page id: 122 (Кэшируется)
Обновить


Зависимость полезной мощности от тока в цепи
Зависимость полезной мощности
на внешнем участке от силы тока в цепи

Закон Ома для полной цепи и полезная мощность


Один из наиболее распространенных способов использования электрической энергии — это получение тепла.
Тепловая мощность N, получаемая от нагревательного элемента (электроплитки, электрочайника, масляного радиатора, паяльника и т.д.), может быть выражена по закону Джоуля-Ленца через силу тока I и сопротивление R нагревательного элемента:
N = I 2 R

При подключении полезной нагрузки к реальному источнику тока мощность (теплота) всегда выделяется как на внешнем сопротивлении R , так и на внутреннем сопротивлении источника питания r. Источник питания греется и это не всегда хорошо. Мощность, выделяющаяся на внешнем участке электрической цепи называют полезной. Чтобы найти соотношение полезной и «бесполезной» мощностей (это соотношение определяет коэффициент полезного действия) необходимо использовать закон Ома для полной цепи. Подробнее о нем можно прочитать в параграфе о законе Ома для полной цепи

Закон Ома для полной цепи можно рассматривать как следствие II правила Кирхгофа, являющегося в некотором смысле аналогом закона сохранения энергии при протекании заряда в электрических цепях. Суть его заключается в том, что при перемещении заряда по замкнутому контуру работа совершаемая электрическими (электростатическими) силами должна давать 0. (Сила электростатического взаимодействия потенциала или консервативна). Напряжение между двумя точками — это отношение суммарной работы всех сил к перемещенному заряду. При подсчете работы на замкнутом контуре полная работа электрических сил обратится в ноль и останется только работа сторонних сил: А = А∑ СТ. Если поделить это равенство на величину заряда, то мы получим: U = ε, — в замкнутом контуре суммарное падение напряжений равно сумме электродвижущих сил. Это и есть второе правило Кирхгофа. Напряжение в цепи с источником тока падает на внешем и внутреннем участках: Uвнеш = IR и Uвнутр = Ir и в сумме дает величину ЭДС. Таким образом, этот закон может быть записан следующим образом:
ε = I·(R + r),

где ε электродвижущая сила источника тока — величина, характеризующую работу сторонних сил по перемещению зарядов в источнике тока.
Для того, чтобы получить выражение для полезной мощности, сначала выразим внешнее сопротивление:

R= ε/I – r,


И подставим его в закон Джоуля-Ленца:

N(I) = I2·R = –rI2+ εI .


Видно, что зависимость полезной мощности от силы тока представляет собой квадратный трехчлен. (Напомню, что Это выражение получено при помощи закона Ома для полной цепи и Закона Джоуля-Ленца) График этой зависимости — парабола, ветви которой направлены вниз. Максимальная мощность Nmax = ε2/(4r) отдается во внешнюю цепь при силе тока Imax = ε/(2r) (вершина параболы), т.е. при равенстве внешнего и внутреннего сопротивлений. Полезная мощность равна нулю при двух значениях силы тока:
  • I 1 = 0 : цепь разомкнута и R → ∞
  • I 2 = ε/r : короткое замыкание R = 0


Интерактивная модель «Закон Ома для полной цепи»



В настоящей модели представлена схема по измерению силы тока в цепи при измерении сопротивления реостата согласно закону Ома для полной цепи.
В настоящей схеме можно варьировать:
  • Внутреннее сопротивление источника тока;
  • ЭДС источника тока;
  • Максимальное сопротивление реостата;
  • Рабочее сопротивление реостата.
В работе предполагается проверить, что полезная мощность в цепи постоянного тока имеет максимальное значение при равенстве внутреннего сопротивления источника тока и внешнего сопротивления реостата.

Управление интерактивной моделью

  • Изменить масштаб: «CTRL + колесо мыши» или «CTRL + "+"»–«CTRL + "–"»
  • Изменить позицию: перетащить при зажатой «CTRL + левая кнопка мыши»
  • Стереть все «следы»: «CTRL + F»
Sorry, the GeoGebra Applet could not be started.
Please make sure that Java 1.4.2 (or later) is installed and active in your browser
(Click here to install Java now)


Модель разработана при помощи системы динамической математики GeoGebra

Автор: Анухин П.М., преподаватель физики, Аничков лицей
Создано: 28.09.2011
Лицензия: Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Creative Commons License

Скачать модель
Авторами моделей, отмеченных знаком © CC-BY-SA, Являются указанные на сайте http://school-physics.spb.ru (external link) лица. Интерактивные модели распространяются по лицензии Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0
Attribution-ShareAlike (by-sa) — Лицензия «С указанием авторства — Копилефт». Эта лицензия позволяет другим перерабатывать, исправлять и развивать произведение даже в коммерческих целях при условии указания авторства и лицензирования производных работ на аналогичных условиях. Эта лицензия является копилефт-лицензией. Все новые произведения основанные на лицензированном под нею будут иметь аналогичную лицензию, поэтому все производные будет разрешено изменять и использовать в коммерческих целях. При воспроизведении работ, распространяемых по данной лицензии ссылка на сайт http://school-physics.spb.ru (external link) обязательна!
Скачать модель



   Виртуальная лабораторная работа: «Закон Ома для полной цепи: полезная мощность», формула


Created by admin. Last Modification: Понедельник 04 / Март, 2013 10:37:12 GMT+04:00 by admin.

Меценатам

Если Вы хотите поддержать сайт, заполните небольшую формочку

Сколько рублей:
Пожелания: