Автор сайта надеяться, что информация Вам будет полезна, как доступно простая, так и более углублённая в других разделах сайта. Не забывайте просмотреть рекламу от гугл, реклама для Вас бесплатно, а мне развитие сайта, удачи.

energetik.com.ru

Закон Джоуля Ленца | Все формулы

Закон Джоуля Ленца — Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивлению участка

Закон Джоуля Ленца в интегральной форме в тонких проводах:

Если сила тока изменяется со временем, проводник неподвижен и химических превращений в нем нет, то в проводнике выделяется тепло.

Закон Джоуля Ленца — Мощность тепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании электрического тока, пропорциональна произведению плотности электрического тока на величину электрического поля

Преобразование электрической энергии в тепловую широко используется в электрических печах и различных электронагревательных приборах. Тот же эффект в электрических машинах и аппаратах приводит к непроизвольным затратам энергии (потере энергии и снижении КПД). Тепло, вызывая нагрев этих устройств, ограничивает их нагрузку; при перегрузке повышение температуры может вызвать повреждение изоляции или сокращение срока службы установки.

В формуле мы использовали :

— Количество теплоты

— Заряд

— Работа тока

— Напряжение в проводнике

— Сила тока в проводнике

— Время

— Промежуток времени

— Сопротивление

— Мощность выделения тепла в единице объёма

— Плотность электрического тока

— Напряжённость электрического поля

— Проводимость среды

xn--b1agsdjmeuf9e.xn--p1ai

Шпора – формулы (электричество и электромагнетизм)

nashaucheba.ru

Энергия электрического поля | Все формулы

Энергия электрического поля — Энергия заряженного конденсатора равна работе внешних сил, которую необходимо затратить, чтобы зарядить конденсатор

В формуле мы использовали :

— Энергия электрического поля

— Диэлектрическая проницаемость среды

— Диэлектрическая постоянная

— Объем занимаемый электрическим полем

— Напряжение

— Площадь обкладок

— Расстояние между обкладками конденсатора

xn--b1agsdjmeuf9e.xn--p1ai

формулы тоэ продолжение | энергетик

 В разделе: электрический ток (I, ампер), электродвижущая сила (ЭДС, E=A/q=Дж/Кл=В, вольт), электрическое напряжение (U, вольт), электрическая энергия и мощность (Eq, Дж, джоуль) и ватт (Р, Вт, ватт).

 Величина электрического тока (I) определяется как количество заряда q переносимое через какую-либо поверхность в единицу времени, при одинаковых промежутках времени t переносимого заряда q, где I = q/t, то такой ток постоянный.  I = q/t = Кл/с = А (ампер):

2. Электродвижущая сила (ЭДС). Участок цепи, на котором действует ЭДС, является источником электрической  энергии (энергии движущихся носителей электрических зарядов). Единицу ЭДС можно получить как  E = A/q = Дж/Кл = В (вольт):

3. Электрическое напряжение (U). На участках электрической цепи, где отсутствует ЭДС, движение носителей зарядов сопровождается расходом полученной ранее энергии путём преобразования её в другие виды. Этот процесс можно охарактеризовать падением напряжения или просто напряжением U, где U = A/q. В случае движения зарядов в безвихревом электрическом поле это определение идентично понятию разности потенциалов участков электрической цепи, т.е. U_ab = φ_а − φ_b, где , φ_а, φ_b, – потенциалы границ участка. Единица измерения напряжения и разности потенциалов такая же, как и ЭДС.

4. Электрическая энергия и мощность. Из понятия ЭДС следует, что она является работой, совершаемой при перемещении единичного заряда между полюсами источника электрической энергии  W_и = E_q = EI_t, где требуется совершить работу в q раз большую для перемещения всех зарядов, т.е. затратить энергию.

   Напомним для тех кто знал но забыл, что такое  Электрическая цепь:
Электрическая цепь представляет собой совокупность технических устройств и физических объектов, по которым протекает электрический ток, т.е. происходит упорядоченное направленное движение электрических зарядов.
   Для того чтобы заряды перемещались им необходимо передать некоторую энергию и устройство, выполняющее эту функцию, называется источником электрической энергии. Источник электрической энергии является составным элементом электрической цепи. Энергия, передаваемая источником движущимся зарядам, может быть получена только путём преобразования других видов энергии (тепловой, химической, механической, световой) или путём воздействия на электрические заряды магнитным полем, возбуждаемым другим источником.
   Создаваемый источником электрический ток может вызывать различные явления: нагревать элементы, по которым он протекает, вызывать свечение веществ, создавать механические усилия. Технические устройства, в которых получают требуемый эффект от протекания электрического тока называют приёмниками электрической энергии, т.к. в них происходит преобразование электрической энергии в другие виды.

  Иными словами электрическая цепь состоит из отдельных частей (объектов), выполняющих определенные функции и называемых элементами цепи. Основными элементами цепи являются источники и приемники электрической энергии (сигналов). Электротехнические устройства, производящие электрическую энергию, называются генераторами или источниками электрической энергии, а устройства, потребляющие ее – приемниками (потребителями) электрической энергии, о чём собственно и сказано в формулах тоэ выше.

energetik.com.ru

8. Постоянный электрический ток Основные формулы

Сила тока:

(если ).

Плотность тока:

, ,

где – площадь поперечного сечения проводника,– средняя скорость упорядоченного движения зарядов в проводнике,– концентрация зарядов,– элементарный заряд.

Зависимость сопротивления от параметров проводника:

,

где – длина проводника,– площадь поперечного сечения проводника,– удельное сопротивление,– удельная проводимость.

Зависимость удельного сопротивления от температуры для металлических проводников:

,

где – температурный коэффициент сопротивления;– удельное сопротивление при,– температура проводника.

Сопротивление системы проводников: при последовательном (а) и параллельном (б) соединениях:

а) , б),

где – сопротивление-го проводника,– число проводников.

Сопротивления, необходимые для расширения пределов измерения приборами силы тока () и напряжения () враз:

, .

Законы Ома:

для однородного участка цепи:

,

для неоднородного участка цепи:

,

для замкнутой цепи:

,

где – напряжение на однородном участке цепи,– разность потенциалов на концах участка цепи,– ЭДС источника,– внутреннее сопротивление источника тока.

В дифференциальной форме:

,

где – плотность тока,– удельная проводимость,–напряжённость поля.

Сила тока короткого замыкания:

.

Работа тока за время :

.

Закон Джоуля-Ленца (количество теплоты, выделяемой при прохождении тока через проводник):

.

Мощность тока, выделяемая в нагрузке (полезная):

.

Полная мощность, выделяемая в цепи:

.

Мощность, теряемая в источнике:

.

Коэффициент полезного действия источника тока:

.

Правила Кирхгофа:

1) – для узлов;

2) – для контуров,

где – алгебраическая сумма сил токов, сходящихся в узле,– алгебраическая сумма ЭДС в контуре.

Примеры решения задач

Задача 1. ЭДС источника тока=6 В. Наибольшая сила тока, которую может дать источник тока,=5А. Какая наибольшая мощностьможет выделиться на подключенном к источнику тока резисторе с переменным сопротивлением? Каким при этом будет КПД источника тока и какая мощностьбудет расходоваться на нагревание самого источника?

Подставив формулу (2) в формулу (1), получим:

. (3)

Из формулы (3) видно, что при постоянных величинах и r мощность является функцией одной переменной – внешнего сопротивления R. Известно, что эта функция имеет максимум при условии R = r. В этом можно убедиться, применив общий метод исследования функций на экстремум с помощью производной.

Следовательно,

. (4)

Таким образом, задача сводится к отысканию сопротивления r внутреннего участка цепи (источника тока). Если учесть, что согласно закону Ома (2) для замкнутой цепи наибольшая сила тока I_max будет при внешнем сопротивлении R = 0 (ток короткого замыкания), то

. (5)

Подставив найденное из (5) значение внутреннего сопротивления r в формулу (4), получим:

.

Мощность тока, выделяемая на внешнем участке цепи, является полезной по отношению к полной мощности источника тока, которая находится по формуле и в нашем случае будет равна

. (6)

КПД источника тока равен отношению полезной мощности, выделяемой на внешнем участке цепи, к полной мощности источника тока:

. (7)

В нашем случае

Мощность, теряемую в источнике тока, можно найти по формуле: .

В нашем случае: .

Ответ: ; ; .

Задача 2. Электрическая цепь состоит из двух источников тока, трех сопротивлений и амперметра (рис.7.1). В этой цепи R₁=100 Ом, R₂=50 Ом, R₃=20 Ом, ЭДС одного из источников тока ₁=2 В. Амперметр регистрирует ток I₃=50 мА, идущий в направлении, указанном стрелкой. Определите ЭДС второго источника тока ₂. Сопротивлением амперметра и внутренним сопротивлением источников тока пренебречь.

Рис.7.1

Указания: Для расчета разветвленных цепей применяются правила Кирхгофа:

а) – первое правило Кирхгофа;

б) – второе правило.

На основании этих правил можно составить уравнения, необходимые для определения искомых величин (силы тока, сопротивления и ЭДС). Применяя правила Кирхгофа, следует соблюдать следующие указания:

1. Перед составлением уравнений произвольно выбрать: а) направления токов (если они не заданы по условию задачи) и указать их стрелками на чертеже; б) направления обхода контуров (например, по часовой стрелке).

2. При составлении уравнений по первому правилу Кирхгофа считать токи, подходящие к узлу, положительными, а токи, отходящие от узла, отрицательными. Число уравнений, составляемых по первому правилу Кирхгофа, должно быть на единицу меньше числа узлов, содержащихся в цепи.

3. При составлении уравнений по второму правилу Кирхгофа надо считать, что а) произведение силы тока на сопротивление участка контура I_кR_к входит в уравнение со знаком “плюс”, если направление тока в данном участке совпадает с выбранным направлением обхода контура, в противном случае произведение I_кR_к входит в уравнение со знаком “минус”, б) ЭДС входит в уравнение со знаком “плюс”, если она повышает потенциал в направлении обхода контура, т.е. если при обходе приходится идти от минуса к плюсу внутри источника тока; в противном случае ЭДС входит в уравнение со знаком “минус”. Число уравнений, составленных по второму правилу Кирхгофа должно быть равно числу независимых контуров, имеющихся в цепи. Для составления уравнений первый контур можно выбирать произвольно. Все последующие контуры следует выбрать таким образом, чтобы в каждый новый контур входила хотя бы одна ветвь цепи, не участвовавшая ни в одном из ранее использованных контуров. Если при решении уравнений, составленных указанным выше способом, получены отрицательные значения силы тока или сопротивления, то это означает, что ток через данное сопротивление в действительности течет в направлении, противоположном произвольно выбранному. При этом числовые значения силы тока будут правильными. Однако в этом случае неверным окажется вычисленное значение сопротивления. Тогда необходимо, изменив на чертеже направление тока в сопротивлении, составить новую систему уравнений и, решив ее, определить искомое сопротивление.

Р

Дано:

R₁ = 100 Ом;

R₂ = 50 Ом;

R₃ = 20 Ом;

₁= 2 B;

I _з= 50 мА.

₂ = ?

Выберем направления токов, как они показаны на рисунке, и условимся обходить контуры по часовой стрелке. По первому правилу Кирхгофа для узла F имеем:

I₁ – I₂ – I₃ = 0. (1)

П

₂ =?

I₁R₁ + I₂R₂ = ₁ . (2)

Соответственно для контура AFGHA найдем:

I₁R₁ + I₃R₃ = ₂ . (3)

После подстановки известных числовых значений в формулы (1), (2) и (3) получим: I₁–I₂–0,05=0, 50I₁+25I₂=1, 100I+0,05·20=₂ .

Перенеся в этих уравнениях неизвестные величины в левые части, а известные – в правые, получим систему 3 уравнений с тремя неизвестными:

Выразим из первого уравнения системы I₂ и подставим во второе:

.

Подставляя I₁ в третье уравнение, получаем =4 В.

Ответ: =4 В.

studfiles.net