectivă a curentului sinusoidal (EMF, tensiune), formula:
      . De asemenea,
      .
    • Cantitatea de căldură eliberată într-o perioadă de un curent sinusoidal, formula:
      .
      Valoarea efectivă a curentului sinusoidal eu este numeric egal cu valoarea unui astfel de curent continuu, care, într-un timp egal cu perioada curentului sinusoidal, eliberează aceeași cantitate de căldură ca și curentul sinusoidal.
      =R×I post 2×T sau eu postez=eu=
    • Factor de creastă a curentului sinusoidal (κ a) este raportul dintre amplitudinea curentului sinusoidal și valoarea efectivă a curentului sinusoidal: .
    • Factor de formă a curentului sinusoidal (κ f) este raportul dintre valoarea efectivă a curentului sinusoidal și valoarea medie a curentului sinusoidal pe o jumătate de perioadă:
      κ f=.
      Pentru curenți periodici nesinusoidali κ a≠, κ f≠1,11. Această abatere indică indirect cât de diferit este curentul nesinusoidal de cel sinusoidal.
      Fundamentele unei metode cuprinzătoare de calcul a circuitelor electrice
    • Orice număr complex poate fi reprezentat:
      a) în formă algebrică
      b) în formă trigonometrică
      c) în formă demonstrativă
      Unde — formula lui Euler;
      d) un vector pe plan complex,

      unde este unitatea imaginară;
      — partea reală a unui număr complex (proiecția unui vector pe axa reală);
      — parte imaginară a unui număr complex (proiecția unui vector pe axa imaginară);
      — modulul unui număr complex;
      — valoarea principală a argumentului unui număr complex.
      Exemple rezolvate despre operatii pe numere complexe.
    • Curent sinusoidal i .
    • Amplitudinea curentului complex- un număr complex al cărui modul și argument sunt, respectiv, egale cu amplitudinea și faza inițială a curentului sinusoidal:
      .
    • Curent complex (curent efectiv complex):

    • Tensiune sinusoidală u poate fi atribuit unui număr complex .
    • Amplitudinea tensiunii complexe- un număr complex al cărui modul și argument sunt, respectiv, egale cu amplitudinea și faza inițială a tensiunii sinusoidale:
      .
    • Rezistenta complexa:

      Rezistență activă în formă complexă exprimat ca număr real pozitiv.
      Reactanță în formă complexă este exprimată în numere imaginare, iar reactanța inductivă ( X L) este pozitivă și capacitivă ( X C) negativ.
      Impedanța secțiunii circuitului cu conexiune serială RȘi X se exprimă ca număr complex, partea reală este egală cu rezistența activă, iar partea imaginară este egală cu reactanța acestei secțiuni.
    • Triunghiul rezistentei:


    • Triunghiul tensiunii:



    • Triunghiul puterii:

      Toata puterea:
      Putere activă:
      Putere reactiva:
    • Legea lui Ohm în formă complexă:
      .
    • Prima lege a lui Kirchhoff în formă complexă:
      .
    • A doua lege a lui Kirchhoff în formă complexă:
      .
      Fenomene de rezonanță în circuitele electrice
      Rezistența activă ideală nu depinde de frecvență, reactanța inductivă depinde liniar de frecvență, reactanța capacitivă depinde de frecvență conform legii hiperbolice:




    • Rezonanța tensiunii.
      Rezonanța în circuitele electrice este modul unei secțiuni a unui circuit electric care conține elemente inductive și capacitive, în care diferența de fază între tensiune și curent este zero.
      Modul de rezonanță poate fi obținut prin schimbarea frecvenței ω tensiunea de alimentare sau modificarea parametrilor LȘi C.
      Când este conectat în serie, are loc rezonanța tensiunii.


      Curentul din circuit este:

      Când vectorul curent coincide cu vectorul tensiune în fază:



      unde este frecvența de rezonanță a tensiunii, determinată din condiție

      Apoi

      Undă sau impedanța caracteristică a unui circuit în serie:

      Factorul de calitate a circuitului este raportul dintre tensiunea pe inductanță sau capacitate și tensiunea de la intrare în modul de rezonanță:

      Factorul de calitate a circuitului este câștigul de tensiune:
      U Lres=Am tăiat X tăiat=
      În rețelele industriale, rezonanța tensiunii este un mod de urgență, deoarece o creștere a tensiunii pe un condensator poate duce la defectarea acestuia, iar o creștere a curentului poate duce la încălzirea firelor și a izolației.
    • Rezonanța curenților.


      Rezonanța curentului poate apărea atunci când elementele reactive sunt conectate în paralel în circuite de curent alternativ. În acest caz: unde

      Apoi

      La frecvența de rezonanță, componentele reactive ale conductivității pot fi comparabile ca mărime și conductivitatea totală va fi minimă. În acest caz, rezistența totală devine maximă, curentul total este minim, vectorul curent coincide cu vectorul tensiune. Acest fenomen se numește rezonanță curentă.
      Conductibilitatea undei: .
      La g<< b L curentul din ramura cu inductanță este mult mai mare decât curentul total, deci acest fenomen se numește rezonanță curentă.
      Frecvența de rezonanță:
      ω* =
      Din formula rezulta:
      1) frecvența de rezonanță depinde de parametrii nu numai ai rezistențelor reactive, ci și ai celor active;
      2) rezonanţa este posibilă dacă R LȘi R C mai mult sau mai putin ρ , altfel frecvența va fi o cantitate imaginară și rezonanța nu este posibilă;
      3) dacă R L = R C = ρ, atunci frecvența va avea o valoare nedefinită, ceea ce înseamnă că rezonanța poate exista la orice frecvență atunci când fazele tensiunii de alimentare și ale curentului total coincid;
      4) când R L = R C<< ρ frecvența de rezonanță a tensiunii este egală cu frecvența de rezonanță a curentului.
      Procesele energetice dintr-un circuit în timpul rezonanței curentului sunt similare cu procesele din timpul rezonanței tensiunii.
      Puterea reactivă la rezonanța curentă este zero. În detaliu, este luată în considerare puterea reactivă

Circuit electric constă dintr-o sursă de curent, consumatori de energie electrică, fire de legătură și o cheie care servește la deschiderea și închiderea circuitului și a altor elemente (Fig. 1).

Se numesc desene care prezintă metode de conectare a dispozitivelor electrice într-un circuit scheme electrice. Dispozitivele de pe diagrame sunt indicate prin simboluri.

După cum sa menționat, pentru a menține curentul electric într-un circuit, este necesar ca la capetele acestuia să existe o diferență de potențial constantă (Fig. 2) φ A- φ B. Lasă în momentul inițial de timp φ A> φ B, apoi transfer de sarcină pozitiv q din punct A exact ÎN va duce la o scădere a diferenței de potențial dintre ele. Pentru a menține o diferență de potențial constantă, este necesar să transferați exact aceeași sarcină de la B V A. Daca in directie A → ÎN sarcinile se deplasează sub influența forțelor câmpului electrostatic, apoi în direcție ÎN → A mișcarea sarcinilor are loc împotriva forțelor câmpului electrostatic, adică. sub influența unor forțe de natură neelectrostatică, așa-numitele forțe terțe. Această condiție este îndeplinită în sursa de curent, care susține mișcarea sarcinilor electrice. În majoritatea surselor de curent, doar electronii se mișcă; în celulele galvanice, ionii ambelor semne se mișcă.

Sursele de curent electric pot varia în design, dar în oricare dintre ele se lucrează pentru a separa particulele încărcate pozitiv și negativ. Separarea sarcinilor are loc sub influență forțe exterioare. Forțele terțe acționează numai în interiorul sursei de curent și pot fi cauzate de procese chimice (baterii, celule galvanice), acțiunea luminii (fotocelule), câmpuri magnetice în schimbare (generatoare), etc.

Orice sursă de curent este caracterizată de forța electromotoare - EMF.

Forta electromotoare ε sursa de curent este o mărime scalară fizică egală cu munca efectuată de forțele externe pentru a muta o singură sarcină pozitivă de-a lungul unui circuit închis

Unitatea SI a forței electromotoare este voltul (V).

EMF este o caracteristică energetică a unei surse de curent.

În sursa de curent, în procesul de separare a particulelor încărcate, are loc o transformare mecanică, ușoară, internă etc. energie în energie electrică. Particulele separate se acumulează la polii sursei de curent (locurile la care consumatorii sunt conectați folosind borne sau cleme). Un pol al sursei de curent este încărcat pozitiv, celălalt - negativ. Se creează un câmp electrostatic între polii sursei de curent. Dacă polii unei surse de curent sunt conectați printr-un conductor, atunci un curent electric apare într-un astfel de circuit electric. În acest caz, natura câmpului se schimbă, acesta încetează să mai fie electrostatic.


Figura 3 prezintă schematic terminalul negativ al sursei de curent și secțiunea transversală a capătului firului metalic conectat la aceasta sub forma unui conductor sferic. Linia punctată arată câteva linii ale intensității câmpului terminalului înainte ca firul să fie introdus în acesta, iar săgețile arată forțele care acționează asupra electronilor liberi ai firului situat în punctele marcate cu cifre. Sub influența forțelor Coulomb ale câmpului terminal, electronii din diferite puncte ale secțiunii transversale a firului capătă mișcare nu numai de-a lungul axei firului. De exemplu, un electron situat într-un punct 1 , se dovedește a fi implicat în mișcarea „actuală”. Dar aproape de puncte 2, 3, 4, 5 electronii au capacitatea de a se acumula pe suprafața firului. Mai mult, distribuția de suprafață a electronilor de-a lungul lungimii firului nu va fi uniformă. Prin urmare, conectarea unui fir la terminalul unei surse de curent va face ca unii electroni să se miște de-a lungul firului, iar unii electroni se vor acumula pe suprafață. Distribuția neuniformă a electronilor pe suprafața sa asigură neechipotențialitatea acestei suprafețe, prezența componentelor intensității câmpului electric direcționate de-a lungul suprafeței conductorului. Acest câmp de electroni redistribuiți ai conductorului însuși asigură mișcarea ordonată a altor electroni. Dacă distribuția electronilor pe suprafața unui conductor nu se modifică în timp, atunci se numește un astfel de câmp câmp electric staționar. Astfel, rolul principal în crearea unui câmp electric staționar îl au sarcinile situate la polii sursei de curent. Când un circuit electric este închis, interacțiunea tocmai a acestor sarcini cu sarcinile libere ale conductorului duce la apariția unor sarcini de suprafață necompensate pe întreaga suprafață a conductorului. Aceste sarcini sunt cele care creează un câmp electric staționar în interiorul conductorului pe întreaga sa lungime. Acest câmp din interiorul conductorului este uniform, iar liniile de tensiune sunt direcționate de-a lungul axei conductorului (Fig. 4). Procesul de stabilire a unui câmp electric de-a lungul unui conductor are loc cu o viteză c≈ 3·10 8 m/s.

Ca și câmpul electrostatic, este potențial. Dar există diferențe semnificative între aceste domenii:

1. câmp electrostatic - un câmp de sarcini staționare. Sursa unui câmp electric staționar sunt sarcinile în mișcare, iar numărul total de sarcini și modelul de distribuție a acestora într-un spațiu dat nu se modifică în timp;

2. câmpul electrostatic există în afara conductorului. Intensitatea câmpului electrostatic este întotdeauna egală cu 0 în interiorul volumului conductorului, iar în fiecare punct de pe suprafața exterioară a conductorului este îndreptată perpendicular pe această suprafață. Un câmp electric staționar există atât în ​​exterior, cât și în interiorul conductorului. Puterea câmpului electric staționar nu este nulă în interiorul volumului conductorului, iar la suprafață și în interiorul volumului există componente ale intensității care nu sunt perpendiculare pe suprafața conductorului;

3. potenţialele diferitelor puncte ale conductorului prin care trece curentul continuu sunt diferite (suprafaţa şi volumul conductorului nu sunt echipotenţiale). Potențialele tuturor punctelor de pe suprafața unui conductor situat într-un câmp electrostatic sunt aceleași (suprafața și volumul conductorului sunt echipotențiale);

4. Un câmp electrostatic nu este însoțit de apariția unui câmp magnetic, dar un câmp electric staționar este însoțit de apariția lui și este indisolubil legat de acesta.

Fluxul magnetic prin circuit se poate modifica din următoarele motive:

  • Când plasați un circuit conducător staționar într-un câmp magnetic alternativ.
  • Când un conductor se mișcă într-un câmp magnetic, care nu se poate schimba în timp.

În ambele cazuri, legea inducției electromagnetice va fi îndeplinită. Mai mult, originea forței electromotoare în aceste cazuri este diferită. Să aruncăm o privire mai atentă la al doilea dintre aceste cazuri.

În acest caz, conductorul se mișcă într-un câmp magnetic. Împreună cu conductorul se mișcă și toate sarcinile care se află în interiorul conductorului. Fiecare dintre aceste sarcini va fi afectată de forța Lorentz din câmpul magnetic. Va promova mișcarea sarcinilor în interiorul conductorului.

  • FEM de inducție în acest caz va fi de origine magnetică.

Luați în considerare următorul experiment: un circuit magnetic, a cărui latură este mobilă, este plasat într-un câmp magnetic uniform. Latura mobilă de lungime l începe să alunece de-a lungul laturilor MD și NC cu o viteză constantă V. În același timp, rămâne constant paralelă cu latura CD. Vectorul de inducție magnetică al câmpului va fi perpendicular pe conductor și va forma un unghi a cu direcția vitezei sale. Următoarea figură arată configurația laboratorului pentru acest experiment:

Forța Lorentz care acționează asupra unei particule în mișcare se calculează folosind următoarea formulă:

Fl = |q|*V*B*sin(a).

Forța Lorentz va fi direcționată de-a lungul segmentului MN. Să calculăm munca forței Lorentz:

A = Fl*l = |q|*V*B*l*sin(a).

FEM de inducție este raportul dintre munca efectuată de o forță atunci când se deplasează o unitate de sarcină pozitivă și mărimea acestei sarcini. Prin urmare, avem:

Ei = A/|q| = V*B*l*sin(a).

Această formulă va fi valabilă pentru orice conductor care se mișcă cu viteză constantă într-un câmp magnetic. FEM indusă va fi doar în acest conductor, deoarece conductoarele rămase ale circuitului rămân staționare. Evident, fem-ul indus în întregul circuit va fi egal cu fem-ul indus în conductorul în mișcare.

EMF din legea inducției electromagnetice

Fluxul magnetic prin același circuit ca în exemplul de mai sus va fi egal cu:

Ф = B*S*cos(90-a) = B*S*sin(a).

Aici unghiul (90-a) = unghiul dintre vectorul de inducție magnetică și normala la suprafața conturului. De-a lungul unui timp ∆t, zona conturului se va modifica cu ∆S = -l*V*∆t. Semnul minus indică faptul că zona este în scădere. În acest timp, fluxul magnetic se va modifica:

∆Ф = -B*l*V*sin(a).

Atunci FEM indusă este egală cu:

Ei = -∆Ф/∆t = B*l*V*sin(a).

Dacă întregul circuit se mișcă în interiorul unui câmp magnetic uniform cu o viteză constantă, atunci fem-ul indus va fi zero, deoarece nu va exista nicio modificare a fluxului magnetic.