V prírode existujú dva hlavné typy materiálov, vodivé a nevodivé (dielektrika). Tieto materiály sa líšia v prítomnosti podmienok pre pohyb elektrického prúdu (elektrónov) v nich.

Vyrábajú sa z vodivých materiálov (meď, hliník, grafit a mnohé iné). elektrické vodiče, v nich elektróny nie sú viazané a môžu sa voľne pohybovať.

V dielektrikách sú elektróny pevne viazané na atómy, takže v nich nemôže prúdiť prúd. Vyrábajú izolácie pre vodiče, časti elektrických spotrebičov.

Aby sa elektróny začali pohybovať vo vodiči (prúd prechádzal úsekom obvodu), musia vytvoriť podmienky. Na to musí byť nadbytok elektrónov na začiatku časti reťazca a nedostatok na konci. Na vytvorenie takýchto podmienok sa používajú zdroje napätia - batérie, batérie, elektrárne.

V roku 1827 Georg Simon Ohm objavil zákon elektrického prúdu. Zákon a jednotka merania odporu boli pomenované po ňom. Zmysel zákona je nasledovný.

Čím je potrubie hrubšie a čím väčší je tlak vody vo vodovode (so zväčšením priemeru potrubia klesá odpor voči vode) - tým viac vody pretečie. Ak si predstavíme, že voda sú elektróny ( elektriny), potom čím je drôt hrubší a čím väčšie je napätie (so zväčšením prierezu drôtu sa odpor voči prúdu znižuje) - tým väčší prúd preteká obvodom.

Sila pretekajúceho prúdu elektrický obvod, je priamo úmerná aplikovanému napätiu a nepriamo úmerná hodnote odporu obvodu.

Kde ja- sila prúdu, meraná v ampéroch a označená písmenom A; U IN; R- odpor, meraný v ohmoch a označovaný Ohm.

Ak je známe napájacie napätie U a elektrický odpor R, potom pomocou vyššie uvedeného vzorca pomocou online kalkulačka, je ľahké určiť silu prúdu pretekajúceho obvodom ja.

Pomocou Ohmovho zákona sa vypočítajú elektrické parametre elektrického vedenia, vykurovacích telies a všetkých rádiových prvkov moderných elektronických zariadení, či už ide o počítač, televízor alebo mobilný telefón.

Aplikácia Ohmovho zákona v praxi

V praxi je často potrebné určiť nie súčasnú silu ja a hodnotu odporu R. Transformáciou vzorca Ohmovho zákona môžete vypočítať hodnotu odporu R poznať pretekajúci prúd ja a napätie U.

Hodnotu odporu môže byť potrebné vypočítať napríklad pri výrobe záťažového bloku na testovanie zdroja napájania počítača. Na skrini napájacieho zdroja počítača je zvyčajne štítok, ktorý uvádza maximálny zaťažovací prúd pre každé napätie. Do polí kalkulátora stačí zadať dané hodnoty napätia​​a maximálny zaťažovací prúd a ako výsledok výpočtu získame hodnotu zaťažovacieho odporu pre dané napätie. Napríklad pre napätie +5 V pri maximálnom prúde 20 A bude odpor záťaže 0,25 ohmov.

Vzorec Joule-Lenzovho zákona

Vypočítali sme hodnotu odporu na výrobu záťažovej jednotky pre napájanie počítača, ale stále musíme určiť, aký odpor by mal byť výkon? Tu pomôže ďalší fyzikálny zákon, ktorý nezávisle od seba naraz objavili dvaja fyzikálnych vedcov. V roku 1841 James Joule a v roku 1842 Emil Lenz. Tento zákon bol pomenovaný po nich - Joule-Lenzov zákon.

Výkon spotrebovaný záťažou je priamo úmerný použitému napätiu a pretekajúcemu prúdu. Inými slovami, keď sa zmení hodnota napätia a prúdu, proporcionálne sa zmení aj spotreba energie.

Pri znalosti napájacieho napätia a prúdu spotrebovaného elektrickým spotrebičom je možné podľa vzorca určiť, koľko energie spotrebuje. Údaje stačí zadať do políčok pod online kalkulačkou.

Joule-Lenzov zákon tiež umožňuje zistiť prúd spotrebovaný elektrickým spotrebičom s vedomím jeho výkonu a napájacieho napätia. Množstvo spotrebovaného prúdu je potrebné napríklad na výber úseku drôtu pri kladení elektrického vedenia alebo na výpočet menovitého výkonu.

Vypočítajme si napríklad aktuálnu spotrebu práčky. Podľa pasu je spotreba energie 2200 W, napätie v domácej elektrickej sieti je 220 V. Dosadíme údaje v oknách kalkulačky, dostaneme, že práčka spotrebuje prúd 10 A.

Ďalším príkladom je, že ste sa rozhodli nainštalovať do auta prídavný svetlomet alebo zosilňovač zvuku. Pri znalosti spotreby elektrickej energie inštalovaného elektrického spotrebiča je ľahké vypočítať spotrebovaný prúd a zvoliť správny prierez vodiča na pripojenie k elektrickému rozvodu automobilu. Predpokladajme, že prídavný svetlomet spotrebuje výkon 100 W (výkon žiarovky inštalovanej v svetlomete), palubné napätie automobilovej siete je 12 V. Hodnoty výkonu a napätia dosadíme do okienok kalkulačky , dostaneme, že množstvo spotrebovaného prúdu bude 8,33 A.

Po pochopení iba dvoch najjednoduchších vzorcov môžete ľahko vypočítať prúdy pretekajúce vodičmi, spotrebu energie akýchkoľvek elektrických spotrebičov - prakticky začnete chápať základy elektrotechniky.

Transformované vzorce Ohmovho zákona a Joule-Lenz

Na internete som sa stretol s obrázkom vo forme okrúhleho taniera, na ktorom sú úspešne umiestnené vzorce Ohmovho zákona a Joule-Lenz a možnosti matematickej transformácie vzorcov. Doska má spolu nesúvisiace štyri sektory a je veľmi vhodná na praktické použitie.

Podľa tabuľky je ľahké zvoliť vzorec na výpočet požadovaného parametra elektrického obvodu podľa ďalších dvoch známych. Napríklad musíte určiť aktuálnu spotrebu produktu podľa známeho výkonu a napájacieho napätia. Podľa tabuľky v aktuálnom sektore vidíme, že vzorec I \u003d P / U je vhodný na výpočet.

A ak potrebujete určiť napájacie napätie U podľa množstva spotreby energie P a množstva prúdu I, potom môžete použiť vzorec ľavého dolného sektora, vzorec U \u003d P / I.

Hodnoty, ktoré sa majú nahradiť do vzorcov, musia byť vyjadrené v ampéroch, voltoch, wattoch alebo ohmoch.

« Fyzika - 10. ročník

Elektrina- usmernený pohyb nabitých častíc. Vďaka elektrickému prúdu sa osvetľujú byty, dávajú sa do pohybu obrábacie stroje, ohrievajú sa horáky na elektrických sporákoch, funguje rádiový prijímač atď.

Uvažujme o najjednoduchšom prípade usmerneného pohybu nabitých častíc - jednosmerný prúd.

Aký je elementárny náboj?
Aký je elementárny elektrický náboj?
Aký je rozdiel medzi nábojmi vo vodiči a izolátore?

Keď sa nabité častice pohybujú vo vodiči, elektrický náboj sa prenáša z jedného bodu do druhého. Ak však nabité častice vykonávajú náhodný tepelný pohyb, ako sú napríklad voľné elektróny v kove, potom k prenosu náboja nedochádza (obr. 15.1, a). Prierez vodiča sa v priemere kríži rovnaké číslo elektróny v dvoch opačných smeroch. Elektrický náboj sa prenáša cez prierez vodič len vtedy, ak sa spolu s náhodným pohybom zúčastňujú elektróny na riadenom pohybe (obr. 15.1, b). V tomto prípade sa hovorí, že dirigent ide elektriny.

Elektrický prúd sa nazýva usporiadaný (riadený) pohyb nabitých častíc.

Elektrický prúd má určitý smer.

Smer pohybu kladne nabitých častíc sa berie ako smer prúdu.

Ak hýbeme neutrálnym telom ako celkom, tak aj napriek nariadenému pohybu obrovské číslo elektróny a atómové jadrá, nebude prúdiť elektrický prúd. Celkový poplatok prevedený cez ktorúkoľvek sekciu bude potom nula, keďže náboje rôznych znamení sa pohybujú s tým istým priemerná rýchlosť.

Smer prúdu sa zhoduje so smerom vektora intenzity elektrické pole. Ak je prúd tvorený pohybom záporne nabitých častíc, potom sa uvažuje o smere prúdu opačný smer pohyb častíc.

Voľba smeru prúdu nie je príliš úspešná, pretože vo väčšine prípadov je prúd usporiadaným pohybom elektrónov - negatívne nabitých častíc. Voľba smeru prúdu bola vykonaná v čase, keď voľných elektrónov o kovoch sa ešte nič nevedelo.

Aktuálna akcia.

Pohyb častíc vo vodiči priamo nevidíme. Prítomnosť elektrického prúdu sa musí posudzovať podľa činností alebo javov, ktoré ho sprevádzajú.

Najprv sa zahreje vodič, ktorý vedie prúd.

Po druhé, elektrický prúd sa môže meniť chemické zloženie vodič: napríklad na izoláciu jeho chemických zložiek (meď z roztoku modrý vitriol atď.).

Po tretie, prúd má silový účinok na susedné prúdy a zmagnetizované telesá. Táto akcia prúdu sa nazýva magnetické.

Takže magnetická ihla v blízkosti vodiča s prúdom sa otáča. Magnetický účinok prúdu, na rozdiel od chemického a tepelného, ​​je hlavný, pretože sa prejavuje vo všetkých vodičoch bez výnimky. Chemické pôsobenie prúd sa pozoruje iba v roztokoch a taveninách elektrolytov a v supravodičoch chýba zahrievanie.

V žiarovke v dôsledku prechodu elektrického prúdu, viditeľné svetlo a elektromotor vykonáva mechanickú prácu.

Súčasná sila.

Ak v obvode preteká elektrický prúd, znamená to, že cez prierez vodiča sa neustále prenáša elektrický náboj.

Náboj prenesený za jednotku času slúži ako hlavná kvantitatívna charakteristika prúdu, tzv prúdová sila.

Ak sa náboj Δq prenesie cez prierez vodiča počas času Δt, potom sa priemerná hodnota intenzity prúdu rovná

Priemerná pevnosť prúd sa rovná pomeru náboja Δq, ktorý prešiel prierezom vodiča za čas Δt, k tomuto časovému úseku.

Ak sa sila prúdu s časom nemení, potom sa volá prúd trvalé.

sila striedavý prúd V tento momentčas je tiež určený vzorcom (15.1), ale časový interval Δt by v tomto prípade mal byť veľmi malý.

Prúdová sila, podobne ako náboj, je skalárna veličina. Môže byť ako pozitívne, a negatívne. Znamienko sily prúdu závisí od toho, ktorý zo smerov obchádzajúcich obvod sa považuje za kladný. Prúdová sila I > 0, ak sa smer prúdu zhoduje s podmienečne zvoleným kladným smerom pozdĺž vodiča. Inak ja< 0.

Vzťah sily prúdu k rýchlosti usmerneného pohybu častíc.

Nech má valcový vodič (obr. 15.2) prierez plochy S.

Pre kladný smer prúdu vo vodiči vezmeme smer zľava doprava. Náboj každej častice sa bude považovať za rovný q 0 . Objem vodiča ohraničený prierezmi 1 a 2 so vzdialenosťou Δl medzi nimi obsahuje nSΔl častíc, kde n je koncentrácia častíc (nosičov prúdu). Ich celkový náboj vo zvolenom objeme je q = q 0 nSΔl. Ak sa častice pohybujú zľava doprava priemernou rýchlosťou υ, potom časom všetky častice uzavreté v uvažovanom objeme prejdú prierezom 2. Preto sa sila prúdu rovná:

Jednotkou SI pre prúd je ampér (A).

Táto jednotka je vytvorená na základe magnetickej interakcie prúdov.

Zmerajte silu prúdu ampérmetre. Princíp konštrukcie týchto zariadení je založený na magnetické pôsobenie prúd.

Rýchlosť usporiadaného pohybu elektrónov vo vodiči.

Nájdite rýchlosť usporiadaného pohybu elektrónov v kovovom vodiči. Podľa vzorca (15.2), kde e je modul náboja elektrónu.

Nech je napríklad sila prúdu I \u003d 1 A a plocha prierezu vodiča S \u003d 10 -6 m 2. Modul náboja elektrónov e = 1,6 10 -19 C. Počet elektrónov v 1 m 3 medi sa rovná počtu atómov v tomto objeme, pretože jeden z valenčné elektróny každý atóm medi je voľný. Toto číslo je n ≈ 8,5 10 28 m -3 (toto číslo možno určiť riešením úlohy 6 § 54). teda

Ako vidíte, rýchlosť usporiadaného pohybu elektrónov je veľmi malá. Je mnohonásobne menšia ako rýchlosť tepelného pohybu elektrónov v kove.

Podmienky potrebné na existenciu elektrického prúdu.

Pre vznik a existenciu jednosmerného elektrického prúdu v látke je prítomnosť zadarmo nabité častice.

Na generovanie prúdu to však stále nestačí.

Na vytvorenie a udržanie usporiadaného pohybu nabitých častíc je potrebná sila, ktorá na ne pôsobí v určitom smere.

Ak táto sila prestane pôsobiť, potom sa usporiadaný pohyb nabitých častíc zastaví v dôsledku zrážok s iónmi kryštálová mriežka kovy alebo molekuly neutrálneho elektrolytu a elektróny sa budú pohybovať náhodne.

Ako vieme, na nabité častice pôsobí elektrické pole so silou:

Zvyčajne je to elektrické pole vo vnútri vodiča, ktoré spôsobuje a udržiava usporiadaný pohyb nabitých častíc.
Iba v statickom prípade, keď sú náboje v pokoji, je elektrické pole vo vnútri vodiča nulové.

Ak je vo vodiči elektrické pole, potom existuje potenciálny rozdiel medzi koncami vodiča podľa vzorca (14.21). Ako ukázal experiment, keď sa potenciálny rozdiel v čase nemení, a jednosmerný elektrický prúd. Pozdĺž vodiča sa potenciál znižuje z maximálnej hodnoty na jednom konci vodiča na minimálnu hodnotu na druhom konci, pretože kladný náboj sa pôsobením síl poľa pohybuje v smere klesajúceho potenciálu.

Ak je izolovaný vodič umiestnený v elektrickom poli \(\overrightarrow(E)\), potom sila \(\overrightarrow(F) = q\overrightarrow(E)\) bude pôsobiť na voľné náboje \(q\) Výsledkom je, že vo vodiči dochádza ku krátkodobému pohybu bezplatné poplatky. Tento proces sa skončí, keď vlastné elektrické pole nábojov, ktoré vznikli na povrchu vodiča, úplne kompenzuje vonkajšie pole. Výsledné elektrostatické pole vo vnútri vodiča bude nulové.

Vo vodičoch však za určitých podmienok môže nastať súvislý usporiadaný pohyb voľných nosičov elektrického náboja.

Usmernený pohyb nabitých častíc sa nazýva elektrický prúd.

Smer pohybu kladných voľných nábojov sa berie ako smer elektrického prúdu. Pre existenciu elektrického prúdu vo vodiči je potrebné vytvoriť v ňom elektrické pole.

Kvantitatívna miera elektrického prúdu je prúdová sila\(I\) - skalárne fyzikálne množstvo, rovný pomeru náboj \(\Delta q\) prenesený cez prierez vodiča (obr. 1.8.1) za časový interval \(\Delta t\), do tohto časového intervalu:

$$I = \frac(\Delta q)(\Delta t) $$

Ak sa sila prúdu a jeho smer s časom nemenia, potom sa takýto prúd nazýva trvalé .

V medzinárodnom systéme jednotiek SI sa prúd meria v ampéroch (A). Jednotka prúdu 1 A je nastavená podľa magnetická interakcia dva paralelné vodiče s prúdom.

Konštantný elektrický prúd môže byť generovaný iba v uzavretý okruh , v ktorom voľné nosiče náboja cirkulujú po uzavretých dráhach. Elektrické pole v rôzne body takýto reťazec je nemenný v čase. Preto elektrické pole v obvode priamy prúd má zamrznuté elektrostatické pole. Ale pri pohybe elektrického náboja v elektrostatickom poli po uzavretej dráhe je práca elektrických síl nulová. Preto pre existenciu jednosmerného prúdu je potrebné mať v elektrickom obvode zariadenie, ktoré dokáže vytvárať a udržiavať potenciálne rozdiely v úsekoch obvodu v dôsledku práce síl. neelektrostatického pôvodu. Takéto zariadenia sú tzv zdroje jednosmerného prúdu . Volajú sa sily neelektrostatického pôvodu pôsobiace na voľné nosiče náboja zo zdrojov prúdu vonkajšie sily .

Povaha vonkajších síl môže byť rôzna. V galvanických článkoch alebo batériách sú výsledkom elektrochemické procesy, v DC generátoroch vznikajú vonkajšie sily pri pohybe vodičov v magnetickom poli. Zdroj prúdu v elektrickom obvode hrá rovnakú úlohu ako čerpadlo, ktoré je potrebné na čerpanie kvapaliny v uzavretom hydraulickom systéme. Pod vplyvom vonkajších síl sa elektrické náboje pohybujú vo vnútri zdroja prúdu proti sily elektrostatického poľa, vďaka ktorým sa v uzavretom okruhu môže udržiavať konštantný elektrický prúd.

Pri pohybe elektrické náboje cez jednosmerný obvod pôsobia vonkajšie sily pôsobiace vo vnútri zdrojov prúdu.

Fyzikálna veličina rovnajúca sa pomeru práce \ (A_ (st) \) vonkajších síl pri pohybe náboja \ (q \) zo záporného pólu zdroja prúdu na kladný k hodnote tohto náboja sa nazýva zdrojová elektromotorická sila (EMF):

$$EMF=\varepsilon=\frac(A_(st))(q). $$

EMP je teda určené prácou vykonanou vonkajšími silami pri pohybe jedného kladného náboja. Elektromotorická sila, podobne ako potenciálny rozdiel, sa meria v Volty (V).

Keď sa jeden kladný náboj pohybuje pozdĺž uzavretého obvodu jednosmerného prúdu, práca vonkajších síl sa rovná súčtu EMF pôsobiacich v tomto obvode a práca elektrostatického poľa je nulová.

Jednosmerný obvod je možné rozdeliť na samostatné časti. Volajú sa tie úseky, na ktoré nepôsobia vonkajšie sily (t.j. úseky, ktoré neobsahujú zdroje prúdu). homogénne . Oblasti, ktoré zahŕňajú prúdové zdroje, sú tzv heterogénne .

Keď sa jednotkový kladný náboj pohybuje pozdĺž určitej časti obvodu, fungujú elektrostatické (Coulomb) aj vonkajšie sily. Práca elektrostatických síl sa rovná potenciálnemu rozdielu \(\Delta \phi_(12) = \phi_(1) - \phi_(2)\) medzi počiatočným (1) a konečným (2) bodom nehomogénneho rezu. . Práca vonkajších síl je podľa definície elektromotorická sila \(\mathcal(E)\) pôsobiaca na tento úsek. Preto plná práca rovná sa

$$U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2) + \mathcal(E)$$

hodnota U 12 sa nazýva napätie na časti reťaze 1-2. V prípade homogénneho úseku sa napätie rovná potenciálnemu rozdielu:

$$U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2)$$

Nemecký fyzik G. Ohm v roku 1826 experimentálne zistil, že sila prúdu \ (I \) pretekajúceho homogénnym kovovým vodičom (t. j. vodičom, v ktorom nepôsobia žiadne vonkajšie sily) je úmerná napätiu \ (U \) pri konce vodiča:

$$I = \frac(1)(R)U; \: U = IR $$

kde \(R\) = konšt.

hodnota R volal elektrický odpor . Vodič s elektrickým odporom sa nazýva odpor . Tento pomer vyjadruje Ohmov zákon pre homogénna časť reťazca: Prúd vo vodiči je priamo úmerný použitému napätiu a nepriamo úmerný odporu vodiča.

V SI je jednotka elektrického odporu vodičov Ohm (Ohm). Odpor 1 ohm má časť obvodu, v ktorej sa pri napätí 1 V vyskytuje prúd 1 A.

Volajú sa vodiče, ktoré dodržiavajú Ohmov zákon lineárne . Grafická závislosť sily prúdu \ (I \) od napätia \ (U \) (takéto grafy sú tzv. voltampérové ​​charakteristiky , skrátene VAC) je znázornená priamkou prechádzajúcou počiatkom. Treba poznamenať, že existuje veľa materiálov a zariadení, ktoré sa neriadia Ohmovým zákonom, napr. polovodičová dióda alebo plynová lampa. Aj pre kovové vodiče pri prúdoch to stačí veľkú silu existuje odchýlka od Ohmovho lineárneho zákona, keďže elektrický odpor kovových vodičov sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou.

Pre časť obvodu obsahujúcu EMF je Ohmov zákon napísaný v nasledujúcom tvare:

$$IR = U_(12) = \phi_(1) - \phi_(2) + \mathcal(E) = \Delta \phi_(12) + \mathcal(E)$$
$$\color(modrá)(I = \frac(U)(R))$$

Tento pomer sa nazýva zovšeobecnený Ohmov zákon alebo Ohmov zákon pre nehomogénny úsek reťaze.

Na obr. 1.8.2 znázorňuje uzavretý jednosmerný obvod. Reťazová časť ( cd) je homogénna.

Ohmov zákon

$$IR = \Delta\phi_(cd)$$

Zápletka ( ab) obsahuje zdroj prúdu s EMF rovným \(\mathcal(E)\).

Podľa Ohmovho zákona pre heterogénnu oblasť,

$$Ir = \Delta \phi_(ab) + \mathcal(E)$$

Pridaním oboch rovností dostaneme:

$$I(R+r) = \Delta\phi_(cd) + \Delta \phi_(ab) + \mathcal(E)$$

Ale \(\Delta\phi_(cd) = \Delta \phi_(ba) = -\Delta \phi_(ab)\).

$$\color(modrá)(I=\frac(\mathcal(E))(R + r))$$

Tento vzorec vyjadruje Ohmov zákon pre úplný obvod : prúdová sila v kompletnom obvode sa rovná elektromotorickej sile zdroja, vydelená súčtom odporov homogénnych a nehomogénnych častí obvodu (vnútorný odpor zdroja).

Odpor r heterogénna oblasť na obr. 1.8.2 možno vidieť ako vnútorný odpor zdroja prúdu . V tomto prípade zápletka ( ab) na obr. 1.8.2 je vnútorná časť zdroja. Ak body a A b zatvorte vodičom, ktorého odpor je malý v porovnaní s vnútorným odporom zdroja (\ (R\ \ll r\)), potom obvod potečie prúd skrat

$$I_(kz)=\frac(\mathcal(E))(r)$$

Skratový prúd - maximálna pevnosť prúdu, z ktorého je možné získať daný zdroj s elektromotorickou silou \(\mathcal(E)\) a vnútorným odporom \(r\). Pri zdrojoch s nízkym vnútorným odporom môže byť skratový prúd veľmi veľký a spôsobiť zničenie elektrického obvodu alebo zdroja. Napríklad pri olovené batérie používané v automobiloch, môže byť skratový prúd niekoľko stoviek ampérov. Zvlášť nebezpečné sú skraty v osvetľovacích sieťach napájaných z rozvodní (tisíce ampérov). Aby sa predišlo deštruktívnemu účinku takýchto vysokých prúdov, sú v obvode zahrnuté poistky alebo špeciálne ističe.

V niektorých prípadoch, aby sa zabránilo nebezpečným hodnotám skratového prúdu, je k zdroju zapojený nejaký vonkajší odpor sériovo. Potom odpor r sa rovná súčtu vnútorného odporu zdroja a vonkajšieho odporu a v prípade skratu nebude sila prúdu nadmerne veľká.

Ak je vonkajší obvod otvorený, potom \(\Delta \phi_(ba) = -\Delta \phi_(ab) = \mathcal(E)\), t.j. potenciálny rozdiel na póloch otvorenej batérie je rovný jeho EMF.

Ak odpor vonkajšieho zaťaženia R zapnuté a cez batériu preteká prúd ja, potenciálny rozdiel na jeho póloch sa rovná

$$\Delta \phi_(ba) = \mathcal(E) - Ir$$

Na obr. 1.8.3 je schematické znázornenie jednosmerného zdroja s EMF rovnaké\(\mathcal(E)\) a vnútorný odpor r v troch režimoch: "nečinnosť", práca na záťaži a režim skratu (skrat). Intenzita \(\overrightarrow(E)\) elektrického poľa vo vnútri batérie a sily pôsobiace na kladné náboje sú označené:\(\overrightarrow(F)_(e)\) - elektrická sila a \(\overrightarrow(F)_(st)\) je vonkajšia sila. V režime skratu elektrické pole vo vnútri batérie zmizne.

Na meranie napätí a prúdov v jednosmerných elektrických obvodoch sa používajú špeciálne zariadenia - voltmetre A ampérmetre.

Voltmeter navrhnutý na meranie rozdielu potenciálov aplikovaného na jeho svorky. On spája paralelnýúsek obvodu, na ktorom sa vykonáva meranie rozdielu potenciálov. Každý voltmeter má nejaký vnútorný odpor \(R_(V)\). Aby voltmeter po pripojení k meranému obvodu nezaviedol citeľné prerozdelenie prúdov, musí byť jeho vnútorný odpor veľký v porovnaní s odporom úseku obvodu, ku ktorému je pripojený. Pre obvod znázornený na obr. 1.8.4 je táto podmienka napísaná takto:

$$R_(B) \gg R_(1)$$

Táto podmienka znamená, že prúd \(I_(V) = \Delta \phi_(cd) / R_(V)\) pretekajúci voltmetrom je oveľa menší ako prúd \(I = \Delta \phi_(cd) / R_ (1 )\), ktorý preteká cez testovaný úsek obvodu.

Pretože vo vnútri voltmetra nepôsobia žiadne vonkajšie sily, potenciálny rozdiel na jeho svorkách sa podľa definície zhoduje s napätím. Preto môžeme povedať, že voltmeter meria napätie.

Ampérmeter určené na meranie prúdu v obvode. Ampérmeter je zapojený do série s prerušením elektrického obvodu tak, aby ním prechádzal celý meraný prúd. Ampérmeter má tiež nejaký vnútorný odpor \(R_(A)\). Na rozdiel od voltmetra musí byť vnútorný odpor ampérmetra dostatočne malý v porovnaní s celkovým odporom celého obvodu. Pre obvod na obr. 1.8.4 odpor ampérmetra musí spĺňať podmienku

$$R_(A) \ll (r + R_(1) + R(2))$$

takže pri zapnutí ampérmetra sa prúd v obvode nemení.

Meracie prístroje - voltmetre a ampérmetre - sú dvoch typov: ručné (analógové) a digitálne. Digitálne elektromery sú zložité elektronické zariadenia. Digitálne prístroje zvyčajne poskytujú vyššiu presnosť merania.

Elektrický prúd je riadený pohyb nabitých častíc v určitom smere pozdĺž vodiča.

Prúd vodiča

Na to, aby vo vodiči vznikol prúd, je potrebné, aby v nejakom médiu boli voľné elektrické náboje. Tieto náboje sú nútené pohybovať sa určitou silou F, rovná náboj q, vynásobený intenzitou poľa E.

Smer pohybu kladných nábojov sa berie ako smer prúdu.

Elektrické pole existuje, ak potenciálny rozdiel medzi akýmikoľvek dvoma bodmi vodiča nachádzajúceho sa v tomto poli nie je rovný nule.

V takomto poli však riadený pohyb elektrických nábojov povedie k tomu, že potenciály na koncoch vodiča budú rovnaké. Pohyb nábojov sa zastaví. Preto zmizne aj elektrické pole. Na udržanie existencie elektrického poľa je potrebné zariadenie, ktoré sa nazýva zdroj prúdu. Zdrojom prúdu môžu byť batérie, akumulátory, elektrické generátory, solárne panely.

Jednosmerný a striedavý prúd

D.C

Konštantný prúd je prúd, ktorého smer a veľkosť sa v priebehu času nemenia. Graf jednosmerného prúdu verzus časová os je priamka.

Elektrické pole, pomocou ktorého vzniká vo vodiči jednosmerný prúd, sa nazýva stacionárne.

Najjednoduchší zdroj jednosmerného prúdu je chemický prvok(batéria resp galvanický článok). Smer prúdu v takomto zdroji sa nemôže samovoľne meniť.

Striedavý prúd

Striedavý prúd je prúd, ktorého veľkosť a smer sa na rozdiel od jednosmerného prúdu v čase menia podľa určitého vzoru. Okrem toho sa tieto zmeny po určitom čase opakujú.

Ak zostavíme AC graf, uvidíme, že má tvar sínusoidy.

Časový interval, počas ktorého dôjde k úplnému cyklu zmeny prúdu, sa nazýva obdobie. A nazýva sa počet úplných periód za 1 sekundu Frekvencia striedavého prúdu. Maximálna hodnota prúd počas celé obdobie volal hodnota amplitúdy prúdu. Volá sa aktuálna hodnota v ľubovoľnom čase okamžitá hodnota prúdu.

Zdrojmi striedavého prúdu sú alternátory.

Na osvetľovacie a priemyselné účely sa striedavý prúd vyrába pomocou výkonných generátorov poháňaných motormi. vnútorné spaľovanie, parné alebo vodné turbíny.

Súčasná sila

prúdová sila pomenujte množstvo rovná poplatku, ktorý pretečie prierezom vodiča za jednotku času.

IN medzinárodný systém jednotiek (SI) sila prúdu sa meria v ampéroch.

Pre časť obvodu je sila prúdu podľa Ampérovho zákona priamo úmerná napätiu U aplikovanému na časť obvodu a nepriamo úmerná odporu vodiča tejto časti R.

Tento vzorec platí pre jednosmerný prúd.

Sila prúdu sa meria pomocou špeciálneho zariadenia - ampérmetra.

striedavé napätie sa mení podľa harmonického zákona

U = U m cos ωt

Striedavý elektrický prúd vo vodiči vzniká vplyvom striedavého elektrického poľa. Frekvencia a fáza kolísania striedavého prúdu sa zhodujú s frekvenciou a fázou kolísania napätia.

Okamžitá hodnota striedavého prúdu je vyjadrená vzorcom

i = I m cos ωt

Kde i– okamžitá hodnota prúdu

ja m- hodnota amplitúdy sily prúdu

ω – uhlová frekvencia

ω = 2πf

f- Frekvencia striedavého prúdu

Hodnota amplitúdy sily prúdu je I m = U m/R

Efektívna hodnota sily striedavého prúdu je jej hodnota, pri ktorej sa priemerný výkon vo vodiči v obvode striedavého prúdu rovná výkonu v rovnakom vodiči v obvode jednosmerného prúdu.

I D \u003d 1,44 I m

Takmer všetky elektrické zariadenia priemyselné podniky, Spotrebiče napájaný striedavým prúdom.

V § 8-i sme uvažovali o pokuse s lampou a dvoma cievkami (odpormi). Poznamenali sme, že zmenou sily prúdu rozumieme zmenu toku elektrónov prechádzajúcich vodičom. Na túto vetu sa odkazuje pevné kovové vodiče. V tekutých kovoch (napríklad v ortuti), v roztavených alebo rozpustených látkach (napríklad v soliach, kyselinách a zásadách), ako aj v plynoch, je prúd tvorený elektrónmi a iónmi (pozri § 8). Všetky sú nosiče elektrického náboja.
Preto je vhodnejšie chápať silu prúdu nie ako počet rôznych nabitých častíc (elektrónov a / alebo iónov), ktoré prechádzajú vodičom za určitý čas, ale celkový náboj prenesený cez vodič za jednotku času. Vo forme vzorca to vyzerá takto:

takže, prúdová sila - fyzikálna veličina znázorňujúca náboj prechádzajúci vodičom za jednotku času.

Na meranie prúdu sa používa zariadenie ampérmeter. Je zapojený do série s úsekom obvodu, v ktorom sa má merať prúd. Jednotka sily prúdu - 1 ampér(1A). Nastavuje sa meraním sily interakcie (priťahovania alebo odpudzovania) vodičov s prúdom. Vysvetlenie nájdete na obrázku s fóliovými pásikmi na úplnom začiatku tejto témy.
Pre 1 ampér sa berie sila takého prúdu, ktorý pri prechode cez dva rovnobežné priame vodiče nekonečná dĺžka a malý priemer, ktorý sa nachádza vo vzdialenosti 1 m od seba vo vákuu, spôsobuje na úseku vodiča dlhom 1 m interakčnú silu rovnajúcu sa 0,0000002 N.
Poďme sa zoznámiť s súčasné distribučné zákony v obvodoch s rôznym zapojením vodičov. Na schémach "a", "b", "c" sú lampa a reostat zapojené postupne. V schémach "g", "d", "e" sú svietidlá pripojené paralelný. Vezmite ampérmeter a zmerajte silu prúdu na miestach označených červenými bodkami.
Najprv zapnite ampérmeter medzi reostatom a lampou (schéma "a"), zmerajte prúdovú silu a označte ju symbolom jabežné. Potom umiestnime ampérmeter naľavo od reostatu (schéma "b"). Zmerajte aktuálnu silu a označte ju symbolom ja1 . Potom umiestnime ampérmeter naľavo od lampy, označujeme silu prúdu ja2 (schéma "c").


vo všetkých častiach obvodu so sériovým zapojením vodičov je sila prúdu rovnaká:

Poďme teraz zmerať silu prúdu v rôznych častiach obvodu pomocou paralelné pripojenie dve lampy. V schéme "d" ampérmeter meria celkovú silu prúdu; na diagramoch "d" a "e" - sila prúdov prechádzajúcich hornými a dolnými svietidlami.


Viacnásobné merania Ukáž to prúdová sila v nerozvetvenej časti obvodu s paralelným zapojením vodičov ( celková sila prúd) sa rovná súčtu prúdov vo všetkých vetvách tohto obvodu.