Методическая разработка Электродинамика (стр. 11 )

φ – потенциал поля в данной точке – это запас энергии, это – работа, которую затрачивает поле, передвигая 1 кулон электричества из данной точки поля в бесконечность:

φ = A / q (джоуль / кулон) – это называется 1 Вольт (1 В).

(Если на передвижение одного кулона потребовалось затратить работу в один джоуль, то потенциал был равен одному вольту).

Важное понятие: нас бесконечность не интересует – нас интересует разность потенциалов между двумя точками. Ведь у любого потребителя и у любого источника – по два вывода – начало и конец или плюс и минус. Если между этими точками будет разность потенциалов, то пойдет ток через потребитель и потребитель начнет работать.

Разность потенциалов между двумя выводами проводника, потребителя, генератора называется напряжением U (В) между двумя точками или просто напряжением на потребителе, генераторе, источнике, резисторе и т. п.

Еще раз - вдумайтесь в физический смысл слова “напряжение”. Напряжение – это работа на перемещение одного кулона электричества с одной точки (проводника) в другую: U = φ- φ.

Только при наличии напряжения и может переместиться заряд из точки с большим потенциалом в точку с меньшим потенциалом.

Напряжение – это причина, вызывающая возможность создавать ток в проводнике.

Исчезло напряжение – нет тока. Темнота … И, надо полагать, чем больше будет напряжение, тем и сила тока должна быть больше.

Напряжение обозначается буквой U и измеряется в Вольтах (1 В).

1 милливольт (мВ) = 0,001 В.

1 микровольт (мкВ) = 0,000001 В.

1 киловольт (кВ) = 1000 В.

Разные потребители рассчитаны на разное напряжение: лампочка от карманного фонарика – на 3,5 В, бывает и на 2,5 В, от мотоцикла – на 6 В, от автомобиля – на 12 В.

Напряжение на телефонных станциях АТС – обычно 60 В. В домашней (бытовой) сети – обычно 220 В, реже 127 В.

Дома – ток переменный, но это физического смысла не меняет. Если подвести напряжение выше нормы – слишком много совершается работы, слишком ярко горят лампы, слишком большой ток идет через потребители – потребители должны выйти из строя. А закон есть закон …

Измерение напряжения (и ЭДС).

Напряжение можно измерить – прибором вольтметром. У вольтметра – два вывода (щупа). Выводы подключаются к точкам, между которыми и надо измерить напряжение.

Очень важное замечание: когда вольтметр подключают к источнику без лампочки, без потребителей, то вольтметр измеряет не напряжение на источнике, а электродвижущую силу источника, как говорят ЭДС источника E.

U < E. ЭДС источника тоже измеряется в вольтах, но это не совсем одно и то же – напряжение на источнике всегда меньше, чем ЭДС источника. Когда идет ток через источник, то часть ЭДС остается бесполезно внутри источника.

Электрическая прочность диэлектрика.

Выше говорилось о напряженности поля в данной точке поля: F – сила, передвигающая заряд в один кулон (в ньютонах); q – заряд в кулонах.

Новое: зная напряжение и расстояние между точками приложения напряжения, напряженность можно определить и таким способом: E= U / l (В/ м), где U – приложенное напряжение (В); l – расстояние между точками приложения напряжения, (м).

Пример: напряжение между клеммами в розетке равно 220 В, расстояние между клеммами – 20 мм (0,02 м).

Определить напряженность.

E= U / l = 220 В / 0,02 м = 11 000 В/м = 11 кВ/м.

Практически важный вопрос: каждый диэлектрик выдерживает определенное напряжение на 1 см, т. е. определенную напряженность, которая называется для него электрической прочностью.

Если увеличить напряженность (а это можно сделать двумя способами – или увеличить напряжение, или уменьшить расстояние между клеммами), то диэлектрик пробивается, разрушается и начинает проводить ток – несвободные электроны отрываются от атомов и становятся свободными.

Пробой диэлектрика – это авария, замыкание, пожар.

И еще одно, тоже важное: если диэлектрик нагревается, то свободные электроны появляются раньше, диэлектрическая прочность уменьшается – пробой наступает раньше.

Вопрос-задача: 1. Сколько вольт выдерживает прокладка из слюды толщиной 0,5 см? Электрическая прочность слюды 130-200 кВ/см.

2. Какой толщины прокладку из фторопласта надо поставить между контактами, если будет подведено напряжение 15 кВ?

Постоянный ток.

В электротехнике, связи, радиотехнике, автоматике применяются в основном токи четырех видов.

Далее будет идти речь только о постоянном токе.

.

Конспект.

1. Электрический ток – это организованное, направленное движение электронов по проводнику.

2. Постоянным током называется ток, величина и направление которого не изменяются с течением времени.

3. Металлы, графит, уголь – это проводники первого рода, в них ток образуется свободными электронами.

4. Для возникновения тока на концах проводника надо создавать и поддерживать напряжение (В).

5. Все источники электрической энергии создают на своих зажимах (клеммах) электродвижущую силу – ЭДС.

6. Когда к источнику подключают потребители, то источник поддерживает на потребителях напряжение и через потребитель за счет этого начинает проходить электрический ток – потребитель начинает работать.

7. У любого источника - два вывода (два зажима, две клеммы, два полюса – плюс (+) и минус (-).

8. Принято считать, что ток идет от плюса источника через потребители к минусу источника.

9. Для того чтобы источник мог создавать ток в потребителе, надо создать замкнутую электрическую цепь – соединить клеммы потребителя с клеммами источника соединительными проводами.

На рисунке и схеме показана работающая, т. е. замкнутая, цепь: (+) источника – соединительный провод АБ – лампочка – второй – BI – соединительный провод – (-) источника – далее внутренняя часть источника – (+) источника – и… все сначала.

10. Электрическая цепь состоит из двух частей – внешней и внутренней. Внешняя часть цепи – все, что подключено к источнику. Внутренняя часть цепи – все, что внутри источника.(Так, если телевизор включен в розетку, то он – внешняя часть цепи. А все, что находится за розеткой – провода, линия, источник – внутренняя часть цепи).

11. Не надо забывать – ток идет и по внутренней части цепи.

12. Электрическая цепь должна быть замкнутой – нигде не прерываться – ток не пойдет.

13. Сила тока показывает, сколько электричества проходит за одну секунду через поперечное сечение проводника.

14. Если за 1 секунду проходит 1 кулон электричества, то сила тока равна одному амперу.

15. Сила тока обозначается буквой I, измеряется в амперах (А):

I = q / t (Кл / с).

16. Проводимость – это свойство проводника проводить электрический ток.

17. Сопротивление (электрическое) – это свойство препятствовать (мешать) прохождению тока. Сопротивление возникает за счет того, что электроны, идущие по проводнику, сталкиваются с атомами. Чем длиннее проводник, тем больше сопротивление: R↑ - l↑. Чем толще проводник, тем меньше сопротивление: R↓ - S↑. Сопротивление зависит и от материала, из которого изготовлен проводник (от удельного сопротивления), у каждого – свое. Если нагреть проводник, сопротивление увеличивается – атомы колеблются сильнее, пройти между ними труднее R↑ - l↑.

Разъяснения к теме “Электрическая цепь и ее элементы”.

Итак, электрическая цепь – это источник и потребитель. Это схема простейшей электрической цепи. Стрелками указано направление тока в цепи, но и без этого надо знать: ток идет от плюса источника через внешнюю часть цепи к минусу источника, а затем и через внутреннюю часть цепи, через источник, там от минуса – к плюсу, а затем – снова во внешнюю цепь.

Внутри источника электроны получают энергию (но там же и теряется часть энергии).

Внутри источника – внутренняя часть цепи, которая, к сожалению, тоже обладает сопротивлением (внутренним - R).

Измерения в электрической цепи.

На схеме показана та же электрическая цепь, но с включенными измерительными приборами: для измерения силы тока – амперметром, для измерения электродвижущей силы на источнике – вольтметром, этим же прибором можно измерить и напряжение на источнике.

Вольтметр V- для измерения напряжения на потребителе.

Внимание! Пока выключатель не включен – тока в цепи нет. В это время вольтметр Vизмеряет электродвижущую силу источника – ЭДС источника.

При включении выключателя Вк в цепи появляется ток, лампочка загорается. Теперь вольтметр Vизмеряет уже не ЭДС источника, а напряжение на источнике, а вольтметр Vизмеряет напряжение на источнике, а вольтметр измеряет напряжение на потребителе, т. е. на лампочке.

Амперметр включается в разрыв цепи, так же как и выключатель, последовательно – весь ток проходит через амперметр. Потому амперметр и измеряет силу тока в амперах.

Надо сразу отметить, что если вольтметр хороший, то через него ток практически идет такой небольшой, что его можно и не принимать во внимание.

У “хорошего” амперметра должно быть ничтожно мало сопротивление.

Еще раз посмотрим, как включаются приборы: вольтметр – параллельно тому участку, где надо измерить напряжение.

Если убрать вольтметр, цепь продолжает нормально работать. При сборке схем вольтметр включают последним, а иногда и не включают в схему, а только касаются его выводами тех точек, где надо измерить напряжение.

Амперметр включается в разрыв цепи последовательно, как выключатель.

Если убрать амперметр, то цепь размыкается, перестает работать, провода, идущие к амперметру, надо соединить между собой, замкнуть.