Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


–абота и мощность посто€нного тока. «акон ƒжоул€-Ћенца




Ёлектрический ток совершает в любом участке цепи определенную работу. ѕусть имеетс€ произвольный участок цепи, между концами которого существует напр€жение U. ѕо определению электрического напр€жени€ работа, совершаема€ при перемещении единицы зар€да между точками а и б, равна U. ≈сли сила тока в участке цепи равна i, то за врем€ t пройдет зар€д it, и поэтому работа электрического тока в этом участке будет

ј = Uit. (1)

Ёто выражение справедливо дл€ посто€нного тока в любом случае, дл€ какого угодно участка цепи, который может содержать проводники 1-го и 2-го рода, электромоторы и т.д.

ћощность тока, т.е. работа в единицу времени, равна

– = A/t = Ui. (2)

‘ормулу (2) используют в системе —» дл€ определени€ единицы напр€жени€. ≈диница напр€жени€ вольт (¬) есть 1 ¬ = 1 ¬т/1 ј = 1 ¬т/ј.

¬ольт Ч электрическое напр€жение, вызывающее в электрической цепи посто€нный ток силой 1 ј при мощности 1 ¬т.

Ѕудем теперь считать, что участок цепи представл€ет собой неподвижный проводник 1-го рода. “огда вс€ работа тока превращаетс€ в тепло, которое выдел€етс€ в проводнике. ≈сли проводник однороден и подчин€етс€ закону ќма (сюда относ€тс€ все металлы и электролиты), то U = iг, где г Ч сопротивление проводника. ¬ таком случае

ј = ri2t. (3)

Ётот закон был впервые установлен на опыте Ё-’. Ћенцем и, независимо от него, ƒжоулем.

ќтметим, что нагревание проводников током находит многочисленные технические применени€. Ќаиболее важное Ц нагревательные приборы и осветительные лампы накаливани€.

 

3.5. »сточники тока.торонние силы.

ƒл€ того, чтобы в проводнике возник электрический ток необходимо, чтобы на носители зар€дов действовала направленна€ сила. Ћегко видеть, что нельз€ получить в проводнике посто€нный ток, если дл€ создани€ напр€жени€ на концах проводника пользоватьс€ зар€женными конденсаторами. ƒействительно, наличие тока будет всегда сопровождатьс€ переходом зар€дов с одной обкладки на другую и притом в таком направлении, что зар€ды обкладок будут уменьшатьс€. ¬ результате будет непрерывно уменьшатьс€ напр€жение между обкладками и, согласно закону ќма, сила тока в проводнике будет падать.

ƒл€ получени€ посто€нного тока на зар€ды в электрической цепи должны действовать какие-либо силы, отличные от сил электростатического пол€. “акие силы получили общее название сторонних сил. ¬с€кое устройство, в котором возникают сторонние силы, называют источником тока. Ќапример, гальванические элементы Ц химические источники тока. Ќа рис. показан один из простейших элементов Ч элемент ¬ольты. ќн состоит из медной и цинковой пластин, называемых электродами элемента, погруженных в слабый водный раствор серной кислоты. ћедь зар€жаетс€ положительно, а цинк Ч отрицательно. ѕоложительный электрод часто называют анодом, а отрицательный Ч катодом.

 огда какой-либо гальванический элемент создает в цепи ток, то внутри элемента происход€т химические реакции. ¬ большинстве элементов основна€ реакци€ состоит в соединении цинкового электрода, €вл€ющегос€ катодом элемента, с электролитом, и поэтому во врем€ работы элемента расходуетс€ металлический цинк, а в растворе по€вл€ютс€ новые вещества -

продукты реакций. ¬ элементе ¬ольты эта реакци€ такова:

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + Ќ2

ѕри вс€кой химической реакции либо поглощаетс€, либо выдел€етс€ определенное количество энергии. ≈сли предполагать, что химическа€ реакци€ происходит при посто€нном внешнем давлении. ѕри этом выдел€етс€ количество теплоты Q, равное Q=pm, где m Ч масса прореагировавшего вещества. ¬еличина р определ€ет тепловой эффект химической реакции и указывает, какое количество теплоты выдел€етс€ при вступлении в данную реакцию единицы массы рассматриваемого вещества. ≈сли реакци€ идет с выделением тепла, то р положительно (экзо-), если с поглощением тепла, Ч отрицательно (эндо-). “ак, например, в указанной реакции р>0.

3.6. Ёлектродвижуща€ сила. «акон ќма дл€ полной цепи.

–ассмотрим теперь какой-либо гальванический элемент, замкнутый на проводник с сопротивлением R. ѕри наличии тока масса электрода, перешедша€ в электролит, равна

m = Kq,

где   Ч электрохимический эквивалент металла электрода, а q Ч полный зар€д, прошедший через элемент. ѕоэтому дл€ энергии, освобождаемой в химических реакци€х у обоих электродов, имеем

Q= (p1K1 + P2K2)q.

ѕри замкнутом элементе в цепи будет совершатьс€ еще работа тока, котора€ будет превращатьс€ в тепло ƒжоул€- Ћенца. ѕри этом мы должны учесть, что электрические зар€ды нигде не накапливаютс€ в цепи, а, значит, ток существует не только во внешней цепи, но и внутри элемента. √альванический элемент представл€ет дл€ тока определенное сопротивление, называемое внутренним сопротивлением, которое складываетс€ из сопротивлений электролита и электродов.

ќднако если температура элемента поддерживаетс€ посто€нной, то при

наличии тока элемент будет передавать окружающей среде (или, наоборот, заимствовать от нее) некоторое количество теплоты Qt, необходимое дл€ поддержани€ посто€нства температуры.

ѕрименим теперь к рассматриваемой замкнутой цепи первое начало термодинамики (общий закон сохранени€ энергии). “огда Q= ј + QT, где ј Ч работа тока. ћы видим, что в работу тока превращаетс€ не вс€ энерги€ химических реакций, а лишь разность

ј = Q - QT.

¬еличина ј дл€ называетс€ максимальной работой химической реакции. ћаксимальна€ работа при данной температуре представл€ет собой определенную долю энергии Q и, подобно Q, пропорциональна зар€ду, прошедшему по цепи.

ѕоэтому можно положить

ј =eq,

где e Ч максимальна€ работа данной химической реакции, рассчитанна€ на единицу зар€да. ќна получила название электродвижущей силы гальванического элемента.

ѕриравнива€ ј полной работе тока (во внешней цепи и внутри источника), имеем

eq = Ri2t + ri2t,

где г Ч внутреннее сопротивление элемента. ƒел€ обе части равенства на зар€д q = it, находим

ѕолученный закон называетс€ законом ќма дл€ замкнутой цепи. —умму (R+r) внешнего и внутреннего сопротивлений называют полным сопротивлением цепи.

»з формулы видно, что размерность e совпадает с размерностью напр€жени€, и поэтому Ёƒ— выражают в тех же единицах, что и напр€жение.

Ёƒ— гальванического элемента зависит только от рода веществ, вход€щих в его состав. ј внутреннее сопротивление элемента, как и вс€кого проводника, зависит от его размеров и формы.

Ётот закон имеет общее значение. ¬с€кий источник тока можно охарактеризовать его электродвижущей силой таким образом, что будет справедлив закон ќма. “ак как Ёƒ— любого источника легко измерить на опыте, то формула имеет большое значение и позвол€ет вычислить силу тока в любой цепи.





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2015-05-07; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 800 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

„то разум человека может постигнуть и во что он может поверить, того он способен достичь © Ќаполеон ’илл
==> читать все изречени€...

2271 - | 2080 -


© 2015-2024 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.012 с.