Электрические цепи постоянного тока

Содержание

Слайд 2

СОДЕРЖАНИЕ Электрический ток Электрическое сопротивление и проводимость Закон Ома Электрическая цепь

СОДЕРЖАНИЕ
Электрический ток
Электрическое сопротивление и проводимость
Закон Ома
Электрическая цепь
Соединение резисторов
II закон Кирхгофа
Потеря напряжения

в проводах
Слайд 3

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК Полный ток – направленное движение носителей заряда, сопровождаемое магнитным

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
Полный ток – направленное движение носителей заряда, сопровождаемое магнитным полем.
Состоит

из трех токов:
1.Ток проводимости – направленное движение свободных носителей зарядов под действием электрического поля.
В металлах – электроны;
В электролитах – ионы;
В газах – электроны и ионы.
2. Ток переноса - направленное движение заряженных частиц в вакууме (наблюдается в электронных лампах, диодах).
3.Ток смещения - направленное движение связанных носителей (наблюдается в диэлектриках).
За направление электрического тока принято считать направление движения положительных зарядов от (+) к (-).

Упорядоченное движение электронов в металлическом проводнике.
S – площадь поперечного сечения проводника,
U – электрическое поле.

Слайд 4

Количественной характеристикой электрического тока является сила тока -количество электричества, проходящего через

Количественной характеристикой электрического тока является сила тока -количество электричества, проходящего через

поперечное сечение проводника за одну секунду. Единица измерения А (Ампер)
1 кА = 103 А
1МА = 106 А I = Q \ t (А)
1 мкА = 10-6 А
1 млА =10-3 А
Q – заряд, Кл ( Кулон); t – время, сек.
Это скалярная величина. Ток в цепи измеряют амперметром, который включают последовательно с нагрузкой, чтобы через нее проходил полный ток.
Плотность тока – векторная величина – количество электричества, проходящего за 1 секунду через единицу перпендикулярного току сечения.
J = I \ S А\ мм2
Слайд 5

Задача 1 Через поперечное сечение проводника 2,5 мм2 за время 0,04

Задача 1
Через поперечное сечение проводника 2,5 мм2 за время 0,04 сек.

Прошел заряд 20*10-3 Кл. Определить плотность тока в проводнике.
I = Q \ t = 20*10-3 \ 0,04 =500*10-3 А
J = I \ S = 500*10-3\ 2,5 =0,2 А\мм2
Задача 2
Сила тока в цепи равна 10А. Найти заряд, прошедший в этой цепи за 5 с.

Дано: I=10А t=5c
q - ?

q=I*t
q=10A*5с=50А*с= 50Кл

Задача 3

Сила тока в цепи электрической плитки равна 1,4А. Какой электрический заряд проходит через поперечное сечение ее спирали за 20 минут?

Дано: I=1,4А t=20 мин.
q - ?

q=I*t
q=1.4А*1200с=1680А*с=1680Кл

Слайд 6

Задача 4 Сила тока в цепи электрической лампы равна 0,3А. Сколько

Задача 4
Сила тока в цепи электрической лампы равна 0,3А. Сколько электронов

проходит через поперечное сечение спирали за 5 минут?

Дано: I=0,3А t=5 мин. qe=1,6*10-19Кл
e - ?

q=I*t
q=0,3А*300с=90Кл
e=90Кл/1,6*10-19Кл=56,25/10-19Кл=5,625*1020

Слайд 7

Ток, неизменный во времени по направлению и величине называется постоянным. График

Ток, неизменный во времени по направлению и величине называется постоянным.
График постоянного

тока
На практике значения силы тока:
Опасен для жизни – 0,05 А
Смертелен – 0,1 А
В лампах накаливания – 0,2 – 1 А
В утюгах – 5-8 А
В электродвигателях трамваев – свыше 100 А
В телефонном аппарате – сотые доли А
Слайд 8

Для поддержания тока в проводнике необходимо электрическое поле или разность потенциалов.

Для поддержания тока в проводнике необходимо электрическое поле или разность потенциалов.
Напряжение

(падение напряжения) – разность потенциалов между двумя точками электрической цепи.

Потенциал обозначается буквой φ и измеряется в Вольтах. Напряжение обозначается U и измеряется в Вольтах.
Uаb= φa – φb (В)

Слайд 9

Электрический ток наблюдать нельзя, а только можно о нем судить по

Электрический ток наблюдать нельзя, а только можно о нем судить по

действиям, которые он производит:
Тепловое – проводник нагревается
Тепловое действие электрического тока подчиняется закону Джоуля – Ленца:
Количество выделенного тепла Q равно произведению квадрата силы тока I2, сопротивления проводника R и времени t прохождения тока через проводник:
Q = I2Rt  Дж.
где I – сила тока в А
R- сопротивление в Омах
T – время в с
ПОЧЕМУ проводник нагревается?  
При прохождении электрического тока по проводнику электроны сталкиваются с атомами проводника, их скорость падает до нуля, а энергия соударений превращается в тепло.
Слайд 10

магнитное – электрический ток, проходя по проводнику, создает магнитное поле Пример:

магнитное – электрический ток, проходя по проводнику, создает магнитное поле
Пример:

Магнитные носители информации:  кассеты содержат катушки из магнитной ленты. Видео и звуковая информация кодируется на магнитном покрытии на ленте.
Некоторые электрические двигатели (так же, как громкоговорители) основываются на комбинации электромагнита и постоянного магнита.
Слайд 11

Химическое – ток, проходя через электролиты разлагает их на составные части.

Химическое – ток, проходя через электролиты разлагает их на составные части.
Электролит

– водный раствор солей, кислот и щелочей. Это проводники второго рода.
Электролитическая диссоциация – распад электролита на ионы при растворении его в воде.
Пример: Электролиз: Если в сосуд налить электролит (медный купорос),опустить в него два угольных электрода и пропустить через раствор постоянный ток, то на одном электроде (катоде) выделится медь, а на другом (аноде) – сернокислотный остаток.
Слайд 12

Задача. В цепь включены два амперметра. Амперметр А1 показывает силу тока

Задача. В цепь включены два амперметра. Амперметр А1 показывает силу тока

0,5 А. Какое количество электричества протекает через лампу за 10 с?

Задача. Плитка включена в осветительную сеть. Какое количество электричества протекает через нее за 10 мин, если сила тока в подводящем шнуре равна 5 А?

Задача. Какое количество электричества протекает через катушку гальванометра, включенного в цепь на 2 мин, если сила тока в цепи 12 мА?

Слайд 13

Электрическое сопротивление и проводимость Сопротивление - свойство проводника препятствовать прохождению тока

Электрическое сопротивление и проводимость
Сопротивление - свойство проводника препятствовать прохождению тока .

Зависит

от геометрических размеров (длины и сечения) и материала проводника.

где L -длина проводника, м
S – сечение , мм2

Удельное сопротивление проводника

Слайд 14

Специально созданные устройства, обладающие электрическим сопротивлением: Резисторы - предназначены для ограничения

Специально созданные устройства, обладающие электрическим сопротивлением: Резисторы - предназначены для ограничения тока

в цепи.
Реостат предназначен для изменения тока в цепи.

реостат

резистор

Слайд 15

Величина, обратная сопротивлению – проводимость. Это свойство проводника проводить электрический ток.

Величина, обратная сопротивлению – проводимость. Это свойство проводника проводить электрический ток.
Обозначается

G, измеряется в См (сименс)

Чем больше сопротивление (меньше проводимость), тем сильнее нагревается проводник при прохождении тока.
Удельная проводимость – величина, обратная удельному сопротивлению.

Слайд 16

Самостоятельно нарисуйте схему замещения для электрической цепи, используя УГО. Электрическая цепь

Самостоятельно нарисуйте схему замещения для электрической цепи, используя УГО.

Электрическая цепь

Слайд 17

ЗАДАЧА 1. Определите удельное сопротивление провода и материал, из которого он

ЗАДАЧА 1.
Определите удельное сопротивление провода и материал, из которого он изготовлен,

если длина провода 69,79 м, сопротивление 6 Ом и площадь поперечного сечения 5 мм².

Дано: L = 69,79 м R = 6 Ом S = 5 мм²
Найти: ρ -? Материал провода?

ρ= R∙ S \ l

ρ = 6∙5 /69,79 =0,42 Ом ∙ мм²/м

Слайд 18

Задача 1. Длина алюминиевого провода 500 м, площадь его поперечного сечения

Задача 1. Длина алюминиевого провода 500 м, площадь его поперечного сечения

4 мм2 , Чему равно сопротивление провода?

Задача 2. Медный провод с площадью поперечного сечения 0,85 мм2 обладает сопротивлением 4 Ом. Какова длина провода?

Слайд 19

Задача 3. Длина серебряного провода 0,6 м, а сопротивление 0,015 Ом.

Задача 3. Длина серебряного провода 0,6 м, а сопротивление 0,015 Ом.

Определите площадь поперечного сечения провода.

Задача 4. Шнур, употребляемый для подводки тока к телефону, для гибкости делают из многих тонких медных проволок. Рассчитайте сопротивление такого провода длиной 3 м, состоящего из 20 проволок площадью поперечного сечения 0,05 мм2 каждая.

Слайд 20

Закон Ома Немецкий физик Георг Симон Ом (1787—1854) открыл основной закон

Закон Ома
Немецкий физик Георг Симон Ом (1787—1854) открыл основной закон электрической цепи.
Закон Ома

для участка цепи:
Cила тока I на участке электрической цепи прямо пропорциональна напряжению U на концах участка и обратно пропорциональна его сопротивлению R.
I — сила тока (в системе СИ измеряется — Ампер)
Слайд 21

U — напряжение (в системе СИ измеряется — Вольт) Падение напряжения

U — напряжение (в системе СИ измеряется — Вольт)
Падение напряжения на участке

проводника равно произведению силы тока в проводнике на сопротивление этого участка.  
R — электрическое сопротивление,  Ом.
Слайд 22

Для полной цепи: Сила тока в цепи прямо пропорциональна ЭДС источника

Для полной цепи:
Сила тока в цепи прямо пропорциональна ЭДС источника

и обратно пропорциональна сопротивлению всей цепи.

где
E -ЭДС источника, В
r - сопротивление источника, Ом
R– сопротивление нагрузки, Ом.

Полное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений внешней цепи R (нагрузки) и внутреннего r (источника). 
Напряжение в цепи будет равно: U= E-Iˑr
Если цепь разомкнута, то Е = U

Слайд 23

Ответьте на вопросы. 1 Как можно удвоить силу тока в цепи?


Ответьте на вопросы.

1 Как можно удвоить силу тока в цепи?
Ответ:

Увеличить напряжение в 2 раза или уменьшить в 2 раза сопротивление.
2 Напряжение на реостате увеличили в 2 раза, а сопротивление реостата уменьшили в 3 раза. Как изменился ток в реостате?
Ответ: Увеличился в 6 раз.
Устно решите задачи
Слайд 24

Задача 1. Какова сила тока в резисторе, если его сопротивление 12

Задача 1. Какова сила тока в резисторе, если его сопротивление 12

Ом, а напряжение на нем 120 В?

  Задача 2.Определите сопротивление проводника, если при напряжении 110 В сила тока в нем 2 А.

Слайд 25

Работа и мощность электрического тока Кулоновские и сторонние электрические силы совершают

Работа и мощность электрического тока

Кулоновские и сторонние электрические силы совершают работу

А при перемещении зарядов вдоль электрической цепи. Если электрический ток постоянен, а образующие цепь проводники неподвижны, то энергия W , которая необратимо преобразуется за время t в объеме проводника, равна совершенной работе:
 W = А = IUt, Дж
где I - сила тока, А; U - падение напряжения , В. t– время, сек.
        Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого совершалась работа. Мощность электрического тока – скорость совершения работы (преобразования энергии)

где А - работа, которая совершается током за время;
I - сила тока,
U - падение напряжения на участке цепи.
Единица мощности электрического тока - ватт, Р = 1Дж / 1сек = 1Вт
Измеряется ваттметром.

Слайд 26

В таблице указаны значения мощности некоторых потребителей электрического тока: БАЛАНС МОЩНОСТИ


В таблице указаны значения мощности некоторых потребителей электрического тока:

БАЛАНС МОЩНОСТИ
ΣРист. =

Σрпотр
ΣЕ· I =Σ I2·R
Слайд 27

Задача 1.Электроплитка имеет спираль сопротивлением 24 Ом и потребляет ток 5

Задача 1.Электроплитка имеет спираль сопротивлением 24 Ом и потребляет ток 5

А. Определить мощность.
Решение
Р =I2·R = 25· 24 = 0, 6 кВт
Задача 2. Определить мощность, потребляемую электродвигателем, если ток в цепи 8 А и двигатель включен в сеть 220 В.
РЕШЕНИЕ
P = U·I = 8·220 = 1, 76 Вт
Слайд 28

Задача 3. Мощность двигателя 3 кВт. Чему равен ток в обмотке,

Задача 3. Мощность двигателя 3 кВт. Чему равен ток в обмотке,

если напряжение сети равно 120 В.
РЕШЕНИЕ
I = P / U = 3000/120 =25 A
Слайд 29

Электрическая цепь (ЭЦ). ЭЦ – совокупность электротехнических устройств, образующих путь для

Электрическая цепь (ЭЦ).
ЭЦ – совокупность электротехнических устройств, образующих путь для прохождения

тока (совокупность генерирующих, приемных и вспомогательных устройств, соединенных между собой электрическими проводами).
При изучении, описании и анализе ЭЦ ее отдельные элементы представляются в виде условно-графического обозначения (УГО). Используя УГО, можно любую реальную электрическую цепь представить в виде схемы, которая называется схемой электрической цепи. Провода изображаются отрезками линий.
Слайд 30

Нарисуйте схему замещения для электрической цепи. Электрическая цепь.

Нарисуйте схему замещения для электрической цепи.

Электрическая цепь.

Слайд 31

Простая ЭЦ состоит : Источники электрической энергии (генерирующие устройства) - преобразуют

Простая ЭЦ состоит :
Источники электрической энергии (генерирующие устройства) - преобразуют другие

виды энергии в электрическую.
а)     преобразующие механическую энергию в электрическую (генераторы);
б)    преобразующие химическую энергию в электрическую (аккумулятор);
2. Потребители – преобразуют электрическую энергию в другие виды:
Двигатели
Лампы
Слайд 32

3. Вспомогательные элементы

3. Вспомогательные элементы

Слайд 33

Все элементы ЭЦ, имеющие ЭДС называются активными. При размыкании цепи U

Все элементы ЭЦ, имеющие ЭДС называются активными. При размыкании цепи  U

≠ 0. Источники)
Остальные элементы ЭЦ называются пассивными. При размыкании цепи на них  U =0. (Потребители0.
Любая ЭЦ делится на:
Внутреннюю часть – источник. Ток протекает от (-) к (+).
Внешнюю – потребитель, провода и т.д. Ток протекает от (+) к (-).
Условия протекания тока в цепи.
Цепь замкнута.
Е ≠ 0.
Сторонние силы.
Слайд 34

Любая ЭЦ имеет: 1). Ветвь - участок электрической цепи, по которому

Любая ЭЦ имеет:
1). Ветвь - участок электрической цепи, по которому протекает

один и тот же ток.

2) Узел - место соединения трех и более ветвей.

Слайд 35

3). Контур - замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям. Сложная ЭЦ.

3). Контур - замкнутый путь, проходящий по нескольким ветвям.

Сложная ЭЦ.

Простая цепь

В

чем разница между простой цепью и сложной?
Слайд 36

РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ. При изменении нагрузки от 0 до ∞

РЕЖИМЫ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ.
При изменении нагрузки от 0 до ∞ изменяется

U. I. P. Отсюда пять режимов ЭЦ.
Режим холостого хода (ХХ) - соответствует разомкнутой цепи. I =0. R = ∞. U=E.
Режим короткого замыкания (КЗ) – аварийный. R = 0. Ток ограничен только сопротивлением источника, которое мало, поэтому ток увеличивается в 100-1000 раз. Короткое замыкание – соединение двух проводов с нарушенной изоляцией, образующих малое сопротивление.
Слайд 37

3.Номинальный режим характеризуется значениями напряжения, тока и мощности, на которые рассчитана

3.Номинальный режим характеризуется значениями напряжения, тока и мощности, на которые рассчитана

цепь. Отклонения от этого режима нежелательно, к.п.д. цепи уменьшается.
4.Рабочий – отклонение от номинального в допустимых пределах.
5.Согласованный характеризуется максимально возможной мощностью, которая передается от источника к нагрузке (потребителю). Условие  R0 = Rн
R0 –сопротивление источника
Rн - сопротивление потребителя
Применяется в измерительных цепях.
Слайд 38

Соединение резисторов 1)Последовательное соединение. Это соединение, при котором потребители соединены один

Соединение резисторов
1)Последовательное соединение. Это соединение, при котором потребители соединены один за другим без

разветвления и поэтому имеют один и тот же ток.
Падение напряжения на каждом
участке равно:
Слайд 39

Задача 2. Мощность, потребляемая тремя последовательно соединенными резисторами равна Р =

Задача 2. Мощность, потребляемая тремя последовательно соединенными резисторами равна Р =

25 Вт при токе в цепи 0,2 А. На участке, где включены резисторы R1 и R2 напряжение равно U1-2 = 55 В. Сопротивление R1 = 130 Ом. Определить сопротивление R2 и R3 , напряжение на входе цепи и составить баланс мощности.
РЕШЕНИЕ.
Определяем сопротивление R1-2 = U1-2 \ I = 55 \0,2 = 275 Ом
R2 = 275 – 130 =145 Ом
Р = I2∙ Rобщ.. отсюда Rобщ. = Р\ I2 =25\0,22 = 625 Ом
R3 = Rобщ - R1-2 = 625 – 275 =350 Ом.
Р = Uобщ. ∙ I, ОТСЮДА Uобщ = Р \ I = 25 \0,2 = 125 В
Составляем баланс мощности: Рист. = Рпотр.
Uобщ. ∙ I = I12 ∙ R1+ I22 ∙ R2 + I32 ∙ R3
125∙0,2= 0,22 ∙ 130+0,22 ∙ 145 +0,22 ∙ 350
25 Вт = 5,2+5,8 +14 = 25 Вт
Слайд 40

Задача 3. Сопротивления R1=2 Ом и R2=3 Ом соединены последовательно. Ток,

Задача 3. Сопротивления R1=2 Ом и R2=3 Ом соединены последовательно. Ток, проходящий через R1 равен

2 А. Найти общее сопротивление и напряжение цепи. цепи.

Решение

Задача 4. Напряжение на контактах батарейки Uобщ=15В, R1=2 Ом, R2=3 Ом. Вычислить силу тока цепи.

Слайд 41

2) Параллельное соединение Соединение, при котором несколько ветвей присоединены к одной

2) Параллельное соединение
Соединение, при котором несколько ветвей присоединены к одной паре

узлов.

Сопротивление двух резисторов равно

С одинаковыми сопротивлениями находится по формуле:

где n – количество резисторов

Так как 1\ R = G – проводимость (единица измерения Сименс), можно записать
Gобщ. = G1 + G2 + G3

Слайд 42

Пример. Дано: R1 = 8 Ом R2 = 4 Ом R3

Пример.
Дано: R1 = 8 Ом R2 = 4 Ом R3 = 2 Ом
Rобщ.

- ?

1/R общ = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3
1/R общ = 1/8 + 1/4 + 1/2 = 1+2+4/8 = 7/8 (1 \Ом)
R общ = 8/7 = 1,14 Ом

Дано: G1= 4∙ 10-3 См
G2 = 12∙ 10-3 См
G3 = 7∙ 10-3 См
Rобщ. - ?

РЕШЕНИЕ.
Gобщ. = G1+ G2+ G3 = 4∙ 10-3+12∙ 10-3+7∙ 10-3 = 23∙10-3 См
Rобщ. = 1 \ 23∙10-3 = 43,5 Ом

Два проводника сопротивлением 200 Ом и 300 Ом соединены параллельно. Определить полное сопротивление участка цепи.

Слайд 43

Алгебраическая сумма токов для любого узла электрической цепи равна нулю (токи

Алгебраическая сумма токов для любого узла электрической цепи равна нулю (токи

входящие в узел равны токам, исходящим из узла) - 1 закон Кирхгофа.
∑I = 0

Узел А.
I - I1- I2 – I3 =0
Токи, входящие в узел берем со знаком (+), выходящие из узла – со знаком (-).
Или можно записать: I = I1 +I2 +I3

ЗАДАЧА 1. Для узловой точки составить уравнение по 1 закону Кирхгофа.

Слайд 44

ЗАДАЧА 2. Для узловой точки составить уравнение по 1 закону Кирхгофа.

ЗАДАЧА 2. Для узловой точки составить уравнение по 1 закону Кирхгофа.

i1

–i2 +i3=0

ЗАДАЧА 3. Для узловой точки составить уравнение по 1 закону Кирхгофа.

I1+I3-I2-I4=0 или I1+I3=I2+I4

ЗАДАЧА 4. Для узловой точки составить уравнение по 1 закону Кирхгофа.

Слайд 45

Смешанное соединение Есть участки параллельного и последовательного соединения. R = R1,2

Смешанное соединение
Есть участки параллельного и последовательного соединения.

R = R1,2 + R3

= 4 + 2 = 6.
Слайд 46

Пример

Пример

Слайд 47

Решить самостоятельно

Решить самостоятельно

Слайд 48

Второй закон Кирхгофа В любом замкнутом контуре цепи алгебраическая сумма ЭДС

Второй закон Кирхгофа
В любом замкнутом контуре цепи алгебраическая сумма ЭДС равна

алгебраической сумме падений напряжений в сопротивлениях этого контура.

Σ Е = Σ I·R

Условно задаются направлениями токов в различных участках цепи. Намечают контуры, направление обхода этих контуров и приступают к составлению уравнений. Если направление обхода не совпадает с направлениями Э.Д.С. или с направлениями токов на отдельных участках контура, то величины Э.Д.С. и падения напряжения I∙ R входят в уравнения со знаком «минус».

Слайд 49

Задача 1: составить уравнение по 2 закону Кирхгофа Е1-Е2-Е3 =I1×R1+I2×R2+I3×R3 Задача

Задача 1: составить уравнение по 2 закону Кирхгофа

Е1-Е2-Е3 =I1×R1+I2×R2+I3×R3

Задача 2: составить

уравнение по 2 закону Кирхгофа

Е1-Е3-Е4 =I1×R1-I2×R2+I3×R3