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= A_ст/q

Пусть за времяt через поперечное сечение проводника пройдет электрический зарядq. Тогда работу сторонних сил при перемещении заряда мож­но записать так: A_ст = ξ q. Согласно определению си­лы тока q = It, поэтомуA_ст = 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