Эдс и напряжение формула: Определите напряжение на внешнем участке цепи, если сила тока на нём I = 0,60 A,…

Электродвижущая сила и конечное напряжение

Физика > ЭДС и конечное напряжение

 

Рассмотрите связь электродвижущей силы и конечного напряжения в электрической цепи: роль внутреннего сопротивления, разность потенциалов, формула и схемы.

Конечное напряжение (напряжение на выходе источника) основывается на электродвижущей силе и внутреннем сопротивлении.

Задача обучения

• Переведите соотношение между ЭДС и конечным напряжением в формулу.

Основные пункты

• Электродвижущая сила отображает разность потенциалов источника в момент, когда ток лишен движения.
• Конечное напряжение – выход напряжения в устройстве, измеренное через клеммы.
• Формула расчета: V = ЭДС – Ir.

Термины

• Конечное напряжение – выход напряжения в устройстве, измеряемое на клеммах.
• Электродвижущая сила (ЭДС) – напряжение, сформированное батареей или магнитной силой в соответствии с законом Фарадея.
• Разность потенциалов – отличие в показателях потенциальной энергии между двумя точками в электрическом поле.

Если вы забудете выключить фары на машине, то со временем они потускнеют. Причина – разряд батареи. Почему же они просто не мигают при потере энергии? Постепенное затухание говорит о том, что конечное напряжение снижается по мере расхода заряда. Все дело в том, что у всех источников напряжения есть две главные части: источник электрической энергии и внутреннее сопротивление.

Электродвижущая сила

Все источники напряжения формируют разность потенциалов и могут отправлять ток при подключении к сопротивлению. Если брать небольшой масштаб, то из-за этого отличия создается электрическое поле, влияющее на заряды и вызывающее ток. Мы называем это отличие электродвижущей силой (ЭДС). Но не думайте, что перед нами «сила» в привычном понятии. Это особая разновидность разности потенциалов источника, когда ток лишен движения. Измеряется в вольтах.

ЭДС связана с источником разности потенциалов, но отличается от конечного напряжения при проходе тока. К примеру, напряжение на аккумуляторе будет меньшим, чем ЭДС. Если конечное напряжение можно вычислить без подачи тока, то оно приравнивается к ЭДС.

Конечное напряжение

Выход напряжения из устройства измеряется на клеммах и именуется конечным напряжением (V). Его вычисляют по формуле:

Любой источник напряжения обладает ЭДС, связанной с источником разности потенциалов. Также оно настраивается на сопротивление (

r), связанное с конструкцией. Здесь видны выходные клеммы, по которым измеряют конечное напряжение (V). Так как V = ЭДС – Ir, конечное напряжение приравнивается к ЭДС, если ток отсутствует

V = ЭДС – Ir (r – внутреннее сопротивление, I – протекающий во время измерения ток).

I положителен, если ток течет от положительной клеммы. Чем больше ток, тем меньше конечное напряжение. Также конечное напряжение уменьшается при росте внутреннего сопротивления.

---

Что такое электродвижущая сила (ЭДС)

Неотъемлемым элементом любой самодостаточной электрической цепи является источник (генератор) тока. Он разделяет электрические заряды, благодаря чему напряжение поддерживается в приемлемом диапазоне значений. Без этого электрический ток с точно заданными характеристиками в цепи существовать не может. Если мы поставим в цепь, например, конденсатор (пусть даже очень ёмкий), ток в ней возникнет, но через некоторое, как правило, очень непродолжительное время, он закончится. Электрическое поле переместит все имеющиеся свободные заряды, и конденсатор разрядится.

Электродвижущая сила

Определение

Электродвижущей силой источника тока называют силы не электростатического происхождения, действующие внутри указанных устройств и перемещающие электрические заряды против электростатического поля, которое создаёт необходимую разность потенциалов.

Природа у электродвижущих сил может быть самой разной. В гальванических источниках электрического тока они возникают благодаря энергии, высвобождающейся в химических реакциях между веществом электродов и электролитов. В генераторах постоянного тока они создаются энергией магнитного поля и механической энергией вращения якоря.

Формула расчета ЭДС в электрических цепях, состоящих из замкнутых контуров

Работа электростатических сил равна нулю, ведь заряды (электроны) приходят практически в то же место откуда вышли. Не равна нулю только результирующая работа электродвижущих сил цепи. 

Её величина определяется формулой электродвижущей силы:

Формула

Формула ЭДС:

\[\varepsilon=\frac{A}{q}\].

Именно этому равна электродвижущая сила. A – работа сторонних сил, т. е. ЭДС.

Обратите внимание, направлением ЭДС считается направление, в котором внутри источника перемещаются именно положительные заряды. Часто оно противоположно направлению перемещения реальных носителей заряда, в качестве которых в подавляющем большинстве случаев выполняют электроны.

Если источник тока только один, то направление ЭДС в цепи такое же, как у него.

Размерность электродвижущей силы не равна размерности силы или работы. В системе СИ величина ЭДС измеряется в вольтах. Это мера разности потенциалов, которая создаётся на зажимах при разомкнутом генераторе.

Электродвижущая сила цепи и напряжение

Представим электрическое поле. Рассмотрим в нём произвольную кривую, соединяющую между собой точки A и B. Для дальнейшего объяснения на выбранной линии следует указать положительное направление.

Напряжение на этой кривой будет равняться:

\[U=\int_{l} E d l\]

Под напряжённостью поля, как известно, понимают силу, действующую на помещённый в него единичный положительный заряд. Интеграл в данном случае – работа по перемещению заряда по кривой.

Значение напряжения станет равно разности потенциалов на концах нашей линии: U = φ1 – φ2.

Какую форму имеет кривая, совершенно безразлично. Важны лишь её начальные и конечные точки.

Давайте подробнее изучим циркуляцию вектора напряжённости по замкнутому контуру L.

Выделим на указанном контуре точки A и B. Они разделят его на два криволинейных незамкнутых отрезка. {B} E d l=\varphi 1-\varphi 2=\varphi 2-\varphi 1=0\]

Из этого легко сделать вывод, что циркуляция вектора напряжённости по контуру, если он замкнут, равняется нулю. E и dl – векторные величины.

Определение

Электродвижущей силой в теории электричества принято считать циркуляцию вектора напряжённости по произвольному замкнутому контуру.

\[\varepsilon=\oint_{L} E d l=0\]

Если поле электростатическое, то ЭДС замкнутого контура (каким бы он ни был) равна нулю.

Закон Ома для участка цепи с электродвижущей силой тока

Рассмотрим один из самых простых случаев – электрическую цепь с химическим источником ЭДС, элементом Вольта. Он состоит из двух электродов (медного и цинкового), погружённых в раствор кислоты.

Электродвижущая сила в этом случае создаётся следующим образом: цинк при растворении в кислоте теряет положительно заряженные атомы, приобретая тем самым отрицательный потенциал, а медь становится положительно заряженной. В результате возникает сторонняя ЭДС. Находится она в очень тонком слое, отделяющем электролит от цинкового и медного электродов. Когда цепь замыкают, на сопротивлениях двух частей цепи (внешней и внутренней) возникает разность потенциалов и начинает течь ток I.

Для простоты расчётов будем исходить из того, что сопротивления на всех участках цепи распределены равномерно по всему контуру L.

Из закона сохранения энергии следует, что работа, совершаемая электрическим полем при движении заряда q по внешней цепи и в электролите будет равняться

A_q = (φ1 – φ2)*q + (φ3 – φ4)*q 

Общую работу сторонних сил можно записать как

 Ɛ_q= A_st = (φ3 – φ2)*q + (φ1 – φ4)*q

Приравняв обе части двух предыдущих выражений, получим

A_q= A_st

Формула явно указывает на то, что работа сторонних сил и работа электрического поля равны между собой.

Из закона Ома следует, что

φ1 – φ2 = I*R, а φ3 – φ4 = I*r 

От сюда следующий вид закона Ома с электродвижущей силой.

Ɛ = I*(R + r)

Справедлив он только для замкнутой цепи.

О втором правиле Кирхгофа

Полученная формула говорит, что электродвижущая сила равна сложенным друг с другом произведениям силы тока на все сопротивления, составляющих замкнутую цепь.

Ɛ = I*R + I*r

Это очень важное утверждение. Часто его именуют Вторым правилом Кирхгофа. Оно относится ко всем замкнутым цепям, какими бы они ни были.

Важно

По-другому это правило можно сформулировать так – в любом электрическом замкнутом контуре алгебраическая сумма произведений сил токов на сопротивления, через которые они протекают равняется ЭДС в указанном контуре.

Сопротивления могут считаться не только положительными, но и отрицательными. Если направление тока совпадает с выбранным направлением обхода контура, то сопротивление признают положительным. Если не совпадает – отрицательным.

Электродвижущая сила тока считается положительной, в том случае, если в его источнике произошёл переход от отрицательного полюса к положительному. {N} I m R m\].

N – число участков, на которые мы разбили контур.

Данная формула позволяет очень легко рассчитывать достаточно сложные цепи, т. к. получаем систему независимых уравнений, легко решаемую с математической точки зрения. То что самостоятельно, на листе бумаги расчёты будут громоздкими – не проблема. Даже простейший не очень мощный компьютер с вычислениями может справиться весьма быстро.

Формула

Количество независимых контуров определяется по формуле:

\[n2 = p – m + 1\].

p – общее количество ветвей в цепи, m – общее количество узлов в цепи.

Уравнение ЭДС трансформатора и коэффициент трансформации напряжения

В трансформаторе к первичной обмотке подключен источник переменного тока. Благодаря этому ток в первичной обмотке (называемый током намагничивания) создает переменный поток в сердечнике трансформатора. Этот переменный поток связывается со вторичной обмоткой, и из-за явления взаимной индукции во вторичной обмотке индуцируется ЭДС.

Величина этой ЭДС индукции может быть найдена с помощью следующих Уравнение ЭДС трансформатора .

Уравнение ЭДС Трансформатора

Пусть
N ₁ = количество витков в первичной обмотке
N ₂ = количество витков во вторичной обмотке
Φ _м = максимальный поток в сердечнике (Вб) = (B

м x A)
f = частота сети переменного тока (в Гц)

Как показано на рис., поток нарастает по синусоиде до своего максимального значения Φ _м от 0. Он достигает максимального значения за одну четверть цикла, т.е. за T/4 с (где T – период времени sin волна предложения = 1/f).
Следовательно,
средняя скорость изменения потока = ^{Φ _м} / _(T/4)     = ^{Φ _м} / _(1/4f)
0 средняя скорость изменения потока = 4f Φ _м        ……. (Вб/с).
Теперь,
ЭДС на виток = скорость изменения потока на виток

Следовательно, средняя ЭДС на виток = 4f Φ

м    . ………(Вольт).
Теперь мы знаем, что Форм-фактор = среднеквадратичное значение / среднее значение
Следовательно, среднеквадратичное значение ЭДС на виток = Форм-фактор X средняя ЭДС на виток.

Поскольку поток Φ изменяется синусоидально, коэффициент формы синусоиды равен 1,11

Следовательно, среднеквадратичное значение ЭДС на виток = 1,11 x 4f Φ _м = 4,44f Φ _м .

ОБСЛОЖЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ ИНДА -ЭДС в всей первичной обмотке (E ₁ ) = среднеквадратичное значение EMF на поворот x Количество поворотов в первичной обмотке

E ₁ = 4,44F N ₁ φ _M . ……………………… eq 1

Аналогично, среднеквадратичная ЭДС индуктивности во вторичной обмотке (E ₂ ) можно представить как

          E ₂ = 4,44f N ₂ Φ _м . …………………………… eq 2

из приведенных выше уравнений 1 и 2,

Это называется уравнением ЭДС трансформатора , которое показывает, что ЭДС/количество витков одинаково как для первичной, так и для вторичной обмотки.

Для идеального трансформатора без нагрузки E ₁ = V ₁ и E ₂ = V ₂ .
где, В ₁ = напряжение питания первичной обмотки
            В ₂ = напряжение на клеммах вторичной обмотки

Коэффициент трансформации напряжения (K)

Как получено выше,

Где K = константа
. Эта константа K известна как коэффициент трансформации напряжения .

• Если N ₂ > N ₁ , т. е. K > 1, то трансформатор называется повышающим.
• Если N ₂ < N ₁ , т. е. К < 1, то трансформатор называется понижающим.

Внутреннее сопротивление, ЭДС и электрический ток – Решенные практические задачи – Все различия

Внутреннее сопротивление – это сопротивление протеканию тока элементами и батареями. Это приводит к выработке тепла. Ом — это единица измерения внутреннего сопротивления.

Существуют различные формулы для определения внутреннего сопротивления. Мы можем найти ответы на любой вопрос, если мы обеспечены данными. Например, чтобы найти внутреннее сопротивление, мы используем эту формулу:

e = I (r + R)

В этой формуле e — ЭДС или электродвижущая сила, измеряемая в омах, I — сила тока, измеряемая в амперах (А), а R — сопротивление нагрузки, а r внутреннее сопротивление. Ом — это единица измерения внутреннего сопротивления.

Предыдущая формула преобразована в следующую форму:

• e = Ir+ IR
• e = V + Ir

В обозначается как разность потенциалов, приложенная к ячейке, а I представляет ток, протекающий через сотовый.

Примечание: Электродвижущая сила (ЭДС) всегда больше разности потенциалов (В) ячейки.

Таким образом, зная одни параметры, мы можем найти другие. В этой статье я буду решать многие практические задачи, которые помогут вам узнать, как использовать физику в нашей повседневной жизни, а также способы расчета параметров вместе с формулами и описаниями. Просто будь со мной до конца.

При разомкнутой цепи разность потенциалов между клеммами аккумуляторной батареи составляет 2,2 вольта. Разность потенциалов уменьшается до 1,8 вольт при подключении через сопротивление 5 Ом. Что такое внутреннее сопротивление?

Это обрыв цепи. Внутреннее сопротивление батареи не имеет падения напряжения на ней при разомкнутой цепи. Когда образуется замкнутая цепь, ток протекает через внутреннее сопротивление, вызывая падение напряжения и понижая напряжение на батарее.

В этом случае необходимо определить внутреннее сопротивление. Вы измеряете напряжение в цепи, когда она открывается и закрывается, а также сопротивление нагрузки. Чтобы решить эту проблему, сначала нам нужно собрать данные, указанные в отчете, а затем предсказать, что нужно рассчитать.

Данные: Разность потенциалов V = 2,2 В, сопротивление нагрузки Сопротивление = 5 Ом, падение разности потенциалов 1,8 В,

Найдите внутреннее сопротивление.

Чтобы найти это, нам нужно решить следующие шаги.

Сначала, , нам нужно найти ток нагрузки как ,

I = V/R, поэтому 1,8/5 = 0,36 А

Затем, Найти падение напряжения на внутреннем сопротивлении батареи: V=0,4 В

Итак, зная ток и напряжение внутреннего сопротивления:

R=V/I, 0,4/0,36 дает 1,1 Ом

Следовательно, внутреннее сопротивление равно 1,1 Ом.

В разомкнутой цепи разность потенциалов между выводами элемента составляет 2,2 вольта. Разность потенциалов на клеммах составляет 1,8 вольта при сопротивлении 5 Ом на клеммах ячейки. Чему будет равно внутреннее сопротивление элемента?

Это простой вопрос о двух резисторах, соединенных последовательно через источник 2,2 В, один из которых имеет сопротивление 5 Ом. Итак, вопрос в том, каково другое сопротивление в последовательной комбинации, внутреннее сопротивление батареи?

Это невероятно просто. Сначала нарисуйте ячейку на 2,2 В, затем R (внутренний резистор), внешний резистор на 5 Ом и, наконец, вернитесь к источнику.

На 5 Ом падение 1,8 В.

Что такое внутренний резистор, если ток, протекающий через него, равен I = 1,8/5 ампер = 0,36 А?

Давайте посмотрим на это,

R = E / I, таким образом (2,2 – 1,8)В / 0,36 А

= 0,4 / 0,36 и это равно 1,111 Ом

Здесь внутреннее сопротивление 1,11 Ом.

Существуют альтернативные способы решения этого вопроса, такие как:

Когда ячейка подключена к 5 Ом , ток, протекающий по цепи, равен I = 2,2/(5+r) А. Где r равно внутреннее сопротивление клетки. Падение напряжения на сопротивлении 5 Ом равно

5×2,2/(5+r)=2,2–1,8 и

11=2+0,4r,

, поэтому r=9/0,4 Ом.

Замкнутая цепь обеспечивает ток и проводимость

Третий и самый точный способ решения:

• Падение напряжения на внутреннем сопротивлении равно 2,2 – 1,8 = 0,4 В.

Ток через сопротивление 5 Ом = 1,85 = 0,36 А

Когда два сопротивления соединены последовательно, через них будет течь одинаковый ток.

IR=0,40,36=1,11 Ом

Думаю, теперь вы знаете, как рассчитать внутреннее сопротивление аккумуляторов.

Рассмотрим две лампочки, одна на 50 Вт, а другая на 75 Вт, обе рассчитаны на 120 В. Какая лампочка обладает наибольшей устойчивостью? Какая лампочка имеет наибольший ток?

Ток должен быть больше, чтобы работать с большей мощностью при том же напряжении. Поскольку ток обратно пропорционален сопротивлению, лампочка с большей мощностью имеет меньшее сопротивление.

Глядя на уравнение, связывающее силу тока и сопротивление, можно прийти к такому же выводу:

P=U2/R

При измерении сопротивления лампы накаливания нужно быть осторожным: оно значительно изменится, когда нить холодная по сравнению с горячей. Когда лампа накаливания холодная, она почти полностью замыкается по сравнению с горячей.

Чем ниже сопротивление, тем выше потребляемая мощность (при одинаковом напряжении). Из-за более низкого сопротивления может протекать больший ток при том же электрическом напряжении (напряжении)

Используя формулу Мощность = V2 / R

288 Ом.

I=P/V = 50/120 = 0,417 Ампер потребляется 50-ваттной лампочкой.

Для лампы мощностью 75 Вт R=V2/P = 1202 / 75 = 192 Ом.

I=P/V = 75/120 = 0,625 Ампер потребляется 75-ваттной лампочкой.

Сопротивление лампы накаливания 50 Вт самое высокое.

Наибольший ток несет 75-ваттная лампа.

Уравнение Эйнштейна — главное нововведение в физике

12-вольтовая батарея была подключена к нагрузке 10 Ом. Потребляемый ток был 1,18 ампер. Каково было внутреннее сопротивление батареи?

Для начала вы должны принять, что напряжение или ЭДС батареи составляет ровно 12В. Теперь вы можете найти внутреннее сопротивление, используя закон Ома.

Rобщ. = 12 В / 1,18 А = 10,17 Ом Rобщ. = В/I = 12 В / 1,18 А = 10,17 Ом

Итого – Rнагрузка = 10,17 Ом – 10 Ом = 0,017 Ом

Мощность, рассеиваемая нагрузкой с известным сопротивлением, подключенной к известной разности потенциалов, может быть рассчитана по формуле… В течение одной минуты батарея 10 В обеспечивает резистивную нагрузку 10 Ом. . Что именно? Аккумулятор на 24 вольта имеет внутреннее сопротивление 1 Ом в показанной цепи, а амперметр показывает силу тока 12 А.

Или можно так

Ответ на этот вопрос можно найти непосредственно в омах Закон.

По закону Ома можно рассчитать напряжение, сопротивление и ток в последовательно соединенной цепи.

V=I⋅R

где V обозначает напряжение, I обозначает ток, а R обозначает сопротивление найти по пути. В этом случае у нас есть внешнее сопротивление (обозначенное R) и внутреннее сопротивление батареи (обозначенное r).

Поскольку теперь мы знаем напряжение (12 В), ток (1,18 А) и внешнее сопротивление (10), мы можем решить следующее уравнение:

I⋅(R+r)=В

R+r= VI

r=VI−R

Подставим наши переменные вещественными числами:

r=121,18−10≈0,1695 Ом

Посмотрите видео о Основах электричества и его элементах

Разность потенциалов батареи равна 2 контактам. вольт при подключении к внешнему сопротивлению 20 Ом и 13,5 вольт при подключении к внешнему сопротивлению 45 Ом. Каковы ЭДС и внутреннее сопротивление батареи?

Пусть E — ЭДС батареи, а R — внутреннее сопротивление батареи, тогда для 20 Ом ток равен 12/20 = 0,6 А, а для 45 Ом ток равен 13,5/45 = 0,3 А, поэтому первое условие 0,6R+12=E и второе условие 0,3R+13,5=E, поэтому решение R= 5 Ом и E= 15 В.

E=15 В

r=5 Ом

Вот как это можно сделать:

Определите ток для каждой цепи,

I1=0,6[A] и I2=0,3[A]

Напишите уравнение для каждой цепи, используя уравнение U=E-I*r. Будет два уравнения и две переменные.

Вычислите E.

Чтобы найти r, подставьте найденное значение E обратно в любое уравнение.

Вся физика связана с электрическими цепями

При силе тока 1,5 А PD батареи составляет 10 В, а при токе 2,5 А PD составляет 8 В. Каково внутреннее сопротивление батареи?

Согласно постановке задачи

Vbat – Ix Ri = Pd

и предполагается, что

10 = Vbat – 1,5*Ri (уравнение 1)

и

8 = Vbat – 2,5*Ri 2)

У нас есть два линейных алгебраических уравнения первого порядка с двумя неизвестными величинами, которые мы можем довольно легко решить подстановкой. Уравнение 1 преобразуется, чтобы дать

Vbat = 10, умноженное на 1,5 * Ri

, и подстановка его в уравнение 2 дает

8 = (10 + 1,5 Ri) минус 2,5 Ri

8

. Следовательно, –2,5) = 10

Итак, чтобы определить Ri,

-2 равняется -Ri

, в результате чего Ri = 2 Ом

Посмотрите видео о том, как узнать внутреннее сопротивление и ЭДС элемента

В чем разница между ваттами и вольтами?

Вольт является единицей потенциальной энергии . Он указывает, сколько энергии может дать единица силы тока 90 136, в то время как ампер — это единица измерения силы тока. Он говорит нам о количестве электронов, протекающих в секунду.

Ватт — это единица мощности, которая показывает, сколько энергии используется в единицу времени. Один ватт — это мощность, обеспечиваемая источником питания в один вольт при протекании тока в один ампер: 1 В 1 А равен 1 Вт

Чтобы рассчитать количество потребляемой энергии, умножьте количество ватт на время. Киловатт-час (кВтч) — это стандартная единица энергии, которая в 1000 раз превышает количество энергии, потребляемой при использовании одного ватта мощности в течение одного часа.

Думаю, вы хорошо знакомы с ваттами и вольтами и их различиями.

Вот таблица, показывающая стандартные электрические единицы измерения вместе с их символами

Электрические параметры	SI unit of measurement	Symbol	Description
Voltage	Volt	V or E	Unit to measure Electrical Potential V=I x R
Ток	Ампер	I или i	Единица измерения электрического тока I = V/R
Сопротивление	31 Ом0431	R, Ω	Unit of DC resistance R=V/I
Power	Watts	W	The Unit of Power measurement P = V × I
Conductance	Siemen	G or ℧	The inverse of resistance G= 1/R
Charge	Coulomb	Q	Unit to measure electrical Charge Q=C x V

Стандартные международные единицы измерения электрического тока

Заключительные мысли

Внутреннее сопротивление — это сопротивление потоку тока, который проходит через элементы и батареи.