Travail et alimentation dans un circuit à courant continu. Force électromotrice. Loi d'Ohm pour un circuit complet.

A partir de la formule de détermination de la tension (), il est facile d'obtenir une expression pour calculer le travail de transfert de charge électrique ; puisque l'intensité du courant est liée au rapport de charge, le travail effectué par le courant est : , ou.

Le pouvoir par définition est donc .

Le scientifique russe H. Lenz et le scientifique anglais D. Joule expérimentent au milieu du XIXe siècle. a établi de manière indépendante une loi appelée Loi Joule-Lenz et cela se lit comme ceci : lorsque le courant traverse un conducteur, la quantité de chaleur dégagée dans le conducteur est directement proportionnelle au carré de l'intensité du courant, de la résistance du conducteur et du temps de passage du courant :

Un circuit fermé complet est un circuit électrique qui comprend des résistances externes et une source de courant (Fig. 17). En tant que l'une des sections du circuit, la source de courant possède une résistance, appelée interne.

Pour que le courant passe circuit fermé, il est nécessaire qu'une énergie supplémentaire soit transmise aux charges dans la source de courant ; cela apparaît en raison du travail des charges en mouvement, qui est produit par des forces d'origine non électrique (forces externes) contre les forces ; champ électrique. La source de courant est caractérisée caractéristiques énergétiques, qui s'appelle EMF - force électromotrice de la source. La CEM est mesurée le rapport du travail des forces extérieures pour se déplacer le long d'un circuit fermé charge positiveà l'ampleur de cette charge .

Laisser passer le temps à travers la section du conducteur charge électrique. Alors le travail des forces extérieures lors du déplacement d’une charge peut s’écrire comme suit : . Selon la définition du courant donc. Lorsque ce travail est effectué, une certaine quantité de chaleur est dégagée sur les sections internes et externes du circuit dont la résistance est et. D'après la loi Joule-Lenz, il est égal à : . D'après la loi de conservation de l'énergie, . Ainsi, . Le produit du courant et de la résistance d’une section d’un circuit est souvent appelé chute de tension aux bornes de cette section. Ainsi, la FEM est égale à la somme des chutes de tension dans les sections internes et externes du circuit fermé. Typiquement, cette expression s’écrit ainsi : . Cette dépendance a été obtenue expérimentalement par Georg Ohm, elle est appelée La loi d'Ohm pour chaîne complète et ça se lit comme ceci : l'intensité du courant dans un circuit complet est directement proportionnelle au courant et inversement proportionnelle résistance totale chaînes. Lorsqu'il est ouvert Circuits CEMégale à la tension aux bornes de la source et peut donc être mesurée avec un voltmètre.

A = qU ; A = UIt = I 2 Rt =

- avec connexion parallèle

- lorsqu'il est séquentiel connexion

- Loi Joule-Lenz

La puissance actuelle est égale au rapport du travail actuel dans le temps t à cet intervalle de temps.

- Loi d'Ohm pour une section de circuit

- pour connexion série

- pour connexion parallèle

Force électromotrice

Le champ électrique des particules chargées (champ de Coulomb) n'est pas capable à lui seul de maintenir un courant constant dans un circuit.

Toutes les forces agissant sur les particules chargées électriquement, à l'exception des forces d'origine électrostatique (c'est-à-dire Coulomb), sont appelées forces étrangères.

À l'intérieur de la source de courant, les charges se déplacent sous l'influence de forces externes contre les forces coulombiennes (électrons d'une électrode chargée positivement vers une électrode chargée négativement).

La FEM dans une boucle fermée est le rapport du travail effectué par les forces externes lors du déplacement des charges le long de la boucle par rapport à la charge : ℰ = [W]

Loi d'Ohm pour un circuit complet

R – résistance du circuit externe

r- résistance du circuit interne (résistance de la source de courant)

R rév = R + r ; ℰ= => Ast = ℰq

=>

;

Ast = ℰIt

; ℰ =

;

ℰ = A = Q

ℰIt = I 2 Rt + I 2 rt ;

;I = ℰ/R+r

Si, lors du contournement du circuit, ils se déplacent du pôle négatif de la source vers le positif, alors la FEM ℰ > 0. Les forces externes à l'intérieur de la source effectuent un travail positif.

ℰ = ℰ 1 + ℰ 2 + ℰ 3 = |ℰ 1 |-|ℰ 2 | + |ℰ 3 |

Si ℰ > 0, alors I > 0, c'est-à-dire le sens du courant coïncide avec le sens de contournement du circuit. À ℰ

R p = R + r 1 + r 2 + r 3 INTERACTION DES COURANTS. CHAMP MAGNÉTIQUE..

Interaction entre conducteurs transportant du courant, c'est-à-dire l'interaction entre les charges électriques en mouvement est appelée.

magnétique

Les forces avec lesquelles les conducteurs porteurs de courant agissent les uns sur les autres sont appelées forces magnétiques Dans l’espace entourant les courants, un champ dit magnétique apparaît.

Propriétés principales :

a) un champ magnétique est généré par le courant électrique (charges en mouvement)

b) un champ magnétique est détecté par son effet sur le courant électrique (charges en mouvement)

Comme le champ électrique, le champ magnétique existe réellement, indépendamment de nos connaissances à son sujet.

La force résultante exercée par le champ magnétique sur ces conducteurs sera égale à 0.

Le champ magnétique est créé non seulement par le courant électrique, mais aussi par des aimants permanents.

LIGNES À INDUCTION MAGNÉTIQUE

Caractéristiques de puissance champ magnétique apparaître vecteur magnétique induction.

- vecteur d'induction magnétique

La direction du vecteur induction magnétique est considérée comme la direction allant du pôle sud S au nord N de l'aiguille magnétique, librement positionnée dans le champ magnétique. Cette direction coïncide avec la direction de la normale positive à la boucle fermée avec le courant.

- positif normal.

Règles de la vrille : si la direction du mouvement de translation de la vrille coïncide avec la direction du courant dans le conducteur, alors le sens de rotation de la poignée de la vrille coïncide avec la direction du vecteur induction magnétique.

Lignes d'induction magnétique sont appelées droites dont les tangentes sont dirigées de la même manière que le vecteur à un moment donné du terrain.

Une caractéristique importante des lignes d’induction magnétique est qu’elles n’ont ni début ni fin. Ils sont toujours fermés.

PUISSANCE D'AMPLI.

La force ampère est la force magnétique exercée par un champ magnétique sur un conducteur transportant du courant.

Le pouvoir atteint valeur maximale lorsque l'induction magnétique est perpendiculaire au conducteur.

, Si I.

; F m = je je B - force maximale

F = B|I| lsin - La loi d'Ampère

Si main gauche positionné de manière à ce que la composante du vecteur induction magnétique perpendiculaire au conducteur entre dans la paume, et les quatre doigts étendus soient dirigés dans le sens du courant, puis pliés à 90 0 pouce montrera la direction de la force agissant sur un segment de conducteur.

Une unité d'induction magnétique peut être considérée comme l'induction magnétique d'un champ uniforme, dans laquelle une section d'un conducteur de 1 m de long avec un courant de 1 A est sollicitée par le champ avec une force maximale égale à 1 N. Une unité d'induction magnétique = 1 N/A. m.

FORCE DE LORENTZ

La force agissant sur une particule chargée en mouvement à partir du champ magnétique est appelée force de Lorentz.

, Où

F – module de force,

N – nombre de particules chargées

La capacité du corps à produire du travail s'appelle énergie corporelle. Ainsi, la mesure de la quantité d’énergie est le travail. Plus l'énergie du corps est grande super travail peut produire ce corps lors de son mouvement. L'énergie ne disparaît pas, mais passe d'une forme à une autre. Par exemple, dans un générateur, l’énergie mécanique est convertie en énergie électrique, et dans un moteur, l’énergie électrique est convertie en énergie mécanique. Cependant, toute l’énergie n’est pas utile, c’est-à-dire une partie est consacrée à surmonter la résistance interne de la source et des fils.

Travail du courant électrique est numériquement égal au produit de la tension, du courant dans le circuit et du temps qu'il passe. L'unité de mesure est le Joule.

Un instrument de mesure électrique est utilisé pour mesurer le travail ou l'énergie d'un courant électrique - compteur d'énergie électrique.

L'énergie électrique, en plus des joules, se mesure en wattheures ou kilowattheures:

1 Wh = 3 600 J, 1 kWh = 1 000 Wh.

Puissance électrique – est le travail produit (ou consommé) par unité de temps. L'unité de mesure est le Watt.

Pour mesurer la puissance du courant électrique, un appareil de mesure électrique est utilisé - wattmètre.

Les multiples unités de puissance sont le kilowatt ou le mégawatt :

1 kW = 1 000 W, 1 MW = 1 000 000 W.

Dans le tableau 1 montre la puissance d'un certain nombre d'appareils.

Tableau 1

Nom de l'appareil	Puissance de l'appareil, kW
Lampe de poche
Réfrigérateur domestique
Lampes d'éclairage (ménage)
Fer à repasser électrique
Machine à laver
Cuisinière électrique	0,6; 0,8; 1; 1,25
Aspirateur électrique
Lampes dans les étoiles des tours du Kremlin
Moteur de locomotive électrique VL10
Moteur électrique de laminoir
Hydrogénérateur de la centrale hydroélectrique de Bratsk
Turbogénérateur	50 000 − 1 200 000

Les relations entre puissance, courant, tension et résistance sont représentées sur la figure. 1.

P U

Je R

R·I

Riz. 1

Le taux auquel l'énergie mécanique ou autre est convertie en énergie électrique au niveau d'une source est appelé source d'énergie:

Où W Et– l'énergie électrique de la source.

La vitesse à laquelle l'énergie électrique est convertie dans le récepteur en d'autres types d'énergie, notamment en énergie thermique, est appelée puissance du récepteur:

La puissance qui détermine la consommation d'énergie involontaire, par exemple pour les pertes de chaleur dans une source ou dans des conducteurs, est appelée perte de puissance :

Selon la loi de conservation de l'énergie, la puissance de la source est égale à la somme de la puissance des consommateurs et des pertes :

Cette expression représente bilan de puissance.

L'efficacité du transfert d'énergie de la source au récepteur est caractérisée par le coefficient de performance (COP) de la source :

Où R. 1 ou R. est – puissance fournie par la source d'énergie au circuit externe ;

R. 2 – puissance reçue de l’extérieur ou puissance consommée ;

∆P. ou R. 0 (P. vn ) – puissance dépensée pour compenser les pertes dans la source ou le récepteur d’énergie.

Le courant électrique est le mouvement dirigé de particules chargées électriquement. Lorsque des particules en mouvement entrent en collision avec des molécules et des ions d'une substance, l'énergie cinétique des particules en mouvement est transférée aux ions et aux molécules, entraînant un échauffement du conducteur. Ainsi, l'énergie électrique est convertie en énergie thermique.

En 1844, l'académicien russe E.H. Lenz et des scientifiques anglais Joulem simultanément et indépendamment les uns des autres, une loi a été découverte qui décrit l'effet thermique du courant.

Loi Joule-Lenz : Lorsqu'un courant électrique traverse un conducteur, la quantité de chaleur générée par le conducteur est directement proportionnelle au carré du courant, à la résistance du conducteur et au temps pendant lequel le courant électrique traverse le conducteur :

OùQ– quantité de chaleur, J,je– l'intensité du courant, A ;R.– résistance du conducteur, Ohm ;t– temps pendant lequel le courant électrique a parcouru le conducteur, s.

La loi Joule-Lenz est utilisée pour calculer les conditions thermiques des sources d'électricité, des lignes électriques, des consommateurs et d'autres éléments. circuit électrique. La conversion de l’électricité en chaleur revêt une très grande importance pratique. Dans le même temps, l'effet thermique s'avère dans de nombreux cas nocif (Fig. 2).

>>Physique : Travail et puissance CC

Courant électrique a été si largement utilisée parce qu’elle transporte de l’énergie. Cette énergie peut être convertie sous n’importe quelle forme.
Avec le mouvement ordonné des particules chargées dans un conducteur le champ électrique fonctionne. On l'appelle communément travail en cours. Nous allons maintenant rappeler les informations sur le fonctionnement et la puissance actuelle.
Travail actuel. Considérons une section arbitraire de la chaîne. Il peut s'agir d'un conducteur homogène, par exemple le filament d'une lampe à incandescence, l'enroulement d'un moteur électrique, etc. Laisser passer une charge à travers la section transversale du conducteur au fil du temps. Le champ électrique fera le travail (U- tension entre les extrémités du tronçon conducteur).
Depuis la force actuelle , alors ce travail est égal à :

Le travail effectué par le courant sur une section du circuit est égal au produit du courant, de la tension et du temps pendant lequel le courant a circulé.
Selon la loi de conservation de l'énergie, ce travail doit être égal à la variation de l'énergie de la section du circuit considérée. Par conséquent, l'énergie libérée dans une section donnée du circuit au cours du temps est égale au travail du courant (voir formule (15.12)).
Si aucun travail mécanique n'est effectué sur une section du circuit et que le courant ne produit pas d'effets chimiques, seul un échauffement du conducteur se produit. Un conducteur chauffé dégage de la chaleur vers les corps environnants.
Le conducteur est chauffé comme suit. Un champ électrique accélère les électrons. Après être entrés en collision avec les ions du réseau cristallin, ils transfèrent leur énergie aux ions. En conséquence, l’énergie du mouvement aléatoire des ions à proximité des positions d’équilibre augmente. Cela signifie une augmentation de l’énergie interne. Dans le même temps, la température du conducteur augmente et celui-ci commence à transférer de la chaleur aux corps environnants. Quelque temps après la fermeture du circuit, le processus s'établit et la température cesse de changer avec le temps. Grâce au travail du champ électrique, l'énergie est fournie en permanence au conducteur. Mais son énergie interne reste inchangée, puisque le conducteur transfère aux corps environnants une quantité de chaleur égale au travail effectué par le courant. Ainsi, la formule (15.12) pour le travail du courant détermine la quantité de chaleur transférée par le conducteur à d'autres corps.
Si dans la formule (15.12) on exprime soit la tension en termes de courant, soit le courant en termes de tension en utilisant la loi d'Ohm pour une section du circuit, on obtient trois formules équivalentes :

Formule pratique à utiliser au cas où connexion série conducteurs, puisque l'intensité du courant dans ce cas est la même dans tous les conducteurs. À connexion parallèle formule pratique puisque la tension sur tous les conducteurs est la même.
Loi Joule-Lenz. La loi qui détermine la quantité de chaleur dégagée par un conducteur transportant du courant environnement, a été établi expérimentalement par le scientifique anglais D. Joule (1818-1889) et le scientifique russe E. X. Lenz (1804-1865). Loi Joule-Lenz est formulé ainsi : la quantité de chaleur générée par un conducteur transportant du courant est égale au produit du carré du courant, de la résistance du conducteur et du temps pendant lequel le courant traverse le conducteur :

Nous avons obtenu cette loi en utilisant un raisonnement basé sur la loi de conservation de l'énergie. La formule (15.14) vous permet de calculer la quantité de chaleur générée dans n'importe quelle section du circuit contenant des conducteurs.
Puissance actuelle. Tout appareil électrique (lampe, moteur électrique, etc.) est conçu pour consommer une certaine quantité d'énergie par unité de temps. Par conséquent, parallèlement au travail du courant, très important a une idée puissance actuelle. La puissance actuelle est égale au rapport entre le travail effectué par le courant et le temps de passage du courant.
Selon cette définition, la puissance actuelle

De cette formule, il est évident que la puissance actuelle est exprimée en watts(W).
Cette expression de la puissance actuelle peut être réécrite sous plusieurs formes équivalentes en utilisant la loi d'Ohm pour une section du circuit :

La plupart des appareils indiquent leur consommation électrique.
Le passage du courant électrique à travers un conducteur s'accompagne de la libération d'énergie dans celui-ci. Cette énergie est déterminée par le travail du courant - le produit de la charge transférée et de la tension aux extrémités du conducteur.

???
1. Comment s'appelle le travail du courant ?
2. Quelle est la puissance actuelle ?
3. Dans quelles unités la puissance actuelle est-elle exprimée ?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Physique 10e année

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Dans une section du circuit qui ne contient pas de force électromotrice, les forces du champ électrique travaillent pour déplacer la charge électrique.

A 12 =UI 12 t=Irt=

qui est libérée dans le conducteur sous forme de chaleur.

S'il y a une CEM dans le circuit, alors le travail de déplacement de la charge électrique est effectué par des tiers et forces électriques, numériquement égal à l'énergie libérée dans cette chaîne.

Dans un circuit fermé, l'énergie libérée dans le conducteur est numériquement égale au travail

A=UI 12 t+IEt=IEt,

La puissance est le travail effectué par unité de temps :

Dans une section du circuit dans laquelle il n'y a pas de CEM, la puissance

En présence d'EMF :

En circuit fermé :

P = I × E = I 2 (R + r).

La puissance dans le circuit externe est la puissance utile :

Le rapport entre la puissance utile (puissance dans le circuit externe) et la puissance développée par la source de courant ( pleine puissance) est appelé coefficient action utile(efficacité):

La puissance dans le circuit externe est maximale lorsque la résistance de la section externe du circuit est égale à la résistance interne de la source de courant (R=r). Dans ce cas, la valeur maximale de la puissance dans le circuit externe s'avère être égale à :

Dépendance de l'efficacité de la source :

a) du courant dans le circuit externe :

b) à partir de la résistance de la section externe du circuit :

1.4.1. Exemples de résolution de problèmes

1.4.1.1. Tâche. Déterminer le travail des forces électriques et la quantité de chaleur libérée chaque seconde en cas suivants: 1) dans une résistance traversée par un courant de force I=1 A ; différence de potentiel entre les extrémités de la résistance j 1 -j 2 =2 V ; 2) dans une batterie chargée avec un courant de I=1 A ; différence de potentiel à ses bornes j 1 -j 2 = 2 V, emf. batterie E=1,3 V ; 3) dans une batterie de batteries, qui fournit un courant de I=1 A à une charge externe ; différence de potentiel aux bornes de la batterie j 1 -j 2 = 2 V, sa fem E = 2,6 V.

Solution. 1. Puisque la section considérée ne contient pas de FEM, alors selon la loi d'Ohm pour une section d'un circuit homogène, nous avons

Il en résulte que les formules A=(j 1 -j 2)IR et Q=I 2 Rt dans dans ce cas correspondre. Cela signifie que tous les travaux d'électricité la force arrive pour chauffer la résistance :

A=Q=(j 1 -j 2)IR=2 (J).

2. Lors du chargement d'une batterie, ses bornes sont connectées à une source dont la différence de potentiel aux pôles est constante. Dans ce cas, le courant à l'intérieur de la batterie passe de son pôle positif au pôle négatif, c'est-à-dire dans le sens opposé au courant de décharge.

Calculons à nouveau le travail des forces électriques à l'aide de la formule

A=(j 1 -j 2)IR=2 (J).

Afin de déterminer la quantité de chaleur générée à l'aide de la formule Q = I 2 Rt, il est nécessaire de trouver la résistance de la section du circuit dans laquelle se trouve la batterie. Puisque cette section contient une FEM, la loi d'Ohm s'applique à la section du circuit inhomogène. En tenant compte des directions du courant et de la force électromotrice, nous écrivons conformément à la règle des signes

. (1)

(2)

En substituant la valeur de R de (2) dans la formule de la loi Joule-Lenz, on obtient

Q=I 2 Rt=(j 1 – j 2 - E) It=0,7 (J).

Dans ce cas, seule une partie du travail des forces électriques sert à chauffer la batterie, tandis que le reste (A-Q) est converti en énergie chimique de la batterie en charge.

3. On trouve le travail des forces électriques à l'aide de la formule

A = (j 1 -j 2) IR.

Faisons attention à la différence entre ce cas et le précédent. Si le signe positif de la différence de potentiel (j 1 – j 2) reste le même, alors la direction du courant dans la zone considérée a changé dans le sens opposé. Ainsi,

A=(j 1 -j 2) (-I)t=-2 (J). (3)

Le signe négatif de la réponse exprime le fait que les charges positives se déplacent à l'intérieur de chaque batterie depuis son potentiel le plus bas jusqu'à son potentiel le plus élevé, c'est-à-dire contre les forces électriques. Dans ce cas, le travail positif est effectué par des forces externes, déplaçant des charges à l'intérieur des batteries.

La quantité de chaleur dégagée dans la batterie est à nouveau déterminée par la formule de la loi Joule-Lenz sous forme intégrale

Dans ce cas, la résistance de la batterie r, comme dans le cas précédent, peut être calculée à l'aide de la loi d'Ohm pour une section non uniforme du circuit.

. (4)

La résistance de la batterie peut également être trouvée comme la différence entre la résistance de l’ensemble du circuit et la résistance de la section externe du circuit.

ce qui coïncide avec la formule (4). En substituant la valeur trouvée de r dans la formule de la loi Joule-Lenz, on obtient

Q = I 2 Rt = It = 0,6 (J). (5)

Cette version du problème peut être résolue d'une autre manière. En utilisant ces conditions, on retrouve le travail des forces électriques sur la section externe du circuit :

A=(j 1 -j 2)It=2 (J).

Cependant, le fonctionnement de l'électricité, c'est-à-dire Les forces coulombiennes (mais pas tierces) pour déplacer des charges sur un chemin fermé sont toujours nulles

Un interne + Un externe =0,

A int = -A out = -2 (J),

ce qui coïncide avec le résultat (3).

Toute l'énergie consommée par la batterie est convertie (par le travail des forces électriques) en chaleur Qtot, libérée dans tout le circuit.

Cette énergie peut être calculée à l'aide de la formule

A b = Q total = EIt = 2,6 (J).

Puisqu'une quantité de chaleur est libérée à l'extérieur

Q ext =A ext= 2 (J),

puis pour la batterie

Q=Q total -Q ext =0,6 (J),

ce qui coïncide avec le résultat (5).

1.4.1.2. Tâche. E.m.f. batteries E = 12 V. Le courant le plus élevé que la batterie peut fournir est I max = 5 A. puissance la plus élevée P max peut être généré par une résistance variable connectée à la batterie.

Solution. La puissance actuelle P est mesurée par le travail effectué par les forces électriques par unité de temps. Puisque tout le travail sur la partie externe du circuit sert à chauffer la résistance (A=Q), dans ce cas la puissance est mesurée par la quantité de chaleur dégagée dans la résistance par unité de temps. Ainsi, à partir de la formule de la loi Joule-Lenz sous forme intégrale pour la section externe de la chaîne Q==I 2 Rt, ainsi que de la loi d'Ohm pour un circuit fermé, on obtient

P=I 2 R=E 2 R/(R+r) 2 , (1)

où R, r sont respectivement les résistances des sections externe et interne du circuit.

D'après (1), il ressort clairement qu'à valeurs constantes de E, r, la puissance P dans le circuit externe est fonction d'une variable R. On sait que cette fonction a un maximum sous la condition r = R (ce peut être vérifié en utilisant méthode généraleétudier les fonctions à l'extrême à l'aide de dérivées). Ainsi,

. (2)

Ainsi, la tâche revient à trouver la résistance r de la section interne (batterie). Si l’on tient compte du fait que, selon la loi d’Ohm pour un circuit fermé, le courant I max le plus élevé sera à la résistance externe R = 0 (courant de court-circuit), alors

je max =E/r,

En substituant la valeur trouvée de la résistance interne r dans la formule (2), nous obtenons

P max = EI max /4 = 15 (W).

1.4.1.3. Tâche. Le bobinage d'une chaudière électrique comporte deux sections. Si une section est allumée, l'eau bout après t 1 = 10 minutes, si l'autre, alors après t 2 = 20 minutes. Combien de minutes faudra-t-il pour que l'eau bout si les deux sections sont allumées : a) en série ? b) en parallèle ? Tension aux bornes de la chaudière et rendement Les réglages sont considérés comme les mêmes dans tous les cas.

Solution. Lorsque différentes sections de la chaudière sont allumées, la résistance du circuit est différente. Évidemment, le temps de chauffage de l’eau requis dépend de la résistance du circuit. Pour trouver cette fonction, on utilise la loi Joule-Lenz

Puisque nous parlons d'une section du circuit qui ne contient pas de force électromotrice, à laquelle s'applique la loi d'Ohm I = (j 1 -j 2)/R, nous l'écrivons sous la forme

À partir de là, il est facile de déterminer le type de fonction t=f(R).

Dans tous les cas, chauffer l'eau nécessite la même quantité de chaleur, déterminée par la formule

où c, m est la capacité thermique spécifique et la masse d'eau ;

Dt-différence de température.

Grâce à l'efficacité constante en réglant h, la quantité totale de chaleur dégagée par le courant sera également la même, c'est-à-dire

En tenant compte également de la tension constante aux bornes du circuit, à partir de la formule (1), on obtient

R=U 2 t/Q=kt, (2)

où k=U 2 /Q est une valeur constante.

Ainsi, la dépendance du temps à la résistance est proportionnelle. Il est désormais facile de trouver des réponses dans les deux cas.

Lorsque les sections sont connectées en série, la résistance totale

R dernier =R 1 +R 2.

En substituant ici les valeurs de R selon la formule (2), on obtient

kt dernier= kt 1 + kt 2,

t dernier =t 1 +t 2 =15 (min).

Lors de la connexion de sections en parallèle, la résistance de connexion

R paires =R 1 R 2 /(R 1 +R 2).

De là, en appliquant la relation (2), on trouve

t vapeur =t 1 t 2 /(t 1 +t 2)=7 (min).

1.4.1.4. Tâche. Deux fils de cuivre de même longueur ℓ = 1 m et diamètres d 1 = 0,1 mm et d 2 = 0,2 mm, connectés (alternativement) aux bornes de la cellule galvanique, sont chauffés à la même température. Déterminez la résistance interne de la cellule galvanique. Considérons le transfert de chaleur par le fil vers l’espace environnant à une température constante proportionnelle à sa surface.

Solution. Dans des conditions thermiques stables, lorsque la température du fil cesse d'augmenter, la quantité de chaleur dégagée par le courant en 1 s, selon la loi de conservation de l'énergie, doit être égale à la quantité de chaleur dissipée par le fil dans l'espace environnant pendant le même temps, c'est-à-dire l'égalité doit être satisfaite

Courant P = P diss.

Nous exprimerons la puissance actuelle P courant =I 2 R à travers la résistance interne de la source et le diamètre du fil, en utilisant la loi d'Ohm pour un circuit fermé et la formule de résistance du conducteur :

En revanche, selon les conditions du problème, on a

Pdis =kS"=kpdℓ, (3)

où S" est la surface du fil, calculée comme la surface de la surface latérale du cylindre ;

coefficient de proportionnalité k en fonction de la température du fil.

En substituant dans l'équation (1) les valeurs du courant P et de la dissipation P selon les formules (2), (3) et en faisant des réductions, on obtient

(4)

Puisqu'à température constante toutes les quantités du côté droit de la formule (4) sont constantes, l'égalité doit être satisfaite

(5)

puisque les diamètres de fil d 1, d 2 correspondent par condition à la même température. Pour résoudre l’équation (5) pour r inconnu, nous prenons la racine carrée des deux côtés de l’équation :

Tous les termes du côté gauche de cette équation sont évidemment des quantités positives ; nous écartons le signe négatif devant la racine. Après avoir résolu l’équation de r, nous trouvons

En prenant la valeur de résistivité du cuivre dans les tableaux, en exprimant les valeurs incluses dans la formule en unités SI et en effectuant le calcul, nous obtenons

Travail et alimentation dans un circuit DC. Force électromotrice. Loi d'Ohm pour un circuit complet

travaux en cours : A = Ult, ou A = Je 2 R t = U 2 /R t.

Le pouvoir, par définition, N = À, donc, N=UI = Je 2 R = U 2 /R.

La loi Joule-Lenz se lit ainsi. Lorsque le courant traverse un conducteur, la quantité de chaleur dégagée dans le conducteur est directement proportionnelle au carré de la force, du courant, de la résistance du conducteur et du temps de passage du courant.

Q = je 2 RT.

La source de courant est caractérisée par une caractéristique énergétique appelée EMF - force électromotrice de la source. La FEM est une caractéristique d'une source d'énergie de nature non électrique dans un circuit électrique, nécessaire pour y maintenir un courant électrique. La FEM est mesurée par le rapport du travail effectué par des forces externes pour déplacer une charge positive le long d'un circuit fermé vers cette charge. FEM = A st /q

La FEM est égale à la somme des chutes de tension dans les sections internes et externes du circuit fermé. Cette expression s'écrit généralement ainsi : I = EMF /(R + r)., La loi d'Ohm pour un circuit complet se lit comme suit. L'intensité du courant dans un circuit complet est directement proportionnelle à la force électromotrice de la source de courant et inversement proportionnelle à la résistance totale du circuit. Lorsque le circuit est ouvert, la force électromotrice est égale à la tension aux bornes de la source et peut donc être mesurée avec un voltmètre.

Billet numéro 15

Champ magnétique, conditions de son existence. L'effet d'un champ magnétique sur une charge électrique et des expériences confirmant cet effet. Induction magnétique

En 1820, le physicien danois Oersted découvre qu'une aiguille magnétique tourne lorsqu'un courant électrique traverse un conducteur situé à proximité (Fig. 19). Ampère a établi que deux conducteurs situés parallèlement l'un à l'autre subissent une attraction mutuelle si le courant les traverse dans une direction, et une répulsion si les courants circulent dans la même direction. différents côtés(Fig. 20). Ampère a appelé le phénomène d'interaction des courants interaction électrodynamique.

Champ magnétique- un type particulier de matière qui apparaît dans l'espace autour de tout champ électrique alternatif.

Un champ magnétique est toujours généré par un champ électrique alternatif et, inversement, un champ électrique alternatif génère toujours un champ magnétique alternatif.

Un champ magnétique n’existe pas sans champ électrique, puisqu’il n’y a pas de porteurs de champ magnétique.

Un champ magnétique est un champ de force. La force caractéristique d’un champ magnétique est appelée induction magnétique. (DANS).Induction magnétique- c'est un vecteur grandeur physique, égale à la force maximale agissant du champ magnétique sur un élément de courant unitaire. B = F/II. Un élément de courant unitaire est un conducteur de 1 m de long et le courant qu'il contient est de 1 A. L'unité de mesure de l'induction magnétique est le tesla. 1 T = 1 N/A m.

Pour image graphique des champs magnétiques sont introduits les lignes électriques, ou lignes d'induction, - Ce sont des lignes en chaque point desquelles le vecteur induction magnétique est dirigé tangentiellement. La direction des lignes de champ est déterminée selon la règle de la vrille. Si la vrille est vissée dans le sens du courant, alors le sens de rotation de la poignée coïncidera avec le sens des lignes électriques.

Comme l'a établi Ampère, une force agit sur un conducteur porteur de courant placé dans un champ magnétique. La force exercée par un champ magnétique sur un conducteur parcouru par du courant est directement proportionnelle à l’intensité du courant. la longueur du conducteur dans le champ magnétique et la composante perpendiculaire du vecteur induction magnétique. C’est la formulation de la loi d’Ampère, qui s’écrit ainsi : F a = PV péché α.

La direction de la force d'Ampère est déterminée par la règle de gauche. Si la main gauche est positionnée de manière à ce que quatre doigts indiquent la direction du courant, la composante perpendiculaire du vecteur d'induction magnétique entre dans la paume, alors le pouce plié à 90° indiquera la direction de la force Ampère B. = DANS péché α.

Billet numéro 16

Semi-conducteurs. Conductivité intrinsèque et des impuretés des semi-conducteurs. Dispositifs semi-conducteurs

Les semi-conducteurs sont des substances dont la résistivité diminue avec l'augmentation de la température, la présence d'impuretés et les changements d'éclairage. Dans ces propriétés, ils sont remarquablement différents des métaux. En règle générale, les semi-conducteurs comprennent des cristaux dans lesquels une énergie ne dépassant pas 1,5 à 2 eV est requise pour libérer un électron. Les semi-conducteurs typiques sont des cristaux de germanium et de silicium, dans lesquels les atomes sont unis par une liaison covalente. Lorsque les semi-conducteurs sont chauffés, leurs atomes sont ionisés. Les électrons libérés ne peuvent pas être captés par les atomes voisins, puisque toutes leurs liaisons de valence sont saturées. Les électrons libres sous l'influence d'un champ électrique externe peuvent se déplacer dans le cristal, créant un courant de conduction.

Extérieurement, ce processus de mouvement chaotique est perçu comme le mouvement d'une charge positive, appelée « trou ». Lorsqu’un cristal est placé dans un champ électrique, un mouvement ordonné de « trous » se produit – un courant de conduction de trous.

Dans un cristal idéal, le courant est créé par un nombre égal d’électrons et de « trous ». Ce type de conductivité est appelé propre conductivité des semi-conducteurs. À mesure que la température (ou l’éclairage) augmente, la conductivité intrinsèque des conducteurs augmente.

La conductivité des semi-conducteurs est fortement influencée par les impuretés. Les impuretés sont donneuses et accepteuses. Impureté du donneur - c'est une impureté avec une valence plus élevée. Lorsqu’une impureté donneuse est ajoutée, des électrons supplémentaires sont formés dans le semi-conducteur. La conductivité deviendra électronique, et le semi-conducteur est appelé semi-conducteur de type n. Par exemple, pour le silicium de valence n = 4 impuretés donneuses sont de l'arsenic avec valence n = 5. Chaque atome d’impureté d’arsenic produira un électron de conduction.

Impureté accepteur est une impureté avec une valence inférieure. Lorsqu’une telle impureté est ajoutée, un nombre supplémentaire de « trous » se forment dans le semi-conducteur. La conduction sera un « trou » et le semi-conducteur est appelé semi-conducteur de type p. Par exemple, pour le silicium l’impureté accepteur est l’indium de valence n = 3. Chaque atome d’indium va conduire à la formation d’un « trou » supplémentaire.

Le principe de fonctionnement de la plupart des dispositifs semi-conducteurs repose sur les propriétés r-p transition.