Расчет разветвленной электрической цепи постоянного тока
столкновении с ионами электроны теряют скорость направленного движения. Это и приводит
Возрастание удельного сопротивления можно объяснить тем, что с ростом температуры амплитуда колебаний ионов кристаллической решетки металлов увеличивается и возрастает вероятность их столкновения с электронами. Это и приводит к возрастанию удельного сопротивления. Столкновении с ионами электроны теряют скорость направленного движения.
Рис.2 Зависимость удельного сопротивления от температуры.
Рис.3 Зависимость удельного сопротивления от температуры для ртути.
Зависимость сопротивления металлов от температуры используется, например, в термометрах сопротивления.
Многие проводники обладают свойством сверхпроводимости, состоящей в том, что их сопротивление скачком падает до нуля при охлаждении ниже определенной критической температуры Т^, характерной для данного материала. Такие вещества получили название сверхпроводники.
Впервые это явление наблюдал в 1911 г. нидерландский физик Гейке Камерлинг-Оннес (1853-1926). Он обнаружил, что ртуть при Т = 4,15°К переходит в новое состояние, названное сверхпроводящим (рис. 62). Позже им было установлено, что электрическое сопротивление ртути восстанавливается при T < Tk в достаточно сильном магнитном поле. Прохождение тока в сверхпроводниках происходит без потерь энергии, поэтому их используют в электромагнитах со сверхпроводящей обмоткой. На основе явления сверхпроводимости иногда работают элементы памяти счетно-вычислительных устройств. Устройство переключающих элементов электронных вычислительных машин иногда основано на принципе разрушения сверхпроводящего состояния магнитным полем.
Ведутся исследования по созданию сверхпроводящих линий электропередачи, но главная трудность здесь в необходимости глубокого охлаждения всей линии для перехода в сверхпроводящее состояние до температуры ниже 20°К.
1.5. Последовательное и параллельное соединение проводников.
На практике электрические цепи представляют собой совокупность различных проводников, соединенных между собой определенным образом. Наиболее часто встречающимися типами соединений проводников являются последовательное и параллельное соединения.
Последовательное соединение проводников
При таком соединении все проводники включаются в цепь поочередно друг за другом. Примером такого типа соединения проводников может быть соединение ламп в елочной гирлянде:
выход из строя одной лампы размыкает всю цепь.
Рассмотрим случай последовательного соединения трех проводников сопротивлениями J^, Д^, Ну подключенных к источнику постоянного тока. Схема такой электрической цепи представлена на рисунке.
Рис.
4
Амперметром А измеряют общую силу тока JT в цепи. Вольтметрами V1, V2, V3 измеряют напряжение на каждом проводнике, а вольтметром V — напряжение на всем участке цепи.
Расчет токов, напряжений и сопротивлений на участке цепи при таком соединении делают с помощью четырех правил.
а) Сила тока одинакова во всех участках цепи:
I1=I2=I3=I=const.
так как в случае постоянного тока через любое сечение проводника за определенный интервал времени проходит один и тот же заряд.
б) Падение напряжения в цепи равно сумме падений напряжений на отдельных участках:
U1+U2+U3=U
Это можно установить из опытов по показаниям вольтметров.
в) Падение напряжения на проводниках прямо пропорционально их сопротивлениям:
U1/U2=R1/R2
Согласно закону Ома для участка цепи и правилу (а):
I=U1/R1;
I2=U2/R2=>U1/R1=U1/R2, откуда
U1/U2=R1/R2
г) Общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных участков:
R=R1+R2+R3
Воспользуемся законом Ома для участка цепи и правилами (а) и (б):
I=U/R=>U=I*R
Аналогично:
U1=I*R1, U2=I*R2, U3=I*R3
U=U1+U2+U3=I*R1+I*R2+I*R3=I*(R1+R2+R3)=I*R
Откуда получим формулу для общего сопротивления цепи:
R=R1+R2+R3
Параллельное соединение
Например, соединение приборов в наших квартирах, когда выход из строя какого-то прибора не отражается на работе остальных.
При параллельном соединении трех проводников сопротивлениями R1, R2 и R3 их начала, и концы имеют общие точки подключения к источнику тока. Все вместе параллельно соединенные проводники составляют разветвление, а каждый из них называется ветвью. Схема соединения изображена на рисунке.
Рис.5
Силу тока в каждой ветви измеряют амперметрами A1, A2 и A3. Для расчета токов, напряжений и сопротивлений также пользуются четырьмя правилами:
а) Падение напряжения в параллельно соединенных участках цепи одинаково:
U1=U2=U3=U=const.
так как во всех случаях падение напряжения измеряют между
одними и теми же точками.
б) Сила тока в неразветвленной части цепи равна сумме сил токов, текущих в разветвленных участках цепи:
I1=I2=I3=I
в) Сила тока в разветвленных участках цепи обратно пропорциональна их сопротивлениям:
I1:I2:I3=1/R1:1/R2:1/R3
Воспользуемся законом Ома для участка цепи:
I1=U1/R1=>U1=I1*R1
Аналогично:
U2=I2*R2
U3=I3*R3
Согласно правилу (а):
U1=U2=U3=>I1*R1=I2*R2=I3*R3, откуда
I1:I2:I3=1/R1:1/R2:1/R3
г) Общее сопротивление цепи:
1/R=1/R1+1/R2+1/R3
Согласно закону Ома для участка цепи:
I=U/R
и для каждой ветви:
I1=U1/R1; I2=U2/R2; I3=U3/R3
Используя правила (а) и (б), получим:
I=I1+I2+I3=U/R1+U/R2+U/R3=U*(1/R1+1/R2+1/R3) =U/R,
откуда
1/R=1/R1+1/R2+1/R3
1.6. Закон Ома для полной цепи.
Рис.
6
Закон Ома для полной (замкнутой) цепи выражает связь между силой тока в цепи, ЭДС и полным сопротивлением.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9