Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Электродвижущая сила источника тока. Работа и мощность тока




Электрический ток, его сила и плотность, единицы измерения.

В металлах вокруг ядра каждого атома электроны, движущиеся по внешним, орбитам, слабо связаны с ядром. Часть этих электро­нов, оторвавшихся от своих ядер, находится в беспорядочном движении. Такие электроны принято называть свободными.

Действием сил электрического поля можно упорядочить переме­щение свободных электронов.


Движение (дрейф) свободных электронов в определённом на­правлении называется электрическим током. Сила тока определяется количеством электричества, проходяще­го через поперечное сечение проводника в секунду. Сила электри­ческого тока измеряется в амперах. Один ампер — это сила тока, при которой через поперечное сечение проводника в секунду прохо­дит один кулон электричества, т. е. 6,3 • 1018 электронов.

Для измерения малой силы тока применяют единицы: миллиампер (ма) и микроампер (мка).

1 А =1000 ма, 1 А =1000000 мка.

Сила тока измеряется приборами: амперметром, миллиампер­метром и микроамперметром.

Условно принято считать, что электрический ток в металлах те­чет в направлении, противоположном перемещению свободных электронов.

 

 

Как было указано выше, в замкнутой цепи электрический ток протекает под действием электродвижущей силы (э. д. с.) источ­ника энергии.

Электродвижущая сила возникает в источнике тока и при отсутствии тока в цепи, т. е. когда цепь разомкнута. При холостом ходе, т. е. при отсутствии тока в цепи, э. д. с. равна разности потенциалов на зажимах источника энергии. Так же как и разность потенциалов э. д. с. измеряется в вольтах (в).

Как при замкнутой, так и при разомкнутой электрической цепи э. д. с. непрерывно поддерживает разность потенциалов на зажи­мах источника энергии. Для непрерывного протекания тока в замк­нутой цепи необходимо движение зарядов внутри источника тока в направлении, обратном действию сил поля.


Такое перемещение зарядов происходит за счет энергии, выра­батываемой источником тока. Поэтому э. д. с. численно равна энергии, сообщаемой источником тока единичному положительному заряду. Если количеству электричества Q кулонов источник тока сообщает энергию А дж, то э. д. с. источника энергии


Так как А = Рt и Q=It (где Р — мощность, развиваемая источ­ником тока, вт, I — сила тока, а, t — время, сек), то

т. е. электродвижущей силой может быть названо отношение мощ­ности, развиваемой источником тока, к силе тока.

В наличии э. д. с. можно убедиться путём присоединения к полюсам источника энергии (вместо линейных проводов) прибора, называемого вольтметром. Стрелка вольтметра при этом отклонится на некоторый угол. Отклонение будет тем больше, чем больше э. д. с. источника энергии. Однако вольтметр покажет не величину э. д. с, а, как мы увидим ниже, напряжение на зажимах источника тока, которое так же как и э. д. с. измеряется в вольтах.

Высокие напряжения и э. д. с. выражены в киловольтах (кв); 1 кв =1000 в.

Малые величины напряжений и э. д. с. выражают в милливоль­тах (мв); 1 мв = 0,001 в

Работа электрического тока показывает, сколько электрической энергии, т. е. энергии электрического поля, превратилось в другие виды энергии, или сколько было получено и израсходовано электрической энергии.

Чтобы подсчитать работу электрического тока, вспомним определение понятия напряжения: U=А/q

Следовательно, работа электрического тока равна:

A=qU

Электрический заряд можно выразить через силу тока и его время протекания q=It

Итак, работа электрического тока равна произведению силы тока на напряжение и на время протекания тока по цепи. А = IUt

Работа электрического тока выражается в джоулях (Дж). В качестве внесистемной единицы принята работа тока силой 1 А в течение 1 ч на участке цепи с напряжением 1 В. Эту единицу работы назвали ватт-час (1 Вт-ч): 1 Вт-ч = 3600 Дж = 3,6 кДж. На практике используют более крупные, кратные ей единицы:

1 гВт-ч = 102 Вт-ч = 3,6·105Дж; 1 кВт-ч = 103 Вт-ч = 3,6·106Дж;

1 МВт-ч = 106 Вт-ч = 3,6·109Дж.

Мощность тока равна: Р = А/t.

Так как работа тока определяется формулой А = IUt, то мощность электрического тока равна: Р = IU.

За единицу мощности ватт (Вт) принята мощность тока силой 1А на участке с напряжением 1 В. Следовательно, 1 Вт = 1 А·1 В.

Ватт сравнительно небольшая мощность, на практике используют более крупные единицы, кратные ватту: 1 гВт (гектоватт) = 102 Вт, 1 кВт (киловатт) = 103 Вт, 1 МВт (мегаватт) = 106 Вт, 1 ГВт (гигаватт) = 109 Вт.

Электрическое сопротивление и проводимость, их зависимость от температуры.

Направленному движению электрических зарядов в любом проводнике препятствуют его молекулы и атомы. Поэтому как внешняя цепь, так и сам источник энергии оказывают препятствие прохождению тока. Величина, характеризующая противодействие электрической цепи прохождению электрического тока, называется электрическим сопротивлением (или, короче, сопротивлением).

Источник электрической энергии, включённый в замкнутую электрическую цепь, расходует энергию на преодоление сопротив­ления внешней и внутренней цепей.

Электрическое сопротивление обозначается буквой r и на схе­мах изображается так. как показано на рис.

Единицей измерения сопротивления является ом. Омом называется электрическое сопротивление такого линейного проводника, в котором при неизменяющейся разности потенциалов в 1 в протекает ток силой в 1 а, т. е.

1 ом =

 

а – сопротивления, б – реостаты;

При измерении больших сопротивлений ис­пользуют единицы в тысячу и в миллион раз больше ома. Они называются килоомом (ком) и мегоомом (Мом); 1 ком =1000 ом; 1 Мом = 1 000 000 ом.

В различных веществах содержится различное количество электронов, а атомы, между которыми эти электро­ны движутся, имеют различное расположение. Поэтому сопротив­ление проводников электрическому току зависит от материала, из которого они изготовлены, от длины и площади поперечного сече­ния проводника. Если сравнить два проводника, изготовленных из одного и того же материала, то более длинный проводник имеет большее сопротивление при равных площадях поперечных сечений, а проводник с большим поперечным сечением имеет меньшее сопротивление при равных длинах.

Для оценки электрических свойств материала проводника слу­жит удельное сопротивление — это сопротивление проводника дли­ной в 1 м и площадью поперечного сечения в 1 мм2. Удельное сопротивление обозначается буквой r.

Если проводник, изготовленный из материала с удельным сопро­тивлением r, имеет длину l метров и площадь поперечного сечения q квадратных миллиметров, то сопротивление всего проводника

 

 

Эта формула указывает на то, что сопротивление проводника прямо пропорционально удельному сопротивлению материала, из которого он изготовлен, а также его длине и обратно пропорцио­нально площади поперечного сечения.

Сопротивление проводников зависит от температуры, причем сопротивление металлических проводников с повышением темпе­ратуры увеличивается. Для каждого металла существует опреде­ленный, так называемый температурный, коэффициент сопротивления, который выражает прирост сопротивления проводника при измнении температуры на 10С отнесенный к 1 ом начального сопротивления.

Таким образом, температурный коэффициент сопротивления

 

где r1 - сопротивление проводника при температуре T1,

r2 - сопротивление того же проводника при температуре T2,

Поясним выражение для температурного коэффициента сопро­тивления на примере. Положим, что медный линейный провод при температуре T 1= 15° С имеет сопротивление r1 = 75 ом, а при темпе­ратуре T 2= 75°С r2=93 ом. Следовательно, прирост сопротивления при изменении температуры на 75—15 = 60° С составляет 93—75 = = 18 ом. Таким образом, прирост сопротивления, соответствующий изменению температуры на 1°С,

равен = 0,3.

Для определения температурного коэффициента сопротивлений нужно этот прирост сопротивления отнести к 1 ом начального сопротивления, т. е. разделить на 75:

Соотношение между сопротивлениями r1 и r2:

Следует иметь в виду, что это соотношение справедливо при не очень высоких температурах, а для измерения сопротивлений при температурах выше 100—150° С оно не может быть исполь­зовано.

Регулируемые сопротивления называются реостатами. Реоста­ты изготовляют из проволоки с большим удельным сопротивлением, например из нихрома. Сопротивление реостатов может изменяться равномерно или ступенями. Применяют также жидкостные реоста­ты, представляющие собой металлический сосуд, наполненный ка­ким-либо раствором, проводящим электрический ток, например рас­твором соды в воде. На схемах реостаты условно обозначают так, как показано на рис. а, б.

Способность проводника пропускать электрический ток харак­теризуется проводимостью, которая представляет собой величину, обратную сопротивлению, и обозначается буквой g. Единицей изме­рения проводимости является (сименс).

Величина обратная удельному сопротивлению материала проводника, называется удельной проводимостью и обозначается буквой g.


Таким образом, между удельным сопротивлением и удельной проводи­мостью вещества имеют место следующие соотношения:




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-05-06; Просмотров: 1171; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.026 сек.