От чего зависит напряжение на зажимах источника тока

от чего зависит напряжение на зажимах источника электрической энергии

От эдс источника, его внутреннего сопротивления и нагрузки:
U = E — i *R вн.

Правильный ответ от ЭДС и внутреннего сопротивления.
Не важно — химический он или механический.

от напряжения источника. ваш кеп.

от внутренного сопртивления батарейки

В хим. источнике от материалов анода и катода, в механическом от конструкции (кол-во и расположение витков обмоток).

§ 81. Напряжение на зажимах источника тока и э. д. с.

Основным инструментом здесь является вольтметр. Он может быть выполнен, как в виде отдельного устройства, так и включен в многофункциональный измерительный инструмент, называемый цифровым мультиметром.

Цифровым, потому что данный прибор имеет дисплей для отображения значений измеряемой величины и использует цифровые схемы для измерений (например, микроконтроллер), а не универсальную измерительную головку как старые стрелочные приборы. Также некоторые мультиметры оборудованы токоизмерительными клещами, но используются и для измерения напряжения и сопротивления на участке цепи.

В зависимости от конкретной ситуации необходима различная точность измерения. Для домашних целей нет необходимости покупать дорогой и точный аппарат, поэтому домашние мастера зачастую пользуются дешевым китайским мультиметром (например, наиболее популярны модели DT838 или DT830).

Универсальные измерительные приборы часто называют «тестер»

Для профессиональных целей в лабораториях и ремонтных мастерских пользуются наиболее точным и сложным прибором – осциллографом. Наиболее популярными моделями этих устройств являются советские с1-94 и с1-65, а также российский аппарат ads 2061m и зарубежные типа hantek и прочих.

Советские мастера обычно пользовались стрелочным тестером или «цешкой».

Цешка – прибор Ц20, советский мультиметр, предназначенный для измерения под нагрузкой напряжения в сети постоянного и переменного тока до 600В, силы постоянного тока до 750 мА и сопротивления до 500кОм. Также применяют приборы ц4313, ц4353. Измерения, которые производят данные приборы – тоже являются достаточно точными, поэтому некоторые электрики и радиолюбители пользуются им и по сей день.

Сопротивления цепи

Уравнение (5-30) можно переписать в следующем виде

= √(
Ir
)2 + (
IxL
)2 =
I
√
r
2 +
x
2L =
Iᴢ
откуда ток в цепи

называется полным сопротивлением цепи.

Сопротивления r

,
x
L и
z
графически можно изобразить сторонами прямоугольного треугольника — треугольника сопротивлении (рис. 5-20), который можно получить из треугольника напряжений, уменьшив каждую из его сторон в
I
раз.

Так как треугольники сопротивлений и напряжений подобны, угол сдвига φ между напряжением и током, равный углу между сторонами треугольника z

и
r
, можно определить через

a /
U
Рис 5-20. Треугольник сопротивлений цепи с активным сопротивлением и индуктивностью

Как измерить напряжение мультиметром

Начнем с основ. Любым прибором и в любом случае вольтметр подключается параллельно элементу, на котором измеряют напряжение. Любой мультиметр в режиме измерения напряжения – это вольтметр. Последовательно подключают только амперметр при измерении силы тока.

В дешевых мультиметрах (и во многих дорогих) есть 3 или 4 разъёма для подключения щупов, обычно это:

• COM – общий, обычно черного цвета и в него всегда вставляют щуп (соответственно тоже черный);
• VΩmA – для измерения напряжения, сопротивления, проверки диодов и или тока малой величины (до 200 мА), обычно красного цвета;
• 10А (20А) – для измерения тока большой величины.

На рисунке ниже вы видите самую распространенную модель китайского мультиметра (DT-830 или просто «830-й»). Стрелками показаны разъёмы для подключения щупов, а зеленым цветом выделен разъём, в который нужно вставить красный щуп если вы хотите измерить напряжение.

Для того, чтобы измерить напряжение в цепи, необходимо произвести несколько манипуляций с прибором. Для начала нужно определится с видом напряжения: постоянное (DC или знак =) или переменное (AC или знак

), и установить переключатель в нужное положение.

Далее выставить тем же переключателем предел измерения. Если на приборе он меньше, чем измеряемая величина то провести измерение не получится.

Поэтому первое измерение производят с максимального предела, постепенно снижая его до получения значения нужной размерности. Например, если вы не знаете какое напряжение в цепи, ставьте максимальный предел, на приведенном фото — 1000 Вольт, проведите измерение, если на экране показало «12 Вольт», то снизьте предел до 20В, чтобы узнать точное значение до десятых или сотых долей.

Некоторые устройства автоматически определяют предел и вид напряжения, поэтому переключение не требуется.

Подключение прибора в цепь производится с помощью щупов: один (красный) к плюсу (или фазе), второй (черный) к минусу (или нулю). Если щупы подключены в обратной последовательности — черный к плюсу, а красный к минусу, то значение на дисплее будет с минусом.

§ 81. Напряжение на зажимах источника тока и э. д. с.

Измерения показывают, что напряжение на зажимах источника тока, замкнутого на внешнюю цепь, зависит от силы отбираемого тока (от «нагрузки») и изменяется с изменением последнего. Пользуясь законом Ома, мы можем сейчас разобрать этот вопрос точнее.

Из формулы (80.1) имеем

где – сопротивление внешней цепи, а – внутреннее сопротивление источника. Но к внешней цепи мы вправе применить закон Ома для участка цепи:

Здесь – напряжение во внешней цепи, т. е. разность потенциалов на зажимах источника. Оно может быть выражено на основании (81.1), (81.2) следующей формулой:

Мы видим, что при замкнутой цепи напряжение на зажимах источника тока всегда меньше э. д. с. . Напряжение зависит от силы тока и только в предельном случае разомкнутой цепи, когда сила тока , напряжение на зажимах равно э. д. с.

Уменьшение напряжения на зажимах источника при наличии тока легко наблюдать на опыте. Для этого нужно замкнуть какой-либо гальванический элемент на реостат и подключить к зажимам элемента вольтметр (рис. 127). Перемещая движок реостата, можно видеть, что чем меньше сопротивление внешней цепи, т. е. чем больше ток, тем меньше напряжение на зажимах источника. Если сопротивление внешней цепи сделать очень малым по сравнению с внутренним сопротивлением источника («вывести» реостат), т. е. сделать «короткое замыкание», то напряжение на зажимах делается равным нулю.

Рис. 127. С уменьшением сопротивления внешней цепи напряжение на зажимах источника тока уменьшается: а) схема опыта; б) общий вид экспериментальной установки, 1 – источник тока, 2 – реостат, 3 – амперметр, 4 – вольтметр

Что же касается тока, то он при коротком замыкании достигает своего максимального значения . Сила этого «тока короткого замыкания» получается из закона Ома (80.1), если в нем положить (т. е. пренебречь сопротивлением по сравнению с ):

Отсюда видно, что ток короткого замыкания зависит не только от э. д. с., но также и от внутреннего сопротивления источника. Поэтому короткое замыкание представляет различную опасность для разных источников тока.

Короткие замыкания гальванического элемента сравнительно безвредны, так как при небольшой э. д. с. элементов их внутреннее сопротивление велико, и поэтому токи короткого замыкания малы. Такие токи не могут вызвать серьезные разрушения, и поэтому к изоляции проводов в целях, питаемых элементами (звонки, телефоны и т. п.), не предъявляют особо высоких требований. Иное дело силовые или осветительные цепи, питаемые мощными генераторами. При значительной э. д. с. (100 и более вольт) внутреннее сопротивление этих источников ничтожно мало, и поэтому ток короткого замыкания может достигнуть огромной силы. В этом случае короткое замыкание может привести к расплавлению проводов, вызвать пожар и т. д. Поэтому к устройству и изоляции таких цепей предъявляют строгие технические требования, которые ни в коем случае нельзя нарушать без риска вызвать опасные последствия. Такие цепи всегда снабжаются предохранителями (§ 63) и притом нередко в различных местах: общий предохранитель (при главном вводе), групповые и штепсельные предохранители.

Внутреннее сопротивление элемента Даниеля с э. д.с. 1,1 В равно 0,5 Ом. Вычислите ток короткого замыкания этого элемента.

Элемент из предыдущей задачи замкнут на сопротивление 0,6 Ом. Чему равно напряжение на зажимах элемента?

Э. д. с. генератора постоянного тока равна 220 В, а внутреннее сопротивление равно 0,02 Ом. Какой ток возникает при коротком замыкании?

При измерении э. д. с. источников при помощи вольтметра мы всегда допускаем некоторую погрешность, так как через вольтметр течет некоторый, хотя и очень малый, ток, и поэтому источник, строго говоря, не разомкнут, а замкнут на вольтметр. Пусть внутреннее сопротивление элемента равно 1 Ом, его э. д. с. равна 1,8 В, а сопротивление вольтметра равно 179 Ом. Какую погрешность при измерении э. д. с. мы допускаем?

Можно ли точно измерить э. д. с. при помощи электрометра? Как нужно присоединить электрометр к элементу для измерения его э. д. с.?

Изменяется ли показание электрометра, соединенного с гальваническим элементом, если параллельно с ним включить конденсатор, как показано на рис. 128? Будет ли иметь значение емкость конденсатора?

Рис. 128. К упражнению 81.6

Э. д. с. некоторого элемента измеряют при помощи электрометра с конденсатором (рис. 129, а). Электрометр, отсоединенный от элемента, после снятия диска показывает 500 В (рис. 129, б). При этом известно, что емкость конденсатора при удалении диска уменьшается в 250 раз. Чему равно напряжение элемента?

Рис. 129. К упражнению 81.7

Взаимодействие проводников с током. Закон Ампера.

Известно, что постоянный магнит оказывает действие на проводник с током (например, рамку с током); известно также обратное явление – проводник с током оказывает действие на постоянный магнит (например, на магнитную стрелку компаса).

Рисунок 4.1. Действие постоянного магнита на рамку с током и проводника с током на магнитную стрелку компаса.

Естественно поставить вопрос

: а не может ли
один проводник
с током оказывать непосредственное действие на
другой проводник
с током? Положительный ответ на этот вопрос дал в 1820г. Ампер (Ampere A., 1775-1836), установивший
силовойзаконвзаимодействия проводников с током
.

Физический смысл закона

Потребители электрического тока вместе с источником тока образуют замкнутую электрическую цепь. Ток, проходящий через потребитель, проходит и через источник тока, а значит, току кроме сопротивления проводника оказывается сопротивление самого источника. Таким образом, общее сопротивление замкнутой цепи будет складываться из сопротивления потребителя и сопротивления источника.

Физический смысл зависимости тока от ЭДС источника и сопротивления цепи заключается в том, что чем больше ЭДС, тем больше энергия носителей зарядов, а значит больше скорость их упорядоченного движения. При увеличении сопротивления цепи энергия и скорость движения носителей зарядов, следовательно, и величина тока уменьшаются.

Зависимость можно показать на опыте. Рассмотрим цепь, состоящую из источника, реостата и амперметра. После включения в цепи идет ток, наблюдаемый по амперметру, двигая ползунок реостата, увидим, что при изменении внешнего сопротивления ток будет меняться.

Вопросы для самоконтроля

Почему сопротивление проводников уменьшается при повышении температуры?

Сформулируйте закон Ома для однородного участка цепи?

Что называется силой тока?

Что называется электродвижущей силой генератора?

Объясните происхождение сторонних сил.

Сколько электронов проходит в 1 с через поперечное сечение медного провода при силе тока 1 А?

Что называется узлом разветвления электрической цепи?

Запишите математические выражения первого и второго правил Кирхгофа. Сформулируйте эти правила.

Как определяется работа и мощность электрического поля?

Сформулируйте закон Джоуля-Ленца.

Как определяется закон Ома для неоднородного участка цепи? для замкнутой цепи?

От чего зависит и как определяется КПД источника тока?

. Курс физики учеб. пособие / А.А. Детлаф, Б.М. Яворский.-7-е изд. Стер.-М. : ИЦ «Академия».-2008.-720 с.

Савельев, И.В

. Курс физики: в 3т.:учеб.пособие Т.1: Электричество. Колебания и волны. Волновая оптика. /И.В. Савельев.-4-е изд. стер. – СПб.; М. Краснодар: Лань.-2008. – 480 с.

Трофимова, Т.И.

курс физики: учеб. пособие/ Т.И. Трофимова.- 15-е изд., стер.- М.: ИЦ «Академия», 2007.-560 с.

Дополнительная

Фейнмановские лекции по физике / Р. Фейнман, Р. Лейтон, М. Сэндс.– М.: Мир.

Т.1. Современная наука о природе. Законы механики. – 1965. –232 с.

Т. 2. Пространство, время, движение. – 1965. – 168 с.

Т. 3. Излучение. Волны. Кванты. – 1965. – 240 с.

Берклеевский курс физики. Т.1,2,3. – М.: Наука, 1984

Т. 1. Китель, Ч.

Механика / Ч. Китель, У. Найт, М. Рудерман. – 480 с.

Т. 2. Парселл, Э.

Электричество и магнетизм / Э. Парселл. – 448 с.

Т. 3. Крауфорд, Ф.

Волны / Ф. Крауфорд – 512 с.

Курс общей физики: в 3 т.: учеб. / С.Э. Фриш, А.В. Тиморева.- СПб.: М.; Краснодар: Лань.-2009.

Т.1. Физические основы механики. Молекулярная физика. Колебания и волны: учебник — 480 с.

Почему напряжение на зажимах источника тока меньше эдс?

Потребители электрического тока вместе с источником тока образуют замкнутую электрическую цепь. Ток, проходящий через потребитель, проходит и через источник тока, а значит, току кроме сопротивления проводника оказывается сопротивление самого источника. Таким образом, общее сопротивление замкнутой цепи будет складываться из сопротивления потребителя и сопротивления источника.

Физический смысл зависимости тока от ЭДС источника и сопротивления цепи заключается в том, что чем больше ЭДС, тем больше энергия носителей зарядов, а значит больше скорость их упорядоченного движения. При увеличении сопротивления цепи энергия и скорость движения носителей зарядов, следовательно, и величина тока уменьшаются.

Зависимость можно показать на опыте. Рассмотрим цепь, состоящую из источника, реостата и амперметра. После включения в цепи идет ток, наблюдаемый по амперметру, двигая ползунок реостата, увидим, что при изменении внешнего сопротивления ток будет меняться.

Что такое напряжение

Электрическое напряжение (обозначается как U) – это физическая величина, которая отражает количественную характеристику работы электрического поля по переносу заряда из точки А в точку В. Соответственно напряжение может быть между двумя точками цепи, но в отличии от ЭДС оно может быть между двумя выводами какого-то из элементов цепи. Напомним, что ЭДС характеризует работу, выполненную сторонними силами, то есть работу самого источника тока или ЭДС по переносу заряда через всю цепь, а не на конкретном элементе.

Это определение можно выразить простым языком. Напряжение источников постоянного тока – это сила, которая перемещает свободные электроны от одного атома к другому в определенном направлении.

Для переменного тока используют следующие понятия:

• мгновенное напряжение — это разность потенциалов между точками в данный промежуток времени;
• амплитудное значение – представляет максимальную величину по модулю мгновенного значения напряжения за промежуток времени;
• среднее значение – постоянная составляющая напряжения;
• среднеквадратичное и средневыпрямленное.

Напряжение участка цепи зависит от материала проводника, сопротивления нагрузки и температуры. Так же как и электродвижущая сила измеряется в Вольтах.

Часто для понимания физического смысла напряжения, его сравнивают с водонапорной башней. Столб воды отождествляют с напряжением, а поток с током.

При этом столб воды в башне постепенно уменьшается, что характеризует понижение напряжения и уменьшения силы тока.

Постоянный ток: источники тока 2

Расчет падений напряжений между различными точками, определение токов и напряжений в цепи в том числе с использованием законов Кирхгофа – вот что нас ждет в этой статье.

Задача 1. В батарее, изображенной на рисунке, В, Ом, В‚ Ом‚ В, Ом; Ом‚ Ом. Найти ЭДС и внутреннее сопротивление этой батареи.

К задаче 1

Внутренние сопротивления просто сложим (соединены последовательно):

Чтобы найти ЭДС, обратим внимание, что источники включены «неправильно», поэтому ЭДС будет равна

Задача 2. Вычислить ЭДС и внутреннее сопротивление батареи, состоящей из трех источников ЭДС (рис.), если ЭДС источников соответственно 10 В, 20 В, 30 В, а их внутренние сопротивления одинаковы и равны 1 Ом. При параллельном соединении источников их можно пересчитать в один по следующим формулам:

Теперь пересчитаем последовательное соединение двух источников:

Ответ: Ом, В. Задача 3. В некоторой цепи имеется участок, изображенный на рисунке, Ом, Ом‚ Ом, В, В‚ В. Найти силу тока в каждом сопротивлении и потенциал .

К задаче 3

По первому закону Кирхгофа .

Тогда сила тока в ветвях:

Задача 4. Определить разность потенциалов между клеммами в схеме, изображенной на рисунке, если В, Ом, Ом.

К задаче 4

Сопротивления ветвей равны

Так как сопротивления ветвей равны, то общее сопротивление обеих ветвей

А ток в неразветвленной части цепи равен

Этот ток разделится ровно пополам в точке – опять же по причине равенства сопротивлений ветвей. Таким образом, токи в ветвях равны 1 A.

Эти токи создадут падения напряжений В, В.

Из рисунка можем записать по второму закону Кирхгофа:

Задача 5. Найти разность потенциалов на зажимах каждого источника тока, если Ом, Ом, Ом, В.

Определим ток в цепи, для этого сначала определим суммарную ЭДС:

Ток в цепи равен:

Такой ток создаст падение напряжения на :

Тогда на зажимах первого источника

На зажимах второго источника

Задача 6. В цепь включены три источника ЭДС и два резистора (рис.) Определить ЭДС и внутреннее сопротивление эквивалентного источника‚ действующего в цепи, а также разность потенциалов между точками А и В, если В, В, В, Ом, Ом, Ом, Ом, Ом.

К задаче 6

Вcе сопротивления просто сложим (соединены последовательно):

Чтобы найти ЭДС, обратим внимание, что источники включены «неправильно», поэтому ЭДС будет равна

Ток в цепи будет равен:

Такой ток создаст падения напряжений:

По второму закону Кирхгофа запишем:

Задача 7. В схему включены три батареи (рис. 12.62) В, В, В, Ом, Ом, Ом. Найти напряжение на зажимах первой батареи.

Вcе сопротивления просто сложим (соединены последовательно):

Чтобы найти ЭДС, обратим внимание, что источники включены «неправильно», поэтому ЭДС будет равна

Ток в цепи будет равен:

Такой ток создаст падение напряжения:

Искомое напряжение равно

Примеры задач на применение закона Ома для замкнутой цепи

К источнику ЭДС 10 В и внутренним сопротивлением 1 Ом подключен реостат, сопротивление которого 4 Ом. Найти силу тока в цепи и напряжение на зажимах источника.

• ε = 10 В
• r = 1 Ом
• R = 4 Ом

• I – ?
• U – ?

• Запишем закон Ома для замкнутой цепи — I=ε/(R+r) .
• Падение напряжения на зажимах источника найдем по формуле U=ε-Ir=εR/(R+r).
• Подставим заданные значения и вычислим I=(10 В)/((4+1)Ом)=2 А, U=(10 В∙4Ом)/(4+1)Ом=8 В.
• Ответ: 2 А, 8 В.

При подключении к батарее гальванических элементов резистора сопротивлением 20 Ом сила тока в цепи была 1 А, а при подключении резистора сопротивлением 10 Ом сила тока стала 1,5 А. Найти ЭДС и внутреннее сопротивление батареи.

§ 5. Электродвижущая сила и напряжение источника электрической энергии

При соединении проводником двух разноименно заряженных тел а и б (рис. 11, а), т. е. таких тел, между которыми дей­ствует некоторая разность потенциалов, свободные электроны в этих телах и в соединительном проводнике придут в движение и возникнет электрический ток. Этот ток будет протекать по про­воднику до тех пор, пока потенциалы обоих тел не станут равными.

Можно, однако, обеспечить и непрерывное движение электро­нов по проводнику, соединяющему два разноименно заряженных тела, т.е. непрерывное прохождение электрического тока. Для этого надо каким-то образом возвращать электроны обратно на отрицательно заряженное тело, другими словами, поддерживать постоянными заряды этих тел. Это означает, что для прохождения постоянного тока по металлическому проводнику необходимо все время обеспечивать на его концах разность потенциалов, или напряжение. Для этого проводник надо подключить к источнику электрической энергии и создать замкнутую электрическую цепь (рис. 11, б). В проводнике положительные заряды движутся от точек с более высоким потенциалом к точкам с более низким по­тенциалом, т. е. от положительного зажима источника электрической энергии к отрицательному. Но внутри источника эти заряды должны перемещаться от отрицательного зажима к положительному, т. е. от точки с низшим потенциалом к точке с высшим потенциалом. Такое перемещение зарядов внутри источника совершается благо-

Рис. 11. Схемы прохождения электрического тока между двумя заряженными телами (а) и по замкнутой электрической цепи (б)

даря электродвижущей силе (э. д. с), которая возбуждается в источ­нике. Э. д. с. поддерживает разность потенциалов на зажимах источника электрической энергии, обеспечивая прохождение тока по электрической цепи. Эта разность потенциалов определяет собой напряжение источника электрической энергии. Э. д. с. обозначается буквой Е (е) и численно равна работе, которую нужно затратить на перемещение единицы положительного заряда от одного зажима источника к другому. Э. д. с. и напряжение источника тесно связаны друг с другом. Если в источнике не возбуждается э. д. с, то будет отсутствовать и напряжение на его зажимах.

Следует отметить, что э. д. с. и напряжение источника могут существовать независимо от наличия тока в цепи. Если электричес­кая цепь постоянного тока разомкнута, то ток по цепи не проходит, но при работающем генераторе или аккумуляторе в них возбужда­ется э. д. с. и между их зажимами действует напряжение.

За единицу э. д. с, также как и напряжения, принят вольт. В разных источниках электрической энергии э. д. с. возникает по различным физическим причинам. Например, в электрических гене­раторах э. д. с. получается в результате электромагнитной индук­ции, в химических источниках тока (аккумуляторах, гальвани­ческих элементах) — вследствие электрохимических реакций.

Количественная разница между э. д. с. и напряжением источника будет рассмотрена в § 9.

Идеальные источники тока и напряжения

Как и в случае идеальных пассивных элементов, при идеализации активных элементов (источник напряжения, источник тока) на них накладывают энергетические ограничения. Первое ограничение заключается в том, что в идеальных активных элементах не происходит ни рассеяния, ни накопления электрической энергии. Второе ограничение состоит в том, что идеальные активные элементы обладают неограниченной мощностью, которую они могут отдавать в электрическую цепь.

Идеальным источником напряжения называют активный элемент, напряжение на зажимах которого не зависит от параметров цепи, подключенной к нему, т.е. не зависит от величины тока, протекающего через источник.

Условное графическое обозначение идеального источника напряжения показано на рис.1.15. Его выполняют в виде окружности (обычно диаметром 8 мм), внутри которой располагается стрелка, указывающая положительное направление ЭДС . На зажимах источника возникает напряжение .

Рис. 1.15. Условное графическое изображение идеального источника напряжения

В соответствии с определением идеального источника напряжения, он имеет внутреннее сопротивление и обладает бесконечной мощностью. Так, если сопротивление нагрузки на зажимах источника ,то его ток ( ), а напряжение источника остается равным , что и приводит к бесконечно большой величине мощности , которой не может обладать реальный источник напряжения.

Идеальным источником тока называется идеализированный активный элемент, ток которого не зависит от напряжения на его зажимах. Условное обозначение идеального источника тока показано на рис.1.16. Двойная стрелка (рис. 1.16,а) показывает направление тока внутри источника.

В соответствии с определением идеального источника тока, он обладает бесконечной мощностью и имеет внутреннее сопротивление . Так, если сопротивление нагрузки

(рис. 1.16,б) неограниченно увеличивать ( ), то по определению, через нее должен проходить ток i, создавая на зажимах напряжение и мощность будет неограниченно увеличиваться ( ).