Лекция 12

Электрические цепи.

План:

1.Сторонние силы. Понятие об ЭДС

Ранее не уточнялась природа поля, создающего напряженность .

Это поле должно двигать заряды. Это может быть электростатическое поле. Однако оно не может обеспечить существование постоянного тока, т.к. его работа по замкнутому контуру равна нулю. Постоянный ток выделяет тепло, следовательно, его работа не равна нулю. Значит, должны быть поля другой природы, например, механической, как генератор Ван-дер-Граафа, химической в элементах питания, давление электронного газа (термопара) и т.д.

Все силы, кроме кулоновских, называются сторонними, поэтому:

По аналогии с выводом закона Ома в интегральной форме, получим:

ЭДС (электродвижущей силой) называется отношение работы сторонних сил по перемещению пробного заряда из точки (1) к точке (2) к величине этого заряда:

ЭДС – величина алгебраическая. Она положительна, если сторонние силы обеспечивают движение заряда от точки с меньшим потенциалом к точке с большим, т.е. от "-" к "+".

2.Закон Ома для участка цепи с источником (для неоднородного участка цепи)

При записи данного закона необходимо соблюдение правила знаков. Если ток направлен от первой точки ко второй, то знак силы тока - положительный.

Если при движении от первой точки ко второй источник проходится от "-" к "+", то ЭДС – положительная и наоборот.

3.Закон Ома для замкнутой цепи




4.Характеристики источника ЭДС и терминология

Определение ЭДС

Определение внутреннего сопротивления

RV(сопротивление вольтметра) –большое.

RA– (сопротивление амперметра) -  мало.

Источник напряженияИсточник тока

5.Пример ЭДС


6.Соединения проводников

.

Последовательное

Параллельное

Схема

Ток

I – одинакова

Напряжение

U – одинаковое

Сопротивление

Проводимость

7.Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа

Если в цепи нельзя выделить последовательного или параллельного соединения, то для решения задач используют так называемые правила Кирхгофа.

Они не являются какими-либо новыми законами, а являются следствием закона Ома. Помимо правил Кирхгофа, существуют и другие методы, например, метод контурных токов.

Определение: Узлом электрической цепи называется точка, в которой соединяется более двух проводников.


Первое правило Кирхгофа: Сумма токов в узле равна нулю.


Второе правило Кирхгофа: Сумма напряжений в замкнутой цепи равна сумме ЭДС.


8.Алгоритм решения задач по правилам Кирхгофа

1. Определить число участков цепи и на каждом участке показать произвольное направление тока.

2. Определить число узлов в цепи N и для (N-1) узла записать первое правило Кирхгофа, считая, что входящие токи – положительны, а выходящие – отрицательны.

3. Определить число замкнутых контуров в цепи M и для (M-1) контура записать второе правило Кирхгофа. Предварительно выбрать для каждого контура направление обхода. Если ток совпадает с направлением обхода, то напряжение положительно и наоборот. Если источник проходится от "-" к "+", то ЭДС положительна и наоборот.

4. Выписать получившуюся систему уравнений. Число неизвестных величин должно совпадать с числом уравнений. Если это не так, то см. пункт 1.

5. Решить полученную систему.

6. Если получившаяся сила тока положительна, то, значит, направление тока было угадано верно. Если отрицательна, то на самом деле по участку цепи ток идет в другую сторону.