КАТЕГОРИИ: АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника	ПОСТОЯННАЯ ОШИБКА ОБУЧАЮЩИХСЯ! ПУТАНИЦА С СООТНОШЕНИЯМИ ЕДИНИЦ ИЗМЕРЕНИЯ В ФОРМУЛАХ, ПРИ УСТАНОВКЕ ДАННЫХ. БУДЬТЕ ВНИМАТЕЛЬНЫ СЕЙЧАС И ВСЕГДА! Стр 1 из 2Следующая ⇒ Необходимо запомнить (очень важно), что при расчётах цепей, применяются единицы одного уровня. Например: если U=nВольт, то I=nАмпер, R=nОм Выясним: Что же является причиной, ограничивающей силу тока в проводнике? Что представляет собой электрический ток в металлах?- Направленное движение электронов. Если бы электроны в проводнике не испытывали никаких помех в своём движении, то они, будучи приведены в упорядоченное движение, двигались бы по инерции неограниченно долго. В действительности электроны взаимодействуют с ионами кристаллической решётки металла. При этом замедляется упорядоченное движение электронов и сквозь поперечное сечение проводника за 1 сек их проходит меньше. Соответственно и переносимый электронами за 1 сек заряд, т.е. уменьшается сила тока. Таким образом, каждый проводник как бы противодействует электрическому току, оказывает ему сопротивление. Вывод: причина сопротивления – взаимодействие движущихся электронов с ионами кристаллической решётки. Таким образом, сопротивление проводников зависит от свойств вещества, из которого он изготовлен. Работа №2. Включим поочерёдно в цепь проволоки из одинакового материала, но разной длины. Запишем показания приборов. Замеряем отрезок: нихром0.4 - 90см = 13.16mA 2) Вывод: сопротивление проводника зависит от его длины; чем длиннее проводник, тем больше сопротивление. Работа №3. Включим поочерёдно в цепь проволоки из одинакового материала и одинаковой длины, но с разной площадью поперечного сечения. Запишем показания приборов. Замеряем отрезок: нихром1.0-30см = 14.21mA 3) Вывод:сопротивление проводника зависит от площади поперечного сечения; чем больше площадь поперечного сечения, тем меньше сопротивление. Целью проведённых работ является наглядное представление зависимостей сопротивления проводника: -от свойств вещества из которого он состоит; -от поперечного сечения проводника; -от длины проводника; Запишем формулу для расчёта сопротивления проводника: где p - удельное сопротивление вещества. Удельное электрическое сопротивление некоторых материалов Материал р, Ом х м2/м Материал р, Ом х м2/м Медь 0,017 Платино-иридиевый сплав 0,25 Золото 0,024 Графит Латунь 0,071 Уголь Олово 0,12 Фарфор Свинец 0,21 Эбонит Металл или сплав Серебро 0,016 Манганин (сплав) 0,43 Алюминий 0,028 Константан (сплав) 0,50 Вольфрам 0,055 Ртуть 0,96 Железо 0,1 Нихром (сплав) 1,1 Никелин (сплав) 0,40 Фехраль (сплав) 1,3 Хромель (сплав) 1,5 Из формулы следует: Единица измерения : 1 Ом . мм2 /м, или 1 Ом . м. На практике часто площадь поперечного сечения выражают в мм2. Поэтому удобно пользоваться единицей Выразим длину проводника и площадь поперечного сечения. Поскольку R металлов зависит от температуры (R увеличивается при повышении температуры), то в таблице приводятся значения при 20 °С. Способность проводника пропускать электрический ток называется проводимостью g. Это величина, обратная сопротивлению, единица измерения которой является сименс: См = 1/om; Удельная проводимость: y=1/p; Лучшие проводники электричества: серебро, медь. Диэлектрики: фарфор, эбонит. Силу тока на практике приходится менять (уменьшать или увеличивать). Например, изменяя силу тока в динамике радиоприёмника, мы регулируем громкость; в электродвигателе швейной машины – скорость вращения. Прибор для регулирования силы тока называется реостатом (он же переменный резистор) Условное обозначение реостата: Конструкция реостатов позволяет изменять длину проводника, по которому идёт ток, изменяя при этом сопротивление в цепи. Путём изменения сопротивления цепи можно влиять на силу тока в ней. От неё, в свою очередь, зависит действие, оказываемое током на различные устройства в цепи. В ползунковых реостатах используют проволоку с большим удельным сопротивлением – никелиновую или нихромовую - покрытую тонким слоем окалины, т.е. витки такого реостата изолированы. Её наматывают на керамический цилиндр. По металлическому стержню перемещается ползунок. Реостат рассчитан на определённое сопротивление (наибольшую силу тока).   В современных радиоэлектронных устройствах используют резисторы – детали, обеспечивающие заданное (номинальное) электрическое сопротивление цепи. Переменные сопротивления (потенциометры), могут иметь три вывода, один из которых связан с подвижным контактом, скользящим по поверхности проводящего слоя. Сопротивление между любым крайним выводом переменного резистора и подвижным контактом зависит от положения движка. Резисторы (постоянное сопротивление). Обязательным условием при изучении электротехники является решение задач. Это способствует закреплению пройденных материалов.               Диэлектрики. Электрическая емкость. Материалы, проводящие электрический ток, называются проводниками. В ряде материалов, называемых диэлектриками, электрический ток проводимости не возникает. У таких материалов электрические заряды молекул прочно связаны внутримолекулярными силами и свободных электронов очень мало. К диэлектрикам относятся мрамор, фарфор, слюда, стекло и др. В молекулах диэлектрика очень трудно отделить отрицательный заряд от положительного, но под действием сил электрического поля внутренние молекулярные заряды упруго смещаются: положительные заряды по направлению поля, а отрицательные - в обратном направлении. Таким образом, диэлектрик в электрическом поле поляризуется: на поверхности диэлектрика, обращенной к положительно заряженному проводнику, образуется отрицательный заряд - Q, а на противоположной поверхности - положительный заряд +Q. С устранением внешнего электрического поля эти заряды исчезают. Система, состоящая из двух проводников, разделенных диэлектриком, называется конденсатором, а проводники - обкладками конденсатора. Если два таких проводника соединить с полюсами источника электрической энергии, то между ними (и разделяющем их диэлектрике) создается электрическое поле. Положим, что конденсатор, состоящий из двух металлических пластинАиБ,являющихся его обкладками, подключен к полюсам источника тока. Если напряжение этого источника U, то очевидно, что обкладки конденсатора находятся под таким же напряжением U. Электрическое поле, возникшее в диэлектрике конденсатора, характеризуется напряженностью. Пусть расстояние между обкладками конденсатора l. Напряженность электрического поля представляет собой отношение напряжения на обкладках к расстоянию между ними, т. е. E=U/l. Если напряжение на обкладках конденсатора выражено в вольтах, а расстояние между параллельно расположенными обкладками - в метрах, то напряженность электрического поля в диэлектрике конденсатора выражается в вольтах на метр (В/м). Чем больше напряжение на обкладках конденсатора, тем больше напряженность поля в его диэлектрике. Обкладки конденсатора, соединенные с полюсами источника энергии, имеют положительный и отрицательный заряды. Величины зарядов, равные между собой по абсолютной величине, пропорциональны напряжению U на обкладках конденсатора. Значит, если величину заряда на одной из обкладок обозначить буквой Q, то можно написать следующее равенство: Q=CU. В этом равенстве величина С является так называемой емкостью конденсатора. Если заряд Q выражен в кулонах, а напряжение U в вольтах, то емкость выражается в Фарадах. Емкость конденсатора зависит от обкладок, расстояния между ними и диэлектрической проницаемости. Емкость конденсатора тем больше, чем больше площадь S его обкладок и диэлектрическая проницаемость среды, разделяющей их, а также, чем меньше расстояние между обкладками. Заряд и разряд конденсатора Подключаем конденсатор к источнику энергии, происходит заряд конденсатора до напряжения между обкладками U, равного напряжению источника Е. Обкладка, соединенная с положительным полюсом источника, получит положительный заряд, вторая обкладка — равный по величине отрицательный заряд Q=CU. Для заряда конденсатора необходимо, чтобы одна из обкладок потеряла, а другая приобрела некоторое количество свободных электронов. Электроны движутся от одной обкладки конденсатора на другую под действием напряжения источника. Движение этих зарядов называется током зарядки конденсатора. С повышением напряжения на конденсаторе ток заряда уменьшается и становится равным нулю. В начальный момент заряда конденсатора напряжение на нем быстро возрастает, так как ток заряда имеет большую величину зарядов и происходит быстрое накопление зарядов на обкладках конденсатора. С повышением емкости конденсатора возрастает количество зарядов, накапливаемых на его обкладках, а с увеличением сопротивления цепи уменьшается зарядный ток, что замедляет накопление зарядов на этих обкладках. Если заряженный конденсатор замкнуть на какое-либо сопротивление R, то под действием напряжения на конденсаторе будет протекать ток разряда конденсатора. Разряд конденсатора сопровождается переносом электронов с одной пластины (где их избыток) на другую (где их недостаток) и продолжается до тех пор, пока потенциалы обкладок не станут одинаковыми, т. е. напряжение на конденсаторе не уменьшится до нуля. По мере понижения напряжения разрядный ток уменьшается, и перенос зарядов с одной обкладки на другую замедляется. Продолжительность процесса разряда конденсатора зависит от сопротивления цепи и емкости конденсатора. Увеличение сопротивления и емкости увеличивает длительность разряда. С повышением сопротивления разрядный ток уменьшается, замедляя перенос зарядов с одной обкладки на другую; с возрастанием емкости конденсатора увеличивается заряд на обкладках. При неизменном напряжении ток через конденсатор не проходит, конденсатор не пропускает постоянный ток, так как между его обкладками помещен диэлектрик. При заряде конденсатор накапливает электрическую энергию, потребляя ее от источника. Накопленная энергия сохраняется некоторое время. Чем больше емкость конденсатора и напряжение между его обкладками, тем больше энергия, накопленная им. Так выглядят неполярные конденсаторы. Электролитические конденсаторы. После заряда в конденсаторе определенное время сохраняется накопленная энергия, и напряжение на нем не меняется. При длительном хранении конденсатор полностью разряжается. Это явление называется саморазрядом конденсатора. Оно объясняется тем, что любой диэлектрик не идеальный изолятор и содержит небольшое количество свободных электронов. Поэтому под действием разности потенциалов заряды переносятся с одной обкладки на другую, т.е. появляется тoк утечки. При большом токе утечки конденсатор считается неисправным. Соединение конденсаторов. Соединение конденсаторов в цепи бывает параллельным и последовательным. При параллельном соединении емкость их равна сумме емкостей, так как параллельное соединение увеличивает общую площадь обкладок: С=С1+С2+С3 При последовательном соединении конденсаторов уменьшается общая емкость системы, которая будет меньше емкости любого из последовательно включенных конденсаторов, так как последовательное включение подобно увеличению толщины диэлектрика, т. е. расстоянию между обкладками конденсатора. 1/С = 1/С1 + 1/С2 + 1/С3         Первый шаг Мы уже знаем, что источник электроэнергии обладает разностью потенциалов, заряженные частицы которых, стремятся друг к другу. Существуют материалы, которые способствуют движению частиц, а так - же есть такие, которые ограничивают их движение. Первые - это проводники, которыми является большинство металлов, вода, кислоты, щёлочи и прочие. Вторые - диэлектрики: дерево, воздух, пластмассы и т.д. Из хороших диэлектриков; фарфора, стекла, текстолита, резины и т.д. изготовляют изоляторы. В качестве проводника электроэнергии используется медь, алюминий, бронза, латунь, серебро, золото и их сплавы. Тем не менее, нужно отметить, что деление тел на проводники и диэлектрики весьма условно. Все вещества в большей или меньшей степени проводят электричество. Для продолжительного существования электрического тока в проводнике необходимо поддерживать электрическое поле. Для этих целей используются источники электротока. Электрическим полем называется материальная среда, в которой обнаруживается силовое действие на зараженные частицы или тела. Условно электрическое поле изображают в виде электрических силовых линий, направление которых совпадает с направлением сил, действующих в нем. В зависимости от интенсивности поля силовые линии электрического поля изображают расположенными гуще или реже. Среду принято характеризовать особой величиной, называемой диэлектрической проницаемостью. Сила взаимодействия двух точечных электрических зарядов определяется законом Кулона и направлена по прямой, соединяющей эти заряды (одноименные заряды отталкиваются, разноименные притягиваются). Электрические свойства диэлектриков Изолирующие материалы (диэлектрики) Диэлектрическая проницаемость е Электрическая прочность, В/см Воздух 30 000 Мрамор 8,3 20 000-30 000 Парафин 2,0—2,2 150 000-500 000 Резина 3,5 100 000-150 000 Слюда 6,0—7,5 1 200 000-2 000 000 Стекло 5,5—10,0 100 000 -400 000 Фарфор 3,0—7,5 60 000-100 000 Эбонит 2,0—3,5 80 000-100 000 Кабельная бумага 2,3—3,5 60 000-90 000 Трансформаторное масло 2,0—2,5 50 000-180 000 Закон Кулона гласит: сила взаимодействия двух точечных электрических зарядов прямо пропорциональна произведению количеств электричества в этих зарядах, обратно пропорциональна расстоянию между ними и зависит от среды, в которой находятся заряды. Электрическое поле оказывает силовое действие на внесенное в него электрически заряженное тело. Следовательно, электрическое поле может совершить работу, т. е. оно обладает энергией. Каждая точка электрического поля может быть характеризована напряженностью поля Е или потенциалом Ф. Напряженность электрического поля Е (В/м) определяется отношением силы F, с которой поле действует на точечный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда, т. е. B = FQ. Точечным зарядом называется заряженное тело, линейные размер которого ничтожно малы и заряд, которого в результате этого практически не искажает поля. При Q, равном единице, Е численно равно 1, следовательно, напряженность электрического поля численно равно силе поля, действующей на единичный заряд. Для преодоления сил электрического поля при внесении в него электрического заряда необходимо затрачивать определенную работу. Запас энергии (потенциальная энергия) единицы количества электричества, находящейся в данной точке электрического поля, называетсяпотенциалом. Единицей измерения потенциала является вольт (В) или (v). Потенциал Земли принято считать равным нулю, и если проводки соединен с землей, то его потенциал также равен нулю. Самый простой случай возникновения электрического тока, это когда один конец провода соединен с наэлектризованным телом, а другой с землей. Если мы возьмём отрезок проводника и соединим им две полярности источника, то мы получаем движение заряженных частиц по проводнику от (+)к(-). Это движение, есть электрический ток. Электрический ток определяет количество электричества, проходящего через поперечное сечение проводника в единицу времени. Если в проводнике протекает ток 1А, то через поперечное сечение этого проводника в течение 1 сек протекает 1Кулон электричества. Любое тело обладает свойством сопротивляться движению заряженных частиц (электротоку). Это свойство зависит от вещества, из которого состоит тело, и называется сопротивлением. У проводников оно мало, у диэлектриков - большое. Источник электроэнергии тоже имеет своё сопротивление, называется оно внутренним сопротивлением источника. Это свойство проводников широко используется в электрических цепях. Рассмотрим простую схему работы источника электротока со своим внутренним сопротивлением: При разомкнутой цепи источника движение отсутствует. При замыкании полюсов течёт ток по замкнутой цепи. По проводнику, у которого имеется своё сопротивление и по собственному внутреннему сопротивлению. Источник имеет определённое количество электроэнергии. Какой будет величина тока, протекающего по цепи? Она будет зависеть от разницы потенциалов (мы помним: чем больше разница, тем больше притяжение) и от сопротивления проводника и внутреннего сопротивления источника, как правило, сопротивление источника очень мало и при изучении им можно пренебречь. Зависимость такая: электрический ток будет равен тому, что мы получим, когда поделим разность потенциалов участка (величина напряжения) на сопротивляемость этого участка (сопротивление). Обозначаем: I - электрический ток; U - напряжение; R- сопротивление; I=U/R или U= IR - это есть знаменитый закон Ома. Взаимосвязь тока, напряжения и сопротивления можно назвать основным законом электротехники, он применим во всём, что связано с электричеством. На этом законе построено и работает всё - электрические сети, все возможное электрооборудование, электрические механизмы, электроника, радиотехника и т.д. Знание и умение объяснить и применить закон Ома - это первый большой шаг в изучении электричества, до конца непознанной науки. Пример. Рассмотрим действие электрического тока на примерах: Общее представление: Работа тока на электролампу: Работа тока только через проводник приводит к короткому замыканию так, как сопротивление проводника очень мало. В данном случае разрушиться может всё, что находится в схеме (источник, проводник, выключатель), разрушение током будет продолжаться до разрыва в самом слабом месте цепи. У нас условно показаны разрывы в нескольких местах. Это пример с источником большой мощности, обыкновенная батарейка просто потеряет свой заряд. Если уменьшать сопротивление в цепи, то сопротивление всей цепи уменьшится, а ток в цепи увеличится. С увеличением тока падение напряжения внутри источника энергии возрастает, так как внутреннее сопротивление источника остается неизменным. Следовательно, с уменьшением сопротивления внешней цепи напряжение на источнике тоже уменьшается. При соединении источника энергии с проводником, сопротивление которого равно нулю, ток в цепи I=E/R0. Это наибольший ток, который может быть получен в цепи источника. I - Сила тока; E - Напряжение; R0 - внутреннее сопротивление источника Для источников энергии с малым внутренним сопротивлением, например для электрических генераторов и кислотных аккумуляторов, короткое замыкание опасно, оно может вывести из строя эти источники. Короткое замыкание может возникнуть, из-за нарушения изоляции проводов, соединяющих приемник с источником энергии. Металлические линейные провода при взаимном соприкосновении образуют малое сопротивление, которое по сравнению с сопротивлением приемника может быть принято равным нулю. Для защиты аппаратуры от токов короткого замыкания применяют предохранители. www.fizika.ru ГЕОРГ ОМ 1789–1854) Георг Симон Ом родился в Эрлангене в семье слесаря. Отец Ома хотел дать детям хорошее образование. Хотя семья постоянно нуждалась в средствах, Георг учился сначала в гимназии, а затем в Эрлангенском университете. Однако ему пришлось по воле отца прервать учебу, так как отец Ома считал, что его сын слишком много времени уделяет развлечениям. Ом начал преподавать математику в частной школе в Швейцарии.   Лишь в 1811 г. ему удалось сдать экзамены в университете и получить степень доктора философии. По материальным соображениям Ом вынужден был вернуться к преподаванию в школе. Но ему повезло. Он устраивается на должность старшего преподавателя иезуитской гимназии в Кельне. В этом учебном заведении царил дух стремления к знаниям, и преподаватели имели достаточно времени для собственных исследований. Именно после переезда в Кельн Ом начинает заниматься физическими опытами (в гимназии была хорошо оборудованная физическая лаборатория). Под влиянием прочитанных книг, особенно об открытиях Эрстеда, Ом в 1820 г. приступает к изучению электромагнетизма. В 1826 г. он публикует работу с формулировкой своего закона. Ому принадлежит также заслуга введения понятий ЭДС, падения напряжения, проводимости. Не ограничившись установлением эмпирического закона протекания постоянного тока, Ом попытался построить теорию электрических цепей, опираясь при этом на аналогию между током и теплопроводностью. К сожалению, открытие Ома было скептически воспринято в немецких научных кругах. Только к концу 1830-х гг. его работы стали получать признание. Большую часть своей жизни Ому пришлось заниматься незначительной, плохо оплачиваемой работой. Лишь перед самой смертью, в 1850 г., ему была предоставлена кафедра в Мюнхенском университете.     О ЗАВИСИМОСТЯХ СОПРОТИВЛЕНИЙ Зависимость от положения движка Мы рассматривали зависимость сопротивления от размеров и свойств проводника. Теперь проверим, как же влияют друг на друга составляющие закона Ома. Переменные сопротивления (резисторы), могут иметь три вывода, один из которых связан с подвижным контактом, скользящим по поверхности проводящего слоя. Сопротивление между любым крайним выводом переменного резистора и подвижным контактом зависит от положения движка. Выяснили, что при любом положении движка резистора соблюдается равенство: напряжение участка 1-3 равно сумме напряжений участка 1-2 и участка 2-3. Выяснили, что чем больше сопротивление участка, тем больше напряжение на нем. Следовательно, потенциометром можно регулировать напряжение. Движок потенциометра на середине. Движок в направлении3 Движок в направлении1 Зависимость сопротивления проводника от температуры. Применяя закон Ома, установить зависимость сопротивления проводника от температуры (в данной работе можно лишь убедиться, что с увеличением температуры сопротивление проводника увеличивается ). Для выполнения работы понадобиться миллиамперметр и реостат с большим сопротивлением. 1) Выполнить работу. 2) Попробовать построить график. 1. При малом свечении лампы: I = 0.10 a = 100 ma; U = 1.15 v; Найдём сопротивление: R = 1.15 / 0.1 = 11.5 om; 2. Впол накала: I = 0.19 a = 190 ma; U = 3.16 v; Найдём сопротивление: R = 3.16/0.19 = 16.6 om; 3.При горячем состоянии, ярком свечении: I = 0.24 a = 240 ma; U = 4.93 v; Найдём сопротивление: R = 4.93/0.24 = 20.5 om; Мы уже знаем, что при изменении напряжения в цепи изменяется ток, а сопротивление нет. В этом случае при изменении напряжения меняется ток, который влияет на состояние нити накала. Изменяется яркость свечения и температура. Температура, в свою очередь, влияет на сопротивление, что мы и видим при расчётах. Составим таблицу: T МАЛ.НАКАЛ ПОЛ НАКАЛА БОЛ. НАКАЛ ma R 11.5 16.6 20.5 Построим график. Проделанный опыт показывает зависимость сопртотивления от температуры. Опыт основан на приблизительных результатах и расчётах для наглядного показа этой зависимости, без определения температуры нити накала .
Узнать температуру нити накала можно по формуле зависимости R от Т: Rt = R0(1 + at), где Rt – сопротивление при температуре t; R0 – сопротивление при 0 0С; a – температурный коэффициент сопротивления (для вольфрама a = 0,0046 град-1). При R0 =2.2 om, в нашем случае, в точке малого накала температура равна 2021 град.

Рассмотрим работу цепи в трёх положениях потенциометра R3:
1. R31=22om; (2изо)
2. R32=(среднее положение регулятора);(3изо)
3. R33=0; (4изо)

Рассмотрим работу цепи в двух положениях потенциометра: 1.R3=22om; при этом I1=0.18a; I3=0.18a; I2=0.1a. 2.R3=0; при этом I1=0.25a; I3=0.25a; I2=0.16a Ток, входящий в схему и выходящий равны. Ток, протекающий по одной паралельной ветви меньше чем входящий или выходящий, что говорит о протекающем токе во второй паралельной ветви I4=I1-I2=0.18-0.1=0.08a(при первом положении R3); При уменьшении сопротивления в одной из паралельных ветвей , ток в этой ветви возрастает; 0.16>0.1 I4=0.25-0.16=0.09а(при втором положении R3);

При R3 = 22 om: 1.Подвижной контакт в верхнем положении резистора(по схеме). Падение напряжения на R1: U= 5 вольт; По приборам: Ur3 = 1.39 вольта; I = 61.8 ma= 0.0618 a Проверим полученные данные: R= 56 om +22 om = 78 om; U = IR; U = 0.0618 a x 78 om = 4.82 вольта; Без учёта сопротивлений приборов и проводов. 2. Подвижной контакт в произвольном положении, подальше от предыдущего , но чтобы приборы не показывали ноль. Падение напряжения на R1: U< 5 вольт; Ur3 = 0.06 вольт; I = 2 ma= 0.002 a; Проверим: Ur2 = 56 om x 0.002 a = 0.1 вольт; U = 0.1 + 0.06 = 0.16 вольт; 3. Подвижной контакт в положении ближе к верхнему (по схеме). Падение напряжения на R1: 0.16 < U < 5 вольт; Ur3 = 1.2 вольта; I = 54 ma = 0.054 a; Найдём : U = 1.2 вольта + 0.054 a x 56 om = 4.2 в;
	При R3 < 22 om: 1. Подвижной контакт в верхнем положении резистора(по схеме). Падение напряжения на R1: U= 5 вольт; R3=X ; По приборам видно: Ur3 = 0.8 вольт; I = 74.3 ma = 0.074 a; Найдём: R3 = U / I =0.8 вольт / 0.074 a = 10.8 om; Rобщ = 56 +10.8 = 66.8 om; Проверим: U = 0.074 a x 66.8 om = 4.9 вольта; 2. Подвижной контакт в произвольном положении, подальше от предыдущего , но чтобы приборы не показывали ноль. Падение напряжения на R1: U < 5 вольт; При R3=10.8 om: Ur3 = 0.03 вольтa; I = 2 ma = 0.002 a; Узнаем: U = Ur2 + Ur3 = 56 om x 0.002 a + 10.8 om x 0.002 a; U = 0.1336 вольт; 3. Подвижной контакт в положении ближе к верхнему (по схеме). Падение напряжения на R1: 0.16 < U < 5 вольт; При R3=10.8 om: Ur3 = 0.68 вольт; I = 63ma = 0.063 a; Найдём : U = 0.68 вольта + 0.063 a x 56 om = 4.2 в ;

Строим график зависимости силы тока от напряжения.

Из графиков делаем вывод: 1) Во сколько раз увеличивают напряжение, во столько раз увеличивается сила тока; 2) наклон графиков разный. Вычислив отношение напряжения к силе тока для каждого опыта выяснили, что в обоих случаях оно постоянно и равно. Эта постоянная величина характеризует свойство проводника, раз она не изменяется в опытах.

Делаем вывод:

1. Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке.

2. Отношение напряжения на участке цепи к силе тока есть величина постоянная для этого участка и определяет его сопротивление.

2.Зависимость силы тока от сопротивления.

Будем стараться оставлять напряжение неизменным, чтобы вывести зависимость силы тока от сопротивления.
Собираем электрическую цепь по схеме:

	Сначала соберём цепь с R2 = 30 om; Показания приборов: U1=1.01v; I1=30.6ma; Цепь с двумя R23: R2+R3=30+6.8=36.8 om; Показания приборов: U2=1.08v; I2=27.1ma; Цепь с тремя R234: R23+R234=36.8+6.8=43.6 om; Показания приборов: U3=1.00v; I3=21.5 ma; Теперь устанавливая напряжение на общем сопротивлении около двух вольт, убираем по одному резистору и записываем показания приборов.
	При U3x2=2.07v: R234=43.6 om; I3x2=44.7ma; При U2x2=1.93v: R23=36.8 om; I2x2=48.7ma; При U1x2=2.02v: R2=30 om; I1x2=61.7ma; чертим таблицу I ma R om U v 30.6 1.01 27.1 36.8 1.08 21.5 43.6 1.00 44.7 43.6 2.07 48.7 36.8 1.93 61.7 2.02
	Из графиков по результатам опыта делаем вывод: Сила тока уменьшается с увеличением сопротивления. Зависимость полученная на графиках называется обратно пропорциональной. Делаем вывод: Сила тока в участке цепи обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.

При последовательном включении в электрическую цепь нескольких источников энергии с различным направлением эдс общая эдс равна сумме эдс всех источников. Складывая эдс одного направления, берут со знаком плюс, а эдс противоположного направления - со знаком минус. В нашем случае, при встречном включении, положения щупов пришлись на противоположную полярность источника большего напряжения, поэтому на приборе отрицательный знак.

Этот метод используется тогда, когда надо определить ток только в одной ветви сложной схемы.
Чтобы разобраться с методом эквивалентного генератора, ознакомимся сначала с понятием "двухполюсник".
Часть электрической цепи с двумя выделенными зажимами называется двухполюсником.
Двухполюсники, содержащие источники энергии, называются активными (можно представить как источник).

Слева показано условное обозначение активного двухполюсника.

Двухполюсники, не содержащие источников, называются пассивными (можно представить как потребитель).
На эквивалентной схеме пассивный двухполюсник может быть заменен одним элементом - внутренним или входным сопротивлением пассивного двухполюсника Rвх.
На право условно изображен пассивный двухполюсник и его эквивалентная схема.

Входное сопротивление пассивного двухполюсника можно измерить.
Если известна схема пассивного двухполюсника, входное сопротивление его можно определить, свернув схему относительно заданных зажимов.

Дана электрическая цепь (любая).
Необходимо определить ток I в ветви с сопротивлением R в этой цепи.
Выделим эту ветвь, а оставшуюся часть схемы заменим активным двухполюсником.

Согласно теореме об активном двухполюснике, любой активный двухполюсник можно заменить эквивалентным генератором(источником напряжения) с ЭДС, равным напряжению холостого хода на зажимах этого двухполюсника и внутренним сопротивлением, равным входному сопротивлению того же двухполюсника, из схемы которого исключены все источники.

Искомый ток I определится по формуле:
I = Uxx/Rвх + R ;

Параметры эквивалентного генератора (напряжение холостого хода и входное сопротивление) можно определить экспериментально или расчетным путем.

Ниже показан способ вычисления этих параметров расчетным путем. Изобразим схему, предназначенную для определения напряжения холостого хода.
В этой схеме ветвь с сопротивлением R1 разорвана, это сопротивление удалено из схемы.
На разомкнутых зажимах появляется напряжение холостого хода.

Для определения этого напряжения составим уравнение для первого контура по второму закону Кирхгофа:

E1 = Uxx + R3 x I3,

откуда находим

Uxx = E1 - R3 x I3,

где I3 = I2определяется из уравнения, составленного по второму закону Кирхгофа для второго контура:

I3 = I2 = E2/Rвх + R2 + R3;

Так как первая ветвь разорвана, ЭДС E1не создает ток.
Падение напряжения на сопротивлении Rвн1 отсутствует.

Изображена схема, предназначенная для
определения входного сопротивления.

Из схемы удалены все источники (E1 иE2), т.е. эти ЭДС мысленно закорочены. Входное сопротивление Rвх определяют, свертывая схему относительно зажимов:

Rвх = Rвн1 +(( Rвн2 + R2 ) x R3 /( Rвн2 + R2 + R3));

Для определения параметров эквивалентного генератора экспериментальным путем необходимо выполнить опыты холостого хода и короткого замыкания.

При проведении опыта холостого хода от активного двухполюсника отключаем сопротивлениеR, в котором необходимо определить ток I.
К зажимам двухполюсника подключаем вольтметр и измеряем напряжение холостого хода Uxx.

При выполнении опыта короткого замыкания соединяем проводником зажимы активного двухполюсника и измеряем амперметром ток короткого замыкания Iкз.

На самом деле, таким образом замерить ток короткого замыкания можно только на источнике малой мощности с большим внутренним сопротивлением, на аккумуляторах и гальванических элементах малой мощности.
Расчитать ток к.з. можно, зная напряжение холостого хода и входное сопротивление двухполюсника.

Iкз = Uxx / Rвх; отсюда Rвх = Uxx / Iкз;

Сложные электрические цепи могут содержать несколько контуров с любым размещением источников энергии и потребителей и неявляются набором последовательных и параллельных соединений.
Несмотря ни на что, можно найти распределение токов и напряжений на всех участках любой сложной цепи.

Обычно замкнутая цепь является частью сложной цепи, как показано, например, на изо. Замкнутая цепь обозначена буквами A,B,C,D. Из-за ответвлений в точках A,B,C,D, токи I1, I2, I3, I4, отличаясь по величине, могут иметь и различные направления. Для такой цепи в соответствии со вторым законом Кирхгофа можно написать:

E1 - E2 - E3 = I1(Re1+R1) - I2(Re2+R2) - I3(Re3+ R3) + I4 R4, где Re1, Re2, Re3 — внутренние сопротивления источников энергии; R1, R2, R3, R4 — сопротивления потребителей энергии. Если внешняя цепь источника энергии с внутренним сопротивлением Re состоит, например, из трех последовательно соединенных резисторов с сопротивлениями, соответственно равными R1, R2, R3, то на основании второго закона Кирхгофа можно написать следующее равенство: E = I (Re + R1 + R2 + R3). При нескольких источниках тока в левой части этого равенства была бы сумма эдс этих источников. При параллельном включении двух или нескольких источников энергии токи, проходящие в них, в общем случае неодинаковы. Если два параллельно соединенных источника энергии, имеющих эдсЕ1 и Е2 и внутренние сопротивления R1, R2, замкнуть какое-либо внешнее сопротивление R, то токи во внешней цепи I и в источниках I1 и I2 можно определить из следующих выражений: I = I1 + I2; I = U/R; I1 = (E1-U) / R1; I2 = (E2-U)/R2; Отсюда ток во внешней цепи: I = (E1 R2 + E2 R1) / (R1 R2 + R R1 + R R2); Токи, протекающие через первый и второй источники энергии: I1= (E1 - I R) / R1 и I2 = (E2 - I R) / R2;

Метод наложения токов - один из вариантов расчета сложных электрических цепей, принцип которого заключается в том, что ток в какой-либо ветви является суммой токов, создаваемой в ней каждой ЭДС цепи в отдельности.

На изо цепь, содержащая три источника с ЭДС E1, E2, Е3и четыре последовательно соединенных резистора R1, R2, R3, R4.

Если пренебречь внутренним сопротивлением источников энергии, то сопротивление цепи равно R = R1 + R2 + R3 + R4.

Допустим, что ЭДС первого источника E1 не равно нулю, а второго и третьего
равны нулю, т. е.E2 = 0 и Е3 = 0.

Далее Е2 не равно 0, а Е1 = 0 и Eз = 0.
И, попробуем Е3 не равно 0, а Е1 = 0 и E2 = 0.

В первом случае ток в цепи, совпадающий по направлению
с эдс Е1 равен I1= E1/R;

Во втором случае ток в цепи, совпадающий по направлению
с эдс Е2 равен I2 = E2/R;

В третьем случае ток равен I3 = E3/R и совпадает по направлению с эдс Е3.

Так как Е1 и Е3 совпадают по направлению в контуре, то токиI1 и I3 также совпадают, а ток I2 имеет противоположное направление, так как эдс Е2направлена встречно по отношению к эдс Е1 и Е3(запишутсяI2 и U2 с противоположными знаками).

Ток в цепи равен:
I = I1 - I2 + I3 = Е1/R – E2/R + E3/R =

= (E1 - E2 + E3) / (R1 + R2 + R3 + R4).


Определяя токи нужно знать сопротивления ветвей, а также значение и направление всех эдс.

Составляя уравнения, по законам Кирхгофа, следует произвольно задаться направлениями токов в ветвях.

Если настоящее направление тока в какой-либо ветви противоположно выбранному, то после решения уравнений этот ток получится со знаком минус.

Число необходимых уравнений равно числу неизвестных токов, при этом число уравнений по первому закону Кирхгофа должно быть на единицу меньше числа узлов цепи, остальные уравнения составляются по второму закону Кирхгофа, причем следует выбрать наиболее простые контуры и так, чтобы каждый из них содержал хотя бы одну ветвь, не входившую в ранее составленные уравнения.


Расчет сложной цепи с применением уравнений по законам Кирхгофа рассмотрим на примере двух параллельно включенных источников, замкнутых на сопротивление.

Пусть эдс источников Е1 = Е2 = 200 В, их внутренние сопротивления R1 = 5 Ом?
R2 = 10 Ом, сопротивление нагрузки R = 30 Ом.

Так как число неизвестных токов три, то необходимо составить три уравнения.
При двух узловых точках необходимо одно узловое уравнение по первому закону Кирхгофа: I = I1 + I2.

Второе уравнение напишем при обходе контура, состоящего из первого источника и сопротивления нагрузки:
E1 = I1 R1 + IR.

Аналогично запишем третье уравнение :
Е2 = I2 R2 + I R.
Подставляя численные значения, получим:
200 = 5 I1+30 I и 200 = 10 I2+30 I

Так какE1 - E2 = 200 - 200 = 0,то

E1 - E2 = (I1 R1 + I R) - (I2 R2 + I R) = I1 R1 + I R - I2 R2 - I R = I1 R1 - I2 R2 = 5 I1 - 10 I2 = 0;

I1=10 I2 / 5 = 2 I2,подставим это в I = I1 + I2, получим :I = 2 I2 +I2 = 3 I2;

Подставляя эти значения в выражение для эдс E1 получим:
200 = 2 I2 x 5 + 3 I2 x 30 = 100 I2; отсюда:
I2 = 200/100 = 2A; I1 = 2 I2 = 4A; I = 2 + 4 = 6A;

Метод узловых напряжений.
Часто используют метод узлового напряжения, который удобно применять к сложным электрическим цепям, имеющим две узловые точки A и B , и состоящим
из нескольких параллельно соединенных источников энергии, работающих на общее сопротивление.

Обозначив потенциалы в узловых точках фa и фb, напряжение между этими точками U можно выразить разностью этих потенциалов, т. е. U = фa—фb.

Приняв за положительное направление эдс и токов в ветвях от узла а к узлу для каждой из ветвей, можно написать равенства: I1 = (фa-фb-E1)/R1=(U-E1)g1; I2 = (фa - фb + E2)/R2 = = (U + E2)g2; I3 = (фa - фb - E3)/R3 = (U - E3)g3; I = (фa - фb)/R = Ug. (g - проводимость) На основании первого закона Кирхгофа для узловой точки имеем: I1 + I2 + I3 + I4 = 0 Подставив в эту сумму значения токов, найдем: (U- E1)g1 + (U + E2)g2 + (U- E3)g3 + Ug = 0, отсюда

т. е. узловое напряжение равно cумме произведений эдс и проводимостей всех параллельных ветвей, деленной на сумму проводимостей всех ветвей.
Вычислив по этой формуле узловое напряжение и воспользовавшись выражениями для токов в ветвях, легко определить эти токи.

Метод контурных токов.
Для определения токов в сложных цепях, содержащих несколько контуров
и эдс, применяют метод контурных токов.
Предполагают, что в ветвях, входящих в состав двух смежных контуров, протекают два контурных тока, из которых первый представляет собой ток
одного из смежных контуров, а второй — другого контура.

Действительный ток в рассматриваемом участке цепи определяется суммой или разностью этих двух токов в зависимости от их взаимного относительного направления.

При использовании метода контурных токов составляют уравнения, исходя из суммы сопротивлений, входящих в состав данного контура, и суммы сопротивлений, входящих в состав ветви, общей для смежных контуров.

Первую сумму условно обозначают двойным индексом, например R11, R22 и т. д., а вторую сумму — индексом, содержащим номера контуров, для которых данный участок цепи является общим, например R12, R13 и т. д.

Если контур содержит несколько источников с эдс Е1, Е2, Е3 и т.д., то на основании второго закона Кирхгофа для этого контура можно записат