Електрометра має електричний заряд

 

З'ясуємо природу заряджання діелектричної пластини.
Діелектрики, на відміну від провідників, не мають вільних носіїв зарядів. Утворюючи молекули, атоми діелектрика обмінюються електронами, але не втрачають з ними зв'язку. Якщо діелектрик помістити в електричне поле, то змін зазнають самі молекули. Ці зміни мають електричну природу, але для різних діелектриків вони будуть різними. Це залежить від будови молекул діелектрика.
Частина діелектриків має так звані полярні молекули, в яких позитивно і негативно заряджені частинки зміщені відносно центра молекули. За відсутності електричного поля зовнішнього походження всі молекули розміщені хаотично згідно з принципом мінімуму потенціальної енергії взаємодії і здійснюють тепловий коливальний рух. При поміщенні в зовнішнє електричне поле відбувається орієнтація молекул вздовж ліній напруженості електричного поля (мал. 3). Отже, в діелектрику з'являється певна впорядкованість у розміщенні молекул таким чином, що в одному напрямі переважають негативно заряджені частинки, а в іншому - позитивно. Такий стан діелектрика називається поляризацією.         Мал. 3. Дія електричного поля на                                  полярні молекули діелектрика

 

Якщо ж діелектрик має не полярні молекули, то під дією електричного поля електрони в атомах і їхні орбіти зміщуються проти напряму вектора напруженості й утворюють диполі, орієнтовані певним чином в електричному полі. Внаслідок такої "деформації" атомів і молекул діелектрик також поляризується.
Поляризація діелектриків призводить до появи в них додаткового електричного поля напруженістю Е, напрям якої буде протилежним напряму вектора напруженості E₀ зовнішнього електричного поля (мал. 4).

 Мал. 4. Діелектрик послаблює електричне поле

 

Відповідно напруженість електричного поля в діелектрику буде меншою, ніж напруженість зовнішнього поля.

E = E₀ - E',
E < E₀.

Отже, діелектрик послаблює електричне поле. Внаслідок того, що в різних діелектриків це послаблення різне, то для характеристики їх електричних властивостей користуються фізичною величиною, яка називається відносною діелектричною проникністю, або просто діелектричною проникністю. Вона показує, у скільки разів напруженість електричного поля в діелектрику менша, ніж поза ним

де - діелектрична проникність; Е₀ - напруженість електричного поля поза діелектриком; Е - напруженість електричного поля в діелектрику.
Значення діелектричної проникності для різних діелектриків різне, її значення для деяких діелектриків наведені в таблиці.

 

Речовина	Діелектрична проникність
Повітря (за нормальних умов)	1,000 594
Азот (газ)	1,000 58
Гас	2,1
Кварц плавлений	3,75
Кераміка (CaTiO3)	150 - 165
Скло	8 - 11
Ебоніт	3
Картон	4
Вода	81
Парафін	2
Слюда	6
Віск бджолиний	3
Сегнетова сіль	10 000
Трансформаторне масло	2,2 - 2,5

Наведені в таблиці значення є дещо наближеними, оскільки стосуються речовин лише за нормального атмосферного тиску і температури 20 °С.
Значення діелектричної проникності можуть суттєво змінюватися навіть за незначної зміни хімічного складу речовини. Завдяки цьому створені численні речовини з унікальними електричними властивостями для застосування в електронній і електротехнічній галузі виробництва.
Вплив речовини на електричне поле призводить до зміни сили, яка діє на електричний заряд. З означення

З останнього випливає, що сила, яка діє на електричний заряд у діелектрику, менша, ніж у вакуумі.
Більшість діелектриків втрачають поляризацію, коли зникає зовнішнє поле. Але є певний клас діелектриків, які зберігають поляризацію й за відсутності .зовнішнього поля. Такі діелектрики називаються електретами. До них відносяться бджолиний віск, плексиглас, титанат барію та інші речовини, переважно штучного походження. На основі електретів створено велику кількість приладів, які застосовуються в сучасній електронній техніці. Серед них найбільшого поширення набули різні датчики, мікрофони тощо.

ПОЛЯРИЗАЦІЯ ДІЕЛЕКТРИКІВ

Основною властивістю діелектриків є здатність до поляризації під дією прикладеної напруги. Процес поляризації являє собою зміну розташування в просторі часток діелектрика, що мають електричні заряди. Елементарні диполі, що представляють зв'язані й невіддільні один від одного молекули діелектрика, позитивні й негативні заряди яких зміщені один відносно другого, характери-зуються електричним моментом p:

                                                    p = q l,                                                    (1.1)

де q – заряд диполя; l - відстань між зарядами.

Під дію електричного поля диполі починають орієнтуватися в просторі і створюють сумарний момент. Такий момент, віднесений до одиниці об'єму діелектрика, називається поляризованістю діелектрика P

                                                  P = ,                                                          (1.2)

де V – об’єм діелектрика

   Залежність поляризованості P від напруженості електричного поля Е в діелектрику для більшості діелектриків має лінійний характер. При малих значеннях напруженості поля для ізотропних діелектриків можна записати  

                                                   ,                                                    (1.3) 

де  - діелектрична сприйнятливість діелектрика. Вона зв'язана з відносною діелектричною проникністю діелектрика співвідношенням ;

 - абсолютна діелектрична сприйнятливість чи питома поляризованість.

Особливу групу складають сегнетоелектрики, електрети, а також деякі іонні кристали, для яких зв'язок між Р і Е нелінійний і залежить від поперед-нього значення Е.

Зсув зарядів у діелектрику приводить до утворення внутрішнього поля, спрямованого протилежно зовнішньому, що може бути представлено вектором електричного зсуву D.

                                          ,                        (1.4)

де – електрична постійна, рівна 8,854 10^-12 Ф/м.

Перший доданок у цьому виразі пропорційний розподіленій щільності за-ряду, утвореного у вакуумі, а другий залежить від ступеня поляризації діелек-трика. Відповідно до теореми Гаусса для поля вектора D потік цього вектора  крізь довільну замкнуту поверхню дорівнює алгебраїчній сумі зарядів, охоплюваних цією поверхнею

                                              _{внутр .}                                                                           (1.5)

Слід зазначити, що вектор D являє собою суму двох зовсім різних величин, у зв'язку з чим він не має глибокого фізичного змісту і являє собою допоміжний вектор. Однак, у багатьох випадках вектор D значно спрощує вивчення поля в діелектриках.

Наведені співвідношення (1.4) і (1.5) можуть бути використані як для ізотропних, так і для анізотропних діелектриків. Розмірність вектора D та сама, що і вектора Р – Кл/м².

Використовуючи вираз (1.3) для ізотропного діелектрика, залежність век-тора D від вектора Е можна подати у виді

                                       чи   .                            (1.6)

Кожний діелектрик з нанесеними на нього електродами, включений в електричну мережу, можна розглядати як конденсатор певної ємності. Заряд такого конденсатора Q дорівнює

                                                 Q = C U,                                                   (1.7)

де С – ємність конденсатора,    U – прикладена напруга.

При заданому значенні прикладеної напруги величина заряду Q складаєть-ся із заряду Q_{о ,} який був би присутній на електродах, якщо їх розділяв вакуум, і заряду Q_д , що обумовлений поляризацією діелектрика, котрий фактично поді-ляє електроди:

                                            Q = Q_о + Q_д                                                       (1.8)

Здатність діелектрика утворювати ємність можна оцінити за допомогою параметра відносної діелектричної проникності , що представляє відношення заряду Q, отриманого при деякій напрузі на конденсаторі, що містить даний діелектрик, до заряду Q_о, який можна було б одержати на конденсаторі тих же геометричних розмірів і при тій же напрузі, якби між електродами знаходився вакуум: 

                                  = .                              (1.9)

З наведеної формули видно, що значення  будь-якого діелектрика більше одиниці і тільки в тому випадку, коли між електродами знаходиться вакуум

                                                = 1.

Фактично параметр  показує, у скільки разів зміниться ємність конденсатора при заміні вакууму між його пластинами досліджуваним діелектриком:

                                                  С = С_о .                                             (1.10)  

Крім параметра часто використовують параметр абсолютної діелектричної проникності:

                                                   ,                                               (1.11)

Відносна діелектрична проникність використовується в багатьох рівнян-нях, що характеризують фізичні процеси, які протікають у діелектриках. Так, відповідно до закону Кулона сила взаємодії F двох точечних зарядів q₁ і q₂ , розташованих в неорганічному середовищі з відносною діелектричною проникністю на відстані h один від другого, дорівнює

                                             F = .                                          (1.12)

Значення діелектричної проникності важливо знати і для розрахунку напруженості електричного поля в багатошарових діелектриках. Наприклад, для випадку двошарового конденсатора (рис.1.1) напруженість електричного поля в шарах дорівнює

                                                U                                           

                                                                        

                                      E₁      E₂ 

                                     ε_r1           ε_r2            

                                                     

                                         h₁         h₂

                                                                        Рис.1.1 – Двошаровий конденсатор

             

             .                              (1.13)

 Напруга на шарах

                 .                                     (1.14)

З наведених формул виходить, що при меншій діелектричній проникності шару напруга на ньому збільшується. В особливо невигідному положенні виявляються повітряні прошарки всередині ізоляції. У зв'язку з малим значенням ε_r і низкою електричною міцністю в таких прошарках легко виникають часткові розряди.

У тому випадку, коли діелектрик представляє суміш хімічно не взаємодіючих один з одним компонентів з різними діелектричними проникностями, загальну діелектричну проникність можна визначити приблизно на підставі рівняння Ліхтенеккера

                                   ,                                                 (1.15)

де  - відповідно відносні діелектричні проникності суміші й окремих компонентів; - об'ємні концентрації компонентів, ;  - величина, що характеризує розподіл компонентів і приймає значення від +1 до –1.

При паралельному включенні компонентів  і вираз (1.15) має вигляд                                                  

                                        .               

При послідовному включенні компонентів, коли ,

                                    

Якщо компоненти розподілені хаотично, то

                                         .                                                       (1.16)

Електрична ємність конденсатора, крім геометричних розмірів і конфігу-рації конденсатора, залежить також від відносної діелектричної проникності діелектрика, що в ньому використовується.

Ємність плоского конденсатора визначається за формулою

                                                                                                                     (1.17)

де  - площа електрода;  - відстань між електродами.

Для циліндричного конденсатора (рис.1.2) запишемо   

                                           ,                                                         (1.18)

якщо , то     .                                                (1.19)

                           Рис.1.2 – Циліндричний конденсатор

Для ізоляції кабелів, систем рівнобіжних проводів і т.п. вводиться поняття питомої (погонної) ємності, тобто ємності, віднесеної до одиниці довжини К= С/L . Так, для одножильного кабеля питома ємність (нФ/м) між жилою діаметром d₁ і металевою оболонкою чи екраном з діаметром d₂ дорівнює

                                     К = ,                                                 (1.20)

або при          К   .                                            (1.21)

Для двох рівнобіжних круглих проводів діаметром d кожний при відстані між їхніми осями h, за умови d<<h і без урахування впливу землі питома ємність визначається за формулою

                                        .                                               (1.22)

За цією ж формулою можна визначати питому ємність між проводом і землею.

 Величина відносної діелектричної проникності для різних діелектриків змінюється в широких межах. Значення   газів близьке до одиниці. Так, для повітря = 1,00058. Більшість практично застосовуваних рідких і твердих діелектриків мають значення  порядку декількох одиниць, менше зустрічаються діелектрики, в яких складає кілька десятків і дуже рідко, коли ця величина перевищує значення сто одиниць. У сегнетоелектриках вона може досягати значення кілька десятків тисяч.

П'єзоелектрика (від греч.(грецький) piézo — давлю і електрика ), явища виникнення поляризації діелектрика під дією механічної напруги (прямий п'єзоелектричний ефект) і виникнення механічних деформацій під дією електричного поля (зворотний п'єзоелектричний ефект). Прямій і зворотний п'єзоелектричний ефекти спостерігаються в одних і тих же кристалах — п’єзоелектриках. Перше детальне дослідження п'єзоелектричних ефектів зроблене в 1880 братами Ж. і П. Кюрі на кристалі кварцу . Надалі п'єзоелектричні властивості були виявлені більш ніж в 1500 речовин, з яких широко використовуються сегнетова сіль, титанат барії і ін.

           — прямий п'єзоелектричний ефект; стискування або розтягування п'єзоелектричної пластини приводить до виникнення різниці потенціалів; би — зворотний п'єзоелектричний ефект; залежно від знаку різниці потенціалів, прикладеної до п'єзоелектричної пластинки, вона стискується або розтягується.

                          Електроємність

 

Електроємністю (ємністю) – провідника С називають величину, що дорівнює відношенню заряду q, наданого провіднику до його потенціалу :

                                           

Одиниця електричної ємності в СІ – фарад, [C] = Кл/В=Ф.

Система з двох провідників розділених шаром діелектрика, товщина якого мала порівняно з розмірами провідників, називається конденсатором. Конденсатор бувають плоскі, циліндричні, сферичні.

Електроємність плоского конденсатора:

                                     

S – площа пластини, d – відстань між пластинами, ? – діелектрична проникність діелектрика.

Ємність конденсатора з п пластин:

                                   

Конденсатор - це важливий елемент електричної ланцюга, що з які проводять електродів(обкладань), розділених діелектриком і готовій до використання ємкості. Ємкість конденсатора - є ставлення заряду конденсатора до різниці потенціалів, якові заряд повідомляє конденсатору. Як діелектрика в конденсаторах використовуються органічні та неорганічні матеріалі, зокрема оксидні плівки деяких металів. При додатку до конденсатору постійної напруги відбувається його заряд; в своїй витрачається певна робота висловлюване в джоулях. Класифікація конденсаторів. Поклад від призначення конденсаторі поділяються на великі групі: загального користування та спеціального призначення. Група загального призначення включає в собі широко застосовувані конденсаторі, використовувані переважно видив тварин і класів апаратурі. Традиційно до неї відносять найпоширеніші низьковольтні конденсаторі, яких не пред'являються особливі вимоги. Решта конденсаторі є спеціальними. До них належать: високовольтні імпульсні, перешкодо подавляючи, дозиметричні, пускові і ін. Поклад від способу монтажу конденсаторі можуть виконуватися для друкованого і навісного монтажу, соціальній та складі мікромодулів і мікросхем або заради поєднання із нею. Висновки конденсаторів для навісного монтажу можуть буті жорсткі чи м'які, аксіальні чи радіальні з дроту круглого перерізу чи стрічки, як пелюсток, з кабельнім введенням, як прохідних шпильок, опорних гвинтів.

 

 

      Конденсатори з’єднують у батареї паралельно або послідовно.

1. Паралельне з’єднання (Рис. 31):

Напруги на всіх конденсаторах однакові:

        U₁=U₂=…=U_n

  q = q ₁+ q₂ + … + q_n

Тоді С_пар = С₁+С₂+…+С_n

2. Послідовне з’єднання (Рис. 32):

Заряди усіх конденсаторів при послідовному їх з’єднанні однакові.

Загальна ємність:

Потенціальна енергія зарядженого конденсатора:

Для плоского конденсатора:

Густина енергії електричного поля:

 

                 Властивості конденсатора

 

Прикладання електричної напруги до обкладок конденсатора спричиняє накопичення на них електричного заряду. Після відключення від джерела напруги, заряд утримується на обкладках силами електростатики. Якщо конденсатор у цілісний елемент не є наелектризованим то заряд, що накопичений на обох обкладках є однаковим за величиною і протилежний за знаком. Здатність конденсатора накопичувати заряд характеризує його електрична ємність:

                                 

де: C — ємність конденсатора у фарадах;

Q — електричний заряд, що накопичений на одній з об кладок в кулонах;

U — електрична напруга між об кладками у вольтах.

Ємність виражається у фарадах. Одна фарада є досить значною одиницею, тому на практиці ємність конденсаторів виражається у піко-, нано-, мікро- та міліфарадах.

У загальному випадку, напруга і електричний струм конденсатора у момент часу t пов'язані залежністю:

Робота dW, яку слід виконати, щоб перенести елементарний заряд dq з однієї обкладки конденсатора ємності C, на іншу, при допущенні, що одна з обкладок містить заряд з поточним значенням q.

Енергію, яка накопичена в конденсаторі можна визначити інтегруванням рівняння, записаного вище з отриманням виразу:

       де: Q — початкове значення заряду конденсатора.

Зміну величини заряду конденсатора у часі характеризує електричний струм у момент заряджання, на основі чого можна записати:

Конденсатор у колі постійної напруги після того, як він зарядиться не проводить струм, оскільки його обкладки розділені діелектриком. У ланцюгу зі змінною напругою він проводить електричний струм, оскільки коливання змінного струму викликають циклічне перезаряджання конденсатора, а тому і струм у ланцюгу, що описується рівняннями:

Величина, що пов'язує струм і напругу на конденсаторі, називається реактивним опором, котра є тим меншою, чим більшою є ємність конденсатора і частота струму. Для конденсатора характерним є те, що для синусоїдального закону зміни струму, зміна напруги відстає за фазою на кут (тобто струм випереджає напругу за фазою на кут ). З цієї точки зору імпеданс конденсатора є комплексним числом і описується рівнянням:

     де: ω — кутова частота;

f — частота в герцах;

i — уявна одиниця

Реактивний опір ємнісного опору записується рівнянням:

Відповідно, для постійного струму частота дорівнює нулю, а опір конденсатора — нескінченна величина (в ідеальному випадку).

При зміні частоти змінюється діелектрична проникність діелектрика і рівень впливу паразитних параметрів — власної індуктивності і опору втрат. На високих частотах будь-який конденсатор можна розглядати як послідовний коливальний контур, утворений ємністю С, власною індуктивністю L_С і опором втрат R_n.

         

 

При f > f_p конденсатор в колі змінного струму поводить себе як котушка індуктивності. Відповідно, конденсатор доцільно використовувати лише на частотах f < f_p, на яких його опір має ємнісний характер.

                ЕНЕРГІЯ ЗАРЯДЖЕНОГО КОНДЕНСАТОРА

Якщо підключити лампу до зарядженого конденсатора, то спостерігається короткочасний спалах світла. Це означає, що заряджений конденсатор має енергію.

Виведемо формулу потенціальної енергії конденсатора, користуючись такими міркуваннями.

Процес виникнення на обкладках конденсатора зарядів +Q і -Q можна уявити так, що від одної обкладинки послідовно віднімаються дуже малі порції заряду DQ і переміщуються на другу обкладинку. Робота переміщення чергової порції заряду дорівнює

( U - напруга на конденсаторі).

Замінюючи U на і, переходячи до диференціалів, маємо.

Після інтегрування одержимо формулу зарядженого конденсатора:.

Або для різниці потенціалів між обкладинками конденсатора:

Користуючись виразом для енергії, можна знайти механічну (пондеромоторну) силу, з якою пластини конденсатора притягаються одна до другої. Для цього припустимо, що відстань x між пластинами змінюється, наприклад, на величину dx. Тоді діюча сила виконує роботу dA = Fdx.

За рахунок зменшення потенціальної енергії системи або:

Підставивши в формулу для енергії вираз.

Одержимо

Виконуючи диференціювання при конкретному значенні енергії знайдемо кондемоторну силу:, де знак мінус показує, що сила F намагається зменшити x, тобто являється силою притягання.

              Енергія електричного поля

Електричне поле викликає переміщення вільних зарядів і може виконувати роботу, а це значить, що воно має енергію. Енергія електричного поля W задається формулою , де інтегрування проводиться по всьому простору [1]. Відповідно, густина енергії електричного поля задається формулою

Енергія електричного поля системи заряджених провідників із зарядами qi дорівнює , де φi — потенціали провідників.

           Густина енергії полів

Густина енергії — енергія речовини або поля віднесена до одиниці об'єму.

Густина енергії часто використовується для характеристики електричного і магнітного полів. Для електричного поля у вакуумі густина енергії дорівнює

в системі СГС, або

в системі СІ. Тут w — густина енергії, — напруженість електричного поля, — електрична стала.

Густина енергії магнітного поля у вакуумі дорівнює

       ,

в системі СГС, або

в системі СІ. Тут - вектор магнітної індукції, — магнітна стала.

Густина енергії електромагнітного поля дорівнює

в системі СГС, або

в системі СІ.

                                 19. Закони постійного струму.

Постійний струм — електричний струм, незмінний в часі.

Необхідно відзначити деяку некоректність терміну постійний струм: насправді для постійного струму незмінним є перш за все значення напруги (вимірюється у вольтах), а не значення струму (вимірюється в Амперах), хоча значення струму також може бути незмінним. Тому термін постійний струм слід розуміти як постійну напругу. Далі використовуватимемо термін саме в цьому значенні.

Використання терміну постійний струм (так само, як і змінний струм) підкреслює «силовий» характер даного сигналу, тобто це електричний сигнал, що передає потужність, призначений для живлення електричних пристроїв. У інших значеннях використовують точніші терміни: напруга, сигнал тощо

Нерідко цим терміном називають також електричний струм, який з часом може і змінюється за величиною, але не змінюється за напрямом (наприклад, пульсуючий електричний струм). Останнє обумовлюється можливістю розкладу одержуваного сигналу в ряд Фур'є, у якого постійна складова буде не нульова.

Постійний струм широко використовується в техніці: живлення переважної більшості електронних схем виконується постійним струмом. Змінний струм використовується переважно для зручнішої передачі від генератора до споживача. Перетворення постійного струму в змінний забезпечують інвертори.

Умови виникнення й існування електричного струму

Отже, для існування електричного струму необхідна наявність у даному тілі вільних електронів. Але різні речовини мають різну електричну провідність.

Залежно від електропровідності всі речовини можна розділити на провідники, діелектрики (ізолятори) й напівпровідники.

Провідниками називають речовини й матеріали, що добре проводять електричний струм. До провідників належать метали, водяні розчини солей, кислот і лугів. Висока електропровідність провідників обумовлена наявністю в них великої концентрації вільних електронів. Як відомо з курсу хімії, кількість таких електронів досягає 10²³ в 1 cм³ .

Діелектриками називають речовини, що погано проводять електричний струм. Діелектриками є тверді речовини (ебоніт, гума, скло й ін.), рідини (хімічно чиста вода, гас й ін.) і гази (водень, азот і ін.). У діелектриках майже відсутні вільні заряджені частинки.

Існує багато речовин, що посідають проміжне положення між провідниками й діелектриками,— напівпровідники.

За звичайних умов такі речовини погано проводять електричний струм і їх можна віднести до діелектриків. Але при підвищенні, наприклад, температури або освітленості в напівпровідниках з'являється достатня кількість вільних заряджених частинок, і напівпровідники стають провідниками.

Прикладами напівпровідників можуть служити такі речовини, як германій, кремній, миш'як і багато інших.

Поділ різних речовин на провідники, діелектрики й напівпровідники є досить умовним, оскільки провідність тієї чи іншої речовини залежить від багатьох факторів: агрегатного стану, зовнішніх впливів та ін. Наприклад, скло у звичайному стані — діелектрик, але під час сильного нагрівання втрачає свої ізоляційні властивості.

 

Електричне коло — сукупність сполучених між собою провідниками резисторів, конденсаторів, котушок індуктивності, джерел струму й напруги, перемикачів тощо, через яку може проходити електричний струм.

Електричне коло може включати в себе як лінійні так і нелінійні елементи. Лінійними елементами електричного кола називають такі, для яких існує пропорційність між падінням напруги та силою струму. До лінійних елементів належать резистори, конденсатори та котушки індуктивності. Для нелінійних елементів залежність між силою струму та падінням напруги, яку називають вольт амперною характеристикою, — складна функція. До нелінійних елементів належать, наприклад, діоди й транзистори.      

                   Сила і густина струму

Силою струму називається фізична величина, що дорівнює відношенню кількості заряду, що пройшов за деякий час через поперечний перерізпровідника, до величини цього проміжку часу.

Сила струму в системі СІ вимірюється в Амперах.

За закону Ома сила струму I для ділянки кола прямо пропорційна прикладеному напрузі U до ділянки кола і обернено пропорційна опору R провідника цієї ділянки ланцюга:

Щільністю струму називається вектор, модуль якого дорівнює відношенню сили струму, що протікає через деяку площадку, перпендикулярну напрямку струму, до величини цього майданчика, а напрям вектора співпадає з напрямком руху позитивного заряду в струмі.

Відповідно до закону Ома щільність струму в середовищі пропорційна напруженості електричного поля і провідності середовища :

Щільність струму в системі СІ вимірюється в амперах на квадратний метр.

Електрорушійна сила — кількісна міра роботи сторонніх сил із переміщення заряду, характеристика джерела струму.

Позначається здебільшого літерою , вимірюється в системі СІ у Вольтах. Зазвичай електрорушійна сила скорочується в текстах до е.р.с.

Електрорушійна сила ділянки кола дорівнює енергії, яку отримує одиничний заряд, пройшовши цю ділянку кола.

Для замкненого кола

        ,    де — стороння сила.

 

Закон Ома — це твердження про пропорційність сили струму в провіднику прикладеній напрузі.

Закон Ома справедливий для металів і напівпровідників при не надто великих прикладених напругах. Якщо для елемента електричного справедливий закон Ома, то говорять, що цей елемент має лінійну вольт-амперну характеристику.

                  Закон Ома для повного кола

 

В повному колі окрім опору навантаження є ще джерело живлення, яке має свій власний внутрішній опір. Сила струму в ньому визначається формулою

де — електрорушійна сила, — опір навантаження, -внутрішній опір джерела струму.

 

Закон Ома для ділянки електричного кола

Найпростіше електричне коло може складатися з джерела струму, споживача опору R, з’єднувальних провідників, амперметра і вольтметра.
Закон Ома для ділянки електричного кола: на деякій ділянці кола сила струму I прямо пропорційна напрузі U і обернено пропорційна опору R ділянки: . 

 

               Правила Кірхгофа

Правила Кірхгофа визначають метод розрахунку складних розгалужених електричних кіл. Методика розрахунку розроблена Густавом Кірхгофом.

Перше правило Кірхгофа

Перший встановлює зв'язок між сумою струмів, спрямованих до вузла електричного з'єднання (додатні струми), і сумою струмів, спрямованих від вузла (від'ємні струми). Згідно з цим законом алгебраїчна сума струмів, що збігаються в будь-якій точці розгалуження провідників, дорівнює нулю:

Перше правило Кірхгофа є наслідком закону збереження заряду. Для неперервно розподілених струмів у просторі воно відповідаєрівнянню неперервності.

   

Друге правило Кірхгофа

Для будь-якого замкнутого контура проводів сума електрорушійних сил дорівнює сумі добутків сил струму на кожній ділянці контура на опір ділянки, враховуючи внутрішній опір джерел струму.

Математично друге правило Кірхгофа записується так:

                                                                

       Напруга на ділянках кола.

Напруга (U) на ділянці електричного кола — фізична величина, що визначається роботою, яка виконується сумарним полем електростатичних і сторонніх сил при переміщенні одиничного позитивного заряду на даній ділянці кола. Поняття напруги є узагальненим поняттям різниці потенціалів: напруга на кінцях ділянки кола дорівнює різниці потенціалів в тому випадку, якщо на цій ділянці не прикладена електрорушійна сила.

Напруга вимірюється у вольтах (B).

U=Wст/Q, де Wст - робота сторонніх сил по переміщенню заряду, Q- одиниця заряду U=φ1-φ2, де φ1-φ2 - різниця потенціалів

Із закону Ома для неповного кола: U=I·R , де I-струм, R-опір провідника

Для вимірювання напруги використовуються прилади, які називаються вольтметрами, мілівольтметрами тощо.

12345678910Следующая ⇒

Поделиться: