Какой участок цепи называется однородным
Перейти к содержимому

Какой участок цепи называется однородным

  • автор:

Какой участок цепи называется однородным

При прохождении электрического тока в замкнутой цепи на свободные заряды действуют силы со стороны стационарного электрического поля и сторонние силы. При этом на отдельных участках этой цепи ток создается только стационарным электрическим полем. Такие участки цепи называются однородными. На некоторых участках этой цепи, кроме сил стационарного электрического поля, действуют и сторонние силы. Участок цепи, на котором действуют сторонние силы, называют неоднородным участком цепи.

Для того чтобы выяснить, от чего зависит сила тока на этих участках, необходимо уточнить понятие напряжения.

Рассмотрим вначале однородный участок цепи (рис. 1, а). В этом случае работу по перемещению заряда совершают только силы стационарного электрического поля, и этот участок характеризуют разностью потенциалов Δφ. Разность потенциалов на концах участка \(~\Delta \varphi = \varphi_1 — \varphi_2 = \frac\), где AK — работа сил стационарного электрического поля. Неоднородный участок цепи (рис. 1, б) содержит в отличие от однородного участка источник ЭДС, и к работе сил электростатического поля на этом участке добавляется работа сторонних сил. По определению, \(~\frac> = \varphi_1 — \varphi_2\), где q — положительный заряд, который перемещается между любыми двумя точками цепи; \(~\varphi_1 — \varphi_2\) — разность потенциалов точек в начале и конце рассматриваемого участка; \(~\frac> = \varepsilon\). Тогда говорят о напряжении для напряженности: Eстац. э. п. = Eэ/стат. п. + Eстор. Напряжение U на участке цепи представляет собой физическую скалярную величину, равную суммарной работе сторонних сил и сил электростатического поля по перемещению единичного положительного заряда на этом участке:

\(~U = \frac + \frac> = \varphi_1 — \varphi_2 + \varepsilon .\)

Из этой формулы видно, что в общем случае напряжение на данном участке цепи равно алгебраической сумме разности потенциалов и ЭДС на этом участке. Если же на участке действуют только электрические силы (ε = 0), то \(~U = \varphi_1 — \varphi_2\). Таким образом, только для однородного участка цепи понятия напряжения и разности потенциалов совпадают.

Закон Ома для неоднородного участка цепи имеет вид:

где R — общее сопротивление неоднородного участка.

ЭДС ε может быть как положительной, так и отрицательной. Это связано с полярностью включения ЭДС в участок: если направление, создаваемое источником тока, совпадает с направлением тока, проходящего в участке (направление тока на участке совпадает внутри источника с направлением от отрицательного полюса к положительному), т.е. ЭДС способствует движению положительных зарядов в данном направлении, то ε > 0, в противном случае, если ЭДС препятствует движению положительных зарядов в данном направлении, то ε

Закон Ома — понимание однородного и неоднородного участка цепи для эффективного расчета электрического сопротивления

Закон Ома: однородный и неоднородный участок цепи

Электричество – одна из величайших открытий человечества. Благодаря этому феномену мы имеем возможность осуществлять освещение, обогрев, передачу информации и множество других важных процессов. Однако понимание этой явления требует знания основных законов, в том числе и закона Ома. Закон Ома, названный в честь единого и всемирного открытия Георга Симона Ома, описывает соотношение между напряжением, током и сопротивлением в электрической цепи.

Закон Ома применим как к однородным участкам цепи, так и к неоднородным участкам. Однородный участок цепи представляет собой участок, имеющий одинаковые свойства и характеристики на всей его длине. На таком участке сопротивление остается постоянным, и закон Ома можно записать в виде простой формулы: I = U/R, где I — ток, U — напряжение, R — сопротивление. Эта формула позволяет определить ток через цепь, если известны напряжение и сопротивление.

Неоднородный участок цепи, в отличие от однородного, имеет различные свойства и характеристики на протяжении всей его длины. На таком участке сопротивление может меняться, что требует использования сложной формулы для расчета тока. Для неоднородного участка цепи применяется правило суммарного сопротивления, которое позволяет определить эквивалентное сопротивление цепи и использовать его в формуле закона Ома для расчета тока.

Вводение

В зависимости от свойств элементов цепи, она может быть разделена на однородные и неоднородные участки. Однородный участок цепи состоит из элементов, имеющих одинаковые физические свойства, например, одинаковое сопротивление. На таком участке сила тока и напряжение между любыми двумя точками будут одинаковыми.

Неоднородный участок цепи включает в себя элементы с разными физическими свойствами, например, разные значения сопротивления. На таком участке сила тока и напряжение между точками будет различаться в зависимости от значения сопротивления.

О законе Ома

Математически закон Ома записывается следующим образом: I = U/R, где I – сила тока в амперах, U – напряжение в вольтах, R – сопротивление в омах.

Согласно закону Ома, сила тока протекает от положительной зарядки к отрицательной зарядке, что создает электрическое поле внутри цепи. Под действием этого поля электроны движутся по цепи и создают электрический ток. Сопротивление в цепи определяется свойствами материала, из которого изготовлен проводник, его длиной и площадью поперечного сечения.

Закон Ома применяется для расчета значений тока, напряжения или сопротивления в электрической цепи. Он является фундаментальным законом в электротехнике и электронике, и его понимание необходимо для работы с электрическими схемами и устройствами.

Определение закона Ома

Согласно закону Ома, сила тока, протекающего через проводник, прямо пропорциональна напряжению на концах проводника и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Это можно представить в виде формулы:

Сила тока (I) = Напряжение (U) / Сопротивление (R)
  • Сила тока (I) измеряется в амперах (А).
  • Напряжение (U) измеряется в вольтах (В).
  • Сопротивление (R) измеряется в омах (Ω).

Закон Ома может применяться как к однородным участкам цепи, где сопротивление не меняется, так и к неоднородным участкам, где сопротивление может изменяться.

Выражение закона Ома позволяет определить силу тока, напряжение или сопротивление в цепи, если известны два из этих трех параметров.

Формула закона Ома

  • U — напряжение, измеряемое в вольтах (В);
  • I — ток, протекающий по цепи, измеряемый в амперах (А);
  • R — сопротивление цепи, измеряемое в омах (Ω).

Таким образом, формула закона Ома позволяет определить значение напряжения в цепи, зная величину тока и сопротивление. Она может быть использована для расчета электрической цепи и определения ее характеристик.

Сущность закона Ома

Согласно закону Ома, сила тока, протекающего через участок цепи, прямо пропорциональна напряжению на этом участке и обратно пропорциональна его сопротивлению:

  • Если напряжение на участке цепи возрастает, то и сила тока, протекающего через него, увеличивается;
  • Если сопротивление участка цепи увеличивается, то сила тока, протекающего через него, уменьшается;

Закон Ома формализуется следующим уравнением:

  • I — сила тока, измеряемая в амперах (А);
  • U — напряжение, измеряемое в вольтах (В);
  • R — сопротивление, измеряемое в омах (Ω).

Закон Ома позволяет определить силу тока в цепи, зная значение напряжения и сопротивления на участке, а также определить сопротивление участка, если известны значения силы тока и напряжения.

Важно отметить, что закон Ома справедлив только для линейных участков цепи, то есть таких, где отношение напряжения к силе тока остается постоянным. На нелинейных участках цепи закон Ома не выполняется, и для их анализа требуются более сложные электрические модели.

Однородный участок цепи

На однородном участке цепи можно применить закон Ома, который утверждает, что сила тока, протекающая через однородный участок цепи, прямо пропорциональна приложенному к нему напряжению и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Таким образом, закон Ома может быть записан следующим образом:

  • U — напряжение на однородном участке цепи (в вольтах);
  • I — сила тока, протекающая через участок (в амперах);
  • R — сопротивление участка (в омах).

Также, закон Ома может быть использован для расчета любого параметра электрической цепи, если известны два других параметра. Например, можно расчитать сопротивление участка, если известны напряжение и сила тока.

Определение однородного участка цепи

Однородный участок цепи может быть представлен, например, проводником одного материала или резистором с постоянным сопротивлением. Характерной особенностью однородного участка цепи является то, что на нем выполняется закон Ома: разность потенциалов на участке цепи прямо пропорциональна силе тока, и эта пропорциональность выражается сопротивлением этого участка.

Знание однородного участка цепи позволяет более точно анализировать различные электрические цепи и применять закон Ома для определения силы тока, напряжения и сопротивления на данном участке. Это особенно полезно при проектировании и отладке электронных устройств, а также при исследовании электрических явлений и проведении экспериментов.

Примеры однородного участка цепи

Рассмотрим несколько примеров однородного участка цепи:

1. Проводник

Простейшим примером однородного участка цепи является проводник с постоянным сопротивлением. Например, обычная медная проволока, которая используется для соединения электрических компонентов. На таком проводнике сопротивление не меняется, и поэтому закон Ома может быть применен для расчета тока и напряжения.

2. Резистор

Резистор — это устройство, которое предназначено для создания известного сопротивления в электрической цепи. Резисторы обладают постоянным сопротивлением на всем их диапазоне работы, и поэтому они также являются примером однородного участка цепи.

3. Участок проводника одного материала

Если в цепи используется участок проводника, состоящий из одного материала с постоянным сопротивлением, то этот участок также является однородным. Например, если в цепи есть участок из медной проволоки, то на этом участке сопротивление будет постоянным и не зависит от длины провода.

Таким образом, однородные участки цепи позволяют применять закон Ома для расчета тока и напряжения в системе. Это делает их важными компонентами в электрических схемах и системах.

Свойства однородного участка цепи

Однородный участок цепи характеризуется рядом свойств, которые необходимо учитывать при решении задач по электротехнике и выполняются при соблюдении определенных условий:

Свойство Описание
Омическое сопротивление Однородный участок цепи имеет постоянное омическое сопротивление, то есть его сопротивление остается постоянным и не зависит от тока и напряжения на участке.
Линейность Однородный участок цепи является линейным, что означает, что ток и напряжение на участке пропорциональны друг другу с постоянным коэффициентом пропорциональности.
Закон Ома На однородном участке цепи выполняется Закон Ома, который устанавливает соотношение между током, напряжением и сопротивлением на участке.
Распространение тока и напряжения Ток и напряжение на однородном участке цепи распределяются равномерно, то есть в нем не возникает локальных концентраций тока или напряжения.
Потери энергии На однородном участке цепи не возникает потерь энергии, то есть энергия, подводимая к участку, полностью преобразуется и передается дальше по цепи.

Знание свойств однородного участка цепи позволяет упростить анализ электрических цепей и более эффективно применять Закон Ома для решения задач и проектирования электронных устройств.

Вопрос-ответ:

Что такое закон Ома?

Закон Ома формулирует связь между напряжением, силой тока и сопротивлением в электрической цепи. Согласно закону Ома, напряжение на участке цепи прямо пропорционально силе тока и обратно пропорционально сопротивлению данного участка.

Какие бывают участки цепи по сопротивлению?

В электрической цепи можно выделить два типа участков: однородные и неоднородные. Однородные участки имеют постоянное сопротивление на всей длине участка, а неоднородные участки имеют сопротивление, меняющееся по длине.

Какие особенности у однородного участка цепи?

Однородный участок цепи имеет постоянное сопротивление на всей длине участка, что означает, что сила тока и напряжение на данном участке будут прямо пропорциональны друг другу. Таким образом, на однородном участке цепи можно применить закон Ома в простейшей форме: U = I * R, где U — напряжение на участке, I — сила тока, R — сопротивление.

Чем отличается неоднородный участок цепи от однородного?

Неоднородный участок цепи имеет изменяющееся по длине сопротивление. Это означает, что на данном участке цепи нельзя просто так применить формулу U = I * R, так как сопротивление меняется различными способами. Для анализа неоднородного участка цепи необходимо использовать более сложные методы, включающие интегралы и дифференциальные уравнения.

Какие примеры могут служить иллюстрацией для однородного и неоднородного участка цепи?

Примером однородного участка цепи может служить проводник с постоянным сопротивлением. Например, провод внутри электрической схемы, имеющий одинаковое сопротивление на всей своей длине. Примером неоднородного участка цепи может быть электрический нагреватель, где сопротивление нагревателя зависит от его температуры и, следовательно, может меняться.

Добавить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Закон Ома для однородного участка цепи

Упорядоченное движение электрических зарядов (электронов, ионов) или заряженных макроскопических тел называется электрическим током. Движение зарядов возникает под воздействием на них электрического поля, созданного в проводнике приложенным к его концам напряжением U. Какова зависимость величины электрического тока I от величины напряжения U ? Ответ на этот вопрос впервые дал немецкий ученый Георг Симон Ом, открывший закон, названный в последствии его именем. Для начала рассмотрим закон Ома для однородного участка цепи.

Свойства электрического тока

Направлением электрического тока принято считать движение свободных положительных зарядов. Ток называется постоянным, если его направление и сила постоянны во времени.

Электрическое поле величиной E действует на заряд величиной q с силой F, которая равна:

В результате в проводнике возникает электрический ток. Для создания электрического поля E, к концам проводника должно быть приложено напряжение U, которое равно разности потенциалов φ1 и φ2 на концах проводника:

Единица электрического тока — ампер (А) — названа в честь французского физика Ампера. Эта единица является одной семи основных единиц в Международной системе СИ. Единицей измерения напряжений является вольт (В), названная в честь итальянского исследователя Алессандро Вольта.

Опыты Георга Ома

В 1826 г. Георг Ом на основании данных своих многочисленных экспериментов открыл однозначную связь между силой тока I и напряжением U. Ученый измерял зависимости тока от напряжения (вольт-амперные характеристики) и строил графики, из которых он обнаружил не просто пропорциональность (чем больше напряжение, тем больше ток), а линейную математическую зависимость тока от напряжения, т.е. IU.

График линейной зависимости силы тока от напряжения в проводниках:

Из графиков было видно, что угол наклона линейных зависимостей для разных материалов разный, т.е. каждый проводник обладал различной степенью сопротивляемости или проводимости. Эта величина была названа электрическим сопротивлением R. Формула закона Ома для однородного участка цепи выглядит следующим образом:

Полностью формулировка закона Ома звучит так: сила тока I для проводника на однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению U на этом участке и обратно пропорциональна сопротивлению проводника R.

Любую электрическую цепь можно разделить на отдельные участки. Участки цепи, на которых отсутствует действие сторонних сил (т.е. участки, где отсутствуют источники тока), называются однородными. Участки цепи, на которых имеются источники тока, называются неоднородными.

Сопротивление

Сопротивление проводников и других веществ (полупроводников и диэлектриков) обусловлено тем, что заряженные частицы взаимодействуют (сталкиваются) с узлами кристаллической решетки и атомами разных примесей и дефектов, что приводит к торможению зарядов.

Наблюдения показали, что сопротивление проводника прямо пропорционально его длине L и обратно пропорционально площади поперечного сечения S:

Единицей измерения сопротивления является Ом, равный:

Единица измерения удельного сопротивления ρ показывает какое сопротивление имеет проводник длиной 1 метр с площадью поперечного сечения 1 м 2 . Удельные сопротивления всех известных материалов измерены и сведены в справочные таблицы.

Значения ρ в справочных таблицах приводятся обычно для нормальной, температуры 20 0 С, т.к. величина удельного сопротивления зависит от температуры внешней среды T, и описывается формулой:

$ ρ = ρ_0 * (1 + α * T) $ (7),

где: ρ0 — удельное сопротивление при 0 0 K, α — температурный коэффициент сопротивления.

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, что закон Ома для однородного участка цепи формулируется так: сила тока I для проводника на однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению U на этом участке и обратно пропорциональна сопротивлению проводника R. Участки электрической цепи, на которых отсутствуют источники тока, называются однородными. Удельное электрическое сопротивление вещества ρ — величина, характеризующая способность вещества к сопротивлению.

Закон Ома для однородного участка цепи

13.1.2. Что понимают под направлением электрического тока?

13.1.3. Что называется силой тока?

13.1.4. В каких единицах измеряется сила тока?

13.1.5. Что называется плотностью тока?

13.1.6. В каких единицах измеряется плотность тока?

13.1.7. Какой участок цепи называется однородным?

13.1.8. Сформулируйте закон Ома для однородного участка электрической цепи?

13.1.9. Что называется электрическим сопротивлением проводника?

13.1.10. В каких единицах измеряется электрическое сопротивление?

13.1.11. По какой формуле вычисляется электрическое сопротивление однородного проводника с постоянной площадью поперечного сечения?

13.1.12. Какая физическая величина называется удельным сопротивлением?

13.1.13. В чем состоит физический смысл удельного сопротивления?

13.1.14. В каких единицах измеряется удельное сопротивление?

13.1.15. Какая физическая величина называется проводимостью проводника?

13.1.16. В каких единицах измеряется проводимость?

13.1.17. Запишите закон Ома для однородного участка цепи, используя понятие проводимости проводника.

13.1.18. В течение 15 с сила тока равномерно возрастала от 1,3 до 5,6 А. Какой заряд прошел при этом через поперечное сечение проводника? (52 Кл)

13.1.19. Какова плотность тока в обмотке двигателя тепловоза при силе тока 0,78 кА, если площадь поперечного сечения провода равна 1,2 см 2 ? (6,5 МА/м 2 )

13.1.20. Определите заряд, прошедший по проводнику с сопротивлением 3,9 Ом, если напряжение на концах проводника линейно нарастает от 3,4 до 5,7 В в течение 12 с. (14 Кл)

13.1.21. Определите напряжение на резисторе с сопротивлением 18 Ом, если за время 3,5 мин при постоянной силе тока протекает заряд 84 Кл. (7,2 В)

13.1.22. Чему равно при температуре 20ºС сопротивление алюминиевого провода диаметром 2,0 мм, если его масса равна10 кг? (10.5 Ом)

13.1.23. Медный и алюминиевый проводники имеют при температуре 20ºС равные массы и сопротивления. Какой из них длиннее и во сколько раз? (Алюминиевый проводник длиннее в 1,4 раза)

13.1.24. На медный проводник длиной 29 м и площадью поперечного сечения 0,28 мм 2 подано напряжение 74 В. Чему равна сила тока в проводнике? Зависимость сопротивления проводника от температуры не учитывайте. (52 мА)

13.1.25. Определите при 20°С плотность тока в железном проводнике длиной 8,5 м, если проводник находится под напряжением 5,4 В. (6,5 МА/м 2 )

13.1.26. Электрический удлинитель сделан из медной проволоки диаметром 1,5 мм, его длина 25 м. Определите падение напряжения на удлинителе, если по нему течет ток величиной 6,2 А. Зависимость сопротивления от температуры не учитывайте. (15 В)

13.1.27. Определите силу тока в графитовом стержне при 20ºС, если на него подать напряжение 0,32 В. Длина стержня составляет 18 см, площадь поперечного сечения равна 2,3 мм 2 . (9,2 А)

13.1.28. Определите при температуре 20ºС сопротивление единицы длины медной проволоки диаметром 1,2 мм. (15 мОм/м)

13.1.29. Спираль электроплитки изготовлена из никелиновой проволоки длиной 13,8 м и площадью поперечного сечения 0,24 мм 2 . Сила тока, протекающего по спирали, равна 3,7 А. Чему равно падение напряжения на спирали электроплитки? Зависимость сопротивления никелина от температуры не учитывайте. (89 В)

13.1.30. К источнику постоянного напряжения поочередно подключают две нагревательные спирали одинаковой длины, но изготовленные из различных материалов. Площадь поперечного сечения второй спирали в 3,4 раза меньше, а сила

тока в 2,7 раза меньше, чем в первой. Определите отношение удельных сопротивлений первой и второй спиралей. (1,3)

13.1.31. На концах цилиндрического алюминиевого проводника длиной 18 м поддерживается разность потенциалов 2,4 В. При этом по проводнику течет ток величиной 3,5 А. Определите радиус проводника. Зависимость сопротивления алюминия от температуры не учитывайте. (0,27 мм)

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2024 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.006 с) .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *