МБОУ Каменная СОШ. Кружок "Юный исследователь"

Виды электрических цепей — основные составляющие элементы

Электрическая цепь — что это такое

Определение 1

Электрический ток в физике — это упорядоченное движение заряженных частиц.

Определение 2

Электрическая цепь — это совокупность устройств, предназначенных для прохождения электрического тока.

Самая простая электрическая цепь состоит из источника тока, приемника (потребителя) и системы передачи (провода). Для того чтобы эти элементы стали полноценной цепью, они должны быть правильно соединены между собой. Кроме того, цепь должна быть замкнутой.

Определение 3

Источник тока — это устройство, в котором различные виды энергии преобразуются в электрическую:

Первичные источники — преобразуют неэлектромагнитную энергию в электрическую: аккумулятор, гальванический элемент, генератор, батарейки.
Вторичные источники — всегда работают только с электрической энергией: выпрямители, инверторы, трансформаторы.

Определение 4

Потребитель — это устройство, в котором электрическая энергия превращается в другие виды энергии (лампа, нагреватель, электродвигатель).

Определение 5

Накопитель — это устройство, которое накапливает, а затем отдает обратно в цепь электромагнитную энергию (конденсатор, катушка индуктивности).

Аппараты включения/выключения — рубильники.

Приборы для измерения величин — амперметры, вольтметры.

Аппараты защиты — предохранители.

Резисторы — элементы цепи, которые обладают сопротивлением.

Источник: thepresentation.ru

Электрическая цепь делится на:

Внутреннюю часть. Сюда относится источник энергии.
Внешнюю часть. В нее входят все остальные элементы — все то, что присоединено к зажимам источника.

Виды электрических цепей

Электрические цепи могут представлять собой:

Цепи постоянного тока — это цепи, в которых ток не меняет свое направление, полярность источников ЭДС постоянна.
Цепи переменного тока — это цепи, в которых ток изменяется во времени.
Разветвленными — в каждой ветви течет свой ток.
Неразветвленными — во всех элементах цепи течет один и тот же ток.
Линейными — все компоненты линейные (описываются линейными дифференциальными уравнениями).
Нелинейными — имеются нелинейные элементы.

Элементы электрической цепи делятся на:

Активные — источники ЭДС, электродвигатели, аккумуляторы во время зарядки.
Пассивные — электроприемники, соединительные провода.

Условные обозначения основных элементов цепи:

Источник: uk-parkovaya.ru

Все элементы соединяются двумя способами:

Последовательный способ — компоненты соединены в последовательную цепь.
Параллельный способ — компоненты соединены в параллельную цепь.

Причем для этих способов справедливы следующие утверждения:

Последовательное соединение:

I=I1=I2

U=U1+U2

R=R1+R2, где параметры

I — сила тока (А).

U — напряжение (В).

R — сопротивление (Ом).

Параллельное соединение:

I=I1+I2

U=U1=U2

1/R=1/R1+1/R2

Схемы, основные формулы

Для характеристики электрической цепи используют схему.

Основные термины для понимания схемы:

Ветвь — такой участок цепи, вдоль которого течет один и тот же ток.
Узел — соединение ветвей цепи.
Контур — последовательность ветвей, которая образует замкнутый путь.

Примеры схем:

Источник: prezentacii.org

Основные законы, применяемые для расчета цепей:

Закон Ома.
Правила Кирхгофа.

Закон Ома.

I — сила тока(А);
ε — ЭДС источника напряжения (В);
R — сопротивление внешних элементов(Ом);
r — внутреннее сопротивление(Ом).

Для участка цепи: I=U/R, где:

I — сила тока (А);
U — напряжение (В);
R — сопротивление (Ом).

Правила Кирхгофа:

Правило 1

Алгебраическая сумма токов ветвей, сходящихся в каждом узле любой цепи, равна нулю.

Правило 2

Алгебраическая сумма напряжений на резистивных элементах замкнутого контура равна алгебраической сумме ЭДС, входящих в этот контур.

Примеры решения задач

Пример 1

Найти сопротивление электрической цепи, если R1=10 Ом, R2=20 Ом, R3=30 Ом.

Решение:

Так как соединение последовательное, то справедливо уравнение: R=R1+R2, а значит

Ответ: 60 Ом.

Пример 2

Вольтметр, подключенный к лампочке, показывает U=4 В, а амперметр I=2 А. Найти внутреннее сопротивление r источника тока, к которому эта лампочка присоединена, если ЭДС источника ε =5 В.

Решение:

Ответ: 0,5 Ом.

20.11.2024 г.

Тема занятия: Электрические явления.

Работа и мощность электрического токаРабота и мощность электрического тока

Работа тока

Электрический ток, конечно же, не стал бы так широко использоваться, если бы не одно обстоятельство. Работу тока или же электроэнергию легко преобразовывать в любую нужную нам энергию или работу: тепловую, механическую, магнитную…

Для практического применения тока прежде всего хочется знать, какую работу можно обратить в свою пользу. Выведем формулу для определения работы тока:

Формула для работы электрического поля по перемещению заряда нам уже известна:

Или же

Узнать, какой заряд переместился полем за промежуток времени t можно из определения силы тока:

Отсюда:

Так как все величины, входящие в формулу, можно измерить соответствующими приборами (амперметр, вольтметр, часы), формула является универсальной.

Формулу можно также записать в несколько ином виде, используя закон Ома:

Если в исходную формулу для работы тока подставить силу тока, записанную таким образом, то получим:

Если же из закона Ома выразить напряжение, то тогда:

Использование этих формул удобно, когда в цепи присутствует какое-то одно соединение: параллельное для первого случая и последовательное для второго.

Закон Джоуля-Ленца

Особое внимание следует уделить тепловому действию тока. При прохождении тока через проводник, проводник нагревается. Почему это происходит? Мы уже затрагивали молекулярное строение проводников в теме о сопротивлении и отмечали, что при протекании тока свободные электроны сталкиваются с узлами кристаллической решетки. При этих столкновениях электроны постоянно придают некоторую скорость узлам решетки (рис. 1).

Рис. 1. Взаимодействие электронов с узлами кристаллической решетки

Так как температура – мера теплового движения, в процессе «расталкивания» температура проводника повышается. В какой-то момент наступает равновесие, когда количество энергии, получаемое проводником вследствие прохождения тока, равно количеству энергии, которое он отдает в окружающую среду.

В том случае, когда работа тока не преобразуется в механическую или же ток не имеет химического действия, работа тока эквивалентна количеству теплоты, высвобождающегося в окружающую среду.

Формулу просчета этого количества теплоты впервые независимо друг от друга открыли двое ученых: русский Эмиль Ленц (рис. 3) и англичанин Джеймс Джоуль (рис. 2).

Закон Джоуля-Ленца:

Как видно, правая часть формулы в точности повторяет одну из форм формулы для работы электрического тока.

Всегда следует помнить, что в случае, когда есть какое-либо другое преобразование энергии тока, формула Джоуля-Ленца не выполняется.


Рис. 2. Джеймс Джоуль (Источник)	Рис. 3. Эмиль Ленц (Источник)

Мощность тока

Наряду с работой тока очень важно отметить мощность тока, так как эта характеристика является ключевой в бытовом использовании электроэнергии (на всех бытовых приборах указано приемлемое напряжение его мощность).

Определение. Мощность – это работа, выполненная за единицу времени (скорость выполнения током работы):

Единица измерения мощности – ватт:

И теперь, используя наши знания о работе тока, мы без труда найдем формулу для мощности тока:

Или же, если использовать другие виды формулы для работы:

На следующем уроке мы разберем тему «Электродвижущая сила».

Список литературы

Тихомирова С. А., Яворский Б. М. Физика (базовый уровень) – М.: Мнемозина, 2012.
Генденштейн Л. Э., Дик Ю. И. Физика 10 класс. – М.: Илекса, 2005.
Мякишев Г. Я., Синяков А. З., Слободсков Б. А. Физика. Электродинамика. – М.: 2010.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

Интернет-портал «physics.ru» (Источник)
Интернет-портал «constant-current.narod.ru» (Источник)
Интернет-портал «mugo.narod.ru» (Источник)

I₁, А	I₂, А	I, А	U₁, В	U₂, В	U, В	R₁,Ом	R₂,Ом	R, Ом

Кружок "Юный исследователь"

Список детей,посещающих кружок "Юный исследователь"