Зміст:

Коли народилося поняття «електрон», люди одразу пов'язали його із певною роботою. Електрон – це грецькою «бурштин». Те, що грекам для того, щоб знайти цей марний, загалом магічний камінчик, треба було досить далеко проїхати на північ - такі зусилля тут, загалом, не береться до уваги. А ось варто було проробити деяку роботу - руками по натирання камінця об вовняну суху ганчірочку - і він набував нових властивостей. Це знали усі. Натерти просто так, заради суто безкорисливого інтересу, щоб поспостерігати, як тепер до «електрона» починає притягуватися дрібне сміття: порошинки, шерстинки, ниточки, пір'їнки. Надалі, коли виник цілий клас явищ, об'єднаних потім у поняття «електрика», робота, яку треба обов'язково витратити, не давала людям спокою. Якщо потрібно витратити, щоб вийшов фокус з порошинками - значить, добре б цю роботу якось зберегти, накопичити, а потім і отримати назад.

Таким чином з все більш ускладнюваних фокусів з різними матеріалами та філософських міркувань і навчилися цю магічну силу збирати в баночку. А потім зробити і так, щоб вона з баночки поступово вивільнялася, викликаючи дії, які вже стало відчути, а дуже скоро і поміряти. І поміряли настільки дотепно, маючи всього пару шовкових кульок або паличок і пружинні крутильні ваги, що й тепер ми цілком серйозно користуємося тими самими формулами для розрахунків електричних ланцюгів, які вже пронизали тепер всю планету, нескінченно складних, порівняно з тими першими пристосуваннями. .

А назва цього могутнього джина, що сидить у баночці, так і досі містить захоплення давніх відкривачів: «Електро рушійна сила». Але тільки ця сила - зовсім не електрична. А навпаки, стороння страшна сила, яка змушує електричні заряди рухатися «проти волі», тобто долаючи взаємне відштовхування, і збиратися десь із одного боку. Від цього виходить різниця потенціалів. Її можна використовувати, пустивши заряди іншим шляхом. Де їх «не вартує» ця страшна ЕРС. І змусити тим самим виконати деяку роботу.

Принцип роботи

ЕРС - це сила різної природи, хоча вимірюється вона у вольтах:

  • хімічної. Походить від процесів хімічного заміщення іонів одних металів іонами інших (активніших). В результаті утворюються зайві електрони, що прагнуть «врятуватися» на краю найближчого провідника. Такий процес буває оборотним чи незворотним. Оборотний - в акумуляторах. Їх можна зарядити, повернувши заряджені іони назад у розчин, чому він набуде більше, наприклад, кислотності (у кислотних акумуляторах). Кислотність електроліту і є причиною ЕРС акумулятора, працює безперервно, поки розчин не стане абсолютно нейтральним хімічно.

  • Магнітодинамічній. Виникає при дії на провідник, якимось чином орієнтований у просторі, що змінюється магнітного поля. Або від магніту, що рухається щодо провідника, або від руху провідника щодо магнітного поля. Електрони в цьому випадку теж прагнуть рухатися в провіднику, що дозволяє їх уловлювати та поміщати на вихідні контакти пристрою, створюючи різницю потенціалів.

  • Електромагнітний. Змінне магнітне поле створюється в магнітному матеріалі змінною електричною напругою первинної обмотки. У вторинній обмотці виникає рух електронів, отже, і напруга, пропорційне напрузі в первинній обмотці. Значком ЕРС трансформатори можуть позначатися у схемах еквівалентного заміщення.

  • Фотоелектричні. Світло, потрапляючи на деякі провідні матеріали, здатне вибивати електрони, тобто робити їх вільними. Створюється надлишок цих частинок, через що зайві виштовхуються до одного з електродів (аноду). Виникає напруга, яка здатна породити електричний струм. Такі пристрої називаються фотоелементами. Спочатку були вигадані вакуумні фотоелементи, в яких електроди були встановлені в колбі з вакуумом. Електрони у разі виштовхувалися межі металевої пластинки (катод), а вловлювалися іншим електродом (анод). Такі фотоелементи знайшли застосування у датчиках світла. З винаходом більш практичних напівпровідникових фотоелементів стало можливим створювати з них потужні батареї, щоб підсумовуванням електрорушійної сили кожного з них виробляти суттєву напругу.

  • Теплоелектричні. Якщо два різні метали або напівпровідники спаяти в одній точці, а потім в цю точку доставити тепло, наприклад, свічки, то на протилежних кінцях пари металів (термопари) виникає різниця в щільності електронного газу. Ця різниця може накопичуватися, якщо з'єднати термопари послідовним ланцюжком, подібно до з'єднання гальванічних елементів в батареї або окремих фотоелементів в сонячній батареї. ТермоЕРС використовується в дуже точних датчиках температури. З цим явищем пов'язано кілька ефектів (Пельтьє, Томсона, Зеєбека), які успішно досліджуються. Фактом є те, що теплота здатна безпосередньо перетворитися на електрорушійну силу, тобто напругу.

  • Електростатичні. Такі джерела ЕРС були вигадані практично одночасно з гальванічними елементами або навіть раніше (якщо вважати натирання бурштину шовком нормальним виробництвом ЕРС). Вони ще називаються електрофорними машинами, або, на ім'я винахідника, генераторами Вімшурста. Хоча Вімшурст створив виразне технічне рішення, що дозволяє знятий потенціал накопичувати в лейденському банку - першому конденсаторі (причому, хорошій ємності). Першою ж електрофорною машиною можна вважати величезну кулю із сірки, насаджену на вісь, - апарат магдебурзького бургомістра Отто фон Геріке в середині XVIIстоліття. Принцип роботи - натирання матеріалів, що легко електризуються від тертя. Щоправда прогрес у фон Герике можна назвати, за приказкою, рухомим лінню, коли немає полювання натирати бурштин чи щось інше вручну. Хоча, звичайно, цьому допитливому політику чогось, а фантазії та активності було не позичати. Згадаймо хоча б його ж усім відомий досвід із розриванням двома низками ослів (або мулів) кулі без повітря за ланцюги на дві півкулі.

Електризація, як спочатку передбачали, походить саме від «тертя», тобто, натираючи янтар ганчіркою, ми «зриваємо» з його поверхні електрони. Проте дослідження показали, що тут не так просто. Виявляється, на поверхні діелектриків завжди є нерівномірності заряду і до цих нерівномірностей притягуються іони з повітря. Утворюється така повітряно-іонна шуба, яку ми пошкоджуємо, натираючи поверхню.

  • Термоемісійний. При нагріванні металів з їхньої поверхні зриваються електрони. У вакуумі вони досягають іншого електрода та наводять там негативний потенціал. Дуже перспективний зараз напрямок. На малюнку наведено схему захисту гіперзвукового літального апаратувід перегріву частин корпусу зустрічним потоком повітря, причому термоелектрони, що випускаються катодом (який при цьому охолоджується - одночасна дія ефектів Пельтьє та/або Томсона), досягають анода, наводячи на ньому заряд. Заряд, вірніше, напруга, яка дорівнює отриманій ЕРС, можна використовувати в ланцюзі споживання всередині апарату.

1 - катод, 2 - анод, 3, 4 - відведення катода та анода, 5 - споживач

  • П'єзоелектричний. Багато кристалічних діелектриків, коли відчувають механічний тиск на себе в якомусь напрямку, реагують на нього наведенням різниці потенціалів між своїми поверхнями. Ця різниця залежить від тиску, тому вже використовується в датчиках тиску. П'єзоелектричні запальнички для газових плит не вимагають жодного іншого джерела енергії – лише натискання пальцем на кнопочку. Відомі спроби створення п'єзоелектричної системи запалювання в автомобілях на основі п'єзокераміки, що отримує тиск від системи кулачків, пов'язаних із головним валом двигуна. «Гарні» п'єзоелектрики – у яких пропорційність ЕРС від тиску високо точна – бувають дуже тверді (наприклад, кварц), при механічному тиску майже не деформуються.

  • Однак довгий вплив тиском на них викликає їхнє руйнування. У природі сильні верстви кам'яних порід також є п'єзоелектриками, тиску земних товщ наводять величезні заряди на їх поверхнях, що породжує в глибинах землі титанічні бурі та грози. Однак, не все так страшно. Вже були розроблені і еластичні п'єзоелектрики, і навіть почалося виготовлення на їх основі (і на основі нанотехнологій) виробів, що йдуть на продаж.

Те, що одиницею виміру ЕРС є одиниця електричної напруги, зрозуміло. Так як найрізноманітніші механізми, що створюють електрорушійну силу джерела струму, все перетворять свої види енергії в рух і накопичення електронів, а це зрештою і призводить до появи такої напруги.

Струм, що виникає від ЕРС

Електрорушійна сила джерела струму на те і рушійна сила, що електрони від неї починають рухатися, якщо замкнути електричний ланцюг. Їх до цього примушує ЕРС, користуючись своєю неелектричною «половиною» природи, яка не залежить все-таки від половини, пов'язаної з електронами. Так як вважається, що струм у ланцюзі тече від плюса до мінуса (таке визначення напряму було зроблено раніше, ніж всі дізналися, що електрон - негативна частка), то всередині приладу з ЕРС струм робить завершальний рух - від мінуса до плюсу. І завжди малюють у знака ЕРС, куди спрямована стрілочка – +. Тільки в обох випадках - і всередині ЕРС джерела струму, і зовні, тобто в ланцюгу, що споживає, - ми маємо справу з електричним струмом з усіма його обов'язковими властивостями. У провідниках струм наштовхується з їхньої опір. І тут, у першій половині циклу, маємо опір навантаження, у другій, внутрішній, - опір джерела або внутрішній опір.

Внутрішній процес працює не миттєво (хоча дуже швидко), і з певною інтенсивністю. Він здійснює роботу з доставки зарядів від мінуса до плюсу, і це теж зустрічає опір.

Опір це двоякого роду.

  1. Внутрішній опір працює проти сил, що роз'єднують заряди, він має природу, «близьку» цим силам, що роз'єднують. Принаймні працює з ними в єдиному механізмі. Наприклад, кислота, що відбирає кисень у двоокису свинцю і заміщає його на іони SO 4 -, безперечно відчуває деякий хімічний опір. І це таки проявляється як робота внутрішнього опору акумулятора.
  2. Коли зовнішня (вихідна) половина ланцюга не замкнута, поява нових і нових електронів одному з полюсів (і зменшення їх з іншого полюса) викликає посилення напруженості електростатичного поляна полюсах акумулятора та посилення відштовхування між електронами. Що дозволяє системі "не йти врознос" і зупинитися на деякому стані насиченості. Більше електронів із акумулятора назовні не приймається. І це зовні виглядає як наявність постійної електричної напруги між клемами акумулятора, яка називається U хх, напругою холостого ходу. І воно чисельно дорівнює ЕРС - електрорушійної сили. Тому і одиницею виміру ЕРС є вольт (у системі СІ).

Але якщо тільки підключити до акумулятора навантаження з провідників, що мають відмінний від нуля опір, негайно потече струм, сила якого визначається за законом Ома.

Поміряти внутрішній опір джерела ЕРС, начебто, можна. Варто включити в ланцюг амперметр і шунтувати (закоротити) зовнішній опір. Однак внутрішній опір настільки низький, що акумулятор почне розряджатися катастрофічно, виробляючи величезну кількість теплоти, як на зовнішніх закорочених провідниках, так і у внутрішньому просторі джерела.

Однак можна вчинити інакше:

  1. Виміряти E (пам'ятаємо, напруга холостого ходу, одиниця виміру – вольт).
  2. Підключити як навантаження деякий резистор і поміряти падіння напруги на ньому. Обчислити струм I 1 .
  3. Обчислити значення внутрішнього опору джерела ЕРС можна, скориставшись виразом для r

Зазвичай здатність акумулятора видавати електроенергію оцінюється його енергетичною «ємністю» в ампергодині. Але цікаво було б подивитися, який максимальний струм може виробляти. Незважаючи на те, що, можливо, електрорушійна сила джерела струму змусить його вибухнути. Так як ідея влаштувати на ньому коротке замикання здалася не дуже привабливою, можна вирахувати цю величину суто теоретично. ЕРС дорівнює U хх. Просто потрібно домалювати графік залежності падіння напруги на резисторі від струму (отже, і від опору навантаження) до точки, в якій опір навантаження дорівнюватиме нулю. Це точка Iкз, перетин червоної лінії з лінією координати I , в якій напруга U стала нульовою, а вся напруга джерела E буде падати на внутрішній опір.

Основні поняття, що часто видаються простими, не завжди буває можна зрозуміти без залучення прикладів і аналогій. Що таке електрорушійна сила, і як вона працює, можна уявити, тільки розглянувши безліч її проявів. А варто розглянути визначення ЕРС, як воно дається солідними джерелами за допомогою розумних академічних слів – і все починай із початку: електрорушійна сила джерела струму. Або просто вибий на стіні золотими літерами:

Сторонніх (непотенційних) сил у джерелах пост. або перем. струму; у замкнутому провідному контурі дорівнює роботі цих сил по переміщенню одиничного покладе. заряду вздовж контуру. Якщо через Есгр позначити напруженість поля сторонніх сил, то ЕДС? у замкнутому контурі L дорівнює

де dl – елемент довжини контуру.

Потенці. сили електростатич. поля не можуть підтримувати пост. цих сил на замкнутому шляху дорівнює нулю. Проходження ж струму провідниками супроводжується виділенням енергії - нагріванням провідників. Сторонні сили приводять у заряд. ч-ци усередині генераторів, гальванич. елементів, акумуляторів та інших джерел струму. Походження сторонніх сил може бути різним: у генераторах - це сили з боку вихрового електрич. поля, що виникає за зміни магн. поля з часом, або Лоренца, що діє з боку магн. поля на ел-ни в провіднику, що рухається; у гальванич. елементах та акумуляторах - це хімічний. сили і т. д. ЕДС джерела дорівнює електричному напрузі на його затискачах при розімкнутому ланцюзі. ЕДС визначає силу струму в ланцюзі при заданому її опорі (див. ОМА ЗАКОН).

Вимірюється, як і електрич. у вольтах. Фізичнийенциклопедичний словник. . 1983 .

. - М: Радянська енциклопедія

ЕЛЕКТРОРУШІЙНА СИЛА (Едс) - феноменологічна характеристика джерел струму. Введена Г. Омом (G. Ohm) у 1827 р. для ланцюгів пост. струму і визначена Г. Кірхгофом (G. Kirchhoff) у 1857 р. як робота "сторонніх" сил при переносі одиничного електрич. заряду вздовж замкнутого контуру. Потім поняття ЕДС стали трактувати ширше - як міру питомих (на одиницю заряду, що переноситься струмом) перетворень енергії, що здійснюються в квазістаціонарних [див.Квазистаціонарне (квазістатичне) наближення

]електрич. ланцюгах не тільки "сторонніми" джерелами (гальваніч. батареями, акумуляторами, генераторами тощо), але і "навантажувальними" елементами (електромоторами, акумуляторами в режимі зарядки, дроселями, трансформаторами тощо).

Повне назв. величини - Е. с.- пов'язано з механіч. аналогіями процесів в електрич. ланцюгах і застосовується рідко; Найбільш уживаним є скорочення - едс. У СІ ЕДС вимірюється у вольтах (В); в гаусової системі (СГСЕ) одиниця едс спец. назви не має (1 СДСЕ 300 В). У разі квазілінійного пост. струму в замкнутому (без розгалуження) ланцюга сумарного припливу ел.-магн. енергії, що виробляється джерелами, повністю витрачається виділення тепла (див.

Джоулеві втрати): Iде -ЕДС в провідному контурі, -струм, R -

опір (знак ЕДС, як і знак струму, залежить від вибору напрямку обходу по контуру). При описі квазістаціонарних процесів в електрич. ланцюгах в ур-нії енергетич. балансу (*) необхідний облік змін накопиченої магнітної W m та електричної W e

енергій: За зміни магн. поля у часі виникає вихрове електрич. Eциркуляцію до-рого вздовж провідного контуру прийнято називати ЕДС електромагнітної індукції:

Зміни електрич. енергії істотні, як правило, у тих випадках, коли ланцюг містить з великою електрич. напр. конденсатори. Тоді dW e /dt = D U. I,де D U-різниця потенціалів між обкладками конденсатора.

Допустимі, однак, та ін інтерпретації енергетич. перетворень на електрич. ланцюги. Так, напр., якщо ланцюг перем. гармонійний. струму включений з індуктивністю L,то взаємні перетворення електрич. та магн. енергій у ньому можуть бути охарактеризовані як ЕДС ел.-магн. індукції і падінням напруги на ефективному реактивному опорі Z L(Див. Імпеданс):У рухомих у магн. поле тілах (напр., у якорі уніполярного індуктора) навіть робота сил опору може давати внесок у едс.

У розгалужених ланцюгах квазілінійних струмів співвідношення між ЕДС і падіннями напруги на ділянках ланцюга, що становлять замкнутий контур, визначається другим Кірхгофа є правилом.

ЕРС є інтегральною характеристикою замкнутого контуру, і в загальному випадку не можна суворо вказати місце її "додатку". Однак досить часто ЕДС можна вважати приблизно локалізованою в певних пристроях або елементах ланцюга. У разі її прийнято вважати характеристикою пристрою (гальванич. батареї, акумулятора, динамо-машини тощо.) і визначати через різницю потенціалів між його розімкненими полюсами. За типом перетворень енергії в цих пристроях розрізняють наступні види ЕДС: хімічеська ЕДС в гальванич. батареях, ваннах, акумуляторах, при корозійних процесах (гальваноефекти), фото е т е р е ч е я едс (фотоедс) при зовніш. та внутр. фотоефект (фотоелементи, фотодіоди); електромагнітна едс - едс ел.-магн. індукції (динамо-машини, трансформатори, дроселі, електромотори тощо); е л е к т р о с т а т і ч с к а я едс, що виникає, напр., при механіч. тертя (електрофорні машини, електризація грозових хмар тощо); п'є з е л е к т р і ч е с к а я едс - при здавлюванні або розтягуванні п'єзоелектриків (п'єзодатчики, гідрофони, стабілізатори частоти тощо); термо іонна едс, пов'язана з термоемісією заряд. частинок із поверхні розігрітих електродів; терм о е л е к т р і ч е ска я едс ( термоедс)-на контактах різнорідних провідників ( Зеєбека ефекті Пельтьє ефект)або на ділянках ланцюга з неоднорідним розподілом темп-ри ( Томсон ефект).Термоедс використовують у термопарах, пірометрах, холодильних машинах.

М. А. Міллер, Г. В. Пермітін.

Фізична енциклопедія. У 5-ти томах. - М: Радянська енциклопедія. Головний редакторА. М. Прохоров. 1988 .


Дивитись що таке "ЕЛЕКТРОДВИГУЧА СИЛА" в інших словниках:

    електрорушійна сила- Скалярна величина, що характеризує здатність стороннього поля та індуктованого електричного поля викликати електричний струм. Примітка — Електрорушійна сила дорівнює лінійному інтегралу напруженості стороннього поля та індуктованого. Довідник технічного перекладачаСучасна енциклопедія - скалярна величина, що характеризує здатність стороннього поля та індуктованого електричного поля викликати електричний струм.

Що таке ЕРС(Електрорушійна сила) у фізиці? Електричний струм зрозумілий далеко не кожному. Як космічна далечінь, тільки під самим носом. Взагалі він і вченим зрозумілий не до кінця. Достатньо згадати Ніколу Теслаз його знаменитими експериментами, що на віки випередили свій час і навіть у наші дні таємниці, що залишаються в ореолі. Сьогодні ми не розгадуємо великих таємниць, але намагаємося розібратися в тому, що таке ЕРС у фізиці.

Визначення ЕРС у фізиці

ЕРС- електрорушійна сила. Позначається буквою За зміни магн. поля у часі виникає вихрове електрич. або маленькою грецькою буквою епсілон.

Електрорушійна сила- скалярна фізична величина, Що характеризує роботу сторонніх сил ( сил неелектричного походження), що діють у електричних ланцюгахзмінного та постійного струму.

ЕРС, як і напругие, вимірюється у вольтах. Однак ЕРС та напруга – явища різні.

Напруга(Між точками А і Б) - фізична величина, рівна роботі ефективного електричного поля, що здійснюється при перенесенні одиничного пробного заряду з однієї точки в іншу.

Пояснюємо суть ЕРС "на пальцях"

Щоб розібратися в тому, що є, можна навести приклад-аналогію. Припустимо, що у нас є водонапірна вежа, повністю заповнена водою. Порівняємо цю вежу з батареєю.

Вода чинить максимальний тиск на дно вежі, коли вежа заповнена повністю. Відповідно, чим менше води в вежі, тим слабший тиск і натиск води, що витікає з крана. Якщо відкрити кран, вода поступово витікатиме спочатку під сильним натиском, а потім все повільніше, поки натиск не ослабне зовсім. Тут напруга – це той тиск, який вода чинить на дно. За рівень нульової напруги приймемо саме дно вежі.

Те саме і з батарейкою. Спочатку ми включаємо наше джерело струму (батарейку) у ланцюг, замикаючи його. Нехай це буде годинник або ліхтарик. Поки рівень напруги достатній і батарейка не розрядилася, ліхтарик світить яскраво, потім поступово гасне, поки зовсім не згасне.

Але як зробити так, щоб натиск не зникав? Інакше кажучи, як підтримувати у вежі постійний рівень води, але в полюсах джерела струму – постійну різницю потенціалів. За прикладом вежі ЕРС є як би насосом, який забезпечує приплив в вежу нової води.

Природа ЕРС

Причина виникнення ЕРС різних джерел струму різна. За природою виникнення розрізняють такі типи:

  • Хімічна ЕРС.Виникає в батареях та акумуляторах внаслідок хімічних реакцій.
  • Термо ЕРС.Виникає, коли контакти різнорідних провідників з'єднані при різних температурах.
  • ЕРС індукції.Виникає в генераторі при приміщенні провідника, що обертається, в магнітне поле. ЕРС буде наводитись у провіднику, коли провідник перетинає силові лінії постійного магнітного поля або коли магнітне поле змінюється за величиною.
  • Фотоелектрична ЕРС.Виникненню цієї ЕРС сприяє явище зовнішнього чи внутрішнього фотоефекту.
  • П'єзоелектрична ЕРС.ЕРС виникає при розтягуванні чи стисканні речовин.

Дорогі друзі, сьогодні ми розглянули тему ЕРС для чайників. Як бачимо, ЕРС – сила неелектричного походження, яка підтримує перебіг електричного струму в ланцюзі. Якщо Ви хочете дізнатися, як вирішуються завдання з ЕРС, радимо звернутися до нашим авторам– скрупульозно відібраним та перевіреним фахівцям, які швидко та дохідливо роз'яснять хід рішення будь-якої тематичного завдання. І за традицією наприкінці пропонуємо Вам переглянути навчальне відео. Приємного перегляду та успіхів у навчанні!

ЕРС. Чисельно електрорушійна сила вимірюється роботою, що здійснюється джерелом електричної енергії при перенесенні одиничного позитивного заряду по всьому замкнутому ланцюзі. Якщо джерело енергії, здійснюючи роботу Aзабезпечує перенесення по всьому замкнутому ланцюгу заряду q, то його електрорушійна сила ( Е) буде рівна

За одиницю виміру електрорушійної сили у системі СІ приймається вольт (в). Джерело електричної енергії має ЕДС в 1 вольт, якщо при переміщенні по всьому замкнутому ланцюгу заряду в 1 кулон здійснюється робота, що дорівнює 1 джоулю. Фізична природа електрорушійних сил у різних джерелах дуже різна.

Самоіндукція- виникнення ЕРС індукції в замкнутому провідному контурі при зміні струму, що протікає по контуру. При зміні струму Iу контурі пропорційно змінюється і магнітний потік Bчерез поверхню, обмежену цим контуром. Зміна цього магнітного потоку в силу закону електромагнітної індукції призводить до порушення в цьому контурі індуктивної ЕРС За зміни магн. поля у часі виникає вихрове електрич.. Це і називається самоіндукцією.

Поняття споріднене до поняття взаємоіндукції, будучи його окремим випадком.

Потужність. Потужність - це робота, що виробляється одиницю часу. Потужність-це робота, що виробляється в одиниця часу, тобто для перенесення заряду в ел. ланцюга чи замкнутої витрачається енергія, яка дорівнює А=U*Q оскільки кількість електрики дорівнює добутку сили струму, то Q=I*t звідси випливає що A=U*I*t. P=A/t=U*Q/t=U*I=I*t*R=P=U*I(І)

1Вт = 1000мВ, 1кВт = 1000В, Pr = Pп + Po-формула балансу потужності. Pr-потужність генератора(ЕРС)

Pr=Е*I,Pп=I*U корисна потужність, тобто потужність яка витрачається без втрат. Po=I^2*R-загублена потужність. Для того щоб ланцюг функціонував необхідно дотримуватися балансу потужності в ел.ланцюзі.

12.Закон Ома для ділянки ланцюга.

Сила струму в ділянці ланцюга прямо пропорційна напрузі на кінцях цього провідника і обернено пропорційна його опору:
I = U/R;

1) U = I * R, 2) R = U / R

13.Закон Ома для повного кола.

Сила струму в ланцюзі пропорційна діючої в ланцюзі ЕРС і обернено пропорційна сумі опорів ланцюга і внутрішнього опору джерела.

ЕРС джерела напруги(В), - сила струму в ланцюзі (А), - опір всіх зовнішніх елементів ланцюга(Ом), - внутрішній опір джерела напруги(Ом) .1)E=I(R+r)? 2) R+r=E/I

14.Послідовне, паралельне з'єднання резисторів, еквівалентний опір. Розподіл струмів та напруги.

При послідовному з'єднанні кількох резисторівкінець першого резистораз'єднують з початком другого, кінець другого - з початком третього і т.д. При такому з'єднанніпо всіх елементах послідовного ланцюга проходить
той самий струм I.

Uе = U1 + U2 + U3.Отже, напруга U на затискачах джерела дорівнює сумі напруг кожному з послідовно включених резисторів.

Rе = R1 + R2 + R3, Iе = I1 = I2 = I3, Uе = U1 + U2 + U3.

При послідовному з'єднанні опір ланцюга збільшується.

Паралельне з'єднання резисторів.Паралельним з'єднанням опорів називається таке з'єднання, при якому до одного затискача джерела підключаються початку опорів, а до іншого затискача - кінці.

Загальний опір паралельно включених опорів визначається за формулою

Загальний опір паралельно включених опорів завжди менше найменшого опору, що входить у цю сполуку.

при паралельному з'єднанні опорів напруги ними рівні між собою. Uе=U1=U2=U3У ланцюзі притікає струм I, а струми I 1 I 2 I 3 витікають з неї. Оскільки електричні заряди, що рухаються, не накопичуються в точці, то очевидно, що сумарний заряд, що припливає до точки розгалуження, дорівнює сумарному заряду, що витікає від неї: Iе = I1 + I2 + I3Отже, третя властивість паралельної сполуки може бути сформульована так: Величина струму в нерозгалуженій частині ланцюга дорівнює сумі струмів у паралельних гілках.Для двох парал.резисторів:

У цій публікації розглянуто основні терміни, закони та методики обчислення ЕРС магнітної індукції. За допомогою наведених нижче матеріалів можна самостійно визначити силу струму у взаємопов'язаних контурах, зміну напруги у типових трансформаторах. Ці відомості знадобляться на вирішення різних електротехнічних завдань.

Магнітний потік

Відомо, що пропускання струму через провідник супроводжується формуванням електромагнітного поля. На цьому принципі засновано роботу динаміків, запірних пристроїв, приводів реле, інших пристроїв. Зміною параметрів джерела живлення отримують необхідні силові зусилля для переміщення (утримання) суміщених деталей, що мають феромагнітні властивості.

Однак дійсне і зворотне твердження. Якщо між полюсами постійного магніту переміщати рамку з провідного матеріалу по замкнутому контуру, почнеться переміщення заряджених частинок. Підключивши відповідні прилади, можна реєструвати зміну струму (напруги). У ході елементарного експерименту можна з'ясувати збільшення ефекту у таких ситуаціях:

  • перпендикулярне розташування провідника/силових ліній;
  • прискорення переміщень.

На зображенні вище показано, як визначати напрямок струму в провіднику за допомогою простого правила.

Що таке ЕРС індукції

Зазначене вище переміщення зарядів створює різницю потенціалів, якщо контур розімкнуто. Подана формула показує, як саме залежатиме ЕРС від основних параметрів:

  • векторного виразу магнітного потоку (B);
  • довжини (l) та швидкості переміщення (v) контрольного провідника;
  • кута (α) між векторами руху/індукції.

Аналогічний результат можна отримати, якщо система складена зі стаціонарного провідного ланцюга, на яку впливає магнітне поле, що переміщається. Замкнувши контур, створюють відповідні умови переміщення зарядів. Якщо використовувати багато провідників (котушку) або рухатися швидше, то збільшиться сила струму. Представлені принципи з успіхом застосовують для перетворення механічних сил на електроенергію.

Позначення та одиниці виміру

ЕРС у формулах позначають вектором Е. Мається на увазі напруженість, яку створюють сторонні сили. Відповідним чином, цю величину можна оцінювати за різницею потенціалів. За діючими міжнародними стандартами (СІ), одиниця виміру – один вольт. Великі та малі значення вказують із застосуванням кратних приставок: «мікро», «кіло» та ін.

Закони Фарадея та Ленца

Якщо розглядається електромагнітна індукція, формули цих вчених допомагають уточнити взаємовплив значних параметрів системи. Визначення Фарадея дозволяє уточнити залежність ЕРС (За зміни магн. поля у часі виникає вихрове електрич.- Середнє значення) від змін магнітного потоку (ΔF) та часу (Δt):

E = - F / Δt.

Проміжні висновки:

  • Струм збільшується, якщо за одиницю часу провідник перетинає більшу кількість силових магнітних ліній;
  • "-" у формулі допомагає враховувати взаємні зв'язки між полярністю Е, швидкістю переміщення рамки, спрямованістю вектора індукції.

Ленц обґрунтував залежність ЕРС від будь-яких змін магнітного потоку. При замиканні контуру котушки створюються умови руху зарядів. У такому варіанті конструкція перетворюється на типовий соленоїд. Поруч із ним утворюється відповідне електромагнітне поле.

Цей вчений обґрунтував важливу особливістьіндукційної ЕРС. Сформоване котушкою поле перешкоджає зміні стороннього потоку.

Рух дроту у магнітному полі

Як показано в першій формулі (Е = В * l * v * sinα), амплітуда електрорушійної сили значною мірою залежить від параметрів провідника. Точніше – впливає кількість силових ліній на одиницю довжини робочої області ланцюга. Аналогічний висновок можна зробити з урахуванням зміни швидкості руху. Слід не забувати про взаємне розташуванняозначених векторних величин (sinα).

Важливо!Переміщення провідника вздовж силових ліній не провокує індукування електрорушійної сили.

Котушка, що обертається

Забезпечити оптимальне розташування функціональних компонентів при одночасному переміщенні складно, якщо застосовувати представлений у прикладі прямий провід. Однак, зігнувши рамку, можна отримати найпростіший генератор електроенергії. Максимальний ефект забезпечує збільшення кількості провідників на одиницю робочого об'єму. Конструкція, що відповідає зазначеним параметрам – котушка, типовий елемент сучасного генератора змінного струму.

Для оцінки магнітного потоку (F) можна застосувати формулу:

F = B * S * cosα,

де S - площа робочої поверхні, що розглядається.

Пояснення.При рівномірному обертанні ротора відбувається відповідна циклічна синусоїдальна зміна магнітного потоку. Аналогічним чином змінюється амплітуда вихідного сигналу. З малюнка зрозуміло, що значення має величина зазору між основними функціональними компонентами конструкції.

ЕРС самоіндукції

Якщо через котушку пропускати змінний струм, поряд буде формуватися електромагнітне поле з аналогічними силовими характеристиками, що рівномірно змінюються. Воно створює змінний синусоїдальний магнітний потік, який, своєю чергою, провокує переміщення зарядів та утворення електрорушійної сили. Цей процес називають самоіндукцією.

З урахуванням розглянутих базових принципів неважко визначити, що F = L*l. Значення L (у генрі) визначає індуктивні характеристики котушки. Цей параметр залежить від кількості витків на одиницю довжини (l) та площі поперечного перерізу провідника.

Взаємоіндукція

Якщо зібрати модуль із двох котушок, у певних умовах можна спостерігати явище взаємної індукції. Елементарний вимір покаже, що зі збільшенням відстані між елементами зменшується магнітний потік. Зворотне явище спостерігається зі зменшенням зазору.

Щоб знаходити відповідні компоненти під час створення електричних схем, необхідно вивчити тематичні обчислення:

  • можна взяти для прикладу котушки з різною кількістю витків (n1 та n2);
  • взаємоіндукція (M2) при проходженні по першому контуру струмуI1 буде обчислена наступним чином:

M2 = (n2 * F) / I1

  • після перетворення цього виразу визначають значення магнітного потоку:

F = (M2/n2) * I1

  • для розрахунку ЕДС електромагнітної індукції формула підійде з опису базових принципів:

E2 = - n2 * F / Δt = M 2 * ΔI1 / Δt

При необхідності можна знайти за аналогічним алгоритмом співвідношення для першої котушки:

E1 = - n1 * F / Δt = M 1 * ΔI2 / Δt.

Слід звернути увагу на те, що в цьому випадку значення має сила (I2) у другому робочому контурі.

Спільний вплив (взаємоіндукцію – М) розраховують за формулою:

M = K * √ (L1 * l2).

Спеціальним коефіцієнтом (K) враховують дійсну силу зв'язку між котушками.

Де використовуються різні види ЕРС

Переміщення провідника у магнітному полі застосовують для генерації електроенергії. Обертання ротора забезпечують за рахунок різниці рівнів рідини (ГЕС), енергією вітру, припливами, паливними двигунами.

Різна кількість витків (взаємоіндукцію) застосовують для зміни потрібним чином напруги у вторинній обмотці трансформатора. У таких конструкціях взаємний зв'язок збільшують за допомогою феромагнітного осердя. Магнітну індукцію застосовують для виникнення потужної сили, що відштовхує при створенні ультрасучасних транспортних магістралей. Створена левітація дозволяє виключити силу тертя, значно збільшити швидкість пересування поїзда.

Відео