Jaké vzorce se používají k určení napětí?

„To je ono, žádné kino nebude. Došla elektřina.“ Asi nikdo nezůstane lhostejný k oblíbené frázi ze známého filmu „Gentlemen of Fortune“. Je to pravda: je to trochu nepříjemné, když sedíte a díváte se na svůj oblíbený televizní seriál, a najednou – bum! Světla byla zhasnutá a jako štěstí, notebook neměl dostatek nabití. A elektřinu si doma nedostanete, což je škoda. Ale jak to funguje, pochopíme v tomto článku.

Эelektrický proud

V dnešní době je těžké si představit život bez elektřiny. Nemůžete se dívat na televizi, nemůžete si nabíjet telefon, nemůžete pít čaj. Bez elektřiny nebude fungovat ani jeden elektrospotřebič v domě. A oznámení o výpadku proudu vyvolává tichou hrůzu.

elektřina je forma energie, která existuje ve formě statických nebo pohyblivých elektrických nábojů.

Tok. Oba představují řízený pohyb částic. Z čeho se skládá voda? Z molekul. Když se tyto molekuly pohybují jedním směrem, tvoří proud vody, který protéká například potrubím.

Elektrický proud je uspořádaný pohyb nabitých částic.

Aby elektrický proud existoval, je třeba provést následující: podmínky:

• přítomnost volných nabitých částic;
• přítomnost elektrického pole;
• přítomnost uzavřeného elektrického obvodu.

Hlavními kvantitativními charakteristikami elektrického proudu jsou síla proudu a napětí.

Stres

Aby v obvodu existoval elektrický proud, obvod musí být uzavřen a mezi konci části obvodu musí být napětí.

Stres – skalární (bezsměrová) fyzikální veličina, jejíž hodnota se rovná práci proudu na úseku obvodu vykonaného při přenosu jednotkového elektrického náboje z jednoho bodu do druhého.

Jednotka U – V (volt) = (frac)

Elektrický proud je výsledkem „práce“ mnoha částic. Rádi pracují – nejsou líní přesunout z jednoho konce řetězu na druhý. A čím více budou pracovat, tím větší napětí budou mít. Takto si pamatujeme spojení zdůrazňuje (Nás práce (A).

Každý fyzik (a elektrikář) poslouchá slova ze slavné písně Dima Bilana „To jsi ty, to jsem já, mezi námi je blesk, s elektrickým výbojem 220 voltů. “ získává nový pár šedivých vlasů. Takové napětí je pro člověka velmi nebezpečné. 220 Voltů je však stejné napětí v našich zásuvkách!

Přístroj na měření napětí – voltmetr. Je zapojen paralelně k obvodu. Příklad zapojení je na obrázku:

Síla proudu

To je další důležitá vlastnost elektrického proudu.

Síla proudu je fyzikální veličina, která ukazuje, kolik náboje se přenese přes uvažovanou plochu průřezu za jednotku času.

Jednotka I – A (ampér) = (frac).

Představme si, že uvnitř vodiče „běží“ obrovské množství nabitých částic jedním směrem. Takže čím větší bude celkový náboj částic procházejících průřezem vodiče za jednotku času, tím větší bude hodnota proudu. To vám pomůže vzpomenout si na závislost aktuální síla (já) od elektrický náboj (q).

Pokud se síla proudu v obvodu nemění, pak je množství náboje procházejícího průřezem vodiče přímo úměrné době jeho toku. V této závislosti bude síla proudu působit jako koeficient úměrnosti.

Zařízení na měření proudu – ampérmetr. Je součástí okruhu důsledně. Příklad zapojení je na obrázku:

Směr proudu se shoduje se směrem pohybu kladně nabitých částic.

Podívejme se, jak můžete určit směr proudu v obvodu pomocí příkladu.

Výzva. Na obrázku je znázorněn elektrický obvod se zdrojem proudu a odporem R. Určete směr proudu v tomto obvodu (ve směru/proti směru hodinových ručiček).

řešení:

Vezměte prosím na vědomí, že „velká“ deska reostatu je umístěna vpravo (je to ta, která směřuje proud) a „malá“ vlevo. Kladně nabité částice se pohybují od katody k anodě (od kladně nabité desky k záporně nabité) a směr proudu se vždy shoduje se směrem kladně nabitých částic. To znamená, že proud v obvodu je směrován ve směru hodinových ručiček.

Odpověď: ve směru hodinových ručiček

Elektrický odpor

Je to elektrická charakteristika vodiče.

Odpor – fyzikální veličina charakterizující elektrické vlastnosti úseku obvodu.

Jednotka R – Ohm.

Specifický odpor vodiče (p) lze nalézt ve speciální tabulce v referenční knize nebo na internetu. Každý materiál bude mít svůj vlastní význam. Jako příklad uvedeme pouze fragment takové tabulky.

Tabulka měrného odporu (p) některých vodičů

kov	odpor, ohm * (mm^2)/ m
Stříbro	0,0016
Měď	0,017
Zlato	0,023
Hliník	0,028
Wolfram	0,055
Železo	0,1

Odpor je vnější vlastnost v závislosti na Množství přítomný materiál, geometrické charakteristiky vodiče a materiál, ze kterého je vodič vyroben.

Specifický odpor je vnitřní vlastnost vodiče, která nezávisí na jeho velikosti, ale závisí na chemickém složení látky a teplotě.

Ukazuje se, že za prvé, jaké to bude? odpor, jsou ovlivněny velikostí vodiče, jeho tvarem a materiálem, ze kterého je vyroben.

Odpor vodiče závisí i na teplotě. Když se teplota pevných látek zvýší, odpor se zvýší. A v roztocích a taveninách naopak klesá. Ve zkouškových úlohách se neuvažují případy se změnami odporu, ale v úlohách olympiády se s tím lze setkat.

Zamysleme se nad tím: Co odolává čemu?

Důvod elektrického odporu spočívá v interakce nábojů různých značek při průchodu proudu vodičem. Tuto interakci lze přirovnat k síle tření, která má tendenci zastavit pohyb nabitých částic.

Čím silnější je interakce volných elektronů s kladnými ionty v uzlech krystalové mřížky vodiče, tím větší je odpor vodiče.

Nazývá se vodič s určitým stálým odporem odpor.

Vraťme se ke srovnání elektrického proudu s vodou: tak jako se molekuly vody z kohoutku pohybují shora dolů, tak i elektrický proud má určitý směr – od katody k anodě. Elektrický náboj v našem příkladu je konvenčně podobný hmotnosti vody a napětí je podobné tlaku vody z kohoutku.

Závislost proudu na odporu části obvodu a napětí na jeho koncích

Závislost proudu ve vodiči na napětí na jeho koncích lze stanovit experimentálně. Změnou hodnoty proudu přiváděného na konce vodiče zajistíme, že síla proudu roste spolu s napětím. Je zajímavé, že tato závislost pro různé odpory si zachovává svůj tvar. To je přímá úměrnost.

Navíc je úhel sklonu grafu pro větší odpor menší.

Podobně měřením síly proudu při změně odporu vodiče udržíme na jeho koncích konstantní napětí. Ukažme experimentálně, že taková závislost je nepřímo úměrná.

Spojením těchto závislostí do jedné získáme jeden ze základních zákonů popisujících jev stejnosměrného elektrického proudu.

Ohmův zákon

Proud, napětí a odpor spolu souvisí vztahem tzv Ohmův zákon:

Pro zjednodušené pochopení Ohmova zákona můžete použít tento trojúhelník. Abyste si zapamatovali vzorec pro nalezení konkrétního množství, musíte ho zakrýt rukou. Pokud jsou zbývající otevřené hodnoty vedle sebe, pak se vzájemně vynásobí (U=IR). A pokud je jedna hodnota vyšší než druhá, pak je v tomto případě vydělíme navzájem (I=U/R nebo R=U/I)

Tento zákon platí pro úsek řetězu, který není ovlivněn vnějšími silami.

Rozeberme si problém z kontrolních a měřicích materiálů Jednotná státní zkouška (číslo 12).

Níže uvedený obrázek ukazuje schéma elektrického obvodu, ve kterém lze vodiče považovat za ideální. Určete odpor rezistoru, pokud je údaj ampérmetru 0,2 A a údaj voltmetru 8 V.

řešení:
Paralelně s rezistorem je zapojen voltmetr. Proto ukazuje napětí na rezistoru U.

Ampérmetr je zapojen do série. Proto ukazuje aktuální sílu I podél celého řetězce.

Abychom našli odpor na rezistoru, použijeme Ohmův zákon:
I=(frac), kde R – odpor rezistoru.

Vyjádřeme R a dosadíme hodnoty:
R=(frac)
R=(frac)=40 (Ohm)

Odpověď: 40

Obecně platí, že když se náboj mění s časem, je síla proudu považována za derivaci náboje s časem. Proud v podstatě ukazuje rychlost změny náboje v průběhu času.

Vezmeme-li v úvahu pojem derivace funkce, získáme geometrický význam závislosti proudu na čase. Náboj, který prošel průřezem vodiče během daného času, lze definovat jako oblast obrázku omezenou grafem rychlosti versus čas.

Elektrický proud by stále zůstal velmi zajímavým fyzikálním jevem, který zaměstnává mysl fyziků, kdyby nebyl tak široce používán, protože proud může pracovat.

Práce a síla elektrického proudu

Vraťme se k pojmu práce. Řekli jsme, že když se náboj pohybuje po vodiči elektrické pole funguje (A):

Vyjádříme-li náboj ze vzorce proudové pevnosti q = It, získáme vzorec pro výpočet práce v elektrickém poli (A) když teče stejnosměrný proud (nebo jednoduše provozuje proud):

Jednotka А – J (Joule).

V každodenním životě proud funguje po dlouhou dobu, takže při určování vynaložené elektrické energie se používá jednotka měření kWh. Kilowatt za hodinu je energie spotřebovaná zařízením o výkonu 1 kW (1000 W) za 1 hodinu. Když vezmeme v úvahu, že 1 hodina = 3600 s, dostaneme:

1 kW*h = 1000 W * 3600 s = 3600000 J = 3600 kJ

Pokud se práce proudu vypočítá za jednotku času, pak dostaneme DC napájení.

Moc – hodnota udávající intenzitu přenosu elektrické energie.

Jednotka P – W (Watt).

Průměrný aktuální výkon je:

Nyní víme vše o napájení a současném provozu, což znamená, že to musíme vyřešit v praxi. Navíc k takovým problémům dochází v jednotné státní zkoušce (číslo 12).

Výzva.
Jakou práci vykoná elektrický proud v motoru ventilátoru za 20 minut, je-li proud v obvodu 0,2 A a napětí 12 V?

Řešení.

Připomeňme si vzorec pro práci proudu A=U*I*t, kde U=12 V je napětí v elektromotoru, I=0,2 A je síla proudu, t=20 min.=1200 s. – čas.

Všechna data již známe, takže je můžeme dosadit do vzorce pro práci proudu a získat odpověď.

Odpověď: 2880 J

Výkon elektrického spotřebiče je vždy uveden v přiložené dokumentaci. Navíc je často napsán na samotném zařízení. Můžete se podívat na jakýkoli návod k vaší žehličce nebo pračce. Tam uvidíte, že žehlička má výkon 1000 W a běžná energeticky úsporná žárovka má pouze 40 W (proto je energeticky úsporná). Čím vyšší je výkon zařízení, tím více energie spotřebuje. Příklady výkonu různých zařízení jsou uvedeny na obrázku.

Joule-Lenzův zákon

Nyní propojíme práci proudu a tepla, které se za nějaký čas uvolní na vodiči t.

Proč se to děje?

Elektrický proud působí na vodič tepelně. Množství tepla, které se v tomto případě uvolní, bude vypočítáno podle Joule-Lenzův zákon :

Množství tepla uvolněného v průběhu času ve vodiči pod proudem je úměrné součinu druhé mocniny proudu v této sekci a odporu vodiče:

Jednotka Q – J (Joule).

Elektrická topná zařízení využívají vodiče s vysokým odporem, který zajišťuje výdej tepla v konkrétní oblasti.

Takže drát z nichrom (slitina nebokelya s chrómuohm) se používají v elektrických topných tělesech pracujících při teplotách do 1000 ℃ (například rezistory). Nichrome patří do třídy slitin s vysokým elektrickým odporem, což předurčuje jeho použití jako elektrických ohřívačů. Tato slitina se také používá ve vypalovacích a sušících pecích a různých tepelných zařízeních, například ve vysoušečích vlasů, páječkách nebo ohřívačích.

Kdo jako první zavedl do vědy pojem „elektrický proud“? Odpověď: Andre-Marie Ampère.

Ještě něco málo o elektřině.

• Stejnosměrný elektrický proud se používá při provozu motorů elektrických vozidel, obvodů automobilů, elektroniky atd.
• V našem těle je také elektřina. Svalové buňky srdce produkují elektřinu, když se stahují, tyto impulsy lze měřit pomocí elektrokardiogramu (EKG).
• Benjamin Franklin (ano, prezident Ameriky) provedl v 18. století mnoho experimentů a vytvořil hromosvod. Je to také osoba, která vyvinula zákon zachování elektrického náboje.
• V dávných dobách lidé věřili, že když blesk udeří do mohyly, znamená to, že je tam zakopaný poklad.

Podmínky

Zdroj energie – zařízení, které odděluje kladné a záporné náboje.

Síly třetích stran – síly neelektrického původu, které způsobují oddělení nábojů ve zdroji proudu.

Kontrola faktů

• Síla proudu je fyzikální veličina, která ukazuje, kolik náboje se přenese přes uvažovanou plochu průřezu za jednotku času: (I = frac).
• Stres – skalární fyzikální veličina rovna poměru celkové práce Coulomba a vnějších sil A při pohybu kladného náboje na úseku obvodu na hodnotu tohoto náboje: (U = frac).
• Odpor – fyzikální veličina charakterizující elektrické vlastnosti části obvodu: (R = frac).
• Moc — hodnota udávající intenzitu přenosu elektrické energie: (P = frac).
• Ohmův zákon: proudová síla v homogenním úseku obvodu je přímo úměrná napětí při konstantním odporu a nepřímo úměrná odporu úseku při konstantním napětí: (I = frac).
• Joule-Lenzův zákon: množství tepla Q uvolněného za čas t ve vodiči s proudem je úměrné součinu druhé mocniny intenzity proudu I v tomto úseku a odporu R vodiče: Q = I 2 Rt.
• Práce v elektrickém poli když teče stejnosměrný proud (nebo jednoduše práce proudu): A = UIt.

zkontroluj se

1 úloha.
Uspořádaný pohyb nabitých částic je:

1. elektrické pole
2. elektřina
3. elektrická energie
4. aktuální práce

2 úloha.
Odpor vodiče:

1. teplotně závislé
2. nezávislý na teplotě
3. závisí na síle proudu procházejícího vodičem
4. nezávislý na napětí

3 úloha.
Vzorec pro výpočet proudu:

4 úloha.
Co je elektrická energie?

1. práce za jednotku času
2. poměr nákladů za jednotku času
3. součin proudu a odporu
4. teplo generované rezistorem

5 úloha.
Co je příčinou elektrického odporu?

1. v interakci nábojů stejného znaménka
2. při absenci interakce mezi náboji
3. v interakci nábojů různých znaků
4. v přenosu tepla

Odpovědi: 1.— 2; 2. — 1; 3.— 4; 4.— 1; 5. — 3.