Урок 28. Лекция 28-1. ЭДС источника. Соединения проводников и источников.
Кратковременный ток в проводнике можно получить, если соединить этим проводником два заряженных проводящих тела, которые имеют различный потенциал. Ток в проводнике исчезнет, когда потенциал тел станет одинаковым. Для существования электрического тока в проводнике необходимо создать в нем и длительное время поддерживать электрическое поле.
Постоянный электрический ток может быть создан только в замкнутой цепи, в которой свободные носители заряда циркулируют по замкнутым траекториям. При перемещении электрического заряда в электростатическом поле по замкнутой траектории, работа электрических сил равна нулю. Поэтому для существования постоянного тока необходимо наличие в электрической цепи устройства, способного создавать и поддерживать разности потенциалов на участках цепи за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Поле внутри проводников, составляющих замкнутую цепь должен поддерживать источник электрической энергии.
Устройства, способные создавать и поддерживать разности потенциалов на участках цепи за счет работы сил неэлектростатического происхождения. называются источниками постоянного тока.
Силы неэлектростатического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются сторонними силами.
Природа сторонних сил может быть различной. В гальванических элементах или аккумуляторах они возникают в результате электрохимических процессов, в генераторах постоянного тока сторонние силы возникают при движении проводников в магнитном поле. Под действием сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля, благодаря чему в замкнутой цепи может поддерживаться постоянный электрический ток.
В цепь включают также потребители электрической энергии, в которых ток выполняет полезную работу. Кроме того, в цепь включают соединительные провода и выключатель (рубильник) для замыкания и размыкания цепи. Простая электрическая цепь состоит из источника тока, потребителя, подводящих проводов и выключателя.
Цепь постоянного тока можно разбить на определенные участки. Те участки, на которых не действуют сторонние силы (то есть участки, не содержащие источников тока), называются однородными. Участки, включающие источники тока, называются неоднородными
На рисунке изображена замкнутая цепь постоянного тока. Участок цепи (cd) является однородным.
Часть цепи, в которой заряды движутся по направлению действия электрических сил (a-d-c-b)называют внешней, а часть цепи, в которой заряды движутся в сторону действия сторонних сил (a-b), называют внутренней.
Те точки, в которых внешняя цепь граничит с внутренней называют полюсами. У одного из полюсов имеется самый большой потенциал, а у другого самый маленький потенциал по сравнению с другими точками цепи. Полюс с наибольшим потенциалом называют положительным и обозначают знаком «+», а полюс с наименьшим потенциалом называют
При перемещении единичного положительного заряда по некоторому участку цепи работу совершают как электростатические (кулоновские), так и сторонние силы.
Для существования постоянного тока необходимо наличие в электрической цепи источника постоянного тока – устройства, способного создавать и поддерживать разности потенциалов на участках цепи. Возникновение разности потенциалов на полюсах любого источника является результатом разделения в нем положительных и отрицательных зарядов. Это разделение происходит благодаря работе, совершаемой сторонними силами. При перемещении электрических зарядов по цепи постоянного тока сторонние силы, действующие внутри источников тока, совершают работу.
Физическая величина, равная отношению работы Aст сторонних сил при перемещении заряда q от отрицательного полюса источника тока к положительному к величине этого заряда, называется электродвижущей силой источника (ЭДС):
ЭДС определяется работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда.
Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах [В].
Чтобы измерить ЭДС источника, надо присоединить к нему вольтметр при разомкнутой цепи.
Источник тока является проводником и всегда имеет некоторое сопротивление, поэтому ток выделяет в нем тепло. Это сопротивление называют
При перемещении единичного положительного заряда по замкнутой цепи постоянного тока работа сторонних сил равна сумме ЭДС, действующих в этой цепи, а работа электростатического поля равна нулю.
Работа сторонних сил по перемещению единичного заряда равна по определению электродвижущей силе ε12, действующей на данном участке. Поэтому полная работа по перемещению единичного заряда равна
Величину U12 , равную работе по перемещению единичного заряда, принято называть напряжением на участке цепи 1–2.
Если цепь состоит из внешней части сопротивлением R и внутренней сопротивлением r, то, согласно закону сохранения энергии, ЭДС источника будет равна сумме напряжений на внешнем и внутреннем участках цепи, т.к. при перемещении по замкнутой цепи заряд возвращается в исходное положение , где IR – напряжение на внешнем участке цепи, а Ir – напряжение на внутреннем участке цепи.
Таким образом, для участка цепи, содержащего ЭДС:
Эта формула выражает закон Ома для полной цепи: сила тока в полной цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника и обратно пропорциональна сумме сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи.
На рисунке изображена замкнутая цепь постоянного тока.
Продолжение лекции
1.3. Источники ЭДС и тока
К активным элементам электрических цепей относятся источники ЭДС и источники тока.
Электродвижущая сила (ЭДС) – это количество энергии, затраченное сторонними силами на перенос единичного положительного заряда от меньшего потенциала к большему
За положительное направление э.д.с. принимается направление возрастания потенциала (рис. 1.6).
Таким образом, положительные направления ЭДС и напряжения всегда противоположны.
Численно ЭДС равна разности потенциалов между выводами источника при разомкнутой цепи.
Если внутри источника ЭДС не содержится пассивных элементов, то его внутреннее сопротивление r0 равно нулю. Такой источник является идеальным.
На практике обычно приходится иметь дело с реальными источниками ЭДС, обладающими некоторым внутренним сопротивлением (рис. 1.7).
В таких источниках напряжение на зажимах зависит от тока в нагрузке.
Напряжение на зажимах реального источника в работающей цепи определяется соотношением
Это выражение называют внешней характеристикой источника ЭДС.
Анализируя внешнюю характеристику источника, можно сделать вывод, что напряжение на зажимах источника в режиме нагрузки всегда меньше ЭДС на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника. Зависимость напряжения от тока нагрузки показана на рис. 1.8 пунктирной линией. В свою очередь величина тока нагрузки зависит от сопротивления внешней цепи, поэтому можно считать, что напряжение на зажимах реального источника зависит от сопротивления внешней цепи.В случае идеального источника внутренне сопротивление равно нулю. Напряжение на зажимах такого источника не зависит от тока нагрузки и равно ЭДС источника U = E. Зависимость напряжения от тока в идеальном источнике показана на рис. 1.8 сплошной линией.
Источники тока
Идеализированный источник тока – это активный элемент, ток которого не зависит от напряжения на его зажимах.
Считается, что внутреннее сопротивление идеального источника бесконечно велико, поэтому параметры внешней цепи не будут оказывать влияния на ток в источнике тока. На электрических схемах источник тока обозначается так, как показано на рис. 1.9.
Реальный источник тока обладает конечным внутренним сопротивлением или отличной от нуля проводимостью. Схема реального источника представлена на рис. 1.10. Ток реального источника определяется разностью тока идеального источника J и внутреннего тока I0:
где U – напряжение, приложенное к зажимам источника. Полученное выражение называют внешней характеристикой источника тока.
Зависимость тока источника от напряжения на его зажимах показано на рис. 1.11. В случае идеального источника внутренняя проводимость равна нулю и, исходя из уравнения внешней характеристики, можно заключить, что ток, идущий от источника равен току короткого замыкания источника. Эта зависимость показана на рис. 1.11 сплошной линией.
В случае реального источника g0 ≠ 0 и часть тока будет ответвляться через внутреннюю проводимость. Чем больше напряжение, приложенное к источнику, тем больший ток ответвляется и тем меньший ток поступает в нагрузку. Вольт-амперная характеристика реального источника показана на рис. 1.11 пунктирной линией. Источник тока – это теоретическое понятие, но оно часто применяется для расчета электрических цепей. Примером источника тока может служить пентод.
Эквивалентное преобразование источников конечной мощности
Преобразование какого-либо участка цепи по отношению к внешним зажимам называют эквивалентным, если напряжение u и ток i на внешних зажимах при этом не изменяются.
Рассмотрим условие эквивалентности реальных источников напряжения и тока, представленных на рис. 1.12, а,б. Воспользуемся уравнением внешней характеристики источника ЭДС
Поделим почленно это уравнение на r0
Здесь I – ток, протекающий через нагрузку;
Jкз = E/r0 – ток короткого замыкания источника ЭДС;
I0 = U/r0 – ток, протекающий через внутреннее сопротивление.
Отсюда можно заключить, что I0 = Jкз – I или I = Jкз – I0, то есть получили внешнюю характеристику источника тока.
Следовательно, схему источника ЭДС можно заменить схемой источника тока при условии, что ток короткого замыкания источника и внутренняя проводимость определятся выражениями:
В свою очередь, схему источника тока можно заменить схемой источника ЭДС при условии, что внутреннее сопротивление и э.д.с. источника определятся выражениями:
Мощность источника ЭДС определяется произведением электродвижущей силы источника и тока в нагрузке
Мощность источника тока определяется произведением тока короткого замыкания и напряжения на зажимах источника:
ЭДС и напряжение. Внутреннее сопротивление источников питания.
РадиоКот >Обучалка >Аналоговая техника >Основы электроники >ЭДС и напряжение. Внутреннее сопротивление источников питания.
Ликбез так ликбез!
Несмотря на то, что многие из посетителей этого сайта являются продвинутыми радиокотами
и уже успешно занимаются программированием и конструированием, существуют еще отдельные
котята, у которых возникают иногда вопросы, связанные с азами радио- (или даже электро) техники.
Итак, вернемся к азам… По азу- я всех везу! Ой! Это из другой оперы…
Закон Ома. Вот я о чем.
О законе Ома мы уже говорили. Поговорим еще раз – с несколько иной стороны. Не вдаваясь в физические подробности и выражаясь простым кошачьим языком, закон Ома гласит: чем больше э.д.с. ( электродвижущая сила), тем больше ток, чем больше сопротивление, тем меньше ток.
Переведя сие заклинание на язык сухих формул получаем:
I=E/R
где:
I – сила тока,
E – Э.Д.С. – электродвижущая сила
R – сопротивление
Ток измеряется в амперах, э.д.с. – в вольтах, а сопротивление носит гордое имя товарища Ома.
I=U/R
где:
U – напряжение источника непосредственно на его клеммах.
Рассмотрим простой пример.
Представим себе обычную батарейку в виде источника э.д.с.
и включенного последовательно с ним некоего резистора, который будет олицетворять собой
внутреннее сопротивление батарейки. Подключим параллельно батарейке вольтметр.
Его входное сопротивление значительно больше внутреннего сопротивления батарейки,
но не бесконечно большое – то есть, через него потечет ток.
Величина напряжения, которую покажет вольтметр будет меньше величины э.д.с.
как раз на величину падения напряжения на внутреннем воображаемом резисторе при данном токе.
Формула конечного напряжения при этом будет иметь следующий вид:
U(бат)=E-U(внутр)
Так как со временем у всех элементов питания внутреннее сопротивление увеличивается, то и падение напряжения на внутреннем сопротивлении тоже увеличивается. При этом напряжение на клеммах батарейки уменьшается. Мяу!
Разобрались!
Что же происходит, если вместо вольтметра к батарейке подключить амперметр? Так как собственное сопротивление амперметра стремится к нулю, мы фактически будем измерять ток, протекающий через внутреннее сопротивление батарейки. Так как внутренне сопротивление источника очень небольшое, измеренный при этом ток может достигать н ескольких ампер.
Однако следует заметить, что внутреннее сопротивление источника является таким же элементом цепи, как и все остальные. Поэтому при увеличении тока нагрузки падение напряжения на внутреннем сопротивлении также увеличится, что приводит к уменьшению напряжения на нагрузке. Или как мы, радиокоты, любим выражаться – к просадке напруги.
Чтобы изменение нагрузки как можно меньше влияло на выходное напряжение источника его внутреннее сопротивление стараются свести к минимуму.
Можно так подобрать элементы последовательной цепи, чтобы на каком-нибудь из них получить напряжение, уменьшенное, по сравнению с исходным, во сколько угодно раз.
Простейший делитель напряжения состоит из двух резисторов.
Чем меньшую часть исходного напряжения мы хотим получить и передать в нагрузку,
тем меньше должно быть сопротивление резистора, с которого оно снимается.
Кроме того, сопротивление этого резистора должно быть значительно меньше,
чем сопротивление нагрузки, иначе подключение нагрузки изменит сопротивление всего участка,
и напряжение на нем изменится.
Частенько вместо одного из резисторов делителя используют саму нагрузку. В этом случае второй резистор, на котором гасится избыток напряжения, называют гасящим сопротивлением.
Подключив резистор параллельно нагрузке, можно уменьшить идущий через нее ток. Резистор, который включается для ответвления лишнего тока, порядочные коты называют шунтом (ШУНТ в переводе на русский – обходной путь).
Нормальные герои всегда идут шунтом! (Шутка!)
Чем меньше сопротивление шунта, тем большая часть тока пойдет через него и меньшая через нагрузку.
Уф! Запарилась писать такие объемы на своей КПКошке…
Вопросы есть? Будут – пишите. Может, чего еще из школьной программы вспомню.
<<–Вспомним пройденное—-Поехали дальше–>>
Как вам эта статья? | Заработало ли это устройство у вас? |
10 источников электромагнитного излучения в вашем доме и что с этим делать
В вашем доме существует множество источников электромагнитного излучения. Некоторые из них очевидны, а некоторые скрыты. И хотя существует естественное электромагнитное излучение, электромагнитное излучение, испускаемое домашними искусственными источниками, сильнее и разрушительнее, чем естественные источники.
Вот список из 10 основных источников электромагнитного излучения, которые, вероятно, есть в вашем доме, и то, что вы можете сделать, чтобы защитить себя.
Начнем с наиболее очевидных.
Общеизвестные источники электромагнитного излучения
1. Мобильные телефоны
Мобильные телефоны являются одним из основных источников электромагнитного излучения. И дело не только в силе излучаемого ими электромагнитного излучения. Это потому, что у большинства людей мобильный телефон находится очень близко к телу почти весь день.
Я не впервые упоминаю мобильные телефоны на Shield Your Body. Но это важная тема, которую следует повторить. Большинство людей просто не осознают, какой вред они наносят себе из-за электромагнитного излучения мобильного телефона.
Все больше научных исследований связывают использование сотовых телефонов с опухолями головного мозга, а также с множеством других негативных последствий для здоровья. Даже Международное агентство по изучению рака классифицирует мобильные телефоны как потенциально канцерогенные для человека.
Как защитить себя:
2. Телевидение
Когда я был ребенком, родители всегда просили меня расслабиться перед телевизором. Это потому, что старые технологии испускали много электромагнитного излучения. Дисплеи на новых телевизорах с плоским экраном на самом деле излучают гораздо меньше излучения, чем когда я был ребенком.
Тем не менее, современные телевизоры производят значительные уровни электромагнитного излучения. И это потому, что они стали «умнее».
«Умные телевизоры» или телевизоры, которые могут подключаться к Интернету, производят больше электромагнитного излучения, чем обычные «глупые» телевизоры. У них есть Wi-Fi и другие технологии беспроводной связи, работающие в режиме нон-стоп.
Популярность смарт-телевизоров растет. По оценкам одного источника, в первом квартале 2016 года более половины всех поставленных в мире телевизоров были смарт-телевизорами.
Как защитить себя:
- Не покупайте телевизоры с функцией Wi-Fi.
- Если у вас есть телевизор, ограничьте частоту его использования.
- Установите как можно большее расстояние между собой и телевизором.
3. Микроволновые печи
Микроволновые печи испускают чрезвычайно мощное электромагнитное излучение – буквально достаточно сильного, чтобы готовить пищу!
Микроволновые печи невероятно удобны и невероятно популярны. По данным Бюро статистики труда США, к 1997 году 90% американских семей имели микроволновые печи.К 2011 году это число выросло до 95%. Он есть почти у всех. Быстрая прогулка по проходам вашего супермаркета показывает, сколько продуктов специально предназначено для приготовления в микроволновой печи.
Микроволновые печи испускают электромагнитное микроволновое излучение. Это тот же тип излучения, что и ваши сотовые телефоны, маршрутизаторы Wi-Fi и ноутбуки (внесены в список Всемирной организацией здравоохранения как канцероген класса 2B). Кроме микроволновых печей, они излучают на лот на больше мощности. Электромагнитное излучение, излучаемое вашей микроволновой печью, имеет такую большую мощность, что его достаточно для нагрева и приготовления пищи (и человеческих тканей).
Многие люди не осознают, что микроволновые печи действительно пропускают это излучение – фактически, им это разрешено законом!
В США допускается утечка в микроволновых печах 5 мВт / см2 – и это на момент покупки. По мере того как уплотнение на дверце микроволновой печи со временем ухудшается, утечка увеличивается (это одна из причин, по которой производители микроволновых печей рекомендуют регулярное обслуживание вашей духовки, хотя этого почти никто не делает).
Как защитить себя:
- Используйте вместо нее плиту или тостер.
- Если у вас есть микроволновая печь, проводите ее обслуживание ежегодно, чтобы уплотнение было максимально прочным.
- Держитесь подальше от микроволновой печи, когда она включена. Если возможно, пройдите в следующую комнату. Шутки в сторону. Есть причина, по которой они говорят беременным женщинам не использовать их.
4. Компьютеры
Компьютеры, как и мобильные телефоны, производят большое количество электромагнитного излучения из-за продолжительности их воздействия.
Один из худших способов использования компьютера – это положить его на колени во время работы.Мало того, что большая часть вашего тела контактирует с ЭМП-излучением, ваши репродуктивные органы также подвергаются наибольшему воздействию.
Как защитить себя:
5. Устройства Wi-Fi
Любое устройство, подключенное к сети Wi-Fi или генерирующее сеть Wi-Fi, производит огромное количество электромагнитного излучения. А со всеми «умными» технологиями, которые внедряются в домашние хозяйства, нет ничего необычного в том, чтобы иметь в доме дюжину (или несколько десятков!) Активных беспроводных устройств, работающих без перерыва, круглосуточно и без выходных.
В некоторых источниках упоминается, что к наиболее вредным последствиям устройств Wi-Fi относятся нарушения нервного развития, рак и репродуктивные проблемы.
Как защитить себя:
Скрытые источники ЭМП в вашем доме
Это хорошее начало того, как вы можете бороться с некоторыми из наиболее известных источников ЭМП в вашем доме. Но вы, наверное, не знали, что есть много других. Несмотря на то, что они в значительной степени скрыты, они могут излучать очень значительные уровни электромагнитного излучения.
1. Электропроводка
Грязные удлинители и удлинители могут усилить электромагнитное излучение.Вы можете этого не осознавать, но электропроводка в вашем доме испускает электромагнитное излучение. Это относится ко всей электропроводке, линиям электропередач и электроприборам.
И вся электропроводка в вашем доме тоже может быть источником грязного электричества.
На самом деле, плохо спроектированная электропроводка может производить даже более высокие уровни излучения, чем обычно. Вы можете проверить уровни ЭДС в различных частях вашего дома с помощью измерителя ЭДС (вам понадобится измеритель Гаусса, который может определять так называемые ЭДС сверхнизкой частоты).Предупредите своего электрика во время его следующего визита, чтобы он был начеку на предмет высоких уровней ЭМП.
Как защитить себя:
- Держите мебель подальше от ваших розеток.
- Держитесь подальше от горячих точек ЭМП вокруг блоков предохранителей и источников питания.
- Выключайте свет и бытовые приборы, когда вы ими не пользуетесь.
- Убедитесь, что имеющиеся у вас удлинители не перекрещиваются друг с другом.
2. Диммерные переключатели
Диммерные переключатели, больше, чем обычные переключатели света, являются горячей точкой ЭМП.
Почему это так?
Когда вы уменьшаете яркость света с помощью диммера, неиспользуемая часть электрического тока передается как электромагнитное излучение.
Это означает, что диммерные переключатели в вашем доме могут постоянно испускать ненужное количество электромагнитного излучения.
Как защитить себя:
- Избегайте установки диммерных переключателей
- Переключите диммерные переключатели на обычные выключатели
3. Сантехника
Мало кто знает, что сантехника также испускает электромагнитное излучение.
Видите ли, большинство домов построено из металлических водопроводных труб, проложенных под землей. Если поблизости есть источник ЭМП, например линия электропередач, металлические трубы могут проводить электричество, выделяемое этим источником.
Из-за этого металлические трубы сами могут стать источниками ЭМП.
Как защитить себя:
- Убедитесь, что линии электропередач вокруг вашего дома не имеют плохого заземления. С любыми жалобами на электроэнергию обращайтесь в местные органы власти.
4.Лучистое электрическое отопление
Такие лучистые обогреватели для пола являются мощным источником электромагнитного излучения.Лучистое электрическое отопление, подобное тому, которое вы устанавливаете под полом в ванной или кухне, является основным источником электромагнитного излучения.
Сначала на черновой пол укладывается электрический нагревательный мат, затем перед укладкой плитки на него укладывается термостойкий пластик. Электрический ток питает процесс нагрева, в то время как он испускает электромагнитное излучение.
Некоторые источники предполагают, может ли лучистое электрическое отопление быть связано с заболеваемостью раком.Лучистое электрическое отопление не только дорого, но и вредно для вашего здоровья.
Как защитить себя:
5. Ваш сосед
Сколько сетей Wi-Fi вы видите, когда находитесь дома?Это может показаться вам сюрпризом, но, если подумать, имеет смысл. Если вы живете в непосредственной близости с другими людьми, скорее всего, их ЭМП-излучение попадет и в ваш дом. Их сети Wi-Fi, их умные технологии, их измерители мощности … ЭМП распространяется так, что эмиссии ЭМП ваших соседей окружают вас.
Люди, живущие в квартирах, имеют больше шансов пострадать от радиации, производимой другими людьми, находящимися поблизости.
Если вы не живете в зоне, свободной от ЭМП, вы, вероятно, подвергаетесь воздействию ЭМП вашего соседа.
Как защитить себя:
- С этим труднее справиться, потому что, хотя вы можете контролировать свою домашнюю среду, вы не можете контролировать среду своего соседа. Вы можете попытаться найти районы, где можно жить, с домами, расположенными далеко друг от друга. И если это не сработает, вам следует провести некоторые измерения ЭДС, чтобы увидеть, насколько серьезной может быть проблема, прежде чем определять план действий.
Your Turn
Электромагнитное излучение, кажется, повсюду в доме. К счастью, есть множество способов защитить себя и избежать его вредных побочных эффектов.
Лучшее, что вы можете сделать, – это начать с изучения того, как защитить себя от мобильного телефона, что вы можете сделать бесплатно прямо сейчас.
1. Введение в электромагнитные поля
1. Введение в электромагнитные поля
- 1.1 Что такое электромагнитные поля?
- 1.2 Почему и как были переоценены риски для здоровья, связанные с электромагнитными полями?
1.1 Что такое электромагнитные поля?
Электромагнитные поля представляют собой комбинацию невидимых электрических и магнитных силовых полей. Они порождаются природными явлениями, такими как магнитное поле Земли, а также деятельностью человека, в основном за счет использования электричества.
Мобильные телефоны, линии электропередач и компьютерные экраны являются примерами оборудования, генерирующего электромагнитные поля.
Большинство искусственных электромагнитных полей меняют свое направление через равные промежутки времени в диапазоне от высоких радиочастот (мобильные телефоны) до промежуточных частот (компьютерные экраны) до чрезвычайно низких частот (линии электропередач).
Термин статический относится к полям, которые не меняются во времени (с частотой 0 Гц). Статические магнитные поля используются в медицинской визуализации и генерируются приборами, работающими на постоянном токе.Подробнее …
Таблица 1. Типичные источники электромагнитных полей
1.2 Почему и как была проведена переоценка рисков для здоровья, связанных с электромагнитными полями?
Хорошо задокументировано, что на определенных частотах сильные электромагнитные поля могут вызывать специфические реакции в живой ткани:
- На частотах примерно до 100 кГц (в диапазонах СНЧ и ПЧ) – стимуляция нервов и мышц
- Выше 100 кГц (в радиодиапазоне) – нагрев тканей тела
Эти биологические эффекты являются немедленными, и существующие руководящие принципы воздействия, например, выпущенные Международной комиссией по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP), были установлены для защитить от них.
Однако необходимо оценить влияние длительного воздействия электромагнитных полей низкого уровня, поскольку поля низкого уровня повсеместно присутствуют в нашей окружающей среде.
Был проведен обзор соответствующих научных отчетов с акцентом на статьи, опубликованные после 2000 г., и исследования, признанные релевантными, прокомментированы в заключении. Указываются области, в которых особенно мало литературы, и дается объяснение этой нехватки.
Эта оценка оценивает как потенциальное воздействие на группы людей, которые подвергались воздействию электромагнитных полей в своей повседневной жизни (эпидемиологические данные), так и потенциальные эффекты, наблюдаемые в лаборатории (экспериментальные данные).Основываясь на этих комбинированных данных, он оценивает, существует ли причинно-следственная связь между воздействием электромагнитных полей и некоторыми неблагоприятными последствиями для здоровья. Ответ на этот вопрос не обязательно однозначный «да» или «нет», но выражает весомость доказательств связи между воздействием и воздействием. Если такая связь обнаружена, оценка риска оценивает, насколько сильным будет воздействие на здоровье и насколько велик риск для здоровья при различных уровнях воздействия и схемах воздействия. Полная оценка риска также позволяет оценить степень фактического воздействия на население и оценить влияние воздействия на здоровье населения.Подробнее …
ЭДС и внутреннее сопротивление
ЭДС и внутреннее сопротивлениеследующий: резисторы последовательно и вверх: электрический ток Предыдущее: Сопротивление и удельное сопротивление Теперь настоящие батареи изготавливаются из материалов с ненулевым удельным сопротивлением. Отсюда следует, что настоящие батареи – это не просто источники чистого напряжения. Они также обладают внутренних сопротивлений . Между прочим, чистое напряжение Источник обычно упоминается как ЭДС (что означает электродвижущую силу , ).Конечно, ЭДС измеряется в вольтах. Батарею можно смоделировать как ЭДС, включенную последовательно с резистором. , который представляет собой его внутреннее сопротивление. Предположим, что такие батарея используется для управления током через внешний нагрузочный резистор, так как показано на рис.17. Обратите внимание, что на принципиальных схемах ЭДС представлена в виде двух близко расположенных параллельных линии неравной длины. Электрический потенциал более длинной линии больше, чем тот из более коротких по вольтам. Резистор представлен как зигзагообразная линия.
Рассмотрим батарею на рисунке. Напряжение аккумулятора равно
определяется как разница в электрическом потенциале между его положительным и
отрицательные клеммы: , т.е. , точки и соответственно. Когда мы переходим от к
, электрический потенциал увеличивается на вольт, когда мы пересекаем
ЭДС, но затем уменьшается на вольт, когда мы пересекаем внутренний резистор.Падение напряжения на резисторе следует из закона Ома, из которого следует, что
падение напряжения на резисторе, несущем ток
, находится в том направлении, в котором
текущие потоки. Таким образом, напряжение аккумулятора связано с его ЭДС.
и внутреннее сопротивление через
| (133) |
Обычно мы думаем, что ЭДС батареи по существу постоянная (поскольку она зависит только от химической реакции, происходящей внутри батареи, которая преобразует химическая энергия в электрическую), поэтому мы должны заключить, что напряжение батарея на самом деле уменьшается по мере увеличения тока, потребляемого от нее.Фактически, напряжение равно только ЭДС при пренебрежимо малом токе. Текущий розыгрыш от аккумулятора обычно не может превышать критическое значение
| (134) |
поскольку напряжение становится отрицательным (что может произойти только если резистор нагрузки также отрицательный: это практически невозможно). Отсюда следует, что если мы закоротим аккумулятор, подключив его положительные и отрицательные клеммы вместе с использованием проводника с незначительным сопротивлением, ток, потребляемый батареей, ограничен ее внутренним сопротивлением.Фактически в этом случае ток равен максимально возможному. Текущий .
Настоящая батарея обычно характеризуется его ЭДС (, т.е. , его напряжение при нулевом токе) и максимальный ток, который он может подавать. Например, стандартный сухой элемент (, т.е. , своего рода аккумулятор, используемый для питания калькуляторов и фонарей) обычно рассчитан на и скажи) . Таким образом, ничего действительно катастрофического не произойдет. произойдет, если мы закоротим сухой элемент.Мы разрядим батарею через сравнительно короткий промежуток времени, но опасно большой ток не будет поток. С другой стороны, автомобильный аккумулятор обычно рассчитывается на и что-то вроде (такой ток нужен для запустить стартер). Понятно, что автомобильный аккумулятор должен иметь много меньшее внутреннее сопротивление, чем у сухого элемента. Отсюда следует, что если мы были достаточно глупы, чтобы замкнуть автомобильный аккумулятор, в результате довольно катастрофически (представьте себе всю энергию, необходимую для запуска двигателя автомобиль собирается тонким проводом, соединяющим клеммы аккумулятора вместе).
следующий: резисторы последовательно и вверх: электрический ток Предыдущее: Сопротивление и удельное сопротивление Ричард Фицпатрик 2007-07-14
ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКАСила тока в розетке на 110 В колеблется от времени. Этот тип называется переменного тока или переменного тока .Источник AC обозначается волнистой линией, заключенной в круг (см. Рисунок 34.1). В Зависимость переменного тока или ЭДС источника переменного тока от времени имеет вид
(34,1)
где [epsilon] max – максимальная амплитуда колеблющейся ЭДС и [омега] – угловая частота.
Рисунок 34.1. Символ источника переменного тока.На рисунке 34.2 изображена одноконтурная схема с источником переменной ЭДС и переменного тока. резистор.Ток через резистор будет функцией времени. В величина этого тока может быть получена с помощью второго правила Кирхгофа, которое означает, что
(34.2)
Рисунок 32.2. Одноконтурная схема резистора переменного тока. Таким образом, ток I равен. (34,3)
Уравнение (34.3) показывает, что ток колеблется синфазно с ЭДС.
Мощность, рассеиваемая в резисторе, зависит от протекающего тока и напряжение на резисторе и, следовательно, также является функцией времени:
(34.4)
Средняя мощность, рассеиваемая в резисторе за один цикл, равна
. (34,5)
На последнем этапе вывода уравнения (34.5) мы использовали соотношение между период T и угловая частота [омега] (T = 2 пи / омега). Часто, уравнение (34.5) записано в терминах среднеквадратичного напряжения [epsilon] rms , который определяется как
(34.6)
В терминах [эпсилон] rms мы можем переписать уравнение (34,5) как
(34,7)
Среднеквадратичное напряжение [эпсилон] действующее значение переменного тока источник – это значение постоянного напряжения, которое рассеивает ту же мощность в резистор как напряжение переменного тока с максимальным напряжением, равным [эпсилон] макс. . Бытовое напряжение 115 Вольт – это среднеквадратичное напряжение; фактическое пиковое напряжение, выходящее из дома розетка 163 В.
На рисунке 34.3 показан конденсатор, подключенный к источнику переменной ЭДС. В заряд конденсатора в любой момент можно получить, применив метод Кирхгофа. Второе правило для схемы, показанной на рисунке 34.3, равно
(34,8)
Ток в цепи можно получить, дифференцируя уравнение (34,8) с по времени
(34.9)
Рисунок 34.3. Цепь конденсатора переменного тока. Ток в цепи составляет 90 градусов. не в фазе с ЭДС. Поскольку максимумы тока происходят за четверть цикла до максимумов ЭДС, мы говорим, что ток опережает ЭДС.Уравнение (34.9) принято переписывать как
(34.10)
где
(34,11)
называется емкостным реактивным сопротивлением . Обратите внимание, что уравнение (34.10) очень аналогично уравнению.(34.3) если сопротивление R заменить емкостным реактивное сопротивление X C . Мощность, передаваемая на конденсатор, равна
. (34,12)
Мощность колеблется между положительными и отрицательными крайними значениями и в среднем составляет равно нулю. Эти колебания соответствуют периодам, в течение которых ЭДС источник обеспечивает питание аккумулятора (зарядку) и периоды, в течение которых аккумулятор обеспечивает питание источника ЭДС (разряжается).
На рисунке 34.4 показана схема, состоящая из катушки индуктивности и источника переменная ЭДС. Самоиндуцированная ЭДС на катушке индуктивности равна LdI / dt. Применяя второе правило Кирхгофа к схеме, показанной на рис. 34.4, получаем следующее уравнение для dI / dt:
(34.13)
Рисунок 34.4. Цепь индуктивности переменного тока. Ток I можно получить из уравнения (34.13) путем интегрирования относительно времени и требуя, чтобы величина постоянного тока компонент равен нулю:(34.14)
Сила тока снова 90 градусов. не совпадает по фазе с ЭДС, но на этот раз ЭДС ведет ток. Уравнение (34.14) можно переписать как
(34,15)
где
(34,16)
называется индуктивным сопротивлением . Мощность, передаваемая индуктор равен
(34,17)
а средняя мощность, подаваемая на катушку индуктивности, равна нулю.
Пример: Задача 34.10
Рассмотрим схему, показанную на рисунке 34.5. ЭДС имеет вид [эпсилон] 0 грех ([омега] т). По этой ЭДС и емкости C и индуктивность L, найти мгновенные токи через конденсатор и индуктор. Найдите мгновенный ток и мгновенную мощность поставлено источником ЭДС.
Рисунок 34.5. Проблема 34.10. Схема, показанная на рисунке 34.5 – простой многопетлевой схема. Токи в этой цепи можно определить с помощью петли техника. Рассмотрим две токовые петли I 1 и I 2 показано на рисунке 34.5. Применяя второе правило Кирхгофа к циклу номер 1, мы получить(34.18)
Применяя второе правило Кирхгофа к циклу номер 2, получаем
(34,19)
Уравнение (34.18) можно использовать для определения I 1 :
(34.20)
Уравнение (34.19) можно продифференцировать по времени, чтобы получить Я 2 :
(34.21)
Ток, подаваемый источником ЭДС, равен сумме I 1 и Я 2
(34.22)
Мощность, отдаваемая источником ЭДС, равна
(34,23)
На рисунке 34.6 показана одноконтурная схема, состоящая из индуктора и конденсатор.Предположим, что в момент времени t = 0 с конденсатор заряжен Q 0 и ток в цепи равен нулю. Ток в цепи можно найти с помощью второго правила Кирхгофа, которое требует, чтобы
(34.24)
Рисунок 34.6. LC-цепь. Ток I (t) может быть получен из Q (t) путем дифференцирования Q по времени:(34,25)
Подставляя уравнение (34.25) в уравнение (34.24), получаем
(34.26)
или
(34,27)
Решение уравнения (34.27):
(34,28)
где [phi] – фазовая постоянная, которую необходимо отрегулировать, чтобы она соответствовала начальному условия. Ток в цепи можно получить, подставив уравнение (34.28) в уравнение (34.25):
(34.29)
Начальные условия для схемы, показанной на рисунке 34.6:
. (34.30)
(34.31)
Эти граничные условия выполняются, если [phi] = 0. В этом случае заряд и ток в цепи LC равны
(34,32)
и
(34,33)
Энергия, запасенная на конденсаторе, является функцией времени с момента заряда на нем. это функция времени. Запасенная энергия равна
(34.34)
Энергия, запасенная в катушке индуктивности, также зависит от времени, поскольку ток через это функция времени. Запасенная энергия равна
(34,35)
Уравнение (34.34) и уравнение (34.35) показывают, что максимальная энергия сохраняется в индуктор, когда энергия, запасенная в конденсаторе, равна нулю, и наоборот. В полную энергию цепи можно получить, суммируя энергию, запасенную в конденсатор и энергия, запасенная в катушке индуктивности:
(34.36)
Уравнение (34.36) показывает, что энергия, запасенная в цепи, сохраняется. Это ожидается, поскольку в контуре, в котором ни один из элементов не имеет сопротивления.
На практике схема, показанная на рисунке 34.6, будет иметь некоторое сопротивление (даже хорошие проводники будут иметь конечное сопротивление). Реалистичная схема LRC показано на рисунке 34.7. Применяя второе правило Кирхгофа к схеме, показанной на На рисунке 34.7 получаем
(34.37)
Поскольку ток I равен dQ / dt, мы можем переписать уравнение (34,37) как
(34.38)
Рисунок 34.7. LRC Circuit. Решение дифференциального уравнения, показанного в уравнении (34.38) это(34,39)
Константу [гамма] можно определить, подставив уравнение (34.39) в уравнение (34.38):
(34,40)
Это уравнение должно выполняться всегда.Это будет только в том случае, если члены в скобках равны нулю:
(34,41)
(34,42)
Константа [гамма] определяется уравнением (34.42)
(34,43)
Угловая частота [омега] может быть получена из уравнения (34.41) путем замены уравнение (34,43) для [гамма]
(34,44)
Уравнение (34.39) показывает, что наличие резистора в цепи будет производят затухающее гармоническое движение.Константа демпфирования [гамма] пропорциональна сопротивлению R (см. уравнение (34.43)). Изменение энергии системы можно изучить, посмотрев на максимальный заряд конденсатора. В момент времени t = 0 с конденсатор полностью заряжен с зарядом равным Q 0 и запасенная в конденсаторе энергия равна
(34,45)
После одного цикла (t = 2 [пи] / [омега]) максимальный заряд конденсатора уменьшилось. Это означает, что энергия, запасенная в конденсаторе, также уменьшено
(34.46)
Таким образом, относительное изменение электрической энергии системы равно на номер
(34,47)
Потери электроэнергии в цепи LRC обычно выражаются через качество Q-value »
(34,48)
Высокая добротность указывает на низкое сопротивление и, как следствие, на малую относительные потери энергии за цикл.
Рисунок 34.8. Управляемая схема LCR. В результате демпфирования в цепи LRC амплитуда колебания будут постепенно уменьшаться.Чтобы выдержать колебание в цепи LRC необходимо подавать энергию, например, путем подключения колебательный источник ЭДС в цепь. Рассмотрим схему, показанную на рисунке 34.8 состоящий из переменного источника ЭДС, резистора R, конденсатора С, и индуктор L. Предположим, что ЭДС имеет угловую частоту [омега] и максимальная амплитуда [эпсилон] макс :(34,49)
Применение второго правила Кирхгофа к схеме, показанной на рисунке 34.8 производит следующее соотношение
(34,50)
В установившемся режиме ток в цепи будет колебаться с та же угловая частота [омега], что и у источника ЭДС, но не обязательно в фаза. Таким образом, наиболее общее решение для тока –
. (34,51)
где [фи] называется фазовым углом между током и эдс. В максимальный ток I max и фазовый угол [фи] можно определить по формуле подставив ур.(34.51) в уравнении (34.50):
(34,52)
Уравнение (34.52) можно переписать с использованием тригонометрических тождеств как
(34,53)
Это уравнение может быть выполнено только в том случае, если выражения в скобках имеют вид равно нулю. Для этого требуется
(34,54)
и
(34,55)
Уравнение (34.55) может использоваться для определения фазового угла:
(34.56)
Уравнение (34.54) может использоваться для определения максимального тока:
(34,57)
Подставляя уравнение (34,56) в уравнение (34,57), получаем для максимального тока
(34,58)
Количество
(34,59)
называется импедансом цепи LCR.
Уравнение (34.58) показывает, что максимальная амплитуда достигается, когда
(34.60)
Максимальная амплитуда тока
(34,61)
Система достигает максимальной амплитуды, когда частота возбуждения [omega] приложенной ЭДС равна
(34,62)
Эта частота является собственной частотой LC-цепи, о которой говорилось ранее. Когда система приводится в действие на собственной частоте, говорят, что она находится в резонанс.
Сокращение, которое можно использовать для определения амплитуды и фазы тока. в цепи переменного тока – это векторная диаграмма.На векторной диаграмме амплитуда синусоидальная функция представлена отрезком линии, длина которого равна ее длине. амплитуда. Фаза представлена углом между отрезком линии и горизонтальная ось. Сумма падений напряжения на компонентах Тогда схема эквивалентна векторной сумме векторов. Чтобы проиллюстрировать с помощью векторных диаграмм определяем амплитуду и фазу контура LCR только что обсуждалось. Приложенная ЭДС и индуцированный ток определяются следующими уравнения:
(34.63)
Напряжения на резисторе, конденсаторе и катушке индуктивности равны
. (34,64)
Три вектора, соответствующие этим трем напряжениям, показаны на векторном изображении. диаграмма на рисунке 34.9. Падение напряжения на резисторе имеет такое же фаза как ток. Также указана векторная сумма этих трех векторов. и должна быть равна приложенной ЭДС. Амплитуда векторной суммы три вектора должны быть равны амплитуде приложенной ЭДС.Таким образом
(34,65)
Фаза векторной суммы векторов на рисунке 34.9 равна [omega] t, и угол между током (и вектором, представляющим падение напряжения через резистор), а векторная сумма векторов равна фазе угол [фи]. Из рисунка 34.9 видно, что
(34.66)
Рисунок 34.9. Схема фазора для цепи LCR.Пример: проблема 34.26
Рассмотрим схему, показанную на рисунке 34.10. Колебательный источник ЭДС создает синусоидальную ЭДС амплитудой 0,80 В и частотой 400 Гц. В индуктивность составляет 5,0 x 10 -2 Гн, а емкости – 8,0 x 10 -7 F и 16,0 x 10 -7 F. Найдите максимальное мгновенное значение ток в каждом конденсаторе.
Рассмотрим сначала два конденсатора. ЭДС на каждом конденсаторе должна всегда быть таким же.Это означает, что
(34.67)
Рисунок 34.10. Проблема 34.26. Перезапись уравнения (34.67) через текущий I 1 через конденсатор C 1 и ток I 2 через конденсатор C 2 получаем(34,68)
или
(34,69)
Уравнение (34.69) всегда может быть истинным, только если подынтегральное выражение равно нуль.Для этого требуется
(34,70)
Для определения максимального тока в цепи воспользуемся вектором техника только что обсуждалась. Рассмотрим векторную диаграмму, показанную на рисунке 34.11. Вектор, обозначенный I, указывает ток в цепи. Напряжения на катушка индуктивности и конденсатор сдвинуты по фазе на 90 градусов с током и обозначены на рисунке 34.11 векторами V L и В С .Суммарное падение напряжения на элементах схемы (векторная сумма из V L и V C ) также на 90 градусов не совпадают по фазе с Текущий. Поскольку полное падение напряжения на элементах схемы должно быть равной приложенной ЭДС, заключаем, что фазовый угол между токами а ЭДС составляет +/- 90 градусов. Знак зависит от значений индуктивности, емкость и угловая частота ЭДС.
Рисунок 34.11. Фазорная диаграмма задачи 34.26. Величина векторной суммы напряжений на индуктор и конденсатор должны быть равны по величине ЭДС. Таким образом,(34,71)
Уравнение (34.71) можно использовать для определения максимального тока в цепи:
(34,72)
Емкость C, используемая в уравнении (34.72), является чистой емкостью параллельного сеть, состоящая из конденсатора C 1 и конденсатора C 2 (C = C 1 + C 2 ).Сумма токов, протекающих через конденсаторов равен максимальному току в уравнении (34,73). Чтобы определить ток через конденсатор C1 и конденсатор C2, мы можем объединить уравнение (34.72) и уравнение (34,70). Таким образом получаем
(34,73)
и
(34,74)
Пример: задача 34.32
RC-цепь состоит из резистора с R = 0,80 [Омега] и конденсатор с C = 1.5 x 10 -4 F, соединенных последовательно с колебательный источник ЭДС. Источник генерирует синусоидальную ЭДС с e max = 0,40 В и угловая частота равна 9 x 10 3 рад / с. Найдите максимальный ток в цепи. Найдите фазовый угол тока и нарисуйте векторную диаграмму с правильными длинами и углами для фазоры. Найдите среднее значение рассеиваемой мощности на резисторе.
Приложенная ЭДС и падение потенциала на элементах схемы в RC схемы перечислены в ур.(34,75).
(34.75a)
(34,75b)
(34,75c)
Векторы, представляющие падение напряжения на резисторе и на конденсатора показаны на рисунке 34.12. Векторная сумма этих векторов также равна указано. Величина векторной суммы векторов должна быть равна величина приложенной ЭДС. Таким образом
(34,76)
Таким образом, максимальный ток равен
. (34.77)
Рисунок 34.12. Фазорная диаграмма задачи 34.32. Фазовый угол [фи] можно легко вычислить (см. Рис. 34.12). Определяется(34,78)
Трансформатор состоит из двух катушек, намотанных на железный сердечник (см. Рисунок 34,13). Железный сердечник увеличивает силу магнитного поля в своем интерьер большой долей (до 5000) и, как следствие, силовые линии должен сконцентрироваться в утюге.Одна из катушек, первичная катушка, подключена к источнику переменной ЭДС.
ЭДС, индуцированная в первичной обмотке, связана со скоростью изменения магнитный поток (закон индукции Фарадея):
(34,79)
Применяя второе правило Кирхгофа к первичному контуру, заключаем, что наведенная ЭДС в катушке должна быть равна приложенной ЭДС. Таким образом
(34.80)
Рисунок 34.13. Трансформатор. Все силовые линии, проходящие через обмотку катушки 1, также будут проходят через обмотку катушки 2. Поток через каждую обмотку первичной катушка поэтому равна потоку через каждую обмотку вторичной катушки. Если первичная обмотка имеет N 1 обмоток, а вторичная обмотка имеет N 2 обмоток, тогда общий поток через две катушки соотносится(34,81)
или
(34.82)
Изменение магнитного потока первичной обмотки будет связано с тем же способ изменения потока во вторичной обмотке:
(34,83)
ЭДС, индуцированная во вторичной катушке, может быть получена с помощью закона Фарадея. и может быть выражена через ЭДС в первичной цепи:
(34,84)
Эта ЭДС доступна для различных нагрузок во вторичной цепи.
Если вторичная цепь разомкнута, в ней не будет протекать ток, а первичная схема – это не что иное, как одноконтурная схема с переменным источником ЭДС и индуктора.Средняя мощность, рассеиваемая ЭДС в таком цепь равна нулю, и, следовательно, трансформатор не потребляет электрическую власть.
Если вторичная цепь подключена к нагрузке, ток будет течь. Этот индуцированный ток изменит магнитный поток в трансформаторе и вызовет ток в первичной обмотке. Если это произойдет, первичный контур будет потреблять власть. В идеальном конденсаторе мощность, отдаваемая источником ЭДС в первичная цепь равна мощности, которую вторичная цепь поставляет своему нагрузка.Таким образом
(34,85)
Отправляйте комментарии, вопросы и / или предложения по электронной почте на адрес [email protected] и / или посетите домашнюю страницу Фрэнка Вольфса.
Радиация и здоровье
Справочная информация
Декабрь 2005 г.
По мере индустриализации общества и продолжения технологической революции наблюдается беспрецедентный рост числа и разнообразия источников электромагнитного поля (ЭМП). Эти источники включают блоки видеодисплея (VDU), связанные с компьютерами, мобильными телефонами и их базовыми станциями.Хотя эти устройства сделали нашу жизнь богаче, безопаснее и проще, они сопровождались опасениями по поводу возможных рисков для здоровья из-за их электромагнитного излучения.
В течение некоторого времени некоторые люди сообщали о различных проблемах со здоровьем, которые они связаны с воздействием ЭМП. В то время как некоторые люди сообщают о легких симптомах и реагируют, стараясь избегать полей, насколько это возможно, другие страдают настолько сильно, что прекращают работу и полностью меняют свой образ жизни. Эту предполагаемую чувствительность к ЭМП обычно называют «электромагнитной гиперчувствительностью» или EHS.
Этот информационный бюллетень описывает, что известно об этом заболевании, и предоставляет информацию о том, как помочь людям с такими симптомами. Предоставленная информация основана на семинаре ВОЗ по гиперчувствительности к электричеству (Прага, Чешская Республика, 2004 г.), международной конференции по ЭМП и неспецифическим симптомам здоровья (COST244bis, 1998 г.), отчете Европейской комиссии (Bergqvist and Vogel, 1997) и недавних исследованиях. обзоры литературы.
Что такое EHS?
EHS характеризуется множеством неспецифических симптомов, которые пациенты связывают с воздействием ЭМП.Наиболее часто наблюдаемые симптомы включают дерматологические симптомы (покраснение, покалывание и жжение), а также неврастенические и вегетативные симптомы (утомляемость, утомляемость, проблемы с концентрацией внимания, головокружение, тошнота, учащенное сердцебиение и нарушения пищеварения). Набор симптомов не является частью какого-либо признанного синдрома.
EHS напоминает множественную химическую чувствительность (MCS), еще одно заболевание, связанное с низким уровнем воздействия химических веществ в окружающей среде. И EHS, и MCS характеризуются рядом неспецифических симптомов, которые не имеют явной токсикологической или физиологической основы или независимой проверки.Более общий термин для обозначения чувствительности к факторам окружающей среды – это идиопатическая непереносимость окружающей среды (IEI), которая возникла на семинаре, созванном Международной программой по химической безопасности (IPCS) ВОЗ в 1996 году в Берлине. IEI – это дескриптор, не имеющий никакого отношения к химической этиологии, иммунологической чувствительности или чувствительности к ЭМП. IEI включает в себя ряд расстройств, имеющих сходные неспецифические необъяснимые с медицинской точки зрения симптомы, которые неблагоприятно влияют на людей. Однако, поскольку термин EHS широко используется, он будет использоваться здесь и дальше.
Распространенность
Существует очень широкий диапазон оценок распространенности EHS среди населения в целом. По оценке центров профессиональной медицины, распространенность EHS составляет несколько человек на миллион населения. Однако опрос групп самопомощи дал гораздо более высокие оценки. Приблизительно 10% зарегистрированных случаев EHS считались тяжелыми.
Распространенность EHS и симптомы, о которых сообщают, также сильно различаются по географическому признаку.Зарегистрированная заболеваемость EHS была выше в Швеции, Германии и Дании, чем в Великобритании, Австрии и Франции. Симптомы, связанные с УВО, были более распространены в скандинавских странах и чаще были связаны с кожными заболеваниями, чем где-либо в Европе. Симптомы, сходные с симптомами, о которых сообщают лица, страдающие EHS, распространены среди населения в целом.
Исследования лиц, страдающих EHS
Был проведен ряд исследований, в которых люди, страдающие EHS, подвергались воздействию ЭМП, аналогичных тем, которые они приписывали причиной своих симптомов.Целью было выявить симптомы в контролируемых лабораторных условиях.
Большинство исследований показывают, что лица, страдающие EHS, не могут определять воздействие ЭМП более точно, чем люди, не страдающие EHS. Хорошо контролируемые и проведенные двойные слепые исследования показали, что симптомы не коррелировали с воздействием ЭМП.
Было высказано предположение, что симптомы, которые испытывают некоторые люди с EHS, могут возникать из-за факторов окружающей среды, не связанных с EMF. Примеры могут включать «мерцание» от флуоресцентных ламп, блики и другие проблемы со зрением с дисплеями, а также плохую эргономичность компьютерных рабочих станций.Другие факторы, которые могут иметь значение, включают плохое качество воздуха в помещении или стресс на рабочем месте или в жилой среде.
Есть также некоторые признаки того, что эти симптомы могут быть вызваны ранее существовавшими психическими заболеваниями, а также реакциями на стресс в результате беспокойства по поводу воздействия ЭМП на здоровье, а не самого воздействия ЭМП.
Выводы
EHS характеризуется множеством неспецифических симптомов, которые у разных людей различаются. Симптомы, безусловно, реальны и могут сильно различаться по степени тяжести.Какой бы ни была причина, EHS может стать причиной инвалидности для пострадавшего. EHS не имеет четких диагностических критериев, и нет научных оснований для связи симптомов EHS с воздействием ЭМП. Кроме того, EHS – это не медицинский диагноз, и неясно, что он представляет собой единственную медицинскую проблему.
Врачи: Лечение пострадавших должно быть сосредоточено на симптомах здоровья и клинической картине, а не на предполагаемой потребности человека в снижении или устранении ЭМП на рабочем месте или дома.Для этого требуется:
- медицинское обследование для выявления и лечения любых конкретных состояний, которые могут быть ответственны за симптомы,
- психологическое обследование для выявления альтернативных психиатрических / психологических состояний, которые могут быть ответственны за симптомы,
- оценка состояния на рабочем месте и дома для факторов, которые могут способствовать появлению представленных симптомов. К ним могут относиться загрязнение воздуха в помещении, чрезмерный шум, плохое освещение (мерцающий свет) или эргономические факторы.Могут быть уместными снижение стресса и другие улучшения в рабочей ситуации.
Для лиц, страдающих EHS с длительными симптомами и тяжелыми физическими недостатками, терапия должна быть направлена главным образом на уменьшение симптомов и функциональных нарушений. Это следует делать в тесном сотрудничестве с квалифицированным медицинским специалистом (для рассмотрения медицинских и психологических аспектов симптомов) и гигиенистом (для выявления и, при необходимости, контроля факторов окружающей среды, которые, как известно, оказывают неблагоприятное воздействие на здоровье. актуальны для пациента).
Лечение должно быть направлено на установление эффективных отношений между врачом и пациентом, помогать в разработке стратегий выхода из ситуации и побуждать пациентов вернуться к работе и вести нормальную социальную жизнь.
EHS: Помимо лечения профессионалами, группы самопомощи могут быть ценным ресурсом для EHS.
Правительства: Правительствам следует предоставлять соответствующим образом адресную и сбалансированную информацию о потенциальных опасностях для здоровья людей, страдающих EHS, медицинских работников и работодателей.Информация должна включать четкое заявление о том, что в настоящее время не существует научных оснований для связи между EHS и воздействием ЭМП.
Исследователи: Некоторые исследования показывают, что определенные физиологические реакции людей с EHS, как правило, выходят за пределы нормы. В частности, необходимо отслеживать гиперреактивность в центральной нервной системе и дисбаланс в вегетативной нервной системе в ходе клинических исследований, а результаты для людей должны приниматься в качестве исходных данных для возможного лечения.
Чем занимается ВОЗ
ВОЗ в рамках своего Международного проекта по ЭМП определяет потребности в исследованиях и координирует всемирную программу исследований ЭМП, чтобы лучше понять любой риск для здоровья, связанный с воздействием ЭМП. Особое внимание уделяется возможным последствиям для здоровья ЭМП низкого уровня. Информация о проекте EMF и эффектах EMF представлена в серии информационных бюллетеней на нескольких языках www.who.int/emf/.
ДЛЯ ДАЛЬНЕЙШЕГО ЧТЕНИЯ
Семинар ВОЗ по электромагнитной гиперчувствительности (2004 г.), 25-27 октября, Прага, Чешская Республика, www.who.int/peh-emf/meetings/hypersensitivity_prague2004/en/index.html
COST244bis (1998) Материалы международного семинара Cost 244bis по электромагнитным полям и неспецифическим симптомам здоровья. 19-20 сентября 1998 г., Грац, Австрия
Bergqvist U and Vogel E (1997) Возможные последствия для здоровья субъективных симптомов и электромагнитного поля. Отчет, подготовленный европейской группой экспертов для Европейской комиссии, DGV. Arbete och Hälsa, 1997: 19. Шведский национальный институт трудовой жизни, Стокгольм, Швеция.ISBN 91-7045-438-8.
Rubin GJ, Das Munshi J, Wessely S. (2005) Электромагнитная гиперчувствительность: систематический обзор исследований провокаций. Psychosom Med. 2005 март-апрель; 67 (2): 224-32
Seitz H, Stinner D, Eikmann Th, Herr C, Roosli M. (2005) Электромагнитная гиперчувствительность (EHS) и субъективные жалобы на здоровье, связанные с электромагнитными полями мобильной телефонной связи. — обзор литературы, опубликованный между 2000 и 2004 годами. Наука об окружающей среде в целом, 20 июня (EPub перед печатью).
Стауденмайер Х. (1999) Экологические заболевания, Lewis Publishers, Вашингтон, округ Колумбия, 1999, ISBN 1-56670-305-0.
Электродвижущая сила – Университетская физика, том 2
Цели обучения
К концу раздела вы сможете:
- Опишите электродвижущую силу (ЭДС) и внутреннее сопротивление батареи
- Объясните, как работает аккумулятор
Если вы забудете выключить автомобильные фары, они будут постепенно тускнеть по мере разрядки аккумулятора.Почему они не мигают внезапно, когда батарея разряжена? Их постепенное затемнение означает, что выходное напряжение батареи уменьшается по мере разряда батареи. Причина снижения выходного напряжения для разряженных батарей заключается в том, что все источники напряжения состоят из двух основных частей – источника электрической энергии и внутреннего сопротивления. В этом разделе мы исследуем источник энергии и внутреннее сопротивление.
Введение в электродвижущую силу
Voltage имеет множество источников, некоторые из которых показаны на (Рисунок).Все такие устройства создают разность потенциалов и могут подавать ток, если подключены к цепи. Особый тип разности потенциалов известен как электродвижущая сила (ЭДС). ЭДС – это вовсе не сила, но термин «электродвижущая сила» используется по историческим причинам. Он был изобретен Алессандро Вольта в 1800-х годах, когда он изобрел первую батарею, также известную как гальваническая батарея. Поскольку электродвижущая сила не является силой, принято называть эти источники просто источниками ЭДС (произносимыми буквами «ee-em-eff»), а не источниками электродвижущей силы.
Разнообразные источники напряжения. а) ветряная электростанция Бразос в Флуванна, штат Техас; (б) Красноярская плотина в России; (c) солнечная ферма; (d) группа никель-металлогидридных батарей. Выходное напряжение каждого устройства зависит от его конструкции и нагрузки. Выходное напряжение равно ЭДС только при отсутствии нагрузки. (кредит a: модификация работы Стига Найгаарда; кредит b: модификация работы «vadimpl» / Wikimedia Commons; кредит c: модификация работы «The tdog» / Wikimedia Commons; кредит d: модификация работы «Itrados») / Wikimedia Commons)
Если электродвижущая сила вовсе не сила, то что такое ЭДС и что является источником ЭДС? Чтобы ответить на эти вопросы, рассмотрим простую схему лампы 12 В, подключенной к батарее 12 В, как показано на (Рисунок).Батарею можно смоделировать как устройство с двумя выводами, которое поддерживает один вывод с более высоким электрическим потенциалом, чем второй вывод. Более высокий электрический потенциал иногда называют положительной клеммой и обозначают знаком плюс. Клемму с более низким потенциалом иногда называют отрицательной клеммой и обозначают знаком минус. Это источник ЭДС.
Источник ЭДС поддерживает на одном выводе более высокий электрический потенциал, чем на другом выводе, действуя как источник тока в цепи.
Когда источник ЭДС не подключен к лампе, нет чистого потока заряда внутри источника ЭДС. Как только батарея подключена к лампе, заряды текут от одной клеммы батареи через лампу (в результате чего лампа загорается) и обратно к другой клемме батареи. Если мы рассмотрим протекание положительного (обычного) тока, положительные заряды покидают положительный вывод, проходят через лампу и попадают в отрицательный вывод.
Положительный ток используется для большей части анализа схем в этой главе, но в металлических проводах и резисторах наибольший вклад в ток вносят электроны, протекающие в направлении, противоположном положительному потоку тока.Поэтому более реалистично рассмотреть движение электронов для анализа схемы на (рисунок). Электроны покидают отрицательную клемму, проходят через лампу и возвращаются к положительной клемме. Чтобы источник ЭДС поддерживал разность потенциалов между двумя выводами, отрицательные заряды (электроны) должны перемещаться с положительного вывода на отрицательный. Источник ЭДС действует как накачка заряда, перемещая отрицательные заряды от положительного вывода к отрицательному для поддержания разности потенциалов.Это увеличивает потенциальную энергию зарядов и, следовательно, электрический потенциал зарядов.
Сила, действующая на отрицательный заряд от электрического поля, действует в направлении, противоположном электрическому полю, как показано на (Рисунок). Чтобы отрицательные заряды переместились на отрицательный вывод, необходимо провести работу с отрицательными зарядами. Для этого требуется энергия, которая возникает в результате химических реакций в батарее. Потенциал поддерживается высоким на положительной клемме и низким на отрицательной клемме, чтобы поддерживать разность потенциалов между двумя клеммами.ЭДС равна работе, выполняемой над зарядом на единицу заряда при отсутствии тока. Поскольку единицей измерения работы является джоуль, а единицей заряда – кулон, единицей измерения ЭДС является
вольт.Напряжение на клеммах батареи – это напряжение, измеренное на клеммах батареи, когда к клемме не подключена нагрузка. Идеальная батарея – это источник ЭДС, который поддерживает постоянное напряжение на клеммах, независимо от тока между двумя клеммами. Идеальная батарея не имеет внутреннего сопротивления, а напряжение на клеммах равно ЭДС батареи.В следующем разделе мы покажем, что у реальной батареи есть внутреннее сопротивление, а напряжение на клеммах всегда меньше, чем ЭДС батареи.
Источник потенциала аккумуляторной батареи
ЭДС батареи определяется сочетанием химических веществ и составом выводов батареи. Свинцово-кислотные аккумуляторы, используемые в автомобилях и других транспортных средствах, представляют собой одну из наиболее распространенных комбинаций химических веществ. (Рисунок) показывает одну ячейку (одну из шести) этой батареи. Катодная (положительная) клемма ячейки соединена с пластиной из оксида свинца, а анодная (отрицательная) клемма подключена к свинцовой пластине.Обе пластины погружены в серную кислоту, электролит для системы.
Химические реакции в свинцово-кислотном элементе разделяют заряд, отправляя отрицательный заряд на анод, который соединен со свинцовыми пластинами. Пластины из оксида свинца подключаются к положительному или катодному выводу ячейки. Серная кислота проводит заряд, а также участвует в химической реакции.
Небольшое знание того, как взаимодействуют химические вещества в свинцово-кислотной батарее, помогает понять потенциал, создаваемый батареей.(Рисунок) показывает результат единственной химической реакции. На аноде помещаются два электрона, что делает его отрицательным, при условии, что катод снабжает два электрона. Это оставляет катод положительно заряженным, потому что он потерял два электрона. Короче говоря, разделение заряда было вызвано химической реакцией.
Обратите внимание, что реакция не происходит, если нет замкнутой цепи, позволяющей подавать два электрона на катод. Во многих случаях эти электроны выходят из анода, проходят через сопротивление и возвращаются на катод.Отметим также, что, поскольку в химических реакциях участвуют вещества, обладающие сопротивлением, невозможно создать ЭДС без внутреннего сопротивления.
В свинцово-кислотной батарее два электрона вытесняются на анод элемента, а два электрона удаляются с катода элемента. В результате химической реакции в свинцово-кислотной батарее два электрона помещаются на анод и два электрона удаляются с катода. Для продолжения требуется замкнутая цепь, так как два электрона должны быть доставлены на катод.
Внутреннее сопротивление и напряжение на клеммах
Величина сопротивления току внутри источника напряжения называется внутренним сопротивлением. Внутреннее сопротивление r батареи может вести себя сложным образом. Обычно она увеличивается по мере разряда батареи из-за окисления пластин или снижения кислотности электролита. Однако внутреннее сопротивление также может зависеть от величины и направления тока через источник напряжения, его температуры и даже его предыстории.Например, внутреннее сопротивление перезаряжаемых никель-кадмиевых элементов зависит от того, сколько раз и насколько глубоко они были разряжены. Простая модель батареи состоит из идеализированного источника ЭДС и внутреннего сопротивления r ((рисунок)).
Батарею можно смоделировать как идеализированную ЭДС с внутренним сопротивлением ( r ). Напряжение на клеммах аккумулятора.Предположим, что внешний резистор, известный как сопротивление нагрузки R , подключен к источнику напряжения, например к батарее, как показано на (Рисунок).На рисунке показана модель батареи с ЭДС, внутренним сопротивлением R и нагрузочным резистором R , подключенным к ее клеммам. При обычном протекании тока положительные заряды покидают положительную клемму батареи, проходят через резистор и возвращаются к отрицательной клемме батареи. Напряжение на клеммах аккумулятора зависит от ЭДС, внутреннего сопротивления и силы тока и равно
.При заданной ЭДС и внутреннем сопротивлении напряжение на клеммах уменьшается по мере увеличения тока из-за падения потенциала Ir внутреннего сопротивления.
Схема источника напряжения и его нагрузочного резистора R . Поскольку внутреннее сопротивление r включено последовательно с нагрузкой, оно может существенно повлиять на напряжение на клеммах и ток, подаваемый на нагрузку.
График разности потенциалов на каждом элементе цепи показан на (рисунок). По цепи проходит ток I , а падение потенциала на внутреннем резисторе равно Ir . Напряжение на клеммах равно падению потенциала на нагрузочном резисторе.Как и в случае с потенциальной энергией, важно изменение напряжения. Когда используется термин «напряжение», мы предполагаем, что это на самом деле изменение потенциала, или. Однако для удобства часто опускается.
График зависимости напряжения через цепь батареи и сопротивления нагрузки. Электрический потенциал увеличивает ЭДС батареи из-за химических реакций, выполняющих работу с зарядами. В аккумуляторе происходит снижение электрического потенциала из-за внутреннего сопротивления.Потенциал уменьшается из-за внутреннего сопротивления, в результате чего напряжение на клеммах аккумулятора равно. Затем напряжение уменьшается на ( IR ). Сила тока равнаТок через нагрузочный резистор равен. Из этого выражения видно, что чем меньше внутреннее сопротивление r , тем больший ток подает источник напряжения на свою нагрузку R . По мере разряда батарей r увеличивается. Если r становится значительной частью сопротивления нагрузки, то ток значительно снижается, как показано в следующем примере.
Анализ цепи с батареей и нагрузкой У данной батареи есть ЭДС 12,00 В и внутреннее сопротивление. (a) Рассчитайте напряжение на его клеммах при подключении к нагрузке. (b) Какое напряжение на клеммах при подключении к нагрузке? (c) Какая мощность рассеивает нагрузка? (d) Если внутреннее сопротивление увеличивается до, найдите ток, напряжение на клеммах и мощность, рассеиваемую нагрузкой.
Стратегия Приведенный выше анализ дал выражение для тока с учетом внутреннего сопротивления.Как только ток будет найден, можно рассчитать напряжение на клеммах, используя уравнение. Как только ток будет найден, мы также сможем найти мощность, рассеиваемую резистором.
Решение
- Если ввести указанные значения ЭДС, сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления в выражение выше, получим
Введите известные значения в уравнение, чтобы получить напряжение на клеммах:
Напряжение на клеммах здесь лишь немного ниже, чем ЭДС, что означает, что ток, потребляемый этой легкой нагрузкой, не имеет значения. - Аналогично с, ток
Напряжение на клеммах теперь
Напряжение на клеммах значительно снизилось по сравнению с ЭДС, что означает большую нагрузку на эту батарею. «Сильная нагрузка» означает большее потребление тока от источника, но не большее сопротивление. - Мощность, рассеиваемая нагрузкой, может быть найдена по формуле. Ввод известных значений дает
Обратите внимание, что эту мощность также можно получить с помощью выражения, где В, – напряжение на клеммах (10.0 В в данном случае). - Здесь внутреннее сопротивление увеличилось, возможно, из-за разряда батареи, до точки, в которой оно равно сопротивлению нагрузки. Как и прежде, мы сначала находим ток, вводя известные значения в выражение, что дает
Теперь напряжение на клеммах
, а мощность, рассеиваемая нагрузкой, равна
Мы видим, что увеличившееся внутреннее сопротивление значительно снизило напряжение на клеммах, ток и мощность, подаваемую на нагрузку.
Значение Внутреннее сопротивление батареи может увеличиваться по многим причинам. Например, внутреннее сопротивление перезаряжаемой батареи увеличивается с увеличением количества раз, когда батарея перезаряжается. Повышенное внутреннее сопротивление может иметь двоякое влияние на аккумулятор. Сначала снизится напряжение на клеммах. Во-вторых, аккумулятор может перегреться из-за повышенной мощности, рассеиваемой внутренним сопротивлением.
Проверьте свое понимание Если вы поместите провод прямо через две клеммы батареи, эффективно закоротив клеммы, батарея начнет нагреваться.Как вы думаете, почему это происходит?
Если к клеммам подключен провод, сопротивление нагрузки близко к нулю или, по крайней мере, значительно меньше внутреннего сопротивления батареи. Поскольку внутреннее сопротивление невелико, ток в цепи будет большим. Большой ток вызывает рассеивание большой мощности на внутреннем сопротивлении. Мощность рассеивается в виде тепла.
Тестеры батарей
Тестеры батарей, такие как показанные на (Рисунок), используют малые нагрузочные резисторы, чтобы намеренно потреблять ток, чтобы определить, падает ли потенциал клемм ниже допустимого уровня.Хотя измерить внутреннее сопротивление батареи сложно, тестеры батареи могут обеспечить измерение внутреннего сопротивления батареи. Если внутреннее сопротивление велико, батарея разряжена, о чем свидетельствует низкое напряжение на клеммах.
Тестеры аккумуляторов измеряют напряжение на клеммах под нагрузкой, чтобы определить состояние аккумулятора. (a) Техник-электронщик ВМС США использует тестер аккумуляторов для проверки больших аккумуляторов на борту авианосца USS Nimitz .Тестер батарей, который она использует, имеет небольшое сопротивление, которое может рассеивать большое количество энергии. (b) Показанное небольшое устройство используется на небольших батареях и имеет цифровой дисплей для индикации допустимого напряжения на клеммах. (кредит А: модификация работы Джейсона А. Джонстона; кредит б: модификация работы Кейта Уильямсона)
Некоторые батареи можно заряжать, пропуская через них ток в направлении, противоположном току, который они подают в прибор. Это обычно делается в автомобилях и батареях для небольших электроприборов и электронных устройств ((Рисунок)).Выходное напряжение зарядного устройства должно быть больше, чем ЭДС аккумулятора, чтобы ток через него реверсировал. Это приводит к тому, что напряжение на клеммах аккумулятора становится больше, чем ЭДС, поскольку и I теперь отрицательное.
Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора меняет нормальное направление тока через аккумулятор, обращая вспять его химическую реакцию и восполняя ее химический потенциал.
Важно понимать последствия внутреннего сопротивления источников ЭДС, таких как батареи и солнечные элементы, но часто анализ цепей выполняется с помощью напряжения на клеммах батареи, как мы делали в предыдущих разделах.Напряжение на клеммах обозначается просто как В, , без индекса «клемма». Это связано с тем, что внутреннее сопротивление батареи трудно измерить напрямую и может со временем измениться.
Сводка
- Все источники напряжения состоят из двух основных частей: источника электроэнергии с характеристической электродвижущей силой (ЭДС) и внутреннего сопротивления r . ЭДС – это работа, совершаемая за один заряд для поддержания постоянной разности потенциалов источника.ЭДС равна разности потенциалов на клеммах при отсутствии тока. Внутреннее сопротивление r источника напряжения влияет на выходное напряжение при протекании тока.
- Выходное напряжение устройства называется напряжением на его клеммах и выражается выражением, где I – электрический ток, положительный, когда он течет от положительной клеммы источника напряжения, а r – внутреннее сопротивление.
Концептуальные вопросы
Как внутреннее сопротивление перезаряжаемой батареи повлияет на энергию, используемую для зарядки батареи?
Часть энергии, используемой для перезарядки батареи, будет рассеиваться в виде тепла за счет внутреннего сопротивления.
Батарея с внутренним сопротивлением r и эдс 10,00 В подключена к нагрузочному резистору. По мере старения батареи внутреннее сопротивление увеличивается втрое. Насколько уменьшен ток через нагрузочный резистор?
Покажите, что мощность, рассеиваемая нагрузочным резистором, максимальна, когда сопротивление нагрузочного резистора равно внутреннему сопротивлению батареи.
Проблемы
Автомобильный аккумулятор с ЭДС 12 В и внутренним сопротивлением заряжается током 60 А.Обратите внимание, что в этом процессе аккумулятор заряжается. а) Какова разность потенциалов на его выводах? (б) С какой скоростью рассеивается тепловая энергия в батарее? (c) С какой скоростью электрическая энергия преобразуется в химическую энергию?
Наклейка на радио с батарейным питанием рекомендует использовать никель-кадмиевый аккумулятор (никель), хотя он имеет ЭДС 1,25 В, тогда как щелочной элемент имеет ЭДС 1,58 В. У радио есть сопротивление. (а) Нарисуйте принципиальную схему радиоприемника и его батареи.Теперь рассчитайте мощность, подаваемую на радио (б) при использовании никадовых элементов, каждый из которых имеет внутреннее сопротивление, и (в) при использовании щелочных элементов, имеющих внутреннее сопротивление. (d) Кажется ли эта разница значительной, учитывая, что эффективное сопротивление радиоприемника уменьшается при увеличении громкости?
а.
г. 0,476 Вт; c. 0,691 Вт; d. При понижении разность мощностей уменьшается; поэтому при более высоких объемах существенной разницы нет.
Автомобильный стартер имеет эквивалентное сопротивление и питается от батареи 12,0 В с внутренним сопротивлением. а) Какой ток у двигателя? б) Какое напряжение приложено к нему? (c) Какая мощность подается на двигатель? (d) Повторите эти расчеты, когда соединения батареи корродируют, и добавьте в цепь. (Существенные проблемы возникают даже из-за небольшого количества нежелательного сопротивления в низковольтных и сильноточных приложениях.)
(a) Каково внутреннее сопротивление источника напряжения, если его потенциал на клеммах падает на 2.00 В при увеличении подаваемого тока на 5,00 А? (b) Можно ли определить ЭДС источника напряжения с помощью предоставленной информации?
а. ; б. Нет, существует только одно независимое уравнение, поэтому можно найти только r .
Человек с сопротивлением тела в руках или руками случайно схватился за клеммы источника питания 20,0 кВ. (НЕ делайте этого!) (A) Нарисуйте принципиальную схему, чтобы представить ситуацию. б) Если внутреннее сопротивление источника питания равно, то какой ток через его тело? в) Какая сила рассеивается в его теле? (d) Если источник питания должен быть безопасным за счет увеличения его внутреннего сопротивления, каким должно быть внутреннее сопротивление, чтобы максимальный ток в этой ситуации был равен 1.00 мА или меньше? (e) Не повлияет ли эта модификация на эффективность источника питания для управления устройствами с низким сопротивлением? Объясните свои рассуждения.
Автомобильный аккумулятор с ЭДС 12,0 В имеет напряжение на клеммах 16,0 В при зарядке током 10,0 А. а) Каково внутреннее сопротивление аккумулятора? (б) Какая мощность рассеивается внутри батареи? (c) С какой скоростью (в) его температура будет увеличиваться, если его масса составляет 20,0 кг, а его удельная теплоемкость равна, при условии, что тепло не уходит?
а.; б. 40,0 Вт; c.
Глоссарий
- электродвижущая сила (ЭДС)
- энергия, вырабатываемая на единицу заряда, полученная из источника, производящего электрический ток
- внутреннее сопротивление
- величина сопротивления прохождению тока в источнике напряжения
- разность потенциалов
- Разность электрического потенциала между двумя точками в электрической цепи, измеренная в вольтах
- падение потенциала
- потеря электрической потенциальной энергии при прохождении тока через резистор, провод или другой компонент
- напряжение на клеммах
- разность потенциалов, измеренная на клеммах источника при отсутствии нагрузки
Методы производства напряжения – Основное электричество
Если имеется избыток электронов на одном конце проводника и недостаток на другом конце, течет ток.Некоторые устройства создают эту разницу в заряде, поэтому ток течет. Эти устройства являются источниками электродвижущей силы.
EMF определяется как:
Энергия, передаваемая на единицу при преобразовании одного вида энергии в электрическую.
«Потенциальная разница» – это еще один термин, который почти такой же, но имеет небольшую разницу.
Разница потенциалов определяется как:
Энергия, передаваемая на единицу при преобразовании электрической энергии в другой вид энергии.
Мы обсудим это более подробно чуть позже.
Шесть наиболее распространенных типов ЭМП:
- Трение
- Химическая промышленность
- Давление
- Тепло
- Свет
- Магнетизм
ЭДС трения
Когда два разнородных материала трутся друг о друга, один материал может передавать часть своих электронов другому.
Это трибоэлектрический эффект, который подобен тому, что мы обсуждали в главе о структуре атома, когда переносятся электроны, в результате чего один объект становится отрицательно заряженным (избыток электронов), а другой – положительно заряженным (недостаток электронов).Эта ситуация может привести к электростатическому разряду, когда сила притяжения становится настолько большой, что электроны притягиваются к положительно заряженному объекту.
Это притяжение создает дугу, наиболее часто наблюдаемую при молнии. Облака накапливают заряд по мере движения капель воды. Затем заряд притягивается к положительно заряженной земле и ЗАП!
Рисунок 4. Изображение молнии от Griffenstorm. Распространяется по международной лицензии Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0.Конечно, гораздо веселее положить кошку в коробку, полную пенополистирола, и наблюдать, как она прилипает.
Рисунок 5. Изображение статического электричества Cat, сделанное Шоном МакГратом. Распространяется по лицензии Creative Commons CC-BY 2.0.Химический EMF
Это принцип работы батарей.
Рисунок 6. БатареиНе вдаваясь слишком глубоко в химию, в основном, батареи работают в процессе ионизации.
Что такое ион? Это частица, к которой добавлен или удален электрон (положительный или отрицательный).
При ионизации добавляются химические вещества, которые имеют частицы с отрицательным зарядом и частицы с положительным зарядом. Добавлены металлические пластины, которые принимают на себя эти заряды. Это допускает разницу и создает ЭДС.
ЭДС давления
Этот процесс также известен как пьезоэлектричество.
Рис. 7. IgnitorПьезоэлектричество – это электрический заряд, который накапливается в определенных твердых материалах в ответ на приложенное механическое напряжение. Слово пьезоэлектричество означает электричество, возникающее в результате давления.
Когда к некоторым объектам прилагается давление, давление смещает положительные и отрицательные заряды в нейтральном в остальном объекте.
Самым известным применением является электрическая прикуриватель: нажатие на кнопку заставляет подпружиненный молоток ударять по пьезоэлектрическому кристаллу, создавая электрический ток достаточно высокого напряжения, который течет через небольшой искровой промежуток, нагревая и таким образом воспламеняя газ. Переносные источники зажигания, используемые для зажигания газовых плит, работают таким же образом, и многие типы газовых горелок теперь имеют встроенные пьезоэлектрические системы зажигания.
Другое применение – звукосниматель для микрофона или гитары. Звук попадает в кристалл и генерирует напряжение.
Тепловая ЭДС
Этот процесс известен как термоэлектрический эффект.
Рисунок 8. ТермопараПодводя итог, можно сказать, что когда два разнородных металла находятся при разных температурах и соприкасаются, они создают ЭДС.
Это потому, что электроны с горячей стороны (отрицательной) хотят перейти на холодную сторону (положительную).
Очень распространенное использование этого принципа – термопара в вашей печи
Когда контрольная лампа горит, она генерирует напряжение на термопаре.Это напряжение позволяет реле включаться и пропускать газ, когда этого требует печь. Если контрольная лампа не горит, напряжение отсутствует. Следовательно, реле не будет включаться, и печь может запросить газ, но не получит его.
Свет ЭДС
Это фотоэлектрический эффект. Фотоэлектрические элементы (фотоэлементы) используются в качестве источников ЭМП.
Рис. 9. Солнечные панелиФотоэлектрические элементы изготовлены из специальных материалов, называемых полупроводниками, например кремния, который в настоящее время используется наиболее часто.
Сколько валентных электронов в полупроводнике? Четыре.
Добавляется примесь, чтобы получить свободный электрон.
В основном, когда свет попадает на элемент, определенная его часть поглощается полупроводниковым материалом.
Это означает, что энергия поглощенного света передается полупроводнику.
Энергия высвобождает электроны, позволяя им свободно течь.
В наши дни мы видим, что эта технология используется повсеместно, поскольку для получения энергии не требуется ископаемое топливо.
ЭДС магнетизма
Отсюда большая часть нашей энергии. Магниты создают линии магнитного потока. Когда эти силовые линии перерезаются проводником, возникает ЭДС. Паровые турбины, когенерационные установки, ветряные мельницы и плотины гидроэлектростанций используют эту технологию.
Ниже приведен пример плотины гидроэлектростанции.
Все шесть этих источников ЭМП достигают одного и того же:
- Передают энергию электронам.
- Подтолкните электроны к электростатическому полю.
- Вызывает избыток электронов на одном выводе источника и недостаток электронов на другом выводе.
Это похоже на сжатие пружины. Энергия, запасенная в сжатой пружине, может быть использована позже для выполнения работы. То же самое и с отдельными зарядами: они накапливают энергию, которую потом можно использовать для работы.
Видео о методах генерации напряжения
Хотя это видео может быть немного старым, это фантастическое объяснение различных методов генерации напряжения.