Формула эдс цепи – Подробно про электродвижущие силы (ЭДС), реальный и идеальный источники ЭДС, трехфазные цепи / Школа электрика / Коллективный блог

Содержание

ЭДС. Закон Ома для полной цепи

Автор статьи — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: электродвижущая сила, внутреннее сопротивление источника тока, закон Ома для полной электрической цепи.

До сих пор при изучении электрического тока мы рассматривали направленное движение свободных зарядов во внешней цепи, то есть в проводниках, подсоединённых к клеммам источника тока.

Как мы знаем, положительный заряд :

• уходит во внешнюю цепь с положительной клеммы источника;

• перемещается во внешней цепи под действием стационарного электрического поля, создаваемого другими движущимися зарядами;

• приходит на отрицательную клемму источника, завершая свой путь во внешней цепи.

Теперь нашему положительному заряду нужно замкнуть свою траекторию и вернуться на положительную клемму. Для этого ему требуется преодолеть заключительный отрезок пути — внутри источника тока от отрицательной клеммы к положительной. Но вдумайтесь: идти туда ему совсем не хочется! Отрицательная клемма притягивает его к себе, положительная клемма его от себя отталкивает, и в результате на наш заряд внутри источника действует электрическая сила , направленная

против движения заряда (т.е. против направления тока).

Сторонняя сила

Тем не менее, ток по цепи идёт; стало быть, имеется сила, «протаскивающая» заряд сквозь источник вопреки противодействию электрического поля клемм (рис. 1).

Рис. 1. Сторонняя сила

Эта сила называется сторонней силой; именно благодаря ей и функционирует источник тока. Сторонняя сила не имеет отношения к стационарному электрическому полю — у неё, как говорят, неэлектрическое происхождение; в батарейках, например, она возникает благодаря протеканию соответствующих химических реакций.

Обозначим через работу сторонней силы по перемещению положительного заряда q внутри источника тока от отрицательной клеммы к положительной. Эта работа положительна, так как направление сторонней силы совпадает с направлением перемещения заряда. Работа сторонней силы называется также работой источника тока.

Во внешней цепи сторонняя сила отсутствует, так что работа сторонней силы по перемещению заряда во внешней цепи равна нулю. Поэтому работа сторонней силы по перемещению заряда вокруг всей цепи сводится к работе по перемещению этого заряда только лишь внутри источника тока. Таким образом, — это также работа сторонней силы по перемещению заряда

по всей цепи.

Мы видим, что сторонняя сила является непотенциальной — её работа при перемещении заряда по замкнутому пути не равна нулю. Именно эта непотенциальность и обеспечивает циркулирование электрического тока; потенциальное электрическое поле, как мы уже говорили ранее, не может поддерживать постоянный ток.

Опыт показывает, что работа прямо пропорциональна перемещаемому заряду . Поэтому отношение уже не зависит от заряда и является количественной характеристикой источника тока. Это отношение обозначается :

(1)

Данная величина называется электродвижущей силой (ЭДС) источника тока. Как видим, ЭДС измеряется в вольтах (В), поэтому название «электродвижущая сила» является крайне неудачным. Но оно давно укоренилось, так что приходится смириться.

Когда вы видите надпись на батарейке: «1,5 В», то знайте, что это именно ЭДС. Равна ли эта величина напряжению, которое создаёт батарейка во внешней цепи? Оказывается, нет! Сейчас мы поймём, почему.

Закон Ома для полной цепи

Любой источник тока обладает своим сопротивлением , которое называется внутренним сопротивлением этого источника. Таким образом, источник тока имеет две важных характеристики: ЭДС и внутреннее сопротивление.

Пусть источник тока с ЭДС, равной , и внутренним сопротивлением подключён к резистору (который в данном случае называется внешним резистором, или внешней нагрузкой, или полезной нагрузкой). Всё это вместе называется полной цепью (рис. 2).

Рис. 2. Полная цепь

Наша задача — найти силу тока в цепи и напряжение на резисторе .

За время по цепи проходит заряд . Согласно формуле (1) источник тока совершает при этом работу:

(2)

Так как сила тока постоянна, работа источника целиком превращается в теплоту, которая выделяется на сопротивлениях и . Данное количество теплоты определяется законом Джоуля–Ленца:

(3)

Итак, , и мы приравниваем правые части формул (2) и (3):

После сокращения на получаем:

Вот мы и нашли ток в цепи:

(4)

Формула (4) называется законом Ома для полной цепи.

Если соединить клеммы источника проводом пренебрежимо малого сопротивления , то получится короткое замыкание. Через источник при этом потечёт максимальный ток — ток короткого замыкания:

Из-за малости внутреннего сопротивления ток короткого замыкания может быть весьма большим. Например, пальчиковая батарейка разогревается при этом так, что обжигает руки.

Зная силу тока (формула (4)), мы можем найти напряжение на резисторе с помощью закона Ома для участка цепи:

(5)

Это напряжение является разностью потенциалов между точками и (рис. 2). Потенциал точки равен потенциалу положительной клеммы источника; потенциал точки равен потенциалу отрицательной клеммы. Поэтому напряжение (5) называется также напряжением на клеммах источника.

Мы видим из формулы (5), что в реальной цепи будет — ведь умножается на дробь, меньшую единицы. Но есть два случая, когда .

1. Идеальный источник тока. Так называется источник с нулевым внутренним сопротивлением. При формула (5) даёт .

2. Разомкнутая цепь. Рассмотрим источник тока сам по себе, вне электрической цепи. В этом случае можно считать, что внешнее сопротивление бесконечно велико: . Тогда величина неотличима от , и формула (5) снова даёт нам .

Смысл этого результата прост: если источник не подключён к цепи, то вольтметр, подсоединённый к полюсам источника, покажет его ЭДС.

КПД электрической цепи

Нетрудно понять, почему резистор называется полезной нагрузкой. Представьте себе, что это лампочка. Теплота, выделяющаяся на лампочке, является полезной, так как благодаря этой теплоте лампочка выполняет своё предназначение — даёт свет.

Количество теплоты, выделяющееся на полезной нагрузке за время , обозначим .

Если сила тока в цепи равна , то

Некоторое количество теплоты выделяется также на источнике тока:

Полное количество теплоты, которое выделяется в цепи, равно:

КПД электрической цепи — это отношение полезного тепла к полному:

КПД цепи равен единице лишь в том случае, если источник тока идеальный .

Закон Ома для неоднородного участка

Простой закон Ома справедлив для так называемого однородного участка цепи — то есть участка, на котором нет источников тока. Сейчас мы получим более общие соотношения, из которых следует как закон Ома для однородного участка, так и полученный выше закон Ома для полной цепи.

Участок цепи называется неоднородным, если на нём имеется источник тока. Иными словами, неоднородный участок — это участок с ЭДС.

На рис. 3показан неоднородный участок, содержащий резистор и источник тока. ЭДС источника равна , его внутреннее сопротивление считаем равным нулю (усли внутреннее сопротивление источника равно , можно просто заменить резистор на резистор ).

Рис. 3. ЭДС «помогает» току:

Сила тока на участке равна , ток течёт от точки к точке . Этот ток не обязательно вызван одним лишь источником . Рассматриваемый участок, как правило, входит в состав некоторой цепи (не изображённой на рисунке), а в этой цепи могут присутствовать и другие источники тока. Поэтому ток является результатом совокупного действия

всех источников, имеющихся в цепи.

Пусть потенциалы точек и равны соответственно и . Подчеркнём ещё раз, что речь идёт о потенциале стационарного электрического поля, порождённого действием всех источников цепи — не только источника, принадлежащего данному участку, но и, возможно, имеющихся вне этого участка.

Напряжение на нашем участке равно: . За время через участок проходит заряд , при этом стационарное электрическое поле совершает работу:

Кроме того, положительную работу совершает источник тока (ведь заряд прошёл сквозь него!):

Сила тока постоянна, поэтому суммарная работа по продвижению заряда , совершаемая на участке стационарным элетрическим полем и сторонними силами источника, целиком превращается в тепло: .

Подставляем сюда выражения для , и закон Джоуля–Ленца:

Сокращая на , получаем закон Ома для неоднородного участка цепи:

(6)

или, что то же самое:

(7)

Обратите внимание: перед стоит знак «плюс». Причину этого мы уже указывали — источник тока в данном случае совершает

положительную работу, «протаскивая» внутри себя заряд от отрицательной клеммы к положительной. Попросту говоря, источник «помогает» току протекать от точки к точке .

Отметим два следствия выведенных формул (6) и (7).

1. Если участок однородный, то . Тогда из формулы (6) получаем — закон Ома для однородного участка цепи.

2. Предположим, что источник тока обладает внутренним сопротивлением . Это, как мы уже упоминали, равносильно замене на :

Теперь замкнём наш участок, соединив точки и . Получим рассмотренную выше полную цепь. При этом окажется, что и предыдущая формула превратится в закон Ома для полной цепи:

Таким образом, закон Ома для однородного участка и закон Ома для полной цепи оба вытекают из закона Ома для неоднородного участка.

Может быть и другой случай подключения, когда источник «мешает» току идти по участку. Такая ситуация изображена на рис. 4. Здесь ток, идущий от к , направлен против действия сторонних сил источника.

Рис. 4. ЭДС «мешает» току:

Как такое возможно? Очень просто: другие источники, имеющиеся в цепи вне рассматриваемого участка, «пересиливают» источник на участке и вынуждают ток течь против . Именно так происходит, когда вы ставите телефон на зарядку: подключённый к розетке адаптер вызывает движение зарядов против действия сторонних сил аккумулятора телефона, и аккумулятор тем самым заряжается!

Что изменится теперь в выводе наших формул? Только одно — работа сторонних сил станет отрицательной:

Тогда закон Ома для неоднородного участка примет вид:

(8)

или:

где по-прежнему — напряжение на участке.

Давайте соберём вместе формулы (7) и (8) и запишем закон Ома для участка с ЭДС следующим образом:

Ток при этом течёт от точки к точке . Если направление тока совпадает с направлением сторонних сил, то перед ставится «плюс»; если же эти направления противоположны, то ставится «минус».

Звоните нам: 8 (800) 775-06-82 (бесплатный звонок по России)                        +7 (495) 984-09-27 (бесплатный звонок по Москве)

Или нажмите на кнопку «Узнать больше», чтобы заполнить контактную форму. Мы обязательно Вам перезвоним.

ege-study.ru

ЭДС самоиндукции и индуктивность цепи

Дата публикации: .

При замыкании выключателя в цепи, представленной на рисунке 1, возникнет электрический ток, направление которого показано одинарными стрелками. С появлением тока возникает магнитное поле, индукционные линии которого пересекают проводник и индуктируют в нем электродвижущую силу (ЭДС). Как было указано в статье "Явление электромагнитной индукции", эта ЭДС называется ЭДС самоиндукции. Так как всякая индуктированная ЭДС по правилу Ленца направлена против причины, ее вызвавшей, а этой причиной будет ЭДС батареи элементов, то ЭДС самоиндукции катушки будет направлена против ЭДС батареи. Направление ЭДС самоиндукции на рисунке 1 показано двойными стрелками.

Таким образом, ток устанавливается в цепи не сразу. Только когда магнитный поток установится, пересечение проводника магнитными линиями прекратится и ЭДС самоиндукции исчезнет. Тогда в цепи будет протекать постоянный ток.

Рисунок 1. Электродвижущая сила самоиндукции в момент замыкания цепи направлена против ЭДС источника напряжения Рисунок 2. График постоянного тока

На рисунке 2 дано графическое изображение постоянного тока. По горизонтальной оси отложено время, по вертикальной оси – ток. Из рисунка видно, что если в первый момент времени ток равен 6 А, то в третий, седьмой и так далее моменты времени он также и будет равен 6 А.

На рисунке 3 показано, как устанавливается ток в цепи после включения. ЭДС самоиндукции, направленная в момент включения против ЭДС батареи элементов, ослабляет ток в цепи, и поэтому в момент включения ток равен нулю. Далее в первый момент времени ток равен 2 А, во второй момент времени – 4 А, в третий – 5 А, и только спустя некоторое время в цепи устанавливается ток 6 А.

Рисунок 3. График нарастания тока в цепи с учетом ЭДС самоиндукции Рисунок 4. ЭДС самоиндукции в момент размыкания цепи направлена одинаково с ЭДС источника напряжения

При размыкании цепи (рисунок 4) исчезающий ток, направление которого показано одинарной стрелкой, будет уменьшать свое магнитное поле. Это поле, уменьшаясь от некоторой величины до нуля, будет вновь пересекать проводник и индуктировать в нем ЭДС самоиндукции.

При выключении электрической цепи с индуктивностью ЭДС самоиндукции будет направлена в ту же сторону, что и ЭДС источника напряжения. Направление ЭДС самоиндукции показано на рисунке 4 двойной стрелкой. В результате действия ЭДС самоиндукции ток в цепи исчезает не сразу.

Таким образом, ЭДС самоиндукции всегда направлена против причины, ее вызвавшей. Отмечая это ее свойство, говорят что ЭДС самоиндукции имеет реактивный характер.

Графически изменение тока в нашей цепи с учетом ЭДС самоиндукции при замыкании ее и при последующем размыкании в восьмой момент времени показано на рисунке 5.

Рисунок 5. График нарастания и исчезновения тока в цепи с учетом ЭДС самоиндукции Рисунок 6. Индукционные токи при размыкании цепи

При размыкании цепей, содержащих большое количество витков и массивные стальные сердечники или, как говорят, обладающих большой индуктивностью, ЭДС самоиндукции может быть во много раз больше ЭДС источника напряжения. Тогда в момент размыкания воздушный промежуток между ножом и неподвижным зажимом рубильника будет пробит и появившаяся электрическая дуга будет плавить медные части рубильника, а при отсутствии кожуха на рубильнике может ожечь руки человека (рисунок 6).

В самой цепи ЭДС самоиндукции может пробить изоляцию витков катушек, электромагнитов и так далее. Во избежание этого в некоторых выключающих приспособлениях устраивают защиту от ЭДС самоиндукции в виде специального контакта, который замыкает накоротко обмотку электромагнита при выключении.

Следует учитывать, что ЭДС самоиндукции проявляет себя не только в моменты включения и выключения цепи, но также и при всяких изменениях тока.

Величина ЭДС самоиндукции зависит от скорости изменения тока в цепи. Так, например, если для одной и той же цепи в одном случае в течение 1 секунды ток в цепи изменился с 50 до 40 А (то есть на 10 А), а в другом случае с 50 до 20 А (то есть на 30 А), то во втором случае в цепи будет индуктироваться втрое большая ЭДС самоиндукции.

Величина ЭДС самоиндукции зависит от индуктивности самой цепи. Цепями с большой индуктивностью являются обмотки генераторов, электродвиг

www.electromechanics.ru

Сторонние силы. Электродвижущая сила (ЭДС), разность потенциалов и напряжение на участке цепи (определения, формулы).

Поиск Лекций

Понятие электрического тока. Условия, необходимые для появления и существования тока. Сила и плотность тока. Единицы измерения.

Электрическим током называется любое упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов. В проводнике под действием прило­женного электрического поля ^свобод­ные электрические заряды перемеща­ются: положительные — по полю, отри­цательные — против поля (рис. 148, а), т.е. в проводнике возникает электри­ческий ток, называемый током прово­димости. Для возникновения и существова­ния электрического тока необходимо, с одной стороны, наличие свободных но­сителей тока — заряженных частиц способных перемещаться упорядочен­но, а с другой наличие электрическо­го поля, энергия которого, каким-то об­разом восполняясь, расходовалась бы на их упорядоченное движение. За на­правление тока условно принимают на­правление движения положительных зарядов. Количественной мерой электричес­кого тока служит сила тока I — ска­лярная физическая величина, опреде­ляемая электрическим зарядом, прохо­дящим через поперечное сечение про­водника в единицу времени:I=dQ/dt; Если сила тока и его направление не изменяются со временем, то такой ток называется постоянным. Для постоян­ного тока I=Q/t; где Q — электрический заряд, проходя­щий за время t через поперечное сече­ние проводника. Единица силы тока — ампер (А). Физическая величина, определяе­мая силой тока, проходящего через еди­ницу площади поперечного сечения проводника, перпендикулярного на­правлению тока, называется плотнос­тью тока: j=dI/dS(перпендикуляр). Плотность тока — вектор; направле­ние вектора j совпадает с направлени­ем упорядоченного движения положи­тельных зарядов: j = ne(v).(96.1)Единица плотности токи ампер на метр в квадрате (А/м2).

 

Закон Ома для однородного участка цепи (интегральный закон Ома). Сопротивление, удельное сопротивление. Зависимость сопротивления от температуры. Соединение проводников.

Сила тока I, текущего по однородному метал­лическому проводнику (т.е. провод­нику, в котором не действуют сторон­ние силы), пропорциональна напряже­нию U на концах проводника I=U/R(98.1) где R — электрическое сопротивление проводника. Уравнение (98.1) выражает закон Ома для участка цепи (не содержаще­го источника тока): сила тока в провод­нике прямо пропорциональна прило­женному напряжению и обратно про­порциональна сопротивлению провод­ника. Формула (98.1) позволяет уста­новить единицу сопротивления ом (Ом): 1 Ом — сопротивление такого проводника, в котором при напряжении 1 В те­чет постоянный ток 1 А. Сопротивление проводников зависит от его размеров и формы, а также от материала, из кото­рого проводник изготовлен. Для одно­родного линейного проводника сопро­тивление R прямо пропорционально его длине I и обратно пропорциональ­но площади его поперечного сечения S: R=ро*l/S; где ро- коэффициент пропорциональ­ности, характеризующий материал про­водника и называемый удельным элек­трическим сопротивлением.Единица удельного электрического сопротивления ом-метр (Ом • м). Температур­ная зависимость сопротивления может быть представлена в виде R = aR0T,(98.6)где Г— термодинамическая температура. Зависимость сопротивления от тем­пературы (98.6) представлена на рис. 149 (кривая 1). При низких температурах наблюдается отступление от этой зави­симости.

Закон Ома в дифференциальной форме.

Так как в изотропном проводнике носители тока в каждой точке движут­ся в направлении вектора Е, то направ­ления j и Е совпадают. Поэтому фор­мулу (98.4) можно записать в виде _j = гамма*_E.(98.5) Выражение (98.5) закон Ома в дифференциальной форме, связыва­ющий плотность тока в любой точке внутри проводника с напряженностью электрического поля в этой же точке. Это соотношение справедливо и для переменных полей.

Сторонние силы. Электродвижущая сила (ЭДС), разность потенциалов и напряжение на участке цепи (определения, формулы).

Силы неэлектростатического про­исхождения, действующие на заряды со стороны источников тока, называются сторонними. Сторонняя сила действующая на заряд Q{), может быть выражена как _Fст=_Ест*Q0. Сторонние силы совершают работу по перемещению электрических заря­дов. Физическая величина, определяе­мая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда, называется электродвижущей силой (ЭДС), дей­ствующей в цепи: ЭДС=А/Q0;(97.1). Эта работа производится за счет энергии, затрачиваемой в источнике тока, поэтому величину ЭДС можно также называть электродвижущей силой ис­точника тока, включенного в цепь. ЭДС, как и потенциал, выражается в вольтах. Напряжением U на участке 1 — 2 на­зывается физическая величина, опреде­ляемая работой, совершаемой суммар­ным полем электростатических (кулоновских) и сторонних сил при переме­щении единичного положительного за­ряда на данном участке цепи. Таким образом, согласно (97.4),U12=ФИ1-ФИ2+ЭДС12; Понятие напряжения является обоб­щением понятия разности потенциалов: напряжение на концах участка цепи равно разности потенциалов в том слу­чае, если на этом участке не действует ЭДС, т.е. сторонние силы отсутствуют.

Закон Ома для участка цепи с гальваническим элементом. Замкнутая электрическая цепь с источником тока. Закон Ома для замкнутой цепи. Соединение источников тока.

Мы рассматривали закон Ома для однородного участка цепи, т. е. такого, в котором не действует ЭДС (не действуют сторонние силы). Теперь рассмотрим неоднородный участок цепи, где действующую ЭДС на участ­ке 1 — 2 обозначим через а прило­женную на концах участка разность потенциалов — через фи1-фи2. Если на данном участке цепи источ­ник тока отсутствует (I = 0), приходим к закону Ома для од­нородного участка цепи (98.1): I=U/R ,[при отсутствии сторонних сил напря­жение на концах участка равно разно­сти потенциалов]. Если же электрическая цепь замкнута, то выб­ранные точки 1 и 2 совпадают,фи1 = фи22, тогда закон Ома для замкнутой цепи: I=ЭДС/R;где ЭДС, действующая в цепи; R — суммарное сопротивление всей цепи. В общем случае R= r + R, ( г— внут­реннее сопротивление источника тока, R сопротивление внешней цепи). Поэтому закон Ома для замкнутой цени будет иметь вид I=ЭДС/R+r. Если цепь разомкнута и, следователь­но, в ней ток отсутствует (I = 0), то из закона Ома получим, что ЭДС=фи1-фи2, г.е. ЭДС, действующая в ра­зомкнутой цепи, равна разности потен­циалов на ее концах. Следовательно, для того чтобы найти ЭДС источника тока, надо измерить разность потенци­алов на его клеммах при разомкнутой цепи.

Рекомендуемые страницы:



poisk-ru.ru

ЭДС. ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОЛНОЙ ЦЕПИ. НАПРЯЖЕНИЕ ИСТОЧНИКА

Элемент электрической цепи, предназначенный для получения электроэнергии, принято называть источни­ком электрической энергии. В источнике проис­ходит преобразование в электрическую энергию других: видов энергии.

На практике применяют следующие основ­ные источники: электромеханические генераторы (элект­рические машины для преобразования механической энер­гии в электрическую), электрохимические источники (гальванические элементы, аккумуляторы), термоэлектро­генераторы (устройства прямого преобразования тепловой энергии в электрическую), фотоэлектрогенераторы (преобразователи лучистой энергии в электрическую).

Принципы преобразования тепловой, лучистой и хими­ческой энергии в электрическую изучаются в курсе фи­зики.

Общим свойством всех источников является то, что в них происходит разделение положительного и отрицательного зарядов и образуется электродвижу­щая сила (ЭДС). Что такое ЭДС?

В простейшей электрической цепи на перемещение заряда q по контуру замкнутой цепи (рис. 2.8) затрачи­вается работа источника Аи.

Источник затрачивает одинаковую работу на переме­щение каждой единицы заряда. Поэтому с увеличением q прямо пропорционально растет Аи, а их отношение Aи/q,называемое электродвижущей силой, оста­ется неизменным:

E = Aи/q. (2.12)

ЭДС численно равна работе, которую совершает источ­ник, проводя заряд 1 Кл по замкнутому контуру цепи (1).

Единица ЭДС, как и напряжения,— вольт (В).

Благодаря ЭДС в электрической цепи поддерживает­ся определенное значение тока.

Так как ЭДС не зависит от q, а ток I = q/t,то ЭДС источника не зависит от тока (2).

При изменении тока изменяется мощность источника Ри. Используя выражения Pи =Aи/t , Aи = qE и q = It,

получаем формулу для расчета мощности источника:

Ри = EI. (2.13)

Таким образом, при изменении сопротивления приемника изменяется ток цепи, мощность источника и мощность приемника. При этом соблюдается положение (5) и непрерывно действует постоянная ЭДС, создающая ток.

В соответствии с балансом мощности

Pи=P+Pв,

где Р — мощность приемника; Рв — потери на внутреннем сопротивлении RBисточника (потерями в соедини­тельных проводах пренебрегаем).

Подставляя в это уравнение значение мощности из формул (2.10), (2.13), используя положение (3) получаем:

EI=UI+UJ;

E=U+Uв(2.14)

(действие равно сумме противодействий).

В замкнутой цепи ЭДС встречает противодействие суммы падений напряжений на участках цепи.

Используя выражение (2.14) и закон Ома, получаем

E = IR + IRB. (2.15)

В этом уравнении Е и RBкак параметры источника по­стоянные. При изменении сопротивления приемника R изменяет свое значение ток. Ток в цепи имеет строго определенное значение, необходимое для создания падений напряжений на участках цепи, уравновешивающих ЭДС (3). Аналогично в механике скорость движения тел такая, при которой вызванное этой скоростью противодействие сил трения уравновешивается действием сил, двигающих тело.

Из уравнения (2.15) ток

I = E/(R + RB). (2.16)

Эта формула отражает закон Ома для всей цепи: сила тока в цепи прямо пропорциональна ЭДС источ­ника.

Следует отметить, что уравнение (2.14) является частным случаем второго закона Кирхгофа, ко­торый формулируется так: алгебраическая сумма ЭДС любого замкнутого контура электрической цепи равна алгебраической сумме падений напряжений на сопротивлениях контура:

ΣΕ=ΣIR (2.17)

В паспортах устройств (источников, приемников, аппаратов, приборов), в каталогах приводятся значения токов, напряжений, мощностей, на которые устройство рассчитано заводом-изготовителем для нормального, называемого номинальным, режима работы. Источники характеризуются номинальными мощностью PH0M, током Iном и напряжением UH0M.

Для рис. 2.8 напряжение на зажимах источника и приемника одно и то же (так как они подключены к общим зажимам). Это напряжение определим из формулы (2.14):

U = E — IRB, (2.18)

где Rв— внутреннее сопротивление источника.

Напряжение на зажимах источника, работающего генератором, меньше ЭДС на величину падения напряже­ния на внутреннем сопротивлении источника (4).

При номинальном токе напряжение источника номи­нальное. При изменении режима цепи (изменении тока), в соответствии с формулой (2.18), изменяется напряжение. Если отклонения напряжения, тока, мощности нахо­дятся в допустимых пределах, такой режим называют рабочим.

Если же цепь разомкнута, ток равен нулю. Такой режим цепи или ее элементов называется режимом холостого хода (XX).

Из формулы (2.18) следует, что в режиме холостого хода U = Е.

ЭДС источника можно измерить вольтметром (рис. 2.9) как напряжение на его зажимах в режиме холостого хода (5).

Режим электрической цепи, при котором накоротко замкнут участок с одним или несколькими элементами, называется режимом короткого замыкания (КЗ).

При КЗ R = 0, поэтому U = IKR=0 и действию ЭДС противодействует только падение напряжения внутри источника E= I кRв (рис. 2.10).

Внутреннее сопротивление источников, как правило, мало. Поэтому ток КЗ IК = Е/RВ большой, опасный для источника и проводов тепловым действием. Для защиты от КЗ источников и проводов тепловым действием. Для защиты от КЗ источников и других элементов цепи нередко при­меняют плавкие предохранители, вставки которых пере­горают от тока КЗ и обрывают цепь.

На практике иногда пренебрегают внутренним сопротивлением источника, считая его равным нулю. В этом случае напряжение источника по формуле (2.18) равно ЭДС при любом токе и на схемах показывают не ЭДС источника (как на рис. 2.8), а напряжение на его зажимах .

 


| следующая лекция ==>
 | 

Похожие статьи:

poznayka.org

Электродвижущая сила концентрационных цепей - Справочник химика 21

    Электродвижущая сила концентрационной цепи, которая в большинстве случаев невелика, может быть вычислена по уравнению [c.284]

    Электродвижущая сила концентрационной цепи без переноса определяется н формуле Нернста  [c.84]

    Электродвижущая сила концентрационной цепи может быть вычислена по уравнению [c.193]

    Полная электродвижущая сила концентрационной цепи типа [c.210]

    Пользуясь общей формулой (43) для э. д. с. гальванического элемента, легко вывести формулу электродвижущей силы концентрационной цепи. Так как цепь состоит из одинаковых электродов, то их нормальные потенциалы равны, т. е. ед = во кроме того, в силу одинаковой валентности данных ионов Пу = п . В соответствии с формулой (44) будем иметь  [c.113]


    Величина же электродвижущей силы концентрационной цепи будет [c.41]

    Важной особенностью этого уравнения является то обстоятельство, что измерению поддается лишь суммарная электрическая работа, выражаемая соответствующим членом уравнения. Следовательно, измерив электродвижущую силу концентрационной цепи, можно вычислить химические потенциалы компонентов, определяемых по Гиббсу однако с помощью таких измерений нельзя вычислить потенциалы отдельных составляющих компонентов, т. е., точнее говоря, потенциалы отдельных видов ионов [c.23]

    Измерив электродвижущую силу концентрационной цепи, в которую входят два раствора с одинаковой концентрацией комплексного иона, но различной концентрацией добавленного в избытке аниона А , получим  [c.34]

    Энергетическое вычисление электродвижущей силы концентрационных цепей может вестись еще и иными путями, кроме осмотического, которым мы пользовались так, Гельмгольц ) первый применил способ изотермической дистилляции, который позволяет вычислять электродвижущие силы также и цепей с концентриро анными растворами. Для этого должны быть известны упругости пара обоих растворов различной концентрации. В случае разбавленных растворов лучше всего пользоваться осмотическим способом, так как определение осмотических давлений ионов или пропорциональных им концентраций большей частью не представляет затруднений 2). [c.210]

    Из уравнений (13.43) и (13.44) следует, что электродвижущая сила концентрационных цепей второй группы не зависит от активности электролита в растворе. [c.274]

    Электродвижущая сила концентрационных цепей в большинстве случаев невелика. Действительно, если взять растворы Си304 в цепи (13.37) с отнощением активностей 01/02= 10, то э.д.с. элемента будет примерно равно 0,03 В. [c.274]

    Электродвижущая сила концентрационной цепи в большинстве случаев невелика. Действительно, если взять растворы AgNOs в цепи (II) с отношением активностей ajoz = Ю, то э. д. с. элемента согласно уравнению (10) будет равна 0,059 В. [c.288]


chem21.info

Электротехника. Основы. Закон Ома - Всё об энергетике

Электротехника. Основы. Закон Ома

В электротехнике, как и в любой другой науке, существуют базовые понятия, без понимания которых не удастся овладеть этой областью знаний. Здесь такими понятиями являются электрическое напряжение, электрический ток и электрическое сопротивление.

Закон Ома

Закон Ома был открыт в результате экспериментов Георга Ома с гальванометром и простой электрической цепью из источника ЭДС и сопротивления. Со временем формула полученная Омом претерпела несколько изменений.

Закон Ома для участка цепи без ЭДС

Может быть сформулирован через сопротивление [1, стр.33][2, стр.15]:

\begin{equation} I = {U_{ab}\over R}; \end{equation}

Где:

  • I - ток через участок ab электрической цепи;
  • Uab - напряжение на участке ab электрической цепи;
  • R - сопротивление участка ab электрической цепи.

Или через проводимость:

\begin{equation} I = U_{ab} × G; \end{equation}

Где:

  • G - проводимость участка ab электрической цепи.

Формула (1, 2) справедлива для электрической цепи представленной ниже на рисунке 1.

Рисунок 1 - Участок цепи без ЭДС

Закон Ома для участка цепи содержащего ЭДС

Или обобщённый закон Ома. Формулируется следующим образом [1, стр.34][2, стр.17]:

\begin{equation} I = {U_{ab} + E\over R}; \end{equation}

Где:

  • I - ток через участок ac электрической цепи;
  • Uab - напряжение на участке ab электрической цепи;
  • E - ЭДС на участке электрической цепи;
  • R - сопротивление участка ab электрической цепи.

Или через проводимость:

\begin{equation} I = {(U_{ab} + E) × G}; \end{equation}

Где:

  • G - проводимость участка ab электрической цепи.

Формула (3, 4) справедлива для электрической цепи представленной ниже на рисунке 2.

Рисунок 2 - Участок цепи содержащий ЭДС

Закон Ома для полной цепи

Закон формулируется следующим образом [1, стр.34][2, стр.17]:

\begin{equation} I = {E\over {R + r}}; \end{equation}

Где:

  • I - ток в электрической цепи;
  • E - ЭДС электрической цепи;
  • R - сопротивление электрической цепи;
  • r - внутреннее сопротивление источника ЭДС.

Формулировка выражения (5) через проводимость неудобна и здесь приведена не будет. Ниже на рисунке 3 изображена схема электрической цепи для которой справедливо выражение (5).

Рисунок 3 - Полная цепь

На схеме видно, что R и r соединены последовательно, а в формуле это отражено как сумма R (сопротивления цепи) и r (внутреннего сопротивления источника ЭДС). Заменим выражение R + r на Rп

\begin{equation} I = {E\over R_п}; \end{equation}

Где:

  • Rп - полное сопротивление электрической цепи (включая сопротивление источника ЭДС).
Закон Ома в дифференциальной форме

Закон Ома в дифференциальной форме, представленный в выражении (7), справедлив для неоднородного, но изотропного вещества [3].

\begin{equation} \vec E = {ρ × \vec\jmath}; \end{equation}

Где:

  • \(\vec\jmath\) - плотность тока;
  • ρ - удельное сопротивление;
  • \(\vec E\) - напряжённость электрического поля.

Примеры применения

Ниже приведены несколько примеров для демонстрации применения разных формулировок закона Ома.

Пример 1

Схема задания приведена на рисунке 4. На схеме R = 5,2 Ом, U = 26 В. Определить I.

Рисунок 4 - Схема к 1 и 2-му примеру

Для решения задания воспользуемся выражением (1):

\begin{equation} I = {U\over R} = {26\over 5,2} = {5 \ А;} \end{equation}
Пример 2

Схема задания приведена на рисунке 4. К данному участку цепи приложено напряжение 24 В и по нему протекает ток 1,5 А. Определить проводимость участка цепи.

Для решения задания преобразуем выражение (2) относительно G:

\begin{equation} I = {U × G} \ \Rightarrow \ G = {I\over U} = {1,5\over 24} = {0,0625 \ См;} \end{equation}
Пример 3

Схема задания приведена на рисунке 5. На схеме U = 220 В, I = 0,5 А, R = 140 Ом. Определить E.

Рисунок 5 - Схема к 3-му примеру

Для решения задания преобразуем выражение (3) относительно E:

\begin{equation} I = {U - E\over R} \ \Rightarrow \ {I × R} = {U - E} \ \Rightarrow \ E = {U - I × R}; \end{equation}

Подставим в выражение (10) известные величины:

\begin{equation} E = {U - I × R} = {220 - 0,5 × 140} = {150 \ В;} \end{equation}

Пример 4

Сопротивление электрической цепи, приведенной на рисунке 3 составляет 12 Ом, напряжение источника ЭДС включенного в цепь - 9 В. Измерения показали, что по цепи протекает ток 0,72 А. Необходимо определить внутреннее сопротивление источника ЭДС.

Преобразуем выражение (5) относительно r:

\begin{equation} I = {E\over {R + r}} \ \Rightarrow \ {I × (R + r)} = E \ \Rightarrow \ {I × r} = {E - I × R} \ \Rightarrow \ r = {E - I × R\over I}; \end{equation}

Определим внутренней сопротивление источника ЭДС, подставив в выражение (10) известные величины:

\begin{equation} r = {E - I × R\over I} = {9 - 0,72 × 12\over 0,72} = {0,36\over 0,72} = {0,5 \ Ом;} \end{equation}

Использованные термины

Электрический потенциал точки:

Физическая величина, равная потенциальной энергии, которой обладает элементарный положительный заряд, помещенный в электрическое поле.

Потенциал обозначается буквой φ греческого алфавита и измеряется в вольтах (В). Он не имеет направления и записывается как скаляр.

Электрическое напряжение:

Физическая величина, равная количеству энергии, затраченной на перенос единичного заряда из точки А в точку Б электромагнитного поля, определяемая как разность потенциалов этих точек: Uab = φa - φb.

Напряжение обозначается буквой U (u) латинского алфавита и измеряется в вольтах (В). Напряжение - скалярная величина, но на электрических схемах указывают его положительное направление.

Электродвижущая сила (ЭДС):

Также как и напряжение это физическая величина, равная количеству энергии, затраченной на перенос единичного заряда из одной точки электромагнитного поля в другую.

ЭДС обозначается буквой E (e) латинского алфавита и измеряется в вольтах (В). ЭДС - скалярная величина, но на электрических схемах указывают её положительное направление. Она численно равна напряжению на зажимах не подключенного источника.

Электрическое ток:

Физическая величина, равная количеству заряженных частиц прошедших через поперечное сечение проводника за единицу времени. Как явление - направленное движение заряженных частиц.

Напряжение обозначается буквой I (i) латинского алфавита и измеряется в амперах (А). Ток, так же как и напряжение, величина скалярная, и на электрических схемах тоже указывают его положительное направление [2, стр.11].

Плотность тока:

Физическая величина, имеющая смысл силы электрического тока, протекающего через элемент поверхности единичной площади.

Плотность тока обозначается буквой \(\vec\jmath\) латинского алфавита и измеряется в амперах на метр квадратный (А/м2). Плотность тока - векторная величина [4].

Электрическое сопротивление:

Физическая величина, характеризующая способность проводника препятствовать прохождению по нему тока.

Сопротивление обозначается буквами R (r), X (x) или Z (z) латинского алфавита (последние два обозначения применяются для реактивного и комплексного сопротивления соответственно) и измеряется в омах (Ом). Как и предыдущие, сопротивление - скалярная величина.

Электрическая проводимость:

Физическая величина, характеризующая насколько хорошо проводник проводит электрический ток, является обратной сопротивлению: G = 1/R.

Проводимость обозначается буквами G (g) латинского алфавита и измеряется в сименсах (См). Так же как и сопротивление проводимость - скалярная величина.

Удельное сопротивление:

Физическая величина, численно равная сопротивлению участка электрической цепи, выполненного из данного вещества, длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м2.

Удельная проводимость обозначается буквами ρ греческого алфавита и измеряется в омах на метр (Ом×м). Является скалярной величиной. [3].

В дальнейшем при использовании вышеперечисленных терминов слово "электрический" будет упускаться.

Список использованных источников

  1. Бессонов, Л.А. Теоретические основы электротехники: учебник / Л.А. Бессонов - Москва: Высшая школа, 1996. - 623 с.
  2. Иванова, С.Г. Теоретические основы электротехники: Версия 1.0 [Электронный ресурс] : учеб. пособие / С. Г. Иванова, В. В. Новиков – Красноярск: ИПК СФУ, 2008. - 318 с.
  3. Википедия - Удельное электрическое сопротивление [электронный ресурс] - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Удельное_электрическое_сопротивление
  4. Википедия - Плотность тока [электронный ресурс] - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Плотность_тока

allofenergy.ru

Подробно про электродвижущие силы (ЭДС), реальный и идеальный источники ЭДС, трехфазные цепи / Школа электрика / Коллективный блог

Известный факт – одни тела могут нагреваться больше, другие меньше. Величину нагрева тела называют температурой. Точно так же, одни тела электрилизуются больше, чем другие. Величину электризации тела называют потенциалом тела или электрическим потенциалом.

Наэлектризованное тело – это тело, которому сообщили электрический заряд, то есть добавление некоторого количества электронов в случае, когда тело заряжают отрицательно, или же отнятие электронов, когда тело заряжают положительно. Таким образом тело получит определенную степень электризации (потенциал). Положительный потенциал приобретет положительно заряженное тело и наоборот, отрицательный потенциал приобретет отрицательно заряженное тело.

Разностью электрических потенциалов называют разность уровней электрических зарядов тел.

Необходимо учитывать, что разность потенциалов будет присутствовать между двумя одинаковыми одноименно заряженными телами, особенно когда одно тело больше, чем другое. Также разность потенциалов будет присутствовать между телами, если одно из них заряжено, а другое нет. Например, если мы возьмем абстрактное тело с некоторым потенциалом и изолируем его от земли, то разность потенциалов между землей (потенциал земли принимают равным нулю) и таким телом будет равной потенциалу тела. То есть, если тела имеют разные потенциалы, то между такими телами обязательно будет существовать разность потенциалов.

Вспомним из школьной программы известный пример электризации расчески, когда происходит трение о волосы – это и естьсоздание разности потенциалов между волосами человека и расческой. Во время трения расчески по волосам некоторые электроны переходят на расческу и заряжают ее отрицательно, а волосы теряют часть электронов и заряжаются положительно. Так создается разность потенциалов, которую можно привести к нулю прикоснувшись расческой к волосам, при этом можно услышать характерные щелчки, иллюстрирующие переход электронов обратно.

Получить разность потенциалов можно не только между двумя заряженными телами, но и между отдельными частями одного тела. Например, если воздействовать какой-либо внешней силой на свободные электроны, находящиеся в медной проволоке, и переместить их к одному из концов проволоки, то на другом конце обнаружится недостаток электронов, а между концами медной проволоки будет наблюдаться разность потенциалов. Как только воздействие внешней силы будет прекращено, сила притяжения разноименных зарядов вернет электроны к заряженному положительно концу проволоки, т.е. туда, где наблюдается недостаток электронов, что приведет к электрическому равновесию во всем куске проволоки.

Чтобы все время поддерживать электрический ток в проводнике, необходимо использовать внешние источники энергии для поддержания разности потенциалов на разных концах проводника. В качестве таких источников энергии используют источники электротока, у которых присутствует определенная электродвижущая сила, создающая и длительное время поддерживающая разность потенциалов на разных концах проводника.

Электродвижущую силу (ЭДС) обозначают буквой «Е», измеряют в вольтах (В, международное обозначение — V)."

Чтобы электрический ток протекал непрерывно, необходимо использовать электродвижущую силу в качестве источника электротока.

Первым из таких источников тока был «вольтов столб», состоящий из рядов цинковых и медных кругов, которые были проложены кожей, которую смачивали подкисленной водой. Это показывает, что один из способов получить электродвижущую силу — это когда некоторые из веществ взаимодействуют химически, таким образом превращая химическую энергию в электрическую. Источник тока, в котором создают электродвижущую силу описанным выше способом, называют химическим источником тока.

Сейчас в электроэнергетике и электротехнике широко применяют такие химические источники электротока как аккумуляторы, генераторы и гальванические элементы.

На электрических станциях устанавливают генераторы в качестве единственного источника тока, чтобы запитать электрической энергией промышленные предприятия, дать электрическое освещение в города, на электрические железные дороги, трамваи, метро, троллейбусы и т.д.

Электродвижущая сила действует одинаково как на химические источники электротока (аккумуляторы и элементы), так и на генераторы. Ее действие состоит в создании разности потенциалов на каждом из зажимов источника электротока и поддержании ее в течение длительного времени. Зажимы источника электротока называют полюсами. На одном из полюсов источника электротока всегда происходит нехватка электронов, т.е. такой полюс заряжен положительно (маркируется «+»), на другом полюсе происходит переизбыток электронов, т.е. этот полюс заряжен отрицательно (маркируется « - »).

Источники тока используют для запитывания электротоком всевозможных приборов, являющимися потребителями тока. С помощью проводников потребители тока присоединяют к полюсам источников тока, так что образуется замкнутая электрическая цепь. Разность потенциалов, устанавливаемая в замкнутой электроцепи между полюсами источника тока, называют напряжением и обозначают буквой «U». Единица измерения – вольт. Например, запись U=12 В означает, что напряжение источника электротока равняется 12 В.

Чтобы измерить напряжение или ЭДС используют вольтметр.

При необходимости провести измерения ЭДС или напряжения источника электротока вольтметр подключают напрямую к полюсам. При разомкнутой электрической цепи вольтметр будет показывать ЭДС источника электротока. При замкнутой цепи вольтметр покажет напряжение на каждом зажиме источника электротока. Источник тока всегда развивает ЭДС больше, чем напряжение на зажимах.

Простое видео, популярно поясняющее суть электродвижущей силы (ЭДС)

Трехфазные электроцепи

Частным случаем многофазных цепей являются трехфазные электрические цепи. Многофазные системы электроцепей состоят из нескольких однофазных электроцепей, причем в каждой из них протекают синусоидальные ЭДС одинаковых частот, которые создаются одним источником энергии и являются сдвинутыми по фазе на одинаковый угол по отношению друг к другу. Чтобы обозначить угол, который будет характеризовать стадии периодического процесса, или чтобы дать название однофазной цепи, которая входит в многофазную цепь, используют термин «фаза».

На практике используют многофазные симметричные системы, амплитудные значения ЭДС которых одинаковы, фазы сдвигаются по отношению друг к другу на угол m (число фаз). В электротехнике в основном применяют шести-, трех- и двухфазные цепи. Системы трехфазные нашли широкое практическое применение в электроэнергетике (рис. 1).

Трехфазными цепями принято называть три однофазные цепи, где происходит действие синусоидальных ЭДС одинаковой частоты, цепи сдвинуты по фазе на угол 2π/3. Источником в такой цепи выступает синхронный генератор (три его обмотки сдвинуты на угол 2π/3), где индуцируются три различных ЭДС, также сдвинутых на угол 2π/3. Рис. 2 схематично иллюстрирует трехфазный синхронный генератор.

Рис. 1. Схема трехфазного синхронного генератора. А, В, С — показывают начала обмоток, X, Y, Z — показывают концы обмоток.

В сердечнике статора располагают три аналогичные обмотки. Начала обмоток и их концы смещают на угол, равный 2π/3. ЭДС индуцируется магнитным полем, возбуждаемым постоянным током, который проходит по обмотке возбуждения. Синусоидальные ЭДС сдвигаются по фазе на угол, равный 2π/3, касательно друг друга.
Трехфазная система является симметричной системой. Обмотки статора в электрических схемах представляют так, как показано на рис. 2, а. Условным положительным направлением принимается направление обмотки от конца к началу. Рис. 2, б иллюстрирует, как изменяются мгновенные значения ЭДС для трехфазного генератора.

Рис. 2. Направление обмоток статора (а), изменение величин мгновенных значений для ЭДС (б)

Схемы векторных диаграмм для прямой и обратной последовательностей чередования фаз представлены на рис. 3, а, б.

Рис. 3. Прямая (а) и последовательная (б) последовательности чередования фаз

Последовательность фаз (порядок чередования) — последовательность, когда ЭДС становится одинаковых значений в фазных обмотках генератора. Например, когда ротор генератора вращается как на рис. 1, получаем последовательность фаз АВС, таким образом, происходит отставание ЭДС фазы В от ЭДС фазы А и т.д. Такую систему принято называть системой прямой последовательности. При изменении вращения ротора генератора в обратную сторону последовательность чередования фаз также изменится. Но последовательность чередования фаз не меняется в силу того, что роторы генераторов вращаются в одну сторону.

В практике используют прямую последовательность чередования фаз, от которой зависит направление вращения трехфазных двигателей. Если поменять местами две фазы двигателя, то возникнет обратная последовательность чередования фаз и вращение двигателя в обратную сторону. Обязательно нужно учитывать последовательность фаз во время параллельного включения трехфазных генераторов.

Рис. 4. Схема трехфазной цепи

Идеальные и реальные источники ЭДС

Формулой внешней характеристики ЭДС (1) является выражение зависимости напряжения на каждом из зажимов источника от величин нагрузки (ток источника задается нагрузкой). При этом напряжение на каждом из зажимов источника тока меньше ЭДС на значение величины падения напряжения, происходящего на внутреннем сопротивлении источника тока:

Данную формулу иллюстрирует диаграмма внешней характеристики ЭДС, которую строили по двум точкам — а) если =0 E=U и б) U=0 E=R0I (рис. 5).

Рис. 5. Диаграмма внешней характеристики ЭДС

Как видно из диаграммы, чем меньше внутреннее сопротивление источника ЭДС, тем выше напряжение на его зажимах.

В случае идеального источника ЭДС напряжение не будет зависеть от значения нагрузки, R0=0, U=E. Но анализ и расчет цепи источника электрической энергии не всегда является возможным представить в виде источника ЭДС. Представим ситуацию, когда значение внешнего сопротивления цепи будет значительно превышено значением внутреннего сопротивления источника, например, в электронике, в этом случае ток в цепи будет равен I=U/(R+R0) и практически не будет зависеть от сопротивления нагрузки при R0>>R, тогда источником тока будет выступать источник энергии. Для этого формулу (1) разделим на R0, получим формулу (2):

Формулу (2) можно проиллюстрировать схемой замещения (рис. 2), где . В данном случае получаем формулу (3):

R0=∞ у идеального источника. Реальный и идеальный источники тока имеют вольтамперные характеристики, представленные на рис. 6.

Рис. 6. Вольтамперные характеристики для идеального и реального источников тока

Если величины R и R0 не разграничены, то расчетным эквивалентом источника энергии принимают источник ЭДС или источник электротока. При использовании источника электротока формулу (3) применяют для вычисления падения напряжения.

Источник ЭДС является активным элементом цепи, у него присутствуют два вывода. Напряжение на выводах не будет зависеть от сопротивления используемой сети, т.е. напряжение на выводах не изменяется независимо от тока, создаваемого источником ЭДС.

Принято считать, что внутри источника ЭДС не присутствуют пассивные элементы (индуктивность, активное сопротивление, емкость), т.е. внутреннее сопротивление равно нулю. В пассивных элементах электроток идет от большего потенциала к меньшему потенциалу, а в источнике ЭДС этот процесс протекает наоборот. Внутренние силы источника выполняют работу по переносу заряда с отрицательного на положительный полюс.

Идеального источника ЭДС не существует, т.к. из закона Ома I=U/R видно, что короткое замыкание выводов нулевым сопротивлением вызывало бы бесконечно большую величину тока (если R=0, то получаем I=U/0).

В реальном источнике ЭДС обязательно есть внутреннее сопротивление, и короткое замыкание выводов при уменьшении величины напряжения на внутреннем сопротивлении будет уравновешивать ЭДС источника. Таким образом, ток короткого замыкания будет конечным.

Рис. 7 иллюстрирует схемы реального и идеального источников ЭДС. Здесь реальный источник обозначен источник ЭДС, у которого включено последовательное сопротивление. Значение его подбирают так, чтобы показать, как будет себя вести реальный источник. Величина внутреннего сопротивления обычно является ничтожно малой и в расчет не принимается, однако следует учитывать поставленную задачу и конкретную цепь.

Рис. 7. Идеальный (а) и реальный (б) источники ЭДС

Источник работает при следующих режимах:

А) Номинальный – на этот режим работы источник рассчитан производителем. В паспорте такого источника указаны номинальные величины — ток Iном и напряжение Uном (или номинальная мощность Pном).

Б) Холостой ход — внешнюю цепь отключают от источника, при этом ток источника равен нулю, а напряжением на зажимах является напряжение холостого хода U=Е (формула 1).

В) Короткое замыкание – в этом случае сопротивление внешней цепи равно нулю, а ток источника ограничен внутренним сопротивлением. Из формулы (1) получим I=IКВ=U/R0 при U=0. Чтобы уменьшить потери энергии в источнике R0должно быть равно нулю, а учитывая IКВ>>Iном, что недопустимо для источника.

Г) Согласованный – режим передачи от источника потребителю максимальной мощности, которую определяют с помощью параметров источника. Мощность нагрузки Р=I2R, при R=R0 получим Pmax=E2/4R0. При таком режиме КПД не превысит 50%, поэтому этот режим в промышленной электротехнике не применяют. Этот режим идеально подходит для слаботочных цепей в электронных устройствах

ВложениеРазмер
edc-01.JPG15.86 КБ
edc-02.JPG17.33 КБ
edc-03.JPG14.71 КБ
edc-04.JPG8.98 КБ
edc-05.JPG14.37 КБ
edc-06.JPG7.43 КБ
edc-07.JPG8.75 КБ

44kw.com