Методическая разработка Электродинамика (стр. 13 )

В чем дело, почему напряжение на участках AB и BC сильно изменилось? Найдите причину – и ремонт закончен.

Еще один пример на эту же формулу попроще, но понять надо сейчас.

Два потребителя с разными сопротивлениями включили так, как указано на схеме (последовательно). Сила тока в обоих потребителях, конечно, одинакова – дорога одна…

На каком из потребителей падение напряжения будет больше – на первом или на втором? Какой из них вы считаете первым, а кокой – вторым? Почему? А что будет, если их поменять местами?

Ответ один: смотрите на формулу U = I x R и думайте.

Примеры практического применения закона Ома.

Технически грамотный человек всегда должен видеть в сложном простое. Тогда он способен из простого сделать сложное.

Реостат – устройство для изменения силы тока в цепи. Реостаты бывают с плавной регулировкой и ступенчатые. Реостат с плавной регулировкой – это проволочная спираль, намотанная виток к витку на керамический каркас.

Провод с большим удельным сопротивлением – никелин, нихром, манганин, константан. По спирали можно передвигать подвижный контакт – ползунок, движок. Изменяя длину рабочей части реостата А О, мы изменяем величину сопротивления, включенную в цепь, - вступают в действие формулы R = ρI / S; I = U/ R.

И сила тока плавно изменяется – становится меньше, чем без реостата. Реостат включается в разрыв последовательно с нагрузкой. Посмотрите на схему: при каком положении ползунка сила тока будет наименьшей? Наибольшей? Почему обычно говорят: реостатом можно увеличивать и уменьшать силу тока? Это правильно или неправильно?

Омметр – прибор для измерения сопротивления.

↓I = U/ R↑. Из формулы закона Ома видно, что сила тока зависит от сопротивления; для каждого сопротивления – своя сила тока (при условии, что напряжение при этом не меняется, - это очень важное условие).

Если собрать такую простую схему и замкнуть клеммы А В, то через прибор пройдет ток. Подберем сопротивление резистора такой величины, чтобы сила тока была наибольшей для нашего прибора, - стрелка дойдет до последнего деления справа.

У последнего деления нарисуем “0” – ноль омметра; сопротивление между клеммами АВ как раз равно нулю. Разомкнем клеммы А В – стрелка вернется влево на исходное положение, там нарисуем знак ∞ (бесконечность) – сопротивление между разомкнутыми клеммами АВ бесконечно велико, ток не идет.

Начнем градуировку шкалы. К клеммам А В будем поочередно подключать резисторы, величина сопротивлений которых нам известна. Сработает закон Ома: каждому сопротивлению – своя сила тока. Но на шкале будем записывать не значения силы тока, а величину каждого сопротивления, - получится шкала омметра.

Если теперь к клеммам А В подключить неизвестной величины сопротивление, то стрелка где-то остановится и можно будет прочитать, чему равно это сопротивление – приблизительно, но для многих случаев – достаточно точно. Такая схема может работать, если напряжение источника всегда одинаково, но сделать это не так просто.

Поэтому в “настоящих” омметрах перед каждым измерением приходится регулировать прибор – устанавливать стрелку на ноль.

Интересно: счет идет справа налево – ведь сила тока обратно пропорциональна сопротивлению.

Тензодатчик – устройство для дистанционного измерения давления, а также формы поверхности.

Очень тонкая, плоская изогнутая проволочка из константана наклеивается на поверхность исследуемого объекта и включается в цепь с прибором и источником.

При изменении давления на проволочку (тензодатчик) или изменении формы поверхности изменяется или толщина проволочки, или длина проволочки и опять вступают в дело формулы:

R = ρI / s, а затем I = U/ R.

Сила тока в цепи изменяется – по ней можно судить, что там происходит, если, конечно, заранее отградуировать прибор.

Как видите, совершенно разные вещи – реостат, микрофон, омметр, тензодатчик, а принцип работы один и тот же – закон Ома для участка цепи.

И указатель уровня воды и бензина в автомобиле, и термометр, указывающий температуру воды или масла, - везде закон Ома.

Термометр сопротивления.

У проводников пи увеличении температуры сопротивление возрастает – атомы начинают колебаться сильнее.

Но еще заметнее (во много раз) сопротивление зависит от температуры у полупроводников. Но у полупроводников при нагреве сопротивление не увеличивается (как у проводников), а уменьшается. Это связано с тем, что увеличивается число свободных электронов.

Это явление широко используется в автоматике. Собрав такую схему, можно измерять температуру на расстоянии, а можно сделать и терморегулятор.

Деталь, новая для вас по обозначению, называется термистором. Сопротивление термистора заметно уменьшается при нагревании.

Следует отметить, что значительно большую чувствительность и точность можно получить, включая термистор, тензодатчики и другие датчики в схему моста сопротивлений.

Потенциометр.

По устройству потенциометр ничем не отличается от реостата. Из любого реостата можно сделать потенциометр, только надо использовать все три вывода, как указано на схеме.

Вся обмотка потенциометра подключается к источнику (это плохо – все время расходуется энергия). Ток, проходящий по обмотке, на каждом витке создает падение напряжения.

Передвигая ползунок (подвижный контакт В), можно снимать с потенциометра напряжение – от нуля до полного напряжения источника. Потребитель включается между точками В, С или А, В – это зависит от того, какая ему нужна полярность во время регулировки. (Если смотреть на схему, то потенциал в точке А выше, чем в точке В, а в точке В выше, чем в точке С.)

Потребитель, включенный к точкам В и С, получает напряжение и работает так, как будто он подключен к источнику – плюс – на В, минус – на С.

Большая неприятность, если потребителю нужен большой ток. Для устойчивой работы ток потенциометра должен быть в несколько раз больше тока потребителя. Это вызывает большой расход энергии, а также размеры потенциометра слишком велики.

В различных радиотехнических устройствах потенциометры широко применяются для регулировки громкости, тембра, яркости, контрастности и т. п. (Там тока почти нет.)

В сложных схемах потенциометры применяются для настройки отдельных узлов и блоков. Ручки таких потенциометров наружу не выводятся (они выводятся “под шлиц”), находятся внутри, поворачиваются отверткой и после настройки закрашиваются. Трогать их без надобности нельзя – можно все разрегулировать, а нередко и вывести из строя дорогие транзисторы.

При замене транзисторов эти ручки приходится вращать, подбирая нужные напряжения на участках: “подбирая режим” – так говорят специалисты…

Электрическая работа и мощность.

1. Определение значения затраченной энергии (работы).

2. Определение стоимости затраченной энергии.

3. Определение электрической мощности.

4. Измерение работы и мощности.

Конспект.

Энергию (затраченную потребителем или отданную источником) можно подсчитать по формуле:

A = UIt, или A = I²Rt, или A = Pt, где

А – работа в джоулях (Дж); U – напряжение, В; I – сила тока, А; t – время работы устройства, в секундах.

Более крупная единица: 1 ватт-час = 3600 Дж;

1 киловатт-час = 1000 Втч;

1 мегаватт-час = 1000 кВтч = 1 000 000 Втч.

Стоимость израсходованной энергии D = A x T; A = p x t, где

D – деньги, в коп.; Т – тариф, стоимость 1 кВтч; Р – мощность, кВт.

Работу (энергию) измеряют, снимая показания счетчика электрической энергии в кВтч.

Работа за одну секунду называется мощностью.

P = UI; U Мощность измеряется в ваттах: I = P/ U;

P = I²R; I А 1000 Вт – 1 киловатт

P = U²/ R; R Ом 1000 кВт – 1 мегаватт (МВт) U = P/ I

1 лошадиная сила = 0,736 кВт; 1 кВт = 1,36 л. с.

Пояснения к теме “Работа и мощность”.

Что такое напряжение? Это работа по переносу 1 Кл электричества из одной точки в другую (от одной клеммы потребителя к другой, от начала к концу, от (+) к (-)).

U = A/ q, откуда A = Uq, а из формулы I = q/ t; q = It, и получается формула для определения работы при переносе не одного кулона, а любого количества электричества.

A = UIt или A = I²Rt, где А – работа в джоулях (Дж), U – напряжение в вольтах (В), I – сила тока в амперах (А), t – время работы в секундах (с).

1 джоуль очень небольшая работа – лампочка карманного фонаря за 1 с потребляет 1 Дж. За 1 час (3600 с) затрачивается 3600 Дж – это 1 ватт-час (Втч), 1 Втч = 3600 Дж, 1 мегаватт-час (мгВтч) – 1000 кВтч.

Электрическая энергия (в сети переменного тока) измеряется с помощью известного всем прибора – счетчика электрической энергии.

Электрическая энергия – это продукция электростанции. А продукт продается потребителям по определенной цене за единицу продукции – по определенному тарифу. Стоимость одного киловатт-часа (1 кВтч) для бытовой нагрузки – 4 копейки: Т = 4 коп/ (кВтч). Со счетчика снимаются показания – обычно за 1 месяц. Так, если в конце месяца на счетчике 980 кВтч, а в конце прошлого месяца было 920 кВтч, то за месяц израсходовано А = 980 – 920 = 60 кВтч; стоимость израсходованной энергии равна 60 x 4 = 240 коп.

Мощность электрическая.

Мощность – это работа за 1 секунду. Зная мощность, можно представить себе размеры и возможности потребителя. Так, например, мощность лампочки от фонарика 1 ватт (1 Вт), мощность утюга порядка 1000 Вт (1 киловатт), мощность паяльника 40 – 200 Вт, мощность трамвайного двигакВт, мощность электровоза – несколько тысяч киловатт, а мощность современных электростанций – несколько миллионов киловатт в каждой.

Так как мощность – это работа за 1 секунду, то из формул работы можно получить формулу для определения мощности: A = UIT; P = A/ t = UIt/ t = UI; P = UI – основная формула мощности; так как U = IR, то P = I²R; P = U²/ R; I = P/ U; R = P/ I².

Единица мощности – 1 ватт (1 Вт);

1000 Вт – 1 киловатт (1 кВт);

1000 кВт – 1 мегаватт (МВт);

0,001 Вт – 1 милливатт (1 мВт).

Мощность измеряют прибором – ваттметром, который одновременно учитывает и напряжение, и силу тока, у ваттметра – четыре вывода.

Мощность тепловых двигателей пока еще измеряется в лошадиных силах, хотя надо выражать в киловаттах: 1 л. с. = 0,736 кВт; 1 кВт = 1,36 л. с.