 |
Шунты и добавочные сопротивления.
|
|
|
|
Шунт - сопротивление, подключаемое параллельно к амперметру (гальванометру), для расширения его шкалы при измерении силы тока.
Если амперметр рассчитан на силу тока I0 , а с помощью него необходимо измерить силу тока, превышающую в n раз допустимое значение, то сопротивление, подключаемого шунта должно удовлетворять следующему условию:
Добавочное сопротивление - сопротивление, подключаемое последовательно с вольтметром (гальванометром), для расширения его шкалы при измерении напряжения.
Если вольтметр рассчитан на напряжение U0 , а с помощью него необходимо измерить напряжение, превышающее в n раз допустимое значение, то добавочное сопротивление должно удовлетворять следующему условию:
Билет 49
ЗАКОН ома в дифференциальной форме
закон Ома в интегральной форме для однородного участка цепи (не содержащего ЭДС)
| (7.6.1) |
Для однородного линейного проводника выразим R через ρ:
 ,
| (7.6.2) |
ρ – удельное объемное сопротивление; [ρ] = [Ом·м].
Найдем связь между 
и 
в бесконечно малом объеме проводника – закон Ома в дифференциальной форме.
В изотропном проводнике (в данном случае с постоянным сопротивлением) носители зарядов движутся в направлении действия силы, т.е. вектор плотности тока и вектор напряженности поля коллинеарны (рис. 7.6).
Рис. 7.6
Исходя из закона Ома (7.6.1), имеем:
А мы знаем, что 
или 
. Отсюда можно записать
 ,
| (7.6.3) |
это запись закона Ома в дифференциальной форме.
Здесь 
– удельная электропроводность.
Размерность σ – [ 
].
Плотность тока можно выразить через заряд электрона е, количество зарядов n и дрейфовую скорость 
:
.
Обозначим 
, тогда 
;
|
|
|
| (7.6.4) |
Теперь, если удельную электропроводность σ выразить через е, n и b: 
то вновь получим выражение закона Ома в дифференциальной форме:
.
Билет 50
Тепловое действие тока. Закон джоуля - ленца
Когда электрический ток проходит по проводнику, проводник нагревается. Это явление было открыто в 1800 г. французским ученым Антуаном Фуркруа. Пропустив ток через железную спираль, он сумел раскалить ее до очень высокой температуры. Через 41 год тепловым действием тока заинтересовался английский физик Дж. Джоуль, а еще через год российский ученый Э. X. Ленд. Ими было установлено, что:
Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения по нему тока.
Теперь этот закон называют законом Джоуля - Ленца. Математически он выражается в виде следующей формулы:
Нагревание током проводника обусловлено взаимодействием носителей тока со встречными атомами или ионами вещества. В результате этого взаимодействия внутренняя энергия проводника возрастает и он нагревается. Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающей среде. Эта энергия и представляет собой то количество теплоты, которое определяется по закону Джоуля - Ленца.
Закон Джоуля - Ленца был открыт экспериментально. Но ему можно дать и теоретическое обоснование.
Когда электрический ток проходит по проводнику, совершается работа, определяемая выражением (18.2): A=IU/t. Но U=IR. Поэтому
Если проводник, по которому идет ток, остается неподвижным и в нем не происходит никаких химических реакций, то вся эта работа идет на увеличение его внутренней энергии. При этом количество теплоты, выделяемое проводником с током, совпадает с работой тока и поэтому определяется тем же выражением.
При очень большом токе металлический проводник может раскалиться и перегореть (расплавиться). На этом основано действие плавких предохранителей. Их назначение - автоматическое отключение электрической цепи, когда в ней начинает идти ток больше допустимого. Условное обозначение предохранителя приведено в таблице 2 (см. § 9).
На рисунке 46 изображен предохранитель, используемый в радиоэлектронной аппаратуре. Его главной частью является проволочка из легкоплавкого металла (например, свинца), толщина которой рассчитана на определенный ток (0,5 А, 1 А, 2 А и т.д.). Если сила тока по той или иной причине (например, при коротком замыкании) превысит допустимое значение, проволочка расплавится и цепь окажется разомкнутой.
|
|
|
Электрическая проводка в жилых зданиях рассчитана, как правило, на 6 А или 10 А. Используемые для ее защиты квартирные предохранители (пробки) показаны на рисунке 47, а, б. В первом случае (см. рис. 47, а) после перегорания нити заменяют всю пробку, во втором случае (см. рис. 47, б) лишь ее плавкую вставку.
51. Разность потенциалов, ЭДС, напряжение.
Степень электризации тела характеризует величину, называемую электрическим потенциалом или просто потенциалом тела. Разность уровней электрических зарядов двух тел принято называть разностью электрических потенциалов или просто разностью потенциалов. Следует иметь в виду, что если два одинаковых тела заряжены одноименными зарядами, но одно больше, чем другое, то между ними также будет существовать разность потенциалов. Кроме того, разность потенциалов существует между двумя такими телами, одно из которых заряжено, а другое не имеет заряда.
Электродвижущая сила и напряжение
Для поддержания электрического тока в проводнике необходим какой-то внешний источник энергии, который все время поддерживал бы разность потенциалов на концах этого проводника.Такими источниками энергии служат так называемые источники электрического тока, обладающие определенной электродвижущей силой, которая создает и длительное время поддерживает разность потенциалов на концах проводника. Электродвижущая сила (сокращенно ЭДС) обозначается буквой Е. Единицей измерения ЭДС служит вольт. У нас в стране вольт сокращенно обозначается буквой "В", а в международном обозначении — буквой "V".Итак, чтобы получить непрерывное течение электрического тока, нужна электродвижущая сила, т. е. нужен источник электрического тока. Для измерения ЭДС или напряжения применяется прибор, называемый вольтметром.Чтобы измерить ЭДС или напряжение источника тока, надо вольтметр подключить непосредственно к его полюсам. При этом, если электрическая цепь разомкнута, то вольтметр покажет ЭДС источника тока. Если же замкнуть цепь, то вольтметр уже покажет не ЭДС, а напряжение на зажимах источника тока. ЭДС, развиваемая источником тока, всегда больше напряжения на его зажимах.
|
|
|
Разность потенциалов, которая устанавливается между полюсами источника тока при замкнутой электрической цепи, называется напряжением и обозначается буквой U.
52. Обобщенный закон Ома в интегральной форме. Сопротивление
Немецкий физик Г. Ом (1787-1854) экспериментально установил, что сила тока в однородном проводнике пропорциональна разности потенциалов на его концах и обратно пропорциональна сопротивлению проводника (закон Ома для участка цепи):
|
|
|
