Физика электричества формулы: Зависимость мощности от силы тока, формула мощности, физический смысл - Санкт-Петербургское государственное бюджетное учреждение социального обслуживания населения

Содержание

Зависимость мощности от силы тока, формула мощности, физический смысл

Первое упоминание об электричестве встречается в опытах древнегреческого философа Фалеса. Именно он первым обнаружил, что предметы при трении притягиваются. Одноименный термин был введен в начале 17-го века английским физиком Гилбертом, после опытов, проведенных с магнитами. Отцом же науки об электричестве считается французский ученый Кулон – именно после открытия закона, получившего его имя, электротехника начала свою победную поступь, которая продолжается до сих пор. Этот закон утверждает, что два точечных заряда в безвоздушной среде взаимодействуют с силой, прямо пропорциональной их модулям и обратно – расстоянию между ними, возведенному в квадрат.

Выясним, что же представляет собой понятие электричество?

Если коротко, то это – направленное движение потока заряженных частиц. Тела, через которые они проходят, называются проводниками. Каждый проводник имеет определенное сопротивление электрическому току, которое раз

И, перед тем, как перейти к основным законам, несколько слов о заряженных частицах: они бывают, условно говоря, положительными и отрицательными. Одноименные заряды отталкиваются, а разноименные – притягиваются.

А теперь, перейдем к главному.

Основа-основ науки об электричестве – закон Ома.

Эксперимент, который провел этот немецкий физик, привел его к следующему убеждению: сила тока I, проходящего через металлический проводник, пропорциональна напряжению на его концах, или I = U/R

Здесь напряжением называется разность, образно говоря, «давлений», созданных двумя точками электрической цепи. Измеряют его в вольтах. Электрический ток представляет собой число электронов, которые пропускает участок электрической цепи и измеряется в амперах. Сопротивлением считается свойство цепи помешать этому движению. В честь упомянутого физика, его измеряют в омах. Иначе говоря, проводник, через который проходит ток в 1 ампер при напряжении в 1 вольт, обладает сопротивлением в 1 ом.

Вся остальная электротехника «пляшет» от этого.

О мощности электрического тока

В физике мощностью считают скорость выполнения работы. Неважно, какой. Чем эта операция проводится быстрее, тем большей считается мощность того, кто ее исполняет, будь то человек, механическое устройство или что-то еще.

Так же и в случае с электрическим током: ее мощность представляет собой отношение работы, произведенной движущимися электрическими зарядами к промежутку времени, которое для этого понадобилось.

Проще говоря, для того, чтобы получить электрическую мощность в 1 ватт, когда источник тока имеет напряжение 1 вольт, необходимо пропустить через проводник ток в 1 ампер. Другими словами, мощность (P) можно посчитать, перемножив друг на друга электрическое напряжение и ток:

P = U*I.

Запомнив эту нехитрую формулу, на практике можно рассчитать мощность. Например, если известны значения тока и сопротивления, а о напряжении сведений нет, можем воспользоваться законом Ома, подставив в формулу вместо него I*R. Получится, что мощность равна квадрату электрического тока, помноженному на сопротивление.

Этот закон точно так же придет на помощь, если известны величины напряжения и сопротивления. В этом случае подставив вместо значения тока I = U/R, получим значение мощности, равное квадрату напряжения, поделенному на сопротивление.

Вот так – ничего сложного!

Электрические и магнитные явления – Формулы по физике

Электрический ток

Явление упорядоченного и направленного движения электронов или ионов (положительных или же отрицательных зарядов) внутри проводника называется электрическим током. Движение зарядов внутри структуры тела практически никак на нём не сказывается, однако при повышении силы тока и при некоторых иных условиях возможно изменение химических, физических и механических свойств вещества/тела (особенно это касается диэлектриков).За направление электрического тока принимается направление движения заряда от “минуса” к “плюсу”. Электрический ток может существовать только при определённых условиях:

наличия свободных зарядов
электрического поля (которое является основным условием для приведения зарядов в движение). А для создания электрического поля необходим источник тока
наличие замкнутой электрической цепи, составленной преимущественно из проводников электричества

Чтобы в проводнике возник электрический ток (упорядоченное направленное движение заряженных частиц) необходим источник тока – это элемент, совершающий работу по разделению заряда при помощи сторонних сил неэлектрической природы. К таким сторонним силам относятся: механические силы, химические реакции, тепловые силы или же фотоэффект в результате воздействия света на фотоэлементы.а счёт работы сторонних сил на контактах источника тока образуется электрический заряд, создающий электрическое поле, которое в свою очередь приводит в движение свободные заряды проводников. В автомобиле классическими источниками тока является генератор в связке с аккумуляторной батареей, внутри которой и происходит описанный процесс химического разделения заряда.

Электрическая цепь

Чтобы питать некие устройства/потребители тока при наличие источника тока, необходимо собрать воедино электрическую цепь, которая в минимальном варианте будет включать в себя следующие компоненты:

Источник тока
Соединительные проводники (провода)
Потребитель тока

Рабочая электрическая цель обязательно должна быть замкнутой. Цепь может состоять из большого числа мелких или крупных элементов, выполняющих определённую роль, но основной принцип сохраняется.

Для удобства понимания и оперирования принято электрические цепи изображать графически в виде схем, используя определённый набор условных обозначений, зная которые можно составлять и читать схемы любой сложности. Вот набор самых необходимых условных обозначений, которые могут пригодиться в работе с электричеством:

Серьёзное увлечение автозвуком предполагает составление подобных схем, учитывающих потребление тока, нагрузку на проводку, включение в цепь предохранительных элементов и т.д. В особо сложных случаях требуются серьёзные и ответственные подсчёты длины/сечения проводов и прочие манипуляции. Ещё физика электромагнитные явления способна рассказать нам о трёх ключевых параметрах, формирующих между собой фундаментальный закон Ома.

Сила тока

Чтобы охарактеризовать электрический ток, вводится сила тока – это физическая величина, определяющая электрический ток и равная количеству заряда проходящему через поперечное сечение проводника за единицу времени. Отсюда же выводится формула для подсчёта силы тока, где обозначения I – сила тока, q – электрический заряд (1 кулон [Кл]), t – время его прохождения по проводнику (1 секунда [с]):

Единицей силы тока считается 1 Ампер [А].

Из вышеприведённой формулы так же можно получить значения величины заряда и времени, используя математические правила:

Для простоты понимания явления силы тока можно сравнить его с напором воды в водопроводном кране: чем больше открыт кран и чем больше воды проходит по трубе за секунду (единицу времени) – тем больше напор воды. По аналогии, чем больше электронов проходит по металлическому проводнику (проводу) за секунду (единицу времени) – тем больше сила тока

Для определения силы тока в цепи используется прибор под названием амперметр. Принцип действия прибора может быть различным, но в последнее время на практике чаще всего применяются удобные портативные электромагнитные амперметры с электронным табло.

В идеале вмешательство амперметра в сеть не должно сильно изменить значение силы тока, однако полностью исключить такое влияние невозможно. Амперметр включается в цепь последовательно с тем проводником, в котором требуется измерить силу тока. Так же запрещается подключать амперметр в цепь без постоянного потребителя тока в ней!

Напряжение

Кроме количественного определения заряда в какой-то точке проводника существует совсем другая характеристика, относящаяся напрямую к электрическому полю, называемой напряжением.

Электрическое напряжение – это физическая величина, которая определяет работу электрического поля по перемещению зарядов из одной точки проводника в другую. Отсюда же выводится формула для подсчёта напряжения, где обозначения U – напряжение, A – работа электрического поля по перенесению заряда (1 Джоуль [Дж]), q – электрический заряд (1 кулон [Кл]):

Единицей напряжения считается 1 Вольт [V].

Из вышеприведённой формулы так же можно получить значения работы электрического поля или величины заряда, используя математические правила:

Для определения напряжения тока в цепи используется прибор под названием вольтметр. Принцип действия прибора может быть различным, но в последнее время на практике чаще всего применяются удобные портативные электромагнитные амперметры с электронным табло. В идеале вмешательство вольтметра в сеть не должно сильно изменить значение напряжения и прочие параметры, однако полностью исключить такое влияние невозможно. Вольтметр включается в цепь параллельно с потребителями.

Сопротивление

Рассматривая любую электрическую цепь нельзя не учесть влияние проводника на способность хорошо или плохо проводить через себя ток. Такая способность названа термином

электрическое сопротивление – это физическая величина, характеризующая свойство проводника влиять на протекающий по нему электрический ток.

Данное влияние обуславливается самым разнообразным набором факторов, начиная от структуры самого проводника тока, заканчивая его размером. В простейшем смысле сопротивление объясняется так: свободные электроны в проводнике, обеспечивающие движение тока, постоянно взаимодействуют с положительно заряженными ионами в структуре кристаллической решётки проводника, тем самым замедляя направленное движение. Как раз это замедление (способность проводника “сопротивляться” протекающему току) и будет в конечном счёте характеристикой сопротивления. Прямо противоположно электрическому сопротивлению ставится как раз характеристика проводимости тока.

Сопротивление тесно связано с понятиями силы тока и напряжения. Поэтому выводится формула для подсчёта сопротивления, где обозначения R – сопротивление, U – напряжение (1 вольт [В]), I – сила тока (1 ампер [А]):

Единицей сопротивления считается 1 Ом [Ом].

Из вышеприведённой формулы так же можно получить значения напряжения или же силы тока, используя математические правила:

Данная формула зависимости напряжения, сопротивления и силы тока представляет собой фундаментальный закон Ома для участка цепи, с помощью которого можно решать большое количество практических задач, в том числе и в сфере автозвука.

Закон Ома для участка цепи

Как гласит физика электромагнитные явления, три представленные выше формулы крайне важны в разделе об электричестве. Ещё раз повторим основную формулу зависимости фундаментальных параметров, относящихся к электрическому току, которая представляет собой закон Ома для участка цепи. Данное уточнение очень важно, оно означает, что мы рассматриваем лишь параметры внутри замкнутой цепи с источником тока, проводником и потребителями, притом параметры замеряются на каком-то отдельном участке, тогда как на других они могут уже отличаться.С помощью этой формулы производится большое количество достаточно важных расчётов, для получения неизвестных значений напряжения, сопротивления или же силы тока, что крайне важно при составлении схемы аудио или мультимедиа системы в автомобиле. Формула и её вариации:

Сила тока вычисляется отношением напряжения к сопротивлению
Напряжение вычисляется произведением сопротивления на силу тока
Сопротивление вычисляется отношением напряжения к силе тока

Зависимость сопротивления от параметров проводника

Сопротивление току в проводнике зависит от трёх ключевых параметров проводника:

Длина проводника.

Сопротивление прямо пропорционально длине проводника (l – длина проводника, в системе СИ выражается в метрах).Простыми словами это означает, что чем проводник/провод длиннее, тем бОльшим сопротивлением он будет отличаться.
Площадь поперечного сечения проводника.

Сопротивление обратно пропорционально площади сечения проводника, таким образом: сопротивление будет тем меньше, чем площадь сечения больше.лощадь традиционно обозначается квадратом меры длины, чаще всего это мм2 или же см2 применимо к проводам. Представить поперечное сечение визуально не так уж трудно: разрежем/откусим провод в изоляции и посмотрим на место среза, площадь которого и будет искомым значением сечения. Площадь сечения обозначается буквой S.
Материал проводника и значение удельного сопротивления того или иного материала. Как известно, различные материалы по-разному пропускают через себя электрический ток, что напрямую связано с их структурой. Лучше всего ток пропускают драгоценные металлы, хуже всего различные полимеры и газовые среды, например воздух.Данные значения проводимости различных материалов и их сочетаний хорошо изучены и представлены в таблице удельного сопротивления материалов. Обозначается параметр символом ρ “ро”).

Формулы по физике магнетизм. Электрический ток

В проводниках при определенных условиях может возникнуть непрерывное упорядоченное движение свободных носителей электрического заряда. Такое движение называется электрическим током . За направление электрического тока принято направление движения положительных свободных зарядов, хотя в большинстве случае движутся электроны – отрицательно заряженные частицы.

Количественной мерой электрического тока служит сила тока I – скалярная физическая величина, равная отношению заряда q , переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени t , к этому интервалу времени:

Если ток не постоянный, то для нахождения количества прошедшего через проводник заряда рассчитывают площадь фигуры под графиком зависимости силы тока от времени.

Если сила тока и его направление не изменяются со временем, то такой ток называется постоянным . Сила тока измеряется амперметром, который включается в цепь последовательно. В Международной системе единиц СИ сила тока измеряется в амперах [А]. 1 А = 1 Кл/с.

Находится как отношение всего заряда ко всему времени (т.е. по тому же принципу, что и средняя скорость или любая другая средняя величина в физике):

Если же ток равномерно меняется с течением времени от значения I 1 до значения I 2 , то можно значение среднего тока можно найти как среднеарифметическое крайних значений:

Плотность тока – сила тока, приходящаяся на единицу поперечного сечения проводника, рассчитывается по формуле:

При прохождении тока по проводнику ток испытывает сопротивление со стороны проводника. Причина сопротивления – взаимодействие зарядов с атомами вещества проводника и между собой. Единица измерения сопротивления 1 Ом. Сопротивление проводника R определяется по формуле:

где: l – длина проводника, S – площадь его поперечного сечения, ρ – удельное сопротивление материала проводника (будьте внимательны и не перепутайте последнюю величину с плотностью вещества), которое характеризует способность материала проводника противодействовать прохождению тока. То есть это такая же характеристика вещества, как и многие другие: удельная теплоемкость, плотность, температура плавления и т.д. Единица измерения удельного сопротивления 1 Ом·м. Удельное сопротивление вещества – табличная величина.

Сопротивление проводника зависит и от его температуры:

где: R 0 – сопротивление проводника при 0°С, t – температура, выраженная в градусах Цельсия, α – температурный коэффициент сопротивления. Он равен относительному изменению сопротивления, при увеличении температуры на 1°С. Для металлов он всегда больше нуля, для электролитов наоборот, всегда меньше нуля.

Диод в цепи постоянного тока

Диод – это нелинейный элемент цепи, сопротивление которого зависит от направления протекания тока. Обозначается диод следующим образом:

Стрелка в схематическом обозначении диода показывает, в каком направлении он пропускает ток. В этом случае его сопротивление равно нулю, и диод можно заменить просто на проводник с нулевым сопротивлением. Если ток течет через диод в противоположном направлении, то диод обладает бесконечно большим сопротивлением, то есть не пропускает ток совсем, и является разрывом в цепи. Тогда участок цепи с диодом можно просто вычеркнуть, так как ток по нему не идет.

Закон Ома. Последовательное и параллельное соединение проводников

Немецкий физик Г.Ом в 1826 году экспериментально установил, что сила тока I , текущего по однородному металлическому проводнику (то есть проводнику, в котором не действуют сторонние силы) сопротивлением R , пропорциональна напряжению U на концах проводника:

Величину R принято называть электрическим сопротивлением . Проводник, обладающий электрическим сопротивлением, называется резистором . Это соотношение выражает закон Ома для однородного участка цепи : сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Проводники, подчиняющиеся закону Ома, называются линейными . Графическая зависимость силы тока I от напряжения U (такие графики называются вольт-амперными характеристиками, сокращенно ВАХ) изображается прямой линией, проходящей через начало координат. Следует отметить, что существует много материалов и устройств, не подчиняющихся закону Ома, например, полупроводниковый диод или газоразрядная лампа. Даже у металлических проводников при достаточно больших токах наблюдается отклонение от линейного закона Ома, так как электрическое сопротивление металлических проводников растет с ростом температуры.

Проводники в электрических цепях можно соединять двумя способами: последовательно и параллельно . У каждого способа есть свои закономерности.

1. Закономерности последовательного соединения:

Формула для общего сопротивления последовательно соединенных резисторов справедлива для любого числа проводников. Если же в цепь последовательно включено n одинаковых сопротивлений R , то общее сопротивление R 0 находится по формуле:

2. Закономерности параллельного соединения:

Формула для общего сопротивления параллельно соединенных резисторов справедлива для любого числа проводников. Если же в цепь параллельно включено n одинаковых сопротивлений R , то общее сопротивление R 0 находится по формуле:

Электроизмерительные приборы

Для измерения напряжений и токов в электрических цепях постоянного тока используются специальные приборы – вольтметры и амперметры .

Вольтметр предназначен для измерения разности потенциалов, приложенной к его клеммам. Он подключается параллельно участку цепи, на котором производится измерение разности потенциалов. Любой вольтметр обладает некоторым внутренним сопротивлением R B . Для того чтобы вольтметр не вносил заметного перераспределения токов при подключении к измеряемой цепи, его внутреннее сопротивление должно быть велико по сравнению с сопротивлением того участка цепи, к которому он подключен.

Амперметр предназначен для измерения силы тока в цепи. Амперметр включается последовательно в разрыв электрической цепи, чтобы через него проходил весь измеряемый ток. Амперметр также обладает некоторым внутренним сопротивлением R A . В отличие от вольтметра, внутреннее сопротивление амперметра должно быть достаточно малым по сравнению с полным сопротивлением всей цепи.

ЭДС. Закон Ома для полной цепи

Для существования постоянного тока необходимо наличие в электрической замкнутой цепи устройства, способного создавать и поддерживать разности потенциалов на участках цепи за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Такие устройства 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.

При перемещении электрических зарядов по цепи постоянного тока сторонние силы, действующие внутри источников тока, совершают работу. Физическая величина, равная отношению работы A ст сторонних сил при перемещении заряда q от отрицательного полюса источника тока к положительному к величине этого заряда, называется электродвижущей силой источника (ЭДС) :

Таким образом, ЭДС определяется работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда. Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).

Закон Ома для полной (замкнутой) цепи: сила тока в замкнутой цепи равна электродвижущей силе источника, деленной на общее (внутреннее + внешнее) сопротивление цепи:

Сопротивление r – внутреннее (собственное) сопротивление источника тока (зависит от внутреннего строения источника). Сопротивление R – сопротивление нагрузки (внешнее сопротивление цепи).

Падение напряжения во внешней цепи при этом равно (его еще называют напряжением на клеммах источника ):

Важно понять и запомнить: ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока не меняются, при подключении разных нагрузок.

Если сопротивление нагрузки равно нулю (источник замыкается сам на себя) или много меньше сопротивления источника, то тогда в цепи потечет ток короткого замыкания :

Сила тока короткого замыкания – максимальная сила тока, которую можно получить от данного источника с электродвижущей силой ε и внутренним сопротивлением r . У источников с малым внутренним сопротивлением ток короткого замыкания может быть очень велик, и вызывать разрушение электрической цепи или источника. Например, у свинцовых аккумуляторов, используемых в автомобилях, сила тока короткого замыкания может составлять несколько сотен ампер. Особенно опасны короткие замыкания в осветительных сетях, питаемых от подстанций (тысячи ампер). Чтобы избежать разрушительного действия таких больших токов, в цепь включаются предохранители или специальные автоматы защиты сетей.

Несколько источников ЭДС в цепи

Если в цепи присутствует несколько ЭДС подключенных последовательно , то:

1. При правильном (положительный полюс одного источника присоединяется к отрицательному другого) подключении источников общее ЭДС всех источников и их внутреннее сопротивление может быть найдено по формулам:

Например, такое подключение источников осуществляется в пультах дистанционного управления, фотоаппаратах и других бытовых приборах, работающих от нескольких батареек.

2. При неправильном (источники соединяются одинаковыми полюсами) подключении источников их общее ЭДС и сопротивление рассчитывается по формулам:

В обоих случаях общее сопротивление источников увеличивается.

При параллельном подключении имеет смысл соединять источники только c одинаковой ЭДС, иначе источники будут разряжаться друг на друга. Таким образом суммарное ЭДС будет таким же, как и ЭДС каждого источника, то есть при параллельном соединении мы не получим батарею с большим ЭДС. При этом уменьшается внутреннее сопротивление батареи источников, что позволяет получать большую силу тока и мощность в цепи:

В этом и состоит смысл параллельного соединения источников. В любом случае при решении задач сначала надо найти суммарную ЭДС и полное внутреннее сопротивление получившегося источника, а затем записать закон Ома для полной цепи.

Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца

Работа A электрического тока I , протекающего по неподвижному проводнику с сопротивлением R , преобразуется в теплоту Q , выделяющееся на проводнике. Эту работу можно рассчитать по одной из формул (с учетом закона Ома все они следуют друг из друга):

Закон преобразования работы тока в тепло был экспериментально установлен независимо друг от друга Дж.Джоулем и Э.Ленцем и носит название закона Джоуля–Ленца . Мощность электрического тока равна отношению работы тока A к интервалу времени Δt , за которое эта работа была совершена, поэтому она может быть рассчитана по следующим формулам:

Работа электрического тока в СИ, как обычно, выражается в джоулях (Дж), мощность – в ваттах (Вт).

Энергобаланс замкнутой цепи

Рассмотрим теперь полную цепь постоянного тока, состоящую из источника с электродвижущей силой ε и внутренним сопротивлением r и внешнего однородного участка с сопротивлением R . В этом случае полезная мощность или мощность, выделяемая во внешней цепи:

Максимально возможная полезная мощность источника достигается, если R = r и равна:

Если при подключении к одному и тому же источнику тока разных сопротивлений R 1 и R 2 на них выделяются равные мощности то внутреннее сопротивление этого источника тока может быть найдено по формуле:

Мощность потерь или мощность внутри источника тока:

Полная мощность, развиваемая источником тока:

КПД источника тока:

Электролиз

Электролитами принято называть проводящие среды, в которых протекание электрического тока сопровождается переносом вещества. Носителями свободных зарядов в электролитах являются положительно и отрицательно заряженные ионы. К электролитам относятся многие соединения металлов с металлоидами в расплавленном состоянии, а также некоторые твердые вещества. Однако основными представителями электролитов, широко используемыми в технике, являются водные растворы неорганических кислот, солей и оснований.

Прохождение электрического тока через электролит сопровождается выделением вещества на электродах. Это явление получило название электролиза .

Электрический ток в электролитах представляет собой перемещение ионов обоих знаков в противоположных направлениях. Положительные ионы движутся к отрицательному электроду (катоду ), отрицательные ионы – к положительному электроду (аноду ). Ионы обоих знаков появляются в водных растворах солей, кислот и щелочей в результате расщепления части нейтральных молекул. Это явление называется электролитической диссоциацией .

Закон электролиза был экспериментально установлен английским физиком М. Фарадеем в 1833 году. Закон Фарадея определяет количества первичных продуктов, выделяющихся на электродах при электролизе. Итак, масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна заряду Q , прошедшему через электролит:

Величину k называют электрохимическим эквивалентом . Он может быть рассчитан по формуле:

где: n – валентность вещества, N A – постоянная Авогадро, M – молярная масса вещества, е – элементарный заряд. Иногда также вводят следующее обозначение для постоянной Фарадея:

Электрический ток в газах и в вакууме

Электрический ток в газах

В обычных условиях газы не проводят электрический ток. Это объясняется электрической нейтральностью молекул газов и, следовательно, отсутствием носителей электрических зарядов. Для того чтобы газ стал проводником, от молекул необходимо оторвать один или несколько электронов. Тогда появятся свободные носителя зарядов – электроны и положительные ионы. Этот процесс называется ионизацией газов .

Ионизировать молекулы газа можно внешним воздействием – ионизатором . Ионизаторами может быть: поток света, рентгеновские лучи, поток электронов или α -частиц. Молекулы газа также ионизируются при высокой температуре. Ионизация приводит к возникновению в газах свободных носителей зарядов – электронов, положительных ионов, отрицательных ионов (электрон, объединившийся с нейтральной молекулой).

Если создать в пространстве, занятом ионизированным газом, электрическое поле, то носители электрических зарядов придут в упорядоченное движение – так возникает электрический ток в газах. Если ионизатор перестает действовать, то газ снова становится нейтральным, так как в нем происходит рекомбинация – образование нейтральных атомов ионами и электронами.

Электрический ток в вакууме

Вакуумом называется такая степень разрежения газа, при котором можно пренебречь соударением между его молекулами и считать, что средняя длина свободного пробега превышает линейные размеры сосуда, в котором газ находится.

Электрическим током в вакууме называют проводимость межэлектродного промежутка в состоянии вакуума. Молекул газа при этом столь мало, что процессы их ионизации не могут обеспечить такого числа электронов и ионов, которые необходимы для ионизации. Проводимость межэлектродного промежутка в вакууме может быть обеспечена лишь с помощью заряженных частиц, возникших за счет эмиссионных явлений на электродах.

Как успешно подготовиться к ЦТ по физике и математике?

Для того чтобы успешно подготовиться к ЦТ по физике и математике, среди прочего, необходимо выполнить три важнейших условия:

Изучить все темы и выполнить все тесты и задания приведенные в учебных материалах на этом сайте. Для этого нужно всего ничего, а именно: посвящать подготовке к ЦТ по физике и математике, изучению теории и решению задач по три-четыре часа каждый день. Дело в том, что ЦТ это экзамен где мало просто знать физику или математику, нужно еще уметь быстро и без сбоев решать большое количество задач по разным темам и различной сложности. Последнему научиться можно только решив тысячи задач.
Выучить все формулы и законы в физике, и формулы и методы в математике . На самом деле, выполнить это тоже очень просто, необходимых формул по физике всего около 200 штук, а по математике даже чуть меньше. В каждом из этих предметов есть около десятка стандартных методов решения задач базового уровня сложности, которые тоже вполне можно выучить, и таким образом, совершенно на автомате и без затруднений решить в нужный момент большую часть ЦТ. После этого Вам останется подумать только над самыми сложными задачами.
Посетить все три этапа репетиционного тестирования по физике и математике. Каждый РТ можно посещать по два раза, чтобы прорешать оба варианта. Опять же на ЦТ, кроме умения быстро и качественно решать задачи, и знания формул и методов необходимо также уметь правильно спланировать время, распределить силы, а главное правильно заполнить бланк ответов, не перепутав ни номера ответов и задач, ни собственную фамилию. Также в ходе РТ важно привыкнуть к стилю постановки вопросов в задачах, который на ЦТ может показаться неподготовленному человеку очень непривычным.

Успешное, старательное и ответственное выполнение этих трех пунктов позволит Вам показать на ЦТ отличный результат, максимальный из того на что Вы способны.

Нашли ошибку?

Если Вы, как Вам кажется, нашли ошибку в учебных материалах, то напишите, пожалуйста, о ней на почту. Написать об ошибке можно также в социальной сети (). В письме укажите предмет (физика или математика), название либо номер темы или теста, номер задачи, или место в тексте (страницу) где по Вашему мнению есть ошибка. Также опишите в чем заключается предположительная ошибка. Ваше письмо не останется незамеченным, ошибка либо будет исправлена, либо Вам разъяснят почему это не ошибка.

Часто бывает, что задачу не удается решить из-за того, что под рукой нет нужной формулы. Выводить формулу с самого начала – дело не самое быстрое, а у нас на счету каждая минута.

Ниже мы собрали вместе основные формулы по теме «Электричество и Магнетизм». Теперь, решая задачи, вы сможете пользоваться этим материалом как справочником, чтобы не терять время на поиски нужной информации.

Магнетизм: определение

Магнетизм – это взаимодействие движущихся электрических зарядов, происходящее посредством магнитного поля.

Поле – особая форма материи. В рамках стандартной модели существует электрическое, магнитное, электромагнитные поля, поле ядерных сил, гравитационное поле и поле Хиггса. Возможно, есть и другие гипотетические поля, о которых мы пока что можем только догадываться или не догадываться вовсе. Сегодня нас интересует магнитное поле.

Магнитная индукция

Так же, как заряженные тела создают вокруг себя электрическое поле, движущиеся заряженные тела порождают магнитное поле. Магнитное поле не только создается движущимися зарядами (электрическим током), но еще и действует на них. По сути магнитное поле можно обнаружить только по действию на движущиеся заряды. А действует оно на них с силой, называемой силой Ампера, о которой речь пойдет позже.

Прежде чем мы начнем приводить конкретные формулы, нужно рассказать про магнитную индукцию.

Магнитная индукция – это силовая векторная характеристика магнитного поля.

Она обозначается буквой B и измеряется в Тесла (Тл ) . По аналогии с напряженностью для электрического поля Е магнитная индукция показывает, с какой силой магнитное поле действует на заряд.

Кстати, вы найдете много интересных фактов на эту тему в нашей статье про .

Как определять направление вектора магнитной индукции? Здесь нас интересует практическая сторона вопроса. Самый частый случай в задачах – это магнитное поле, создаваемое проводником с током, который может быть либо прямым, либо в форме окружности или витка.

Для определения направления вектора магнитной индукции существует правило правой руки . Приготовьтесь задействовать абстрактное и пространственное мышление!

Если взять проводник в правую руку так, что большой палец будет указывать на направление тока, то загнутые вокруг проводника пальцы покажут направление силовых линий магнитного поля вокруг проводника. Вектор магнитной индукции в каждой точке будет направлен по касательной к силовым линиям.

Сила Ампера

Представим, что есть магнитное поле с индукцией B . Если мы поместим в него проводник длиной l , по которому течет ток силой I , то поле будет действовать на проводник с силой:

Это и есть сила Ампера . Угол альфа – угол между направлением вектора магнитной индукции и направлением тока в проводнике.

Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки: если расположить левую руку так, чтобы в ладонь входили линии магнитной индукции, а вытянутые пальцы указывали бы направление тока, отставленный большой палец укажет направление силы Ампера.

Сила Лоренца

Мы выяснили, что поле действует на проводник с током. Но если это так, то изначально оно действует отдельно на каждый движущийся заряд. Сила, с которой магнитное поле действует на движущийся в нем электрический заряд, называется силой Лоренца . Здесь важно отметить слово «движущийся» , так на неподвижные заряды магнитное поле не действует.

Итак, частица с зарядом q движется в магнитном поле с индукцией В со скоростью v , а альфа – это угол между вектором скорости частицы и вектором магнитной индукции. Тогда сила, которая действует на частицу:

Как определить направление силы Лоренца? По правилу левой руки. Если вектор индукции входит в ладонь, а пальцы указывают на направление скорости, то отогнутый большой палец покажет направление силы Лоренца. Отметим, что так направление определяется для положительно заряженных частиц. Для отрицательных зарядов полученное направление нужно поменять на противоположное.

Если частица массы m влетает в поле перпендикулярно линиям индукции, то она будет двигаться по окружности, а сила Лоренца будет играть роль центростремительной силы. Радиус окружности и период обращения частицы в однородном магнитном поле можно найти по формулам:

Взаимодействие токов

Рассмотрим два случая. Первый – ток течет по прямому проводу. Второй – по круговому витку. Как мы знаем, ток создает магнитное поле.

В первом случае магнитная индукция провода с током I на расстоянии R от него считается по формуле:

Мю – магнитная проницаемость вещества, мю с индексом ноль – магнитная постоянная.

Во втором случае магнитная индукция в центре кругового витка с током равна:

Также при решении задач может пригодиться формула для магнитного поля внутри соленоида. – это катушка, то есть множество круговых витков с током.

Пусть их количество – N , а длина самого соленоилда – l . Тогда поле внутри соленоида вычисляется по формуле:

Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на

Магнитный поток и ЭДС

Если магнитная индукция – векторная характеристика магнитного поля, то магнитный поток – скалярная величина, которая также является одной из самых важных характеристик поля. Представим, что у нас есть какая-то рамка или контур, имеющий определенную площадь. Магнитный поток показывает, какое количество силовых линий проходит через единицу площади, то есть характеризует интенсивность поля. Измеряется в Веберах (Вб) и обозначается Ф .

S – площадь контура, альфа – угол между нормалью (перпендикуляром) к плоскости контура и вектором В .

При изменении магнитного потока через контур в контуре индуцируется ЭДС , равная скорости изменения магнитного потока через контур. Кстати, подробнее о том, что такое электродвижущая сила , вы можете почитать в еще одной нашей статье.

По сути формула выше – это формула для закона электромагнитной индукции Фарадея. Напоминаем, что скорость изменения какой-либо величины есть не что иное, как ее производная по времени.

Для магнитного потока и ЭДС индукции также справедливо обратное. Изменение тока в контуре приводит к изменению магнитного поля и, соответственно, к изменению магнитного потока. При этом возникает ЭДС самоиндукции, которая препятствует изменению тока в контуре. Магнитный поток, который пронизывает контур с током, называется собственным магнитным потоком, пропорционален силе тока в контуре и вычисляется по формуле:

L – коэффициент пропорциональности, называемый индуктивностью, который измеряется в Генри (Гн) . На индуктивность влияют форма контура и свойства среды. Для катушки с длиной l и с числом витков N индуктивность рассчитывается по формуле:

Формула для ЭДС самоиндукции:

Энергия магнитного поля

Электроэнергия, ядерная энергия, кинетическая энергия. Магнитная энергия – одна из форм энергии. В физических задачах чаще всего нужно рассчитывать энергию магнитного поля катушки. Магнитная энергия катушки с током I и индуктивностью L равна:

Объемная плотность энергии поля:

Конечно, это не все основные формулы раздела физики « электричество и магнетизм» , однако они часто могут помочь при решении стандартных задач и расчетах. Если же вам попалась задача со звездочкой, и вы никак не можете подобрать к ней ключ, упростите себе жизнь и обратитесь за решением в

Заряженные тела способны создавать кроме электрического еще один вид поля. Если заряды движутся, то в пространстве вокруг них создается особый вид материи, называемый магнитным полем . Следовательно, электрический ток, представляющий собой упорядоченное движение зарядов, тоже создает магнитное поле. Как и электрическое поле, магнитное поле не ограничено в пространстве, распространяется очень быстро, но все же с конечной скоростью. Его можно обнаружить только по действию на движущиеся заряженные тела (и, как следствие, токи).

Для описания магнитного поля необходимо ввести силовую характеристику поля, аналогичную вектору напряженности E электрического поля. Такой характеристикой является вектор B магнитной индукции. В системе единиц СИ за единицу магнитной индукции принят 1 Тесла (Тл). Если в магнитное поле с индукцией B поместить проводник длиной l с током I , то на него будет действовать сила, называемая силой Ампера , которая вычисляется по формуле:

где: В – индукция магнитного поля, I – сила тока в проводнике, l – его длина. Сила Ампера направлена перпендикулярно вектору магнитной индукции и направлению тока, текущего по проводнику.

Для определения направления силы Ампера обычно используют правило «Левой руки» : если расположить левую руку так, чтобы линии индукции входили в ладонь, а вытянутые пальцы были направлены вдоль тока, то отведенный большой палец укажет направление силы Ампера, действующей на проводник (см. рисунок).

Если угол α между направлениями вектора магнитной индукции и тока в проводнике отличен от 90°, то для определения направления силы Ампера надо взять составляющую магнитного поля, которая перпендикулярна направлению тока. Решать задачи этой темы нужно так же как и в динамике или статике, т.е. расписав силы по осям координат или складывая силы по правилам сложения векторов.

Момент сил, действующих на рамку с током

Пусть рамка с током находится в магнитном поле, причём плоскость рамки перпендикулярна полю. Силы Ампера будут сжимать рамку, а их равнодействующая будет равна нулю. Если поменять направление тока, то силы Ампера поменяют своё направление, и рамка будет не сжиматься, а растягиваться. Если линии магнитной индукции лежат в плоскости рамки, то возникает вращательный момент сил Ампера. Вращательный момент сил Ампера равен:

где: S – площадь рамки, α – угол между нормалью к рамке и вектором магнитной индукции (нормаль – вектор, перпендикулярный плоскости рамки), N – количество витков, B – индукция магнитного поля, I – сила тока в рамке.

Сила Лоренца

Сила Ампера, действующая на отрезок проводника длиной Δl с силой тока I , находящийся в магнитном поле B может быть выражена через силы, действующие на отдельные носители заряда. Эти силы называют силами Лоренца . Сила Лоренца, действующая на частицу с зарядом q в магнитном поле B , двигающуюся со скоростью v , вычисляется по следующей формуле:

Угол α в этом выражении равен углу между скоростью и вектором магнитной индукции. Направление силы Лоренца, действующей на положительно заряженную частицу, так же, как и направление силы Ампера, может быть найдено по правилу левой руки или по правилу буравчика (как и сила Ампера). Вектор магнитной индукции нужно мысленно воткнуть в ладонь левой руки, четыре сомкнутых пальца направить по скорости движения заряженной частицы, а отогнутый большой палец покажет направление силы Лоренца. Если частица имеет отрицательный заряд, то направление силы Лоренца, найденное по правилу левой руки, надо будет заменить на противоположное.

Сила Лоренца направлена перпендикулярно векторам скорости и индукции магнитного поля. При движении заряженной частицы в магнитном поле сила Лоренца работы не совершает . Поэтому модуль вектора скорости при движении частицы не изменяется. Если заряженная частица движется в однородном магнитном поле под действием силы Лоренца, а ее скорость лежит в плоскости, перпендикулярной вектору индукции магнитного поля, то частица будет двигаться по окружности, радиус которой можно вычислить по следующей формуле:

Сила Лоренца в этом случае играет роль центростремительной силы. Период обращения частицы в однородном магнитном поле равен:

Последнее выражение показывает, что для заряженных частиц заданной массы m период обращения (а значит и частота, и угловая скорость) не зависит от скорости (следовательно, и от кинетической энергии) и радиуса траектории R .

Теория о магнитном поле

Если по двум параллельным проводам идёт ток в одном направлении, то они притягиваются; если в противоположных направлениях, то отталкиваются. Закономерности этого явления были экспериментально установлены Ампером. Взаимодействие токов вызывается их магнитными полями: магнитное поле одного тока действует силой Ампера на другой ток и наоборот. Опыты показали, что модуль силы, действующей на отрезок длиной Δl каждого из проводников, прямо пропорционален силам тока I 1 и I 2 в проводниках, длине отрезка Δl и обратно пропорционален расстоянию R между ними:

где: μ 0 – постоянная величина, которую называют магнитной постоянной . Введение магнитной постоянной в СИ упрощает запись ряда формул. Ее численное значение равно:

μ 0 = 4π ·10 –7 H/A 2 ≈ 1,26·10 –6 H/A 2 .

Сравнивая приведенное только что выражение для силы взаимодействия двух проводников с током и выражение для силы Ампера нетрудно получить выражение для индукции магнитного поля создаваемого каждым из прямолинейных проводников с током на расстоянии R от него:

где: μ – магнитная проницаемость вещества (об этом чуть ниже). Если ток протекает по круговому витку, то в центре витка индукция магнитного поля определяется по формуле:

Силовыми линиями магнитного поля называют линии, по касательным к которым располагаются магнитные стрелки. Магнитной стрелкой называют длинный и тонкий магнит, его полюса точечны. Подвешенная на нити магнитная стрелка всегда поворачивается в одну сторону. При этом один её конец направлен в сторону севера, второй – на юг. Отсюда название полюсов: северный (N ) и южный (S ). Магниты всегда имеют два полюса: северный (обозначается синим цветом или буквой N ) и южный (красным цветом или буквой S ). Магниты взаимодействуют так же, как и заряды: одноименные полюса отталкиваются, а разноименные – притягиваются. Невозможно получить магнит с одним полюсом. Даже если магнит разломать, то у каждой части будет по два разных полюса.

Вектор магнитной индукции

Вектор магнитной индукции – векторная физическая величина, являющаяся характеристикой магнитного поля, численно равная силе, действующей на элемент тока в 1 А и длиной 1 м, если направление силовой линии перпендикулярно проводнику. Обозначается В , единица измерения – 1 Тесла. 1 Тл – очень большая величина, поэтому в реальных магнитных полях магнитную индукцию измеряют в мТл.

Вектор магнитной индукции направлен по касательной к силовым линиям, т.е. совпадает с направлением северного полюса магнитной стрелки, помещённой в данное магнитное поле. Направление вектора магнитной индукции не совпадает с направлением силы, действующей на проводник, поэтому силовые линии магнитного поля, строго говоря, силовыми не являются.

Силовая линия магнитного поля постоянных магнитов направлена по отношению к самим магнитам так, как показано на рисунке:

В случае магнитного поля электрического тока для определения направления силовых линий используют правило «Правой руки» : если взять проводник в правую руку так, чтобы большой палец был направлен по току, то четыре пальца, обхватывающие проводник, показывают направление силовых линий вокруг проводника:

В случае прямого тока линии магнитной индукции – окружности, плоскости которых перпендикулярны току. Вектора магнитной индукции направлены по касательной к окружности.

Соленоид – намотанный на цилиндрическую поверхность проводник, по которому течёт электрический ток I подобно полю прямого постоянного магнита. Внутри соленоида длиной l и количеством витков N создается однородное магнитное поле с индукцией (его направление также определяется правилом правой руки):

Линии магнитного поля имеют вид замкнутых линий – это общее свойство всех магнитных линий. Такое поле называют вихревым. В случае постоянных магнитов линии не оканчиваются на поверхности, а проникают внутрь магнита и замыкаются внутри. Это различие электрического и магнитного полей объясняется тем, что, в отличие от электрических, магнитных зарядов не существует.

Магнитные свойства вещества

Все вещества обладают магнитными свойствами. Магнитные свойства вещества характеризуются относительной магнитной проницаемостью μ , для которой верно следующее:

Данная формула выражает соответствие вектора магнитной индукции поля в вакууме и в данной среде. В отличие от электрического, при магнитном взаимодействии в среде можно наблюдать и усиление, и ослабление взаимодействия по сравнению с вакуумом, у которого магнитная проницаемость μ = 1. У диамагнетиков магнитная проницаемость μ немного меньше единицы. Примеры: вода, азот, серебро, медь, золото. Эти вещества несколько ослабляют магнитное поле. Парамагнетики – кислород, платина, магний – несколько усиливают поле, имея μ немного больше единицы. У ферромагнетиков – железо, никель, кобальт – μ >> 1. Например, у железа μ ≈ 25000.

Магнитный поток. Электромагнитная индукция

Явление электромагнитной индукции было открыто выдающимся английским физиком М.Фарадеем в 1831 году. Оно заключается в возникновении электрического тока в замкнутом проводящем контуре при изменении во времени магнитного потока, пронизывающего контур. Магнитным потоком Φ через площадь S контура называют величину:

где: B – модуль вектора магнитной индукции, α – угол между вектором магнитной индукции B и нормалью (перпендикуляром) к плоскости контура, S – площадь контура, N – количество витком в контуре. Единица магнитного потока в системе СИ называется Вебером (Вб).

Фарадей экспериментально установил, что при изменении магнитного потока в проводящем контуре возникает ЭДС индукции ε инд, равная скорости изменения магнитного потока через поверхность, ограниченную контуром, взятой со знаком минус:

Изменение магнитного потока, пронизывающего замкнутый контур, может происходить по двум возможным причинам.

Магнитный поток изменяется вследствие перемещения контура или его частей в постоянном во времени магнитном поле. Это случай, когда проводники, а вместе с ними и свободные носители заряда, движутся в магнитном поле. Возникновение ЭДС индукции объясняется действием силы Лоренца на свободные заряды в движущихся проводниках. Сила Лоренца играет в этом случае роль сторонней силы.
Вторая причина изменения магнитного потока, пронизывающего контур, – изменение во времени магнитного поля при неподвижном контуре.

При решении задач важно сразу определить за счет чего меняется магнитный поток. Возможно три варианта:

Меняется магнитное поле.
Меняется площадь контура.
Меняется ориентация рамки относительно поля.

При этом при решении задач обычно считают ЭДС по модулю. Обратим внимание также внимание на один частный случай, в котором происходит явление электромагнитной индукции. Итак, максимальное значение ЭДС индукции в контуре состоящем из N витков, площадью S , вращающемся с угловой скоростью ω в магнитном поле с индукцией В :

Движение проводника в магнитном поле

При движении проводника длиной l в магнитном поле B со скоростью v на его концах возникает разность потенциалов, вызванная действием силы Лоренца на свободные электроны в проводнике. Эту разность потенциалов (строго говоря, ЭДС) находят по формуле:

где: α – угол, который измеряется между направлением скорости и вектора магнитной индукции. В неподвижных частях контура ЭДС не возникает.

Если стержень длиной L вращается в магнитном поле В вокруг одного из своих концов с угловой скоростью ω , то на его концах возникнет разность потенциалов (ЭДС), которую можно рассчитать по формуле:

Индуктивность.

Самоиндукция. Энергия магнитного поля

Самоиндукция является важным частным случаем электромагнитной индукции, когда изменяющийся магнитный поток, вызывающий ЭДС индукции, создается током в самом контуре. Если ток в рассматриваемом контуре по каким-то причинам изменяется, то изменяется и магнитное поле этого тока, а, следовательно, и собственный магнитный поток, пронизывающий контур. В контуре возникает ЭДС самоиндукции, которая согласно правилу Ленца препятствует изменению тока в контуре. Собственный магнитный поток Φ , пронизывающий контур или катушку с током, пропорционален силе тока I :

Коэффициент пропорциональности L в этой формуле называется коэффициентом самоиндукции или индуктивностью катушки. Единица индуктивности в СИ называется Генри (Гн).

Запомните: индуктивность контура не зависит ни от магнитного потока, ни от силы тока в нем, а определяется только формой и размерами контура, а также свойствами окружающей среды. Поэтому при изменении силы тока в контуре индуктивность остается неизменной. Индуктивность катушки можно рассчитать по формуле:

где: n – концентрация витков на единицу длины катушки:

ЭДС самоиндукции , возникающая в катушке с постоянным значением индуктивности, согласно формуле Фарадея равна:

Итак ЭДС самоиндукции прямо пропорциональна индуктивности катушки и скорости изменения силы тока в ней.

Магнитное поле обладает энергией. Подобно тому, как в заряженном конденсаторе имеется запас электрической энергии, в катушке, по виткам которой протекает ток, имеется запас магнитной энергии. Энергия W м магнитного поля катушки с индуктивностью L , создаваемого током I , может быть рассчитана по одной из формул (они следуют друг из друга с учётом формулы Φ = LI ):

Соотнеся формулу для энергии магнитного поля катушки с её геометрическими размерами можно получить формулу для объемной плотности энергии магнитного поля (или энергии единицы объёма):

Правило Ленца

Инерция – явление, происходящее и в механике (при разгоне автомобиля мы отклоняемся назад, противодействуя увеличению скорости, а при торможении отклоняемся вперёд, противодействуя уменьшению скорости), и в молекулярной физике (при нагревании жидкости увеличивается скорость испарения, самые быстрые молекулы покидают жидкость, уменьшая скорость нагревания) и так далее. В электромагнетизме инерция проявляется в противодействии изменению магнитного потока, пронизывающего контур. Если магнитный поток нарастает, то возникающий в контуре индукционный ток направлен так, чтобы препятствовать нарастанию магнитного потока, а если магнитный поток убывает, то возникающий в контуре индукционный ток направлен так, чтобы препятствовать убыванию магнитного потока.

На этом сайте. Для этого нужно всего ничего, а именно: посвящать подготовке к ЦТ по физике и математике, изучению теории и решению задач по три-четыре часа каждый день. Дело в том, что ЦТ это экзамен где мало просто знать физику или математику, нужно еще уметь быстро и без сбоев решать большое количество задач по разным темам и различной сложности. Последнему научиться можно только решив тысячи задач.

Выучить все формулы и законы в физике, и формулы и методы в математике . На самом деле, выполнить это тоже очень просто, необходимых формул по физике всего около 200 штук, а по математике даже чуть меньше.

В каждом из этих предметов есть около десятка стандартных методов решения задач базового уровня сложности, которые тоже вполне можно выучить, и таким образом, совершенно на автомате и без затруднений решить в нужный момент большую часть ЦТ. После этого Вам останется подумать только над самыми сложными задачами.

Посетить все три этапа репетиционного тестирования по физике и математике. Каждый РТ можно посещать по два раза, чтобы прорешать оба варианта. Опять же на ЦТ, кроме умения быстро и качественно решать задачи, и знания формул и методов необходимо также уметь правильно спланировать время, распределить силы, а главное правильно заполнить бланк ответов, не перепутав ни номера ответов и задач, ни собственную фамилию. Также в ходе РТ важно привыкнуть к стилю постановки вопросов в задачах, который на ЦТ может показаться неподготовленному человеку очень непривычным.

Нашли ошибку?

Сессия приближается, и пора нам переходить от теории к практике. На выходных мы сели и подумали о том, что многим студентам было бы неплохо иметь под рукой подборку основных физических формул. Сухие формулы с объяснением: кратко, лаконично, ничего лишнего. Очень полезная штука при решении задач, знаете ли. Да и на экзамене, когда из головы может «выскочить» именно то, что накануне было жесточайше вызубрено, такая подборка сослужит отличную службу.

Больше всего задач обычно задают по трем самым популярным разделам физики. Это механика , термодинамика и молекулярная физика , электричество . Их и возьмем!

Основные формулы по физике динамика, кинематика, статика

Начнем с самого простого. Старое-доброе любимое прямолинейное и равномерное движение.

Формулы кинематики:

Конечно, не будем забывать про движение по кругу, и затем перейдем к динамике и законам Ньютона.

После динамики самое время рассмотреть условия равновесия тел и жидкостей, т.е. статику и гидростатику

Теперь приведем основные формулы по теме «Работа и энергия». Куда же нам без них!

Основные формулы молекулярной физики и термодинамики

Закончим раздел механики формулами по колебаниям и волнам и перейдем к молекулярной физике и термодинамике.

Коэффициент полезного действия, закон Гей-Люссака, уравнение Клапейрона-Менделеева – все эти милые сердцу формулы собраны ниже.

Кстати! Для всех наших читателей сейчас действует скидка 10% на .

Основные формулы по физике: электричество

Пора переходить к электричеству, хоть его и любят меньше термодинамики. Начинаем с электростатики.

И, под барабанную дробь, заканчиваем формулами для закона Ома, электромагнитной индукции и электромагнитных колебаний.

На этом все. Конечно, можно было бы привести еще целую гору формул, но это ни к чему. Когда формул становится слишком много, можно легко запутаться, а там и вовсе расплавить мозг. Надеемся, наша шпаргалка основных формул по физике поможет решать любимые задачи быстрее и эффективнее. А если хотите уточнить что-то или не нашли нужной формулы: спросите у экспертов студенческого сервиса . Наши авторы держат в голове сотни формул и щелкают задачи, как орешки. Обращайтесь, и вскоре любая задача будет вам «по зубам».

Электрический ток, сила, плотность, условия существования. Источник тока. Курсы по физике

Тестирование онлайн

Электрический ток. Основные понятия
Сила, плотность тока

Условия существования тока

Электрический ток – направленное движение заряженных частиц. Направление, в котором движутся положительно заряженные частицы, считается направлением тока. Вещества, в которых возможно движение зарядов, называются проводниками.

В металлах единственными носителями тока являются электроны. Направление тока противоположно направлению движения электронов.

Для существования тока необходимо:
1) наличие свободных заряженных частиц;
2) существование внешнего электрического поля;
3) наличие источника тока – источника сторонних сил.

Характеристики тока

Сила тока – скалярная величина, определяется по формуле

Если ток изменяется, то заряд, прошедший через поперечное сечение проводника, определяется как площадь фигуры, ограниченной зависимостью I(t).

Плотность тока – векторная величина, определяется по формуле

Прибор для измерения силы тока называется амперметром. Включается в сеть последовательно. Собственное сопротивление амперметра должно быть мало, поскольку включение амперметра не должно изменять силу тока в цепи.

В быту «источником тока» часто неточно называют любой источник электрического напряжения (батарею, генератор, розетку), но в строго физическом смысле это не так, более того, обычно используемые в быту источники напряжения по своим характеристикам гораздо ближе к источнику ЭДС, чем к источнику тока.

Примерами источника тока могут являться катушка индуктивности, вторичная обмотка трансформатора. Внутреннее сопротивление источника тока стремится к нулю.

Под действием электрического поля, созданного источником тока, свободные заряды движутся в веществе с некоторой средней скоростью – скорость дрейфа.

Quantity of Electricity Chemistry Tutorial

Quantity of Electricity Chemistry Tutorial Больше бесплатных руководств Стать членом Члены Вход & тире; в Связаться с нами

Хотите игры по химии, упражнения, тесты и многое другое?

Вам необходимо стать членом AUS-e-TUTE!

Ключевые понятия

Гальванический элемент (гальванический элемент) производит поток электронов.
Этот поток электронов называется электрическим током.
Ток обозначен символом I и измеряется в амперах (амперах, А).
Количество заряда, проходящего через точку в электрической цепи, зависит от электрического тока и времени, в течение которого ток может течь.
Количество заряда обозначается символом Q и измеряется в кулонах (C).
Количество заряда (или электричества), содержащегося в токе, протекающем в течение определенного времени, можно вычислить:
Q = I × т
Q = количество заряда (электричества) в кулонах (Кл)
I = ток в амперах (амперы, A)
t = время (секунды)
Это уравнение можно преобразовать для вычисления электрического тока с учетом количества заряда (электричества) и времени:
I = Q ÷ t
Это уравнение можно переформулировать для расчета времени, затраченного на количество заряда (электричества) и электрического тока:
t = Q ÷ I
Это уравнение можно использовать для определения количества заряда, электрического тока или продолжительности времени, необходимого для проведения эксперимента по электролизу, например:
(i) для гальваники
Промышленный пример: электролитическое рафинирование меди
(ii) электролиз расплавленных солей для извлечения металла
Промышленный пример: извлечение алюминия из бокситов
Промышленный пример: извлечение натрия из расплавленного хлорида содуима
(iii) электролиз водных растворов для извлечения элемента:
Промышленный пример: электролитическое извлечение меди

Пожалуйста, не блокируйте рекламу на этом сайте.
Без рекламы = для нас нет денег = для вас нет бесплатных вещей!

Рабочий пример: расчет количества заряда

Вопрос: Рассчитайте количество заряда (электричества) Q, полученное при прохождении тока силой 25 ампер в течение 1 минуты.

Решение:

(на основе подхода StoPGoPS к решению проблем.)

Что вас просят сделать?
Рассчитать количество заряда
Q =? C
Какие данные (информацию) вы указали в вопросе?
Извлеките данные из вопроса:
I = ток = 25 А
t = время = 1 минута
Преобразуйте время в минутах во время в секундах, умножив на 60
t = 1 ~~мин~~ × 60 сек / ~~мин~~ = 60 секунд
Какая связь между тем, что вы знаете, и тем, что вам нужно выяснить?
Напишите уравнение: Q = I × t
Подставьте значения в уравнение и решите относительно Q:
Q = 25 × 60
= 1500 С
Правдоподобен ли ваш ответ?
Работа в обратном направлении: используйте рассчитанное вами значение Q и ток, указанный в вопросе, для расчета времени, затем сравните его со временем, указанным в вопросе:
Q = 1500 С
I = 25 А
t = Q ÷ I = 1500 ÷ 25 = 60 секунд
60 секунд = 1 минута
Поскольку рассчитанное здесь время совпадает с указанным в вопросе, мы достаточно уверены, что наш ответ для Q правильный.
Изложите свое решение задачи «рассчитать количество заряда»:
Q = 1500 C

Рабочий пример: расчет тока

Вопрос: Рассчитайте ток, необходимый для обеспечения 30 000 кулонов заряда (электричества) за 5 минут.

Решение:

(На основе подхода StoPGoPS к решению проблем.)

Что вас просят сделать?
Рассчитать текущий
I =? А
Какие данные (информацию) вы указали в вопросе?
Извлеките данные из вопроса:
Q = 30 000 ° C
t = 5 минут
Преобразуйте время в минутах во время в секундах, умножив на 60
t = 5 ~~мин~~ × 60 сек / ~~мин~~ = 300 секунд
Какая связь между тем, что вы знаете, и тем, что вам нужно выяснить?
Напишите уравнение: I = Q ÷ t
Подставьте значения и решите для I:
I = Q ÷ t
= 30 000 ÷ 300
= 100 ампер
Правдоподобен ли ваш ответ?
Работа в обратном направлении: используйте значение тока, вычисленное выше, и количество заряда (электричества), указанное в вопросе, чтобы рассчитать затраченное время, и сравните его со временем, указанным в вопросе:
I = 100 А
Q = 30 000 ° C
t = Q ÷ I = 30,000 ÷ 100 = 300 секунд
Преобразуйте время в секундах во время в минутах, разделив на 60
t = 300 ~~сек~~ ÷ 60 ~~сек~~ / мин = 5 минут
Поскольку рассчитанное здесь время совпадает с указанным в вопросе, мы уверены, что наше рассчитанное значение для тока верное.
Изложите свое решение задачи «рассчитать ток»:
I = 100 А

Рабочий пример: расчет времени

Вопрос: Вычислите время в минутах, необходимое для получения заряда (электричества) 12 000 C, используя ток 10 ампер.

Решение:

(На основе подхода StoPGoPS к решению проблем.)

Что вас просят сделать?
Рассчитать время в минутах
т =? минут
Какие данные (информацию) вы указали в вопросе?
Извлеките данные из вопроса:
Q = 12 000 ° C
I = 10 А
Какая связь между тем, что вы знаете, и тем, что вам нужно выяснить?
Напишите уравнение: t = Q ÷ I
Подставьте значения и решите для t:
т = Q ÷ I
= 12 000 ÷ 10
= 1200 секунд
Преобразуйте время в секундах во время в минутах, разделив на 60
t = 1,200 ~~сек~~ ÷ 60 ~~сек~~ / мин
= 20 минут
Правдоподобен ли ваш ответ?
Работа в обратном направлении: используйте рассчитанное вами значение времени и тока, указанные в вопросе, чтобы вычислить количество заряда, и сравните это значение со значением, указанным в вопросе:
t = 20 минут = 20 × 60 = 1200 секунд
I = 10 А
Q = I × t = 10 × 1200 = 12000 C
Поскольку вычисленное здесь значение Q совпадает со значением, указанным в вопросе, мы уверены, что наше вычисленное значение для времени является правильным.
Изложите свое решение задачи «рассчитать время в минутах»:
t = 20 минут

Предупреждение!

Некоторое содержимое на этой странице не может быть отображено.

Пожалуйста, включите JavaScript и всплывающие окна для просмотра всего содержимого страницы.

www.ausetute.com.au

15.S: Цепи переменного тока (Резюме) – Physics LibreTexts

Ключевые термины

Уравнение

переменный ток	ток, синусоидально колеблющийся во времени с фиксированной частотой
напряжение переменного тока	напряжение, синусоидально колеблющееся во времени с фиксированной частотой
переменный ток (ac)	Поток электрического заряда, который периодически меняет направление
средняя мощность	среднее по времени мгновенной мощности за один цикл
полоса пропускания	диапазон угловых частот, в которых средняя мощность больше половины максимального значения средней мощности
емкостное реактивное сопротивление	Противодействие конденсатора изменению тока
постоянный ток (dc)	Поток электрического заряда только в одном направлении
импеданс	переменный ток аналог сопротивления в цепи постоянного тока, который измеряет комбинированное влияние сопротивления, емкостного реактивного сопротивления и индуктивного реактивного сопротивления
индуктивное реактивное сопротивление	Противодействие катушки индуктивности изменению тока
фазовый угол	величина, на которую напряжение и ток не совпадают по фазе друг с другом в цепи
Коэффициент мощности	величина, на которую мощность, передаваемая в цепи, меньше теоретического максимума цепи из-за того, что напряжение и ток не совпадают по фазе
добротность	безразмерная величина, описывающая резкость пика полосы пропускания; высокая добротность – острый или узкий резонансный пик
резонансная частота	частота, при которой амплитуда тока максимальна, и цепь будет колебаться, если не будет управляться источником напряжения
действующий ток	среднеквадратичное значение текущего
действующее напряжение	среднеквадратичное значение напряжения
понижающий трансформатор	трансформатор, понижающий напряжение и увеличивающий ток
повышающий трансформатор	трансформатор, повышающий напряжение и понижающий ток
трансформатор	устройство, которое преобразует напряжения из одного значения в другое с помощью индукции
уравнение трансформатора	, показывающее, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению количества витков в их обмотках

Ключевые уравнения

Напряжение переменного тока	\ (\ Displaystyle v = V_0sinωt \)
Переменный ток	\ (\ Displaystyle я = I_0sinωt \)
емкостное реактивное сопротивление	\ (\ Displaystyle \ гидроразрыва {V_0} {I_0} = \ гидроразрыва {1} {ωC} = X_C \)
действующее напряжение	\ (\ Displaystyle V_ {rms} = \ frac {V_0} {\ sqrt {2}} \)
действующее значение тока	\ (\ displaystyle I_ {rms} = \ frac {I_0} {\ sqrt {2}} \)
индуктивное сопротивление	\ (\ Displaystyle \ гидроразрыва {V_0} {I_0} = ωL = X_L \)
Фазовый угол цепи последовательного RLC	\ (\ Displaystyle ϕ = загар ^ {- 1} \ гидроразрыва {X_L − X_C} {R} \)
Вариант закона Ома для переменного тока	\ (\ displaystyle I_0 = \ frac {V_0} {Z} \)
Импеданс цепи последовательного RLC	\ (\ Displaystyle Z = \ sqrt {R ^ 2 + (X_L − X_C) ^ 2} \)
Средняя мощность, связанная с элементом схемы	\ (\ Displaystyle P_ {ave} = \ frac {1} {2} I_0V_0cosϕ \)
Средняя мощность, рассеиваемая резистором	\ (\ displaystyle P_ {ave} = \ frac {1} {2} I_0V_0 = I_ {rms} V_ {rms} = I ^ 2_ {rms} R \)
Резонансная угловая частота контура	\ (\ Displaystyle ω_0 = \ sqrt {\ frac {1} {LC}} \)
Добротность схемы	\ (\ Displaystyle Q = \ гидроразрыва {ω_0} {Δω} \)
Добротность цепи по параметрам цепи	\ (\ Displaystyle Q = \ гидроразрыва {ω_0L} {R} \)
Уравнение трансформатора с напряжением	\ (\ displaystyle \ frac {V_S} {V_P} = \ frac {N_S} {N_P} \)
Уравнение трансформатора с током	\ (\ Displaystyle I_S = \ frac {N_P} {N_S} I_P \)

Сводка

15.2 источника переменного тока

Постоянный ток (dc) относится к системам, в которых напряжение источника постоянно.
Переменный ток (ac) относится к системам, в которых напряжение источника периодически изменяется, особенно синусоидально.
Источник напряжения системы переменного тока выдает напряжение, которое рассчитывается по времени, пиковому напряжению и угловой частоте.
В простой схеме ток определяется делением напряжения на сопротивление.Переменный ток рассчитывается с использованием пикового тока (определяемого делением пикового напряжения на сопротивление), угловой частоты и времени.

15.3 Простые цепи переменного тока

Для резисторов сквозной ток и напряжение совпадают по фазе.
Для конденсаторов мы обнаруживаем, что когда на конденсатор подается синусоидальное напряжение, напряжение следует за током на одну четверть цикла. Поскольку конденсатор может останавливать ток при полной зарядке, он ограничивает ток и предлагает другую форму сопротивления переменному току, называемую емкостным реактивным сопротивлением, которое измеряется в омах.
Для катушек индуктивности в цепях переменного тока мы обнаруживаем, что когда на индуктор подается синусоидальное напряжение, оно опережает ток на одну четверть цикла.
Противодействие катушки индуктивности изменению тока выражается как тип реактивного сопротивления переменного тока. Это индуктивное реактивное сопротивление, измеряемое в омах, зависит от частоты источника переменного тока.

Цепи серии 15,4 RLC с AC

Последовательная цепь RLC представляет собой последовательную комбинацию резистора, конденсатора и индуктора через источник переменного тока.
Одинаковый ток течет через каждый элемент последовательной цепи RLC во все моменты времени.
Сопротивлением в цепи постоянного тока является импеданс, который измеряет совокупное влияние резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности. Максимальный ток определяется версией закона Ома для переменного тока.
Импеданс измеряется в омах и определяется как сопротивление, емкостное реактивное сопротивление и индуктивное реактивное сопротивление.

15.5 Питание в цепи переменного тока

Средняя мощность переменного тока определяется умножением среднеквадратичных значений тока и напряжения.
Ома для среднеквадратичного значения переменного тока находится делением среднеквадратичного значения напряжения на полное сопротивление.
В цепи переменного тока существует фазовый угол между напряжением источника и током, который можно найти, разделив сопротивление на полное сопротивление.
Средняя мощность, подаваемая в цепь RLC , зависит от фазового угла.
Коэффициент мощности колеблется от –1 до 1.

15,6 Резонанс в цепи переменного тока

На резонансной частоте индуктивное реактивное сопротивление равно емкостному реактивному сопротивлению.
График зависимости средней мощности от угловой частоты для цепи RLC имеет пик, расположенный на резонансной частоте; резкость или ширина пика называется полосой пропускания.
Полоса пропускания связана с безразмерной величиной, называемой коэффициентом качества.Высокое значение добротности – это острый или узкий пик.

15,7 Трансформаторы

Электростанции передают высокое напряжение при малых токах для достижения более низких омических потерь на многокилометровых линиях передачи.
Трансформаторы используют индукцию для преобразования напряжения из одного значения в другое.
Для трансформатора напряжения на первичной и вторичной катушках или обмотках связаны уравнением трансформатора.
Токи в первичной и вторичной обмотках связаны количеством первичных и вторичных петель или витков в обмотках трансформатора.
Повышающий трансформатор увеличивает напряжение и снижает ток, тогда как понижающий трансформатор снижает напряжение и увеличивает ток.

Авторы и авторство

Сэмюэл Дж. Линг (Государственный университет Трумэна), Джефф Санни (Университет Лойола Мэримаунт) и Билл Мобс со многими авторами. Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

Электромагнетизм | Физика для идиотов

Для электромагнетизма все, что вам нужно знать, – это то, что происходит, когда у вас есть + или – заряды, что происходит, когда они приближаются, и что происходит, когда они движутся.Вот и все! Для всех неквантовых ЭМ вам нужно всего 5 формул. Четыре уравнения Максвелла и уравнение Лоренца описывают все электричество, магнетизм, свет, звук, излучение, фактически большую часть физики:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

Насколько плохой может быть тема, если вы можете описать все с помощью всего 5 уравнений, вы, вероятно, сможете уместить их все на обратной стороне пивного коврика. Теперь, когда вы ознакомились с выводом, мы можем перейти к началу и подробно прочитать всю историю.Если вы не изучаете университетский курс, вы можете обойтись без того, чтобы точно знать, что это уравнение означает или делает, но этот сайт объяснит их позже, сначала давайте вернемся к основам.

Заряд бывает 2-х типов, положительный и отрицательный, и измеряется в кулонах (C). Если у вас есть заряд, он излучает поле во всех направлениях. Поле заряда обозначается буквой E, как в E-lectricity. Если вы поместите в поле еще один заряд, он почувствует силу. Подобные обвинения отталкивают, а непохожие – притягивают.Чем больше заряд, тем сильнее сила и чем дальше заряды, тем слабее сила, чего вы и ожидали. Эта связь может быть представлена законом Кулона;

‘s – это два заряда, и это расстояние между ними в квадрате. Другой бит – это просто константа, которая примерно равна

00000. (Точный вывод этого закона можно найти здесь). Из них вы можете видеть, что сила – это просто поле, умноженное на любой вложенный вами заряд.Используя это, вы можете определить поле или силу между частицами, атомами или чем-либо, имеющим заряд, при условии, что они не движутся. Как только вы начинаете заряжаться, происходят другие вещи.

Как только заряд начинает двигаться, он создает другое поле. Новое поле – это магнетизм и обозначается буквой B, как в B-магматизме?

Причина, по которой это буква B, заключается просто в том, что это было второе место в алфавитном списке:

Электромагнитный векторный потенциал: A
Магнитная индукция: B
Полный электрический ток: C
Рабочий объем: D
Электродвижущая сила: E
Механическое усилие: F
Скорость в точке: G
Сила магнитного поля: H

(Это также объясняет, откуда берется H для тех, кто заинтересован).

Итак, теперь ваша частица или атом, или что-то еще, имеет 2 выходящих поля. Полное уравнение, описывающее, как оба поля действуют на частицу, –

, которая известна как сила Лоренца. Символ не означает умножение, в данном контексте он означает перекрестное произведение. По сути, это короткий способ записать «умножить на синус угла между». Это потому, что поле сдвигается под углом 90 ° в любое направление, в котором оно указывает, И в каком направлении вы двигаетесь.Теперь, если вы не делаете EM после A-level, вы можете забыть о направлениях и углах и просто написать

Если мы расширим приведенное выше выражение, мы получим

Но мы уже можем описать одну из этих частей, это просто закон Кулона. Кроме того, на уровне A или ниже ситуация, вероятно, будет упрощена, поэтому вам нужно только рассмотреть поля и отдельно. Таким образом, вам, вероятно, придется использовать только одну из следующих двух формул:

Очевидно, это сила и заряд, и два поля, описанные ранее, и скорость движущегося заряда.Электрическое поле измеряется в единицах СИ: ньютоны на кулон () или, что то же самое, вольты на метр (). Магнитное поле измеряется в единицах СИ Тесла (Тл), что эквивалентно Веберам на квадратный метр () или вольт-секундам на квадратный метр ()

Теперь я не большой поклонник схем, никогда не был, теперь, надеюсь, я буду достаточно профессионален, чтобы моя неприязнь к ним не отражалась в этом разделе, но если это произойдет, я заранее извиняюсь. Если я действительно начну бороться со своей ненавистью, мне, возможно, придется позвонить второму писателю

Цепи в основном представляют собой серию движущихся зарядов со случайным объектом или устройством, влияющими на поток.Когда я говорю, что электроны движутся, большинство людей подумают, что их скорость приближается к скорости света, но это неверно. Настоящие электроны движутся ОЧЕНЬ медленно, это волна, которая распространяется быстро. Как было сказано выше, подобные заряды отталкиваются, поэтому поместите один электрон рядом с другим, и они разойдутся. С током в проводе у вас в основном есть трубка электронов, и вы добавляете один к одному из концов, это заставляет следующий электрон двигаться вниз, который, в свою очередь, толкает следующий и так далее.Итак, у вас есть эффект мексиканской волны, который движется быстро, но сами электроны движутся медленно.

Цепи

обычно содержат всевозможные объекты и устройства в зависимости от того, для чего они предназначены, и в зависимости от того, как вы их все настраиваете в цепи, зависит, как вы выполняете все свои вычисления.

Что есть что?

Если вы настроили все свои компоненты в замкнутом цикле, например,

, то мы говорим, что все компоненты относятся к серии .Если вы настроите их с ветвящимися путями, например,

, то мы говорим, что компоненты находятся в параллельном . Вы также можете создавать схемы, которые представляют собой смесь последовательного и параллельного участков, например,

Амперы, Вольт и Ом (Боже мой!)

Мы называем движущиеся заряды током, и он измеряется в единицах СИ – амперах (А). Ампер эквивалентен количеству заряда, прошедшего за определенное время, поэтому 2 кулона за 6 секунд будут эквивалентны 0.3А. Это, как и большинство других вещей в физике, можно выразить в красивой формуле, которую вы можете усвоить.

Еще одна важная идея в схемах – это напряжение или разность потенциалов. Вольт – это в основном разница электрического потенциала в двух разных точках. Электрический потенциал между двумя точками равен

где – расстояние между и. Это в основном поле, умноженное на расстояние.

Еще одна важная идея, связанная с цепями, – сопротивление.Сопротивление – это в основном мера того, какое сопротивление противостоит электрическому току. Почти все объекты или устройства в цепи вызывают сопротивление, и для вычисления общего сопротивления в цепи вы используете одно или несколько из этих правил

Одним из самых важных и фундаментальных уравнений в схемах является закон Ома, который связывает ток, напряжение и сопротивление.

Вот и все. Классическая EM не идет дальше этого.Эти 4 являются фундаментальным уравнением для ВСЕХ полей в EM. Им может потребоваться немного времени, чтобы разобраться, но как только вы это сделаете, все должно иметь смысл.

Если вы не знаете об интеграции и дифференциации, я предлагаю вам перейти в раздел «Интеграция» или «Дифференциация», я попытаюсь объяснить это здесь, но в основном сосредоточусь на физике.

Закон Гаусса

Хорошо, тогда сначала у нас есть закон Гаусса.

Это говорит о том, что интеграл электрического поля через замкнутую область равен полному заряду внутри этой области, деленному на. – это константа, называемая проницаемостью свободного пространства, и проявляется во всей физике вместе с проницаемостью свободного пространства. Это уравнение означает, что вы можете взять ЛЮБУЮ замкнутую поверхность, которая вам нравится, и найти проходящее через нее поле, при условии, что вы можете делать математику. Обычно ты не можешь. Однако есть ряд случаев, когда это приятно и просто.Случаи, когда поле выходит прямо через поверхность равномерно. Кейсы

Сферическая поверхность вокруг точки или сферы
A Цилиндрическая поверхность вокруг бесконечного провода
A Обычная поверхность над сечением бесконечной плоскости

Я допускаю, что это звучит расплывчато и абстрактно, поэтому я продемонстрирую их с помощью диаграммы.

Это гауссовы поверхности. По сути, с этими поверхностями все, что вы пытаетесь сделать, – это облегчить жизнь.Просто убедитесь, что поверхность всегда находится на одинаковом расстоянии от источника заряда и что поле всегда проходит под углом 90 градусов. Затем вы можете проработать интеграл с закрытыми глазами. Это очень просто. Левая часть закона Гаусса становится в Е раз больше поверхности выбранной вами формы.

Таким образом, закон Гаусса для сферы принимает вид

Который ранее был введен как Закон Кулона, теперь вы знаете, откуда он взялся.Закон Гаусса для бесконечной линии заряда составляет всего

Теперь в этом было введено кое-что новое,. Если у вас есть бесконечная линия заряда, то общий заряд на ней бесконечен, и невозможно узнать, сколько этого бесконечного заряда у вас будет внутри вашей гауссовой поверхности. Вот где приходит значение заряда на единицу длины, так что если = 4 см и у вас 5 метров, то заряд будет всего 20 градусов. Вот и все, всего лишь стоимость заряда.

Для бесконечной поверхности закон Гаусса становится

Еще раз был добавлен новый символ, но такой же, как и раньше. это просто заряд на единицу площади, поэтому, если = 5 см и у вас есть площадь 100 м, общий заряд составляет 500 С.

Заряженное кольцо

Допустим, у вас есть заряженное кольцо, и вам нужно знать поле, создаваемое им. И снова мы будем использовать один из важнейших инструментов физики, чтобы упростить работу. Сначала мы будем смотреть только на поле вдоль оси кольца, иначе все будет слишком сложно, и это не стоит усилий.Теперь давайте возьмем очень маленькую часть кольца и скажем, что это сфера. Это неправда, но чем меньше мы делаем секцию, тем больше мы можем сделать ее похожей на точечный заряд. Так у вас что-то вроде этого

Вы хотите найти поле в точке вдоль оси кольца полного заряда и радиуса. Небольшая квадратная секция вверху – это кусочек, который вы считаете заряженной сферой. Теперь мы не знаем, сколько заряда стоит в этом маленьком разделе, так как вы можете сделать его любого размера, который захотите, поэтому мы просто называем начисление, небольшое количество.Итак, теперь у нас

Теперь, если вы думаете об этом, каждый бит кольца выше оси, толкающей вниз, будет иметь равный бит ниже оси, толкающей вверх. То же самое будет и с левой, и с правой, и со всеми остальными частями кольца. Таким образом, вся сила от кольца будет действовать только вдоль оси. Чтобы проработать только этот бит, нам нужно использовать какой-то триггер. Нам нужно умножить поле, чтобы получить осевую составляющую.

Как вы можете знать или не знать, можно также описать (с использованием SOH CAH TOA) следующие отношения для нашей ситуации

As – смежная сторона и гипотенуза.Итак, теперь у нас

Однако мы можем не знать, что это такое. Мы знаем радиус диска, и расстояние, на котором мы находимся от диска,. Используя немного старого Пифагора, мы можем переписать его в терминах и

Итак, теперь наше уравнение выглядит так

Теперь мы хотим избавиться от этого, поэтому интегрируем

Теперь мы знаем из диаграммы в начале, что общий заряд на диске равен, поэтому, если мы сложим все маленькие биты общей суммы, должно быть, значит, интеграл будет справедливым.

Вот оно, поле от заряженного диска. Все, что вам нужно, это поле с точки и некоторые триггерные знания, и вы можете это решить. Я мог бы просто дать вам окончательное решение, но таким образом вы сможете увидеть, откуда оно взялось, а затем, если вы его забудете, вы сможете решить его, руководствуясь первыми принципами, как указано выше.

Закон Гаусса для магнетизма

Это красиво и легко, но имеет большое значение. Закон Гаусса для магнетизма –

Это похоже на обычный закон Гаусса в том, что он описывает поле, на этот раз его магнитное поле.Он говорит, что интеграл от B по замкнутой поверхности равен нулю. Ничего такого. Каждая линия поля, выходящая за пределы поверхности, имеет входящий эквивалент. Полного поля нет. Это означает, что получить источники Магнитного поля невозможно. В то время как электроны и протоны являются источниками поля, от которого силовые линии расходятся или сходятся к нему, магнитного аналога нет. Силовые линии магнитного поля – это всегда замкнутые контуры, без начала и без конца. Это, конечно, не остановило людей от подготовки на случай, если мы обнаружим магнитный монополь.

Это уравнение может показаться хорошим, но оно само по себе совершенно бесполезно. Обычно нулевой результат в физике очень важен, это означает, что может происходить что-то особенное, здесь он показывает, что магнитных монополей не существует.

Закон Фарадея

Теперь все становится сложнее, вот и закон Фарадея,

Я подробно расскажу вам, что это на самом деле означает. Сначала у нас есть левая часть, что очень просто. Это похоже на закон Гаусса, только интеграл над другим.Вместо нахождения полного поля через поверхность, мы теперь находим полное поле вокруг замкнутого контура. Вот и все, что отличается от левой стороны, никаких поверхностей, только замкнутые контуры. Теперь о правой стороне. Во-первых, у нас есть минус, замечать это сложно. Зачем это нужно, будет объяснено позже. Далее у нас есть еще один интеграл, и этот выглядит ужасно. Символ в основном означает небольшое изменение. Так происходит изменение, и это изменение в том, где время. Целое – это скорость изменения, насколько сильно изменяется () в данный момент ().И это интегрируется по области. – это область внутри замкнутого цикла, если вы нарисуете какую-то случайную волнистую фигуру, убедившись, что линия не пересекает сама себя и соединяется сама с собой, тогда длина вокруг линии – ваша, а область внутри линии – ваша. Да просто? Таким образом, сумма в цикле просто равна минусу изменения в цикле.

Что будет, если нет? Ну нет, так это ноль, что делает интеграл 0, значит, нет. Что будет, если у вас будет константа? Ну опять 0.Таким образом, равен нулю, что делает интеграл равным 0, поэтому снова нет. Вы можете вызвать поле только из изменяющегося поля .

Важность знака минус проистекает из того факта, что поля создают поля, а поля создают поля (как показано в законах Фарадея и Ампера). Если бы не было минуса, поля просто продолжали бы строить и строить, в конечном итоге давая бесконечную энергию, а это недопустимо!

Закон Ампера-Максвелла

Последнее из уравнений Максвелла – это закон Ампера-Максвелла.Как первые два закона были похожи, так и последние два, в них есть шаблон в таком порядке, который может облегчить их запоминание. над областью, над областью, вокруг петли и, наконец, вокруг петли. Уравнение

Левая сторона, легкая, интегральная с B вокруг замкнутого контура. Правая сторона, не все так просто. Сначала давайте проигнорируем этот бит, я вернусь к этому. В остальном это очень похоже на закон Фарадея. У вас есть еще одно изменяющееся поле, интегрированное в область, но на этот раз его.Однако на этот раз вместо умножения на минус 1 вы умножаете на. Еще раз, это две очень важные ценности в физике, по отдельности и вместе. Они лежат в основе EM. Итак, ваше магнитное поле вокруг петли просто равно изменяющемуся полю E, проходящему через него раз, но тогда вам нужно добавить немного. Это бит. Это просто ток, который проходит через цикл раз, потому что, как сказано в Stuff Moving, если у вас есть движущийся заряд, то есть ток, тогда вы получите магнитное поле.Итак, вам нужно сложить две части вместе. Красный.

Помимо написания приведенных выше уравнений Максвелла в так называемой интегральной форме, вы также можете записать их в дифференциальной форме, например,

Запись уравнений Максвелла в одной из двух вышеперечисленных форм на самом деле является упрощением. И интегральная форма, и дифференциальная форма являются векторными уравнениями, и они избавляют вас от необходимости писать полные 8 уравнений Максвелла для полей и во всех трех измерениях.

[su_spoiler title = ”8« Оригинальные »уравнения Максвелла» style = «fancy»]

[/ su_spoiler]

Оказывается, вы также можете компактифицировать четыре векторных уравнения Максвелла в два тензорных уравнения, например, так

Вот вектор с четырьмя компонентами, иногда называемый 4-током, и представляет собой матрицу 4 × 4, называемую электромагнитным тензором.Они определены как

(6)

(7)

где – скорость света. Символы and просто сообщают вам, где в векторе или матрице искать, но для некоторых сбивает с толку начало с 0, поэтому и (не путать с кубом). То же самое с, так и

Электроэнергия и электроэнергия

Можете ли вы представить мир без электричества? В нашем современном обществе электричество используется каждый день. Домашние электроприборы передают энергию от основного источника для обогрева или освещения наших домов и улиц.Он нужен нам для питания наших устройств, таких как лампы и телевизоры, транспортного и медицинского оборудования.

Электрическая энергия и электрическая мощность – два основных термина, связанных с практическим электричеством. Так в чем же разница и как они работают? Читай дальше что бы узнать!

Электроэнергия

Электроэнергия, P, определяется как мощность выполненной работы, Вт, , в электрической системе с течением времени, т . Он измеряется в ваттах (Вт) или иногда также описывается как джоуль в секунду (Дж / с).Это соотношение можно описать следующей формулой:

Формула: Мощность (Вт) = Выполненная работа (Дж) / Время (с)
Упрощенная формула: P = Вт / т

Мы также можем используйте принципы закона Ома, чтобы получить формулу для электрической мощности:

Формула: Мощность (Вт) = Напряжение (В) x Ток (А)
Упрощенная формула: P = VI
Полученные формулы: P = VI = I ² R = V ² / R

Электрическая энергия

В электрической цепи электрическая энергия определяется как общая выполненная работа.Единица измерения электрической энергии в системе СИ – Джоуль (Дж). Это произведение мощности, умноженное на время, в течение которого она была потреблена. Следовательно, формула:

Формула: Энергия (Дж) = Мощность (Вт) x Время (с)
Упрощенная формула: E = Pt
Производные формулы: E = Pt = VIt = I ² Rt = V ² t / R

Тепловой эффект электричества

Электрическая энергия может быть преобразована в другие формы энергии с помощью различных электроприборов.Когда электрический ток проходит через проводник, генерируется тепловая энергия, это называется эффектом нагрева. Некоторыми примерами применения теплового эффекта в наших домах являются электрические чайники, электрические утюги и водонагреватели.

Небезопасное использование электричества может вызвать опасности, такие как пожары и удары током, которые могут быть опасными. Это может произойти при коротком замыкании.

Детали внутри вилки

Вилка источников питания в наших домах имеет три провода – провод под напряжением, нейтраль и заземление, а также предохранитель.Провода коричневого, синего и зеленого цвета соответственно. Эти провода предназначены для следующих целей:

Провод под напряжением : для передачи тока от источника питания к прибору. В предметах домашнего обихода переключатели устанавливаются на токоведущий провод, так что при его открытии прибор отключается от высокого напряжения. Это предохраняет пользователя от поражения электрическим током, если он случайно прикоснется к нему. В токоведущем проводе также должен быть установлен предохранитель.
Нейтральный провод: Для замыкания цепи путем передачи тока от прибора обратно к генератору.
Заземляющий провод: Для предотвращения поражения людей электрическим током за счет обеспечения альтернативного пути прохождения тока при утечке тока. Он не проводит электричество.

Предохранитель предназначен для защиты приборов от повреждений, вызванных сильным электрическим током. Внутри предохранителя есть короткий провод, который плавится, если сила тока превышает номинал предохранителя. И заземляющий провод, и предохранитель являются элементами безопасности, защищающими пользователей от любых опасностей.

Заключение

Концепции практического электричества интересны, поскольку вы начнете замечать, что они применяются повсюду. Теперь, когда вы смотрите на свою настольную лампу или гладите одежду, вы получаете базовые знания о том, как они работают. Учитель физики сможет помочь вам глубже понять концепции и ответить на ваши вопросы. Если вас ждут экзамены , O level, обучение физике поможет вам учиться умным и увлекательным способом!

Regents Physics Electric Current

Расход заряда

Электрический ток – это поток заряда, во многом подобно тому, как потоки воды – это поток молекул воды.Молекулы воды имеют тенденцию течь из областей с высокой потенциальной гравитационной энергией в области с низкой гравитационной потенциальной энергией. Электрические токи текут от высокого электрического потенциала к низкому электрическому потенциалу . И чем больше разница между высоким и низким потенциалом, тем больше тока течет!

В большинстве электрических токов движущиеся заряды представляют собой отрицательные электроны. Однако, по историческим причинам, восходящим к Бену Франклину, мы говорим, что условного тока, протекающего в направлении положительных зарядов, переместятся на .Хотя это неудобно, довольно легко оставаться прямо, если вы просто помните, что действительные движущиеся заряды, электроны, текут в направлении, противоположном направлению электрического тока. Имея это в виду, мы можем утверждать, что положительный ток течет от высокого потенциала к низкому потенциалу , даже если носители заряда (электроны) фактически текут от низкого потенциала к высокому.

Электрический ток (I) измеряется в амперах, (A), или амперах, и может быть рассчитан путем нахождения общего количества заряда (q) в кулонах, которое проходит через определенную точку за данный момент времени (t).Следовательно, электрический ток можно рассчитать как:

Вопрос: Заряд 30 кулонов проходит через Резистор 24 Ом за 6,0 сек. Что ток через резистор?
Ответ:

Сопротивление

Электрические заряды могут легко перемещаться в одних материалах (проводниках) и менее свободно в других (изоляторах), как мы узнали ранее. Мы описываем способность материала проводить электрический заряд как проводимость .Хорошие проводники обладают высокой проводимостью. Электропроводность материала зависит от:

Плотность бесплатного перемещения
Подвижность этих бесплатных зарядов

Аналогичным образом мы описываем способность материала противостоять движению электрического заряда с помощью сопротивления , обозначенного греческой буквой ро (). Удельное сопротивление измеряется в ом-метрах, которые представлены греческой буквой омега, умноженной на метры (• м). И проводимость, и удельное сопротивление являются свойствами материала.

Когда объект создается из материала, тенденция материала проводить электричество или проводимость зависит от проводимости материала, а также от формы материала. Например, полая цилиндрическая труба имеет более высокую проводимость воды, чем цилиндрическая труба, заполненная ватой. Однако форма трубы также играет роль. Очень толстая, но короткая труба может пропускать много воды, но очень узкая и очень длинная труба не может проводить столько воды. И геометрия объекта, и состав объекта влияют на его проводимость .

Сосредоточившись на способности объекта сопротивляться потоку электрического заряда, мы обнаруживаем, что объекты, сделанные из материалов с высоким удельным сопротивлением, имеют тенденцию препятствовать прохождению электрического тока и имеют высокое сопротивление . Кроме того, материалы, имеющие форму длинных и тонких объектов, также увеличивают электрическое сопротивление объекта. Наконец, объекта обычно демонстрируют более высокое удельное сопротивление при более высоких температурах . Мы объединили все эти факторы, чтобы описать сопротивление объекта потоку электрического заряда.Сопротивление – это функциональное свойство объекта, которое описывает способность объекта препятствовать прохождению через него заряда. Единицы сопротивления – Ом ().

Для любой заданной температуры мы можем рассчитать электрическое сопротивление объекта в Ом, используя следующую формулу, которую можно найти в справочной таблице.

В этой формуле R – сопротивление объекта, в Ом (), rho () – удельное сопротивление материала, из которого сделан объект, в Ом * метрах (• м), L – длина объекта в метрах, а A – площадь поперечного сечения объекта в метрах в квадрате.Обратите внимание, что таблица удельного сопротивления материалов для постоянной температуры дана вам в справочной таблице!

Давайте попробуем на примере задачи вычислить электрическое сопротивление объекта:

Вопрос: Провод длиной 3,50 метра с площадью поперечного сечения
3,14 × 10 ^–6 м ² при 20 ° Цельсия имеет сопротивление 0,0625. Определите удельное сопротивление проволоки и материала, из которого она изготовлена.
Ответ:

Закон Ома

Если сопротивление препятствует прохождению тока, а разность потенциалов способствует прохождению тока, имеет смысл только то, что эти величины должны быть каким-то образом связаны.Джордж Ом изучил и количественно определил эти отношения для проводников и резисторов по известной формуле, ныне известной как закон Ома :

Закон Ома может иметь более качественный смысл, если мы немного его изменим:

Теперь легко увидеть, что ток, протекающий через проводник или резистор (в амперах), равен разности потенциалов на объекте (в вольтах), деленной на сопротивление объекта (в омах). Если вы хотите, чтобы протекал большой ток, вам потребуется большая разность потенциалов (например, большая батарея) и / или очень маленькое сопротивление.

Вопрос: Ток в проводе 24 ампера при подключении к 1,5 вольт аккумулятор. Найдите сопротивление провода.
Ответ:

Примечание. Закон Ома на самом деле не является законом физики – не все материалы подчиняются этому соотношению. Однако это очень полезная эмпирическая зависимость, которая точно описывает ключевые электрические характеристики проводников и резисторов. Один из способов проверить, является ли материал омическим (если он соответствует закону Ома), – это построить график зависимости напряжения отток через материал. Если материал подчиняется закону Ома, вы получите линейную зависимость, а наклон линии равен сопротивлению материала.

Электрические схемы

Электрическая цепь представляет собой замкнутый контур, по которому может течь ток. Электрическая цепь может состоять практически из любых материалов (включая людей, если мы не будем осторожны!), Но практически говоря, они обычно состоят из электрических устройств, таких как провода, батареи, резисторы и переключатели.Обычный ток будет проходить по полному замкнутому контуру (замкнутая цепь) от высокого потенциала к низкому, поэтому электроны фактически текут в противоположном направлении, от низкого потенциала к высокому. Если путь не является замкнутым контуром (разомкнутым контуром), заряд не будет течь.

Электрические цепи, представляющие собой трехмерные конструкции, обычно представлены в двух измерениях с помощью диаграмм, известных как принципиальные схемы. Эти схемы представляют собой упрощенные стандартизованные представления, в которых общие элементы схемы представлены определенными символами, а провода, соединяющие элементы в схеме, представлены линиями.Условные обозначения основных схем показаны в Справочной таблице по физике.

Для протекания тока по цепи необходим источник разности потенциалов. Типичными источниками разности потенциалов являются гальванические элементы, батареи (состоящие из двух или более элементов, соединенных вместе) и источники питания (напряжения). В общей терминологии мы часто называем гальванические элементы батареями. Рисуя элемент или батарею на принципиальной схеме, помните, что более длинная сторона символа – это положительный полюс.

Электрические цепи должны образовывать полный проводящий путь для протекания тока. В примере схемы, показанной ниже слева, цепь является неполной, потому что переключатель разомкнут, поэтому ток не будет течь, и лампа не будет гореть. Однако в схеме внизу справа переключатель замкнут, образуя контур замкнутого контура. Пойдет ток, и лампа загорится.

Обратите внимание, что на рисунке справа обычный ток будет течь от положительного к отрицательному, создавая путь тока по часовой стрелке в цепи.Однако настоящие электроны в проводе движутся в противоположном направлении или против часовой стрелки.

Вольтметры

Вольтметры – это инструменты, используемые для измерения разности потенциалов между двумя точками в цепи. Вольтметр подключается параллельно измеряемому элементу, что означает создание пути переменного тока вокруг измеряемого элемента и через вольтметр. Вы правильно подключили вольтметр, если вы можете удалить вольтметр из цепи, не разрывая цепь.На схеме справа вольтметр подключен для правильного измерения разности потенциалов на лампе. Вольтметры имеют очень высокое сопротивление, чтобы минимизировать ток, протекающий через вольтметр, и влияние вольтметра на цепь.

Амперметры

Амперметры – это инструменты, используемые для измерения тока в цепи. Амперметр включен последовательно со схемой, так что измеряемый ток протекает непосредственно через амперметр. Чтобы правильно вставить амперметр, цепь должна быть разомкнута.Амперметры имеют очень низкое сопротивление, чтобы минимизировать падение потенциала через амперметр и воздействие амперметра на цепь, поэтому включение амперметра в цепь параллельно может привести к очень высоким токам и может вывести из строя амперметр. На схеме справа амперметр подключен правильно для измерения тока, протекающего по цепи.

Вопрос: На электрической схеме справа возможно расположение амперметра и вольтметра обозначены кружками 1, 2, 3 и 4.Где должен быть расположен амперметр? правильно измерить полный ток и где должен ли вольтметр быть правильно расположен измерить общее напряжение?
Ответ: Для измерения полного тока амперметр должен быть помещен в положение 1, так как весь ток в цепи должен проходить через этот провод, а амперметры всегда подключаются последовательно.
Для измерения общего напряжения в цепи вольтметр можно установить в положение 3 или 4.Вольтметры всегда размещаются параллельно с анализируемым элементом схемы, а позиции 3 и 4 эквивалентны, потому что они соединены проводами (а потенциал всегда одинаков в любом месте идеального провода).

Энергия и мощность

Так же, как механическая мощность – это скорость, с которой расходуется механическая энергия, электрическая мощность – это скорость, с которой расходуется электрическая энергия. Ранее мы узнали, что когда вы работаете над чем-то, вы изменяете его энергию, и что электрическая работа или энергия равна разнице заряда, умноженной на разность потенциалов.Следовательно, мы можем записать наше уравнение для электрической мощности как:

Однако мы также знаем, что количество заряда, перемещающегося за точку за данную единицу времени, является текущим, поэтому мы можем продолжить наш вывод следующим образом:

Итак, электрическая мощность, затрачиваемая в цепи, – это электрический ток, умноженный на разность потенциалов (напряжение). Используя закон Ома, мы можем расширить его еще больше, чтобы предоставить нам несколько различных методов для расчета электрической мощности, рассеиваемой резистором:

Конечно, сохранение энергии по-прежнему применяется, поэтому энергия, используемая в резисторе, преобразуется в тепло (в большинстве случаев) и свет, или ее можно использовать для работы.Посмотрим, сможем ли мы применить эти знания на практике.

Вопрос: Тостерная печь на 110 вольт потребляет ток 6 ампер на максимальной мощности, преобразуя электрическую энергию в тепловую. Какая максимальная мощность тостера?
Ответ:

Расчеты по закону Ома

с мощностью

В четырех таблицах ниже вы можете ввести два из четырех факторов закона Ома.Это Мощность, (P) или (Вт), измеренная в ваттах, напряжение (V) или (E), измеренная в вольтах, , ток или сила тока (I), измеренная в ампер, ( ампер, ), и сопротивление (R), измеренное в Ом . Необходимый коэффициент будет рассчитан для вас, когда вы нажмете кнопку «Рассчитать» для этой таблицы.

Хотя это и не является частью первоначальной теории, в более поздние годы мы также относили коэффициент мощности к Ому. Мощность обычно обозначается сокращением (Вт) и измеряется в Вт .Формула, обычно приводимая для мощности:
W = V x I или W = I ² x R или W = V ² / R. Другие основные формулы, включающие Power:
I = W / V или I = (W / R) ₂
V = (W x R) ₂ или V = W / I
R = V ² / W или R = W / I ²

Для исходных расчетов закона Ома щелкните здесь . Чтобы проверить цветовую кодировку резисторов, используйте нашу таблицу цветовых кодов резисторов и калькулятор .Этот конвертер требует использования Javascript и поддерживающих браузеров.

Факторы закона Ома при мощности
Рассчитать мощность	Вычислить в амперах
Расчет напряжения	Вычислить Ом

Удельное сопротивление (Вт-см) для обычных металлов при комнатной температуре
Алюминий	2.828 x 10 ^-6
Медь	1,676 x 10 ^-6
Серебро	1,586 x 10 ^-6
Золото	2,214 x 10 ^-6
Вольфрам	5,5 10 x 10 ^-6

Например, провод калибра 10 – это 2.588 мм в диаметре.
Сопротивление на 1 см толстого медного провода составляет
3,186 x 10 ^-5 Вт / см. Миля этого провода имеет сопротивление 5,13 Вт.

Эффективность и расчеты – Физика рассказа

Простой вид двигателя

Один вид двигателя – это сложная сборка проводов, магнитов, осей, щеток и коммутаторов.Существует множество различных конструкций электродвигателей (например, щеточного постоянного тока, шагового постоянного тока, синхронного переменного тока), и для адаптации конструкции к конкретной задаче требуются значительные навыки. Это может быть приложение с особенно высоким крутящим моментом, возможно, для создания больших ускорений для электрического спортивного автомобиля, или приложение, в котором рабочая мощность очень мала, но очень мало энергии может быть потрачено впустую, например, в автомобиле на солнечной энергии.

Намного более простое представление можно получить, разработав описание с точки зрения запасов энергии или мощности в проводящих путях.

Рабочая мощность и максимальная мощность

У двигателей много рабочих мощностей. Даже в быту можно найти моторы, предназначенные для перемешивания одежды в стиральной машине, приготовления супа, измельчения кофе или вращения жесткого диска портативного музыкального плеера. В последнем примере требуется точное движение, но, возможно, ненадолго. Воспроизведение музыки зависело от точного вращения от 78 об / мин (оборотов в минуту) синглов, через стабильную высокую скорость для аудио CD-ROM, до стабильно высокой скорости для жестких дисков (7200 об / мин обычно доступны на момент написания. ).Возможно, плееры с флэш-памятью вытеснят как жесткие диски, так и портативные аудиокассетные плееры, поскольку им нужны очень точные двигатели, которые протягивают ленту по голове со скоростью 178 дюймов в секунду. Тем не менее, если роботы будут играть какую-либо роль в будущем, инженерам будет очень необходимо проектировать двигатели с диапазоном точности и номинальной мощности.

Но есть более простая точка зрения (а физикам нравятся более простые точки зрения), которая дает руководство для всей этой инженерной мысли. Двигатель – это просто устройство, предназначенное для переключения с электрического пути на механический, поэтому это своего рода преобразователь.Идеальный двигатель переключит всю мощность – без потерь.

Используйте аккумулятор для привода двигателя, который поднимает поддон (например, на автопогрузчике). Затем описание устройства / пути обеспечивает полезный уровень детализации для одного стратегического представления инженерных требований. Еще более абстрактное представление дает описание магазинов, которое еще меньше касается . Как? , а так уж больше ориентировался на сколько? .

Идеальное и несовершенное переключение с одного пути на другой

Инженеры очень озабочены настоящими двигателями, которые не идеальны.Совершенство – это всего лишь недостижимая цель: инженерия – это правильный компромисс.

Любой двигатель имеет значительную длину провода, в котором есть ток и на котором есть разность потенциалов, величина ограничена этим соотношением: V = R × I . Следовательно, эти провода двигателя будут нагреваться. Таким образом, более реалистичный вид двигателя – это устройство, которое переключается с электрического пути на механический рабочий путь и на путь нагрева частицами.

Менее расточительный, более эффективный двигатель – это двигатель, у которого большая часть мощности уходит в механический рабочий путь.

Так как двигатели светятся не очень сильно, то нагревом от пути излучения можно пренебречь; Другими словами, на этом пути для большинства двигателей не так много энергии, пока они не выйдут за пределы своей проектной мощности, что часто приводит к сгоранию двигателя . Это происходит, когда мощность, переключаемая с входного (электрического) пути, превышает три выходных пути (механическая обработка, нагрев частицами, нагрев излучением).Сдвинутая энергия превышает смещенную, а запас тепла увеличивается, поэтому проволока становится все горячее и горячее, пока в конце концов не расплавится.

Как посчитать накопления в магазинах в результате подъема

Обратно к мотору автопогрузчика, поднимающего поддон. Как мотор работает, так аккумулятор разряжается и груз поднимается. Чем быстрее поднимается груз, тем с большей скоростью химические вещества вступают в реакцию в аккумуляторе, и поэтому он разряжается с большей скоростью.

Двигатель переключается с электрического пути – энергия, передаваемая из химического накопителя батареи, в гравитационный накопитель, накапливается с течением времени.

Мощность в электрическом тракте (заданная током и разностью потенциалов, как и раньше) и время устанавливают накопление.

Мощность в двух направлениях

Энергия, переданная в гравитационный накопитель, зависит как от силы (масса × напряженность гравитационного поля), так и от расстояния – здесь от высоты.Вы можете проверить эти связи в темах SPT: Forces и SPT: Energy. Таким образом, вы можете рассчитать энергию, смещенную в гравитационный накопитель, накапливающуюся при изменении высоты. Усилие фиксируется содержимым поддона, который поднимает вилочный погрузчик.

Энергия, накопленная в гравитационном накопителе в результате изменения высоты, может быть вычислена как масса × напряженность гравитационного поля × изменение высоты. Проверить это имеет смысл, используя единицы: килограмм × ньютон килограмм ^-1 × метр, что упрощается до: ньютон × метр.Возвращаясь от единиц к количеству, это сила × расстояние.

Вычисляет энергию (подробнее см. Тему SPT: Energy).

Эти два накопления из-за электрических и механических путей будут равны, если двигатель идеален. Мы часто используем эту упрощенную модель, потому что она часто является хорошим руководством к действию. Но для реальных двигателей некоторая часть энергии неизбежно будет перемещена в тепловые накопители, поэтому накопление, рассчитанное на основе электрического пути, будет равно энергии, перемещенной в гравитационный накопитель и в эти тепловые накопители.