Основні закони електричного струму. Схема, опис

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Основні закони електричного струму. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Електрика для початківців

Коментарі до статті

Закон Ома. Напруга та струм вважаються найбільш зручними характеристиками електричних кіл. Однією з головних особливостей застосування електрики є швидке транспортування енергії з одного місця до іншого та передача її споживачеві у потрібній формі. Добуток різниці потенціалів на силу струму дає потужність, тобто кількість енергії, що віддається в ланцюзі на одиницю часу. Як було сказано вище, щоб виміряти потужність в електричному ланцюзі, знадобилося б 3 прилади. А чи не можна обійтися одним і обчислити потужність за його показаннями та якоюсь характеристикою ланцюга, на кшталт його опору? Багатьом ця ідея сподобалася, вони вважали її плідною.

Отже, що ж таке опір дроту чи ланцюга загалом? Чи має дріт, подібно до водопровідних труб або труб вакуумної системи, постійною властивістю, яку можна було б назвати опором? Наприклад, у трубах відношення різниці тиску, що створює потік, поділений на витрату, зазвичай є постійною характеристикою труби. Так само тепловий потік у дроті підпорядковується простому співвідношенню, в яке входить різниця температур, площа поперечного перерізу дроту та його довжина. Відкриття такого співвідношення для електричних кіл стало результатом успішних пошуків.

У 1820-х роках німецький шкільний вчитель Георг Ом першим розпочав пошуки вищезгаданого співвідношення. Насамперед, він прагнув слави та популярності, які б дозволили йому викладати в університеті. Тільки тому він вибрав таку сферу досліджень, яка обіцяла особливі переваги.

Він був сином слюсаря, тому знав, як витягувати металевий дріт різної товщини, потрібний йому для дослідів. Оскільки на той час не можна було купити придатний дріт, Ом виготовляв його власноруч. Під час дослідів він пробував різні довжини, різні товщини, різні метали та навіть різні температури. Усі ці чинники він варіював по черзі. За часів Ома батареї були ще слабкі, давали струм непостійної величини. У зв'язку з цим дослідник як генератор застосував термопару, гарячий спай якої був поміщений в полум'я. Крім цього, він використовував грубий магнітний амперметр, а різниці потенціалів (Ом називав їх «напруженнями») заміряв шляхом зміни температури або числа термоспаїв.

Вчення про електричні ланцюги тільки-но отримало свій розвиток. Після того, як приблизно в 1800 році винайшли батареї, воно стало розвиватися набагато швидше. Проектувалися і виготовлялися (досить часто вручну) різні прилади, відкривалися нові закони, з'являлися поняття та терміни і т. д. Усе це призвело до глибшого розуміння електричних явищ та факторів.

Оновлення знань про електрику, з одного боку, стало причиною появи нової галузі фізики, з іншого боку, стало основою для бурхливого розвитку електротехніки, тобто були винайдені батареї, генератори, системи електропостачання для освітлення та електричного приводу, електропечі, електромотори та інше , інше.

Відкриття Ома мали велике значення як у розвитку вчення про електрику, так розвитку прикладної електротехніки. Вони дозволили легко пророкувати властивості електричних кіл для постійного струму, а згодом - для змінного. У 1826 році Ом опублікував книгу, в якій виклав теоретичні висновки та експериментальні результати. Але його надії не виправдалися, книгу зустріли глумом. Це сталося тому, що метод грубого експериментування здавався мало привабливим у епоху, коли багато хто захоплювався філософією.

Йому не залишалося нічого іншого, як залишити посаду викладача. Призначення в університет він не домігся з цієї причини. Протягом 6 років вчений жив у злиднях, без впевненості в майбутньому, відчуваючи гірке розчарування.

Але поступово його праці здобули популярність спочатку за межами Німеччини. Ома поважали за кордоном, користувалися його дослідженнями. У зв'язку із цим співвітчизники змушені були визнати його на батьківщині. 1849 року він отримав посаду професора Мюнхенського університету.

Ом відкрив простий закон, що встановлює зв'язок між силою струму та напругою для відрізка дроту (для частини ланцюга, для всього ланцюга). Крім цього, він склав правила, які дозволяють визначити, що зміниться, якщо взяти дріт іншого розміру.

Закон Ома формулюється наступним чином: сила струму на ділянці ланцюга прямо пропорційна напрузі на цій ділянці і обернено пропорційна опору ділянки.

Закон Джоуля-Ленца. Електричний струм у будь-якій ділянці ланцюга виконує певну роботу. Наприклад візьмемо якусь ділянку ланцюга, між кінцями якого є напруга (U). За визначенням електричної напруги робота, що здійснюється при переміщенні одиниці заряду між двома точками, дорівнює U. Якщо сила струму на даній ділянці ланцюга дорівнює i, то за час t пройде заряд it, і тому робота електричного струму в цій ділянці буде:

А = Uit.

Це вираз справедливо для постійного струму в будь-якому випадку, для будь-якої ділянки ланцюга, який може містити провідники, електромотори та ін. Потужність струму, тобто робота в одиницю часу, дорівнює:

Р = A / t = Ui.

Цю формулу застосовують у системі СІ визначення одиниці напруги.

Припустимо, що ділянка ланцюга є нерухомим провідником. У цьому випадку вся робота перетвориться на тепло, яке виділиться у цьому провіднику. Якщо провідник однорідний і підпорядковується закону Ома (сюди відносяться всі метали та електроліти), то:

U = ir,

де г – опір провідника. В такому випадку:

А = rt2t.

Цей закон уперше досвідченим шляхом вивів Е. Ленц і, незалежно від нього, Джоуль.

Слід зазначити, що нагрівання провідників знаходить численне застосування у техніці. Найпоширеніше і найважливіше серед них – освітлювальні лампи розжарювання.

Закон електромагнітної індукції. У першій половині ХІХ століття англійський фізик М. Фарадей відкрив явище магнітної індукції. Цей факт, став надбанням багатьох дослідників, дав потужний поштовх розвитку електро-і радіотехніки.

У ході дослідів Фарадей з'ясував, що при зміні числа ліній магнітної індукції, що пронизують поверхню, обмежену замкнутим контуром, у ньому виникає електричний струм. Це і є основою, мабуть, найважливішого закону фізики – закону електромагнітної індукції. Струм, який виникає у контурі, назвали індукційним.

У зв'язку з тим, що електрострум виникає в ланцюгу тільки у разі впливу на вільні заряди сторонніх сил, то при змінному магнітному потоці, що проходить по поверхні замкнутого контуру, в ньому з'являються ці сторонні сили. Дія сторонніх сил у фізиці називається електрорушійною силою або ЕРС індукції.

Електромагнітна індукція з'являється також у незамкнутих провідниках. У тому випадку, коли провідник перетинає магнітні силові лінії, на його кінцях виникає напруга. Причиною появи такої напруги стає ЕРС індукції. Якщо магнітний потік, що проходить крізь замкнутий контур, не змінюється, то індукційний струм не з'являється.

За допомогою поняття «ЕРС індукції» можна розповісти про закон електромагнітної індукції, тобто ЕРС індукції в замкнутому контурі дорівнює модулю швидкості зміни магнітного потоку через поверхню, обмежену контуром.

Правило Ленца. Як ми знаємо, у провіднику виникає індукційний струм. Залежно та умовами своєї появи він має різний напрямок. З цього приводу російський фізик Ленц сформулював таке правило: індукційний струм, що виникає в замкнутому контурі, завжди має такий напрям, що створюване ним магнітне поле не дає магнітному потоку змінюватися. Усе це викликає виникнення індукційного струму.

Індукційний струм, як і будь-який інший, має енергію. Отже, у разі індукційного струму з'являється електрична енергія. Згідно із законом збереження та перетворення енергії, вищеназвана енергія може виникнути тільки за рахунок кількості енергії будь-якого іншого виду енергії. Таким чином, правило Ленца повністю відповідає закону збереження та перетворення енергії.

Крім індукції, у котушці може з'являтися так звана самоіндукція. Її суть полягає у наступному.

Якщо в котушці виникає струм або його сила змінюється, то з'являється магнітне поле, що змінюється. А якщо змінюється магнітний потік, що проходить через котушку, то в ній виникає електрорушійна сила, яка називається ЕРС самоіндукції.

Згідно з правилом Ленца, ЕРС самоіндукції при замиканні ланцюга створює перешкоди силі струму і не дає їй зростати. При вимиканні ланцюга ЕРС самоіндукції знижує силу струму. У тому випадку, коли сила струму в котушці досягає певного значення, магнітне поле перестає змінюватися і ЕРС самоіндукції набуває нульового значення.

Автор: Смирнова Л.М.

Дивіться інші статті розділу Електрика для початківців.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Загроза космічного сміття для магнітного поля Землі 01.05.2024

Все частіше ми чуємо про збільшення кількості космічного сміття, що оточує нашу планету. Однак не тільки активні супутники та космічні апарати сприяють цій проблемі, а й уламки старих місій. Зростання кількості супутників, які запускає компанії, як SpaceX, створює не тільки можливості для розвитку інтернету, але й серйозні загрози для космічної безпеки. Експерти тепер звертають увагу на потенційні наслідки для магнітного поля Землі. Доктор Джонатан Макдауелл з Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики підкреслює, що компанії стрімко розвертають супутникові констеляції, і кількість супутників може зрости до 100 000 наступного десятиліття. Швидкий розвиток цих космічних армад супутників може призвести до забруднення плазмового середовища Землі небезпечними уламками та загрози стійкості магнітосфери. Металеві уламки від використаних ракет можуть порушити іоносферу та магнітосферу. Обидві ці системи відіграють ключову роль у захисті атмосфери і підтримують ...>>

Застигання сипких речовин 30.04.2024

У світі науки існує досить загадок, і однією з них є дивна поведінка сипких матеріалів. Вони можуть поводитися як тверде тіло, але раптово перетворюватися на текучу рідину. Цей феномен став об'єктом уваги багатьох дослідників, і, можливо, нарешті ми наближаємося до розгадки цієї загадки. Уявіть собі пісок у пісочному годиннику. Зазвичай він тече вільно, але в деяких випадках його частинки починають застрягати, перетворюючись з рідкого стану на тверде. Цей перехід має важливе значення для багатьох областей, починаючи від виробництва ліків та закінчуючи будівництвом. Дослідники зі США спробували описати цей феномен і наблизитися до його розуміння. У ході дослідження вчені провели моделювання в лабораторії, використовуючи дані про пакети полістиролових кульок. Вони виявили, що вібрації усередині цих комплектів мають певні частоти, що означає, що через матеріал можуть поширюватись лише певні типи вібрацій. Отримані ...>>

Випадкова новина з Архіву

Катамаран нового покоління 14.01.2008

Нова концепція катамарана випробовується в США: два корпуси-поплавці з'єднані пружними суглобовими "ногами", а на них зверху на шарнірах висить кабіна для команди, пасажирів та вантажу.

У конструкції використані алюміній, титан та композитні матеріали. Два двигуни знаходяться на задніх кінцях поплавців, причому вони теж укріплені на шарнірах таким чином, щоб гвинт завжди залишався підводою, незважаючи на хвилювання. Керма немає, повороти виконуються шляхом приглушення одного з двигунів.

На відміну від інших судів, катамаран, названий " Протей " (у грецькій міфології Протей - морський бог, що вмів змінювати свій вигляд), не ріже хвилі, а пристосовується до них, балансуючи таким чином, що кабіна завжди залишається в горизонтальному положенні.

Інші цікаві новини:

▪ Колір за прикладом восьминога

▪ Дах Африки став нижчим

▪ Економічне біопаливо із целюлози

▪ Чим тепліше стає у містах, тим менше діоксиду вуглецю поглинають дерева

▪ Серце зі шпинату

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Інструмент електрика. Добірка статей

▪ стаття Люди в білих халатах. Крилатий вислів

▪ стаття Скільки тривала найтриваліша в історії Європи війна? Детальна відповідь

▪ стаття Контролер автостоянки. Посадова інструкція

▪ стаття Перешкодний фільтр для автомагнітоли. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Регулятори потужності на тиристорно-транзисторному генераторі Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт