Работа и мощность в цепи постоянного тока. Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи
План ответа
1. Работа тока. 2. Закон Джоуля—Ленца 3. Электродвижущая сила. 4. Закон Ома для полной цепи.
В электрическом поле из формулы определения напряжения (U= A/q) легко получить выражение для расчета работы переноса электрического зарядаА =Uq, так как для тока заряд q = It, то работа тока: А =Ult, илиА =I2Rt = U2/R •t.
Мощность, по определению,N =A/t, следовательно,N =UI =I2R = U2/R.
Русский ученый X.Ленц и английский ученый Джоуль опытным путем в середине прошлого века установили независимо друг от друга закон, который называется законом Джоуля—Ленца и читается так. При прохождении тока по проводнику количество теплоты, выделившейся в проводнике, прямо пропорционально квадрату силы, тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока.
Q =I2Rt.
, Полная замкнутая цепь представляет собой электрическую цепь, в состав которой входят внешние сопротивления и источник тока (рис. 18). Как один из участков цепи, источник тока обладает сопротивлением, которое называют внутренним, г.
Для того чтобы ток проходил по замкнутой цепи, необходимо, чтобы в источнике тока зарядам сообщалась дополнительная энергия, она берется за счет работы по перемещению зарядов, которую производят силы неэлектрического происхождения (сторонние силы) против сил электрического поля. Источник тока характеризуется энергетической характеристикой, которая называется ЭДС — электродвижущая сила источника. ЭДС — характеристика источника энергии неэлектрической природы в электрической цепи, необходимого для поддержания в ней электрического тока. ЭДС измеряется отношением работы сторонних сил по перемещению вдоль замкнутой цепи положительного заряда к этому заряду ξ= Aст/q
Пусть за времяt через поперечное сечение проводника пройдет электрический зарядq. Тогда работу сторонних сил при перемещении заряда можно записать так: Aст = ξ q. Согласно определению силы тока q = It, поэтомуAст = ξ It. При совершении этой работы на внутреннем и внешнем участках цепи, сопротивления которых R и г, выделяется некоторое количество теплоты. По закону Джоуля— Ленца оно равно: Q =I2Rt +I2rt. Согласно закону сохранения энергииА = Q. Следовательно, ξ•=IR +Ir. Произведение силы тока на сопротивление участка цепи часто называютпадением напряжения на этом участке. Таким образом, ЭДС равна сумме падений напряжений на внутреннем и внешнем участках замкнутой цепи. Обычно это выражение записывают так: I = ξ/(R +r). Эту зависимость опытным путем получил Г.Ом, называется она законом Ома для полной цепи и читается так. Сила тока в полной цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи. При разомкнутой цепи ЭДС равна напряжению на зажимах источника и, следовательно, может быть измерена вольтметром.
2 Задача
В баллоне объемом 0,03м3 находится газ под давлением 1,35 ×106 Па при температуре 455°С. Какой объем занимает этот газ при нормальных условиях ( температура 273 К, давление 101300Па) ?
| Дано: V1=0,03 м3 р1=1,35×106Па t1 = 455°С р2 = 101300Па Т2 = 273 К R= 8,31 Дж / К×моль |
| V = ? |
Решение:
Воспользуемся уравнением Менделеева – Клайперона.:
pV = m / M × RT
Поскольку речь идет об одном и том же газе , его масса и молярная масса неизменны.
В первом состоянии: р1V1= m / M × RT1
Во втором состоянии: р2V2 = m / M × RT2
Разделив первое уравнение на второе , получим:
р1V1/ р2V2 = T1/ T2
Освободимся от знаменателей обеих дробей: р1V1 T2= р2V2 T1
Отсюда:V2 = р1V1 T2 / р2 T1
Переведем: t1 = 455°С в Т1(по шкале Кельвина)
Т1 = t1 +273 = 455+273=728 (К)
Подставим числовые значения :
V2 = 1,35×106×0,03×273 / 101300×728 ≈ 0,15 (м3)
Ответ: V2≈ 0,15 (м3)
Билет № 14