Значение эдс: 2. Действующее значение эдс напряжения и силы переменного тока. Мощность переменного тока.

2. Действующее значение эдс напряжения и силы переменного тока. Мощность переменного тока.

Действующим значением силы переменного тока называют силу постоянного тока, который за один период переменного тока выделяется столько же тепла, сколько последний за тоже время.

; ;

Мощность переменного тока: ; где P – мощность, Вт; I – сила тока, А, R – сопротивление, Ом; U – напряжение, В.

3. Трансформатор

Трансформатором называют статистический электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток той же частоты, но другого напряжения.

Он был создан Яблочковым в 1876 году.

Трансформатор состоит из замкнутого сердечника, деланного из мягкой стали или феррита, на который надеты две катушки (обмотки) с разным числом витков. Одна из обмоток называется первичной и подключается к источнику питания переменного напряжения вторая, к которой присоединяют «нагрузку» называют – вторичной.

Условное обозначение трансформатора:

1. Холостой ход трансформатора.

Ток первичной обмотки создает в сердечнике переменный магнитный поток, который наводит одинаковую эдс индукции в каждом витке обеих обмоток

ЭДС индукции в обмотках трансформатора прямо пропорциональны числу витков в них.

, .

Напряжение на обмотках трансформатора прямо пропорциональны числу витков в них.

Коэффициентом трансформации называется отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки

, где k – коэффициент трансформации. Если , то трансформатор понижающий; если , то повышающий.

2 .Работа нагруженного трансформатора.

,

Сила тока в обмотках трансформатора обратно пропорциональна числу витков в них.

Кпд трансформатора равен отношению мощности тока во вторичной обмотки к мощности тока в первичной обмотке.

%.

Сердечники трансформаторов по условиям своей работы находятся в переменном магнитном поле, поэтому в них должны циркулировать вихревые токи. Энергия, затраченная на создание вихревых токов, идет на нагревание сердечников. Для ослабления вредного действия вихревых токов сердечник делают из отдельных листов, изолированных друг от друга.

Вопросы для самопроверки:

1. Какие изменения заряда, силы тока и напряжения называются электрическими колебаниями?

2. Где происходят свободные электромагнитные колебания?

3. Какие периодические превращения энергии происходят в колебательном контуре?

4. Какие системы называются автоколебательными?

5. Из чего состоит любая автоколебательная система?

6. Какой ток называется переменным?

7. Что называют вынужденными электромагнитными колебаниями?

8. Запишите уравнение синусоидальной ЭДС.

9. Запишите формулу для вычисления мощности переменного тока.

10. Какая электрическая цепь называется колебательным контуром?

11. Какое поле получается в соленоиде, а какое в конденсаторе?

12. Чему равна энергия электрического поля; магнитного поля?

13. Запишите: чему равна частота и период колебаний в контуре.

14. Какие колебания называются автоколебаниями?

15. Что собой представляет переменный ток?

16. Что называют вынужденными электромагнитными колебаниями?

17. Какое устройство называют генератором?

18. Запишите формулу для вычисления действующих значений ЭДС, напряжения и силы переменного тока.

19. Что называют трансформатором?

20. Какой трансформатор называют повышающим, какой – понижающим?

21. Изменяет ли трансформатор частоту преобразуемого переменного тока?

22. Чему равен коэффициент трансформации?

23. Запишите соотношение напряжения в обмотках трансформатора к силе тока в них и к числу витков в обмотках.

24. Чему равен коэффициент полезного действия трансформатора?

25. Почему сердечник трансформатора собирают из отдельных пластин?

26. Почему мощность, потребляемая от вторичной обмотки, меньше мощности подводимой к первичной обмотке?

27. Будет ли идти ток к первичной обмотке трансформатора при разомкнутой вторичной обмотке?

28. Как измениться сила тока в первичной и вторичной цепях работающего трансформатора, если железный сердечник разомкнуть?

Тема: Электромагнитное поле и его распространение в виде электромагнитных волн (по Максвеллу). Открытый колебательный контур как источник электромагнитных волн. Свойства электромагнитных волн. Энергия электромагнитного поля (волны).

Физические основы радиосвязи.

Переменный ток. ЭДС, напряжение, сила тока, заряд. Амплитудные

Ранее мы познакомились с постоянным электрическим током — направленным движением зарядов, для которого сила тока постоянна. В случае, если значение силы тока непостоянно, тогда ток будем называть переменным.

Для школьной физики переменный ток рассматривается в двух, в общем-то, похожих случаях:

• вынужденные колебания (на вход цепи подаётся внешняя разность потенциалов/ток, которые изменяются гармонически).
• колебания в LC (состоящем из катушек индуктивности и конденсаторов) или LCR (состоящем их катушек индуктивности, конденсаторов и сопротивлений) контурах.

Рассмотрение свободных колебаний в случае переменного тока аналогично постоянному. Точно так же существует закон Ома для цепи переменного тока, рассчитываются мощности и энергии (работы) для такого случая.

Для школы характерно описание переменного тока через гармонические законы. Переменными параметрами в цепи могут быть ЭДС (

), напряжение на элементе (), сила тока (), заряд конденсатора (). Рассмотрим ЭДС источника гармонический колебаний:

(1)

• где
  • — текущее значение ЭДС (в момент времени ),
  • — амплитудное (максимальное) значение ЭДС,
  • — циклическая частота колебания,
  • — момент времени, в который изучается значение ЭДС,
  • — начальная фаза колебания.

Аналогичным образом можно ввести колебания напряжения 

на элементе:

(2)

• где
  • — текущее значение напряжения (в момент времени ),
  •  — амплитудное (максимальное) значение напряжения,
  • — циклическая частота колебания,
  • — момент времени, в который изучается значение напряжения,
  • — начальная фаза колебания.

Таким же образом вводится и колебание силы тока:

(3)

• где
  • — текущее значение силы тока (в момент времени ),
  • — амплитудное (максимальное) значение силы тока,
  • — циклическая частота колебания,
  • — момент времени, в который изучается значение силы тока,
  • — начальная фаза колебания.

И, аналогично, заряд на конденсаторе:

(4)

• где
  • — текущее значение заряда конденсатора (в момент времени ),
  • — амплитудное (максимальное) значение заряда на конденсаторе,
  • — циклическая частота колебания,
  • — момент времени, в который изучается значение заряда конденсатора,
  • — начальная фаза колебания.

Важно: нужно помнить, что тригонометрически можно превратить синус в косинус:

(5)

• где
  • — новая начальная фаза колебания.

Вывод: таким образом, рассмотрение переменного тока в случае формульных задач, связанных с соотношениями (1) — (4), касается анализа сомножителей и слагаемых, входящих в само соотношение.

Измерение ЭДС гальванического элемента

ЭДС, обозначающая электродвижущую силу, представляет собой наибольшую возможную разность потенциалов между двумя электродами гальванического элемента при отсутствии тока. Он измеряется с помощью суммарного напряжения между полуреакциями окисления и восстановления.

Измерение ЭДС гальванического элемента может помочь вам определить, является ли он гальваническим, то есть есть ли в нем электрический ток. Это также очень полезно при проектировании аккумуляторов, поскольку позволяет рассчитать, сколько элементов необходимо для достижения определенного напряжения.

Читайте дальше, чтобы узнать больше об электрохимических элементах и ​​о том, как рассчитать и измерить электродвижущую силу.

В этом посте:

Что такое гальванический элемент?

Электрохимическая ячейка — это инструмент, который вы можете использовать либо для получения электричества в результате химической реакции, либо для создания химической реакции.

Батарея состоит из одного или нескольких гальванических элементов. Эти ячейки производят электрический потенциал или напряжение, которое становится электрическим током, когда к ним подключена нагрузка. Сила электрического потенциала и тока зависит от химических реакций в клетках и используемых материалов.

Химические реакции в электрохимических элементах включают перенос электронов между электродами. Проще говоря, один электрод отдает электроны, а другой принимает электроны. Электрод, который спонтанно отдает электроны, известен как анод, и именно здесь происходит реакция окисления. Анод действует как отрицательный электрод в гальваническом элементе и положительный электрод в электролитической ячейке.

Между тем, электрод, который спонтанно притягивает электроны, называется катодом. Здесь происходит реакция восстановления. Катод служит положительным электродом в гальваническом элементе и отрицательным электродом в электролитическом элементе, как показано на диаграмме ниже.

Сила напряжения зависит от того, как расположены элементы и от того, соединены ли они параллельно или последовательно. В то время как размер не имеет отношения к чистому напряжению, электрическая емкость прямо пропорциональна размеру ячеек.

Вы можете рассчитать электродвижущую силу ячейки на основе типа материала, используемого в качестве электрода. Однако стоит отметить, что расчетное идеальное значение обычно отличается от фактического измеренного значения из-за таких переменных, как температура и концентрация электролита.

Из каких компонентов состоит гальванический элемент?

Электрохимическая ячейка состоит из двух электродов, раствора электролита, перемычки и контейнера. Вы можете создать простую электрохимическую ячейку, используя лимон и два электрода из разных типов металлов. Наиболее распространенными металлами, используемыми в качестве электродов в лабораторных экспериментах, являются медь и цинк.

Что такое электрохимический потенциал клетки?

Электрохимический потенциал клетки представляет собой разность потенциалов между двумя полуэлементами. Он основан на потенциале напряжения электродов, который прямо пропорционален их склонности отдавать или получать электроны.

Что такое ЭДС электрического элемента?

ЭДС (электродвижущая сила) электрического элемента является мерой его электрического потенциала или напряжения. По сути, это разница между реакционными потенциалами полуэлементов двух разных электродов.

Вы можете думать об ЭДС как о потенциальной энергии электрической ячейки. Должен существовать более высокий уровень, с которого электрический ток может течь на нижний уровень. Поскольку для одного электрода требуется более высокая степень окисления, чем для другого, у вас не может быть двух электродов из одного и того же материала.

Один электрод должен служить катодом, из которого будут спонтанно удаляться электроны (известная как реакция окисления), а другой действует как анод, к которому должны добавляться электроны (реакция восстановления).

В каком направлении движутся электроны в электрохимической ячейке?

При значительной разнице в степени окисления двух разных материалов ток может течь от электрода с более высокой степенью окисления к электроду с более низкой степенью окисления. Как в гальванических, так и в электролитических элементах электроны всегда текут от анода к катоду (хотя в электролитической ячейке соответствующие заряды электродов меняются местами).

В гальванических элементах электроды состоят из разных металлов с разной степенью окисления, которые реагируют с электролитом. В то время как реакции окисления в гальванических элементах протекают самопроизвольно, реакции окисления в электролитических элементах – нет. Вместо этого они требуют ввода электроэнергии от внешнего источника питания. Гальванический элемент или батарея сама по себе является источником энергии.

Как рассчитать электродвижущую силу (ЭДС)

Рассчитать электродвижущую силу или электрический потенциал клетки относительно просто. Вам просто нужно вычесть более низкий потенциал окисления из более высокого потенциала окисления.

Окислительный потенциал может быть как положительным, так и отрицательным. То, что имеет более низкий окислительный потенциал, также имеет более высокий восстановительный потенциал. Это означает, что даже если электрод имеет положительную степень окисления, он также может служить восстановительным электродом или катодом, если он имеет более низкую положительную степень.

Чтобы рассчитать электродвижущую силу, вы можете обратиться к таблице потенциалов окисления/восстановления или записать полуреакции на основе периодической таблицы элементов. Затем вы можете использовать приведенную выше формулу для определения ЭДС ячейки с учетом материалов, используемых в качестве электродов.

Резюме 

Электродвижущая сила (ЭДС) клетки представляет собой меру ее электрического потенциала, который обычно выражается в виде напряжения. Различные типы металлов и других материалов имеют соответствующий электрический потенциал, который зависит от степени окисления. Рассчитать ЭДС электрохимического элемента можно с помощью таблицы стандартных восстановительных потенциалов или периодической таблицы элементов.

Отказ от ответственности

Блог на сайтеchemicals.co.uk и все, что в нем публикуется, предоставляется только в качестве информационного ресурса. Блог, его авторы и аффилированные лица не несут ответственности за любые несчастные случаи, травмы или ущерб, вызванные частично или непосредственно в результате использования информации, представленной на этом веб-сайте. Мы не рекомендуем использовать какие-либо химические вещества без предварительного ознакомления с Паспортом безопасности материала, который можно получить у производителя, и следуя советам по безопасности и мерам предосторожности, указанным на этикетке продукта. Если у вас есть какие-либо сомнения по поводу вопросов охраны здоровья и безопасности, обратитесь в Управление по охране труда и технике безопасности (HSE).

Расчет ЭДС

Потенциалы ячеек

Потенциалы полуэлементов измеряются по сравнению со стандартным водородным электродом. Стандартные потенциалы полуклеток могут быть как положительными, так и отрицательными. Значение стандартного потенциала покажет, подвергается ли полуячейка восстановлению или окислению в данной клетке.

Чем больше отрицательный клеточный потенциал вещества, тем легче веществу будет окисляться другие вещества и действовать как окислитель . Чем больше положительный клеточный потенциал вещества, тем легче этому веществу будет восстанавливать другие вещества и действовать как восстановитель .

Потенциалы клеток рассчитываются путем вычитания потенциала полуклетки справа от ячейки в обычном представлении ячейки из потенциала полуклетки слева.

{\varnothing}_\text{Left} 9{\varничего}, чем у вещества, с которым оно реагирует.

более положительная половина ячейки будет окислять  вещества , поэтому реакция будет происходить в направлении восстановления (то есть слева направо), как написано в электрохимическом ряду. Более отрицательная половина ячейки будет восстанавливать вещества , поэтому реакция будет происходить в

направлении окисления (то есть справа налево). 9{\varnothing}_{\text{Окисление}}

Уровень

Необходимое практическое задание

Измерение ЭДС электрохимической ячейки

Метод

1. Выберите полоску из двух металлов для проведения эксперимента. Эти металлы могут быть любыми из меди, железа, серебра или цинка.
2. Очистите металлы с помощью наждачной бумаги , чтобы удалить оксидный слой , и убедитесь, что на металлах нет смазки, которая может повлиять на результаты. 93 раствора , содержащего ионы металла . Повторите это для второго металла, используя другой стакан.
3. Окуните полоску фильтровальной бумаги в инертный солевой раствор , такой как \text{KNO}_3, а затем поместите каждый конец полоски в отдельные стаканы. Убедитесь, что полоска находится в растворах.
4. С помощью зажимов-крокодилов соедините металлы с вольтметром и создайте цепь.
5. Измерьте и запишите напряжение элемента.

Уровень А

Влияние условий на напряжение элемента

Принцип Ле Шателье можно использовать для понимания влияния изменения условий на электродный потенциал элемента.

Если ЭДС клетки

больше положительной , то реакция с большей вероятностью протекает спонтанно . Несмотря на это, возможно, что реакции с положительной ЭДС протекать не будут, так как некоторые реакции протекают настолько медленно, что за эффективно инертны или имеют высокую энергию активации .

Увеличение концентрации реагентов в ячейке увеличивает ЭДС . Это связано с тем, что равновесие смещается в сторону продуктов реакции, производящих меньше электронов. Большинство клеточных реакций являются

экзотермическими . Таким образом, увеличение температуры вызовет уменьшение ЭДС на сдвиг равновесия в сторону реагентов 9{2+}_{\text{(водн.)}} + 2\text{Au}_{\text{(s)}}

Уровень

Примеры вопросов

Уравнение половинной ячейки \text{NiO(OH)} содержит 1 электрон, а половинное уравнение электрода \text{Cd(OH)}_2 содержит 2 электрона. Следовательно, половинное уравнение \text{NiO(OH)} умножается на два, что дает:

2\text{NiO(OH)} + 2\text{H}_2\text{O} + \text{Cd} → 2\text{Ni(OH)}_2 + \text{Cd(OH)}_2

1,4\text{ V}

(Два балла за правильное уравнение. Один балл за правильный потенциал.