Шпоры по физике за 1й семестр - файл n10.doc

приобрести
Шпоры по физике за 1й семестр
скачать (2795.1 kb.)
Доступные файлы (12):
n1.jpg182kb.20.01.2012 22:53скачать
n2.jpg615kb.01.12.2011 19:59скачать
n3.jpg615kb.01.12.2011 20:01скачать
n4.jpg626kb.01.12.2011 20:03скачать
n5.jpg224kb.01.12.2011 20:04скачать
01 shpora A4.doc1220kb.26.06.2005 22:57скачать
02 shpora A4.doc902kb.26.06.2005 23:33скачать
n8.doc245kb.14.01.2012 13:07скачать
n9.doc226kb.14.01.2012 14:05скачать
n10.doc615kb.14.01.2012 20:55скачать
n11.doc212kb.13.01.2012 01:07скачать
n12.doc245kb.14.01.2012 13:07скачать

n10.doc

1   2   3   4

Правила Кирхгофа. Расчет разветвленных электрических цепей


Электрическая цепь представляет собой совокупность источников тока, проводников и потребителей электроэнергии. Электрическая цепь чаще всего является разветвленной (сложной) и содержит узлы (рис. 1). Расчет разветвленной электрической цепи заключается в том, чтобы по заданным сопротивлениям участков цепи и ЭДС найти силы токов и напряжения на каждом участке цепи.



Для расчета разветвленных цепей постоянного тока применяют правила Кирхгофа.

Согласно первому правилу Кирхгофа:

алгебраическая сумма сил токов, сходящихся в узле, равна нулю:



где n — число проводников, образующих узел.

При этом токи считаются положительными, если они входят в узел, и отрицательными, если выходят из узла. Для узла, изображенного на рисунке 1, I1 - I2 - I3 = 0.

Согласно второму правилу Кирхгофа:

в любом простом замкнутом контуре, произвольно выбираемом в разветвленной электрической цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов на сопротивления соответствующих участков равна алгебраической сумме ЭДС, имеющихся в контуре:



где m — число источников в контуре, n — число сопротивлений в нем.

Если направления токов совпадают с выбранным направлением обхода контура, то силы токов Ik считаются положительными. ЭДС ?i считаются положительными, если они создают токи, сонаправленные с направлением обхода контура.

Правила Кирхгофа не выражают никаких новых свойств стационарного электрического поля в проводниках с током по сравнению с законом Ома. Первое из них является следствием закона сохранения электрических зарядов, второе — следствием закона Ома для неоднородного участка цепи. Однако их использование значительно упрощает расчет токов в разветвленных цепях.

Расчет разветвленной электрической цепи постоянного тока выполняется в следующем порядке:

  1. произвольно выбирают направление токов во всех участках цепи:

  2. записывают n - 1 независимых уравнений, согласно первому правилу Кирхгофа, где n — количество узлов в цепи;

  3. выбирают произвольно замкнутые контуры так, чтобы каждый новый контур содержал хотя бы один участок цепи, не входящий в ранее выбранные контуры. Записывают для них второе правило Кирхгофа.

В разветвленной цепи, содержащей n узлов и m участков цепи между соседними узлами, число независимых уравнений, соответствующих правилу контуров, составляет mn + 1.

На основе правил Кирхгофа составляют систему уравнений, решение которой позволяет найти силы токов в ветвях цепи.

26. Закон Джоуля-Ленца

Закон Джоуля — Ленца —
физический закон, дающий количественную оценку теплового действия электрического тока. Установлен в 1841 году Джеймсом Джоулем и независимо от него в 1842 году Эмилием Ленцом[1].

В словесной формулировке звучит следующим образом[2]

Мощность тепла, выделяемого в единице объёма среды при протекании электрического тока, пропорциональна произведению плотности электрического тока на величину электрического поля

Математически может быть выражен в следующей форме:



где w — мощность выделения тепла в единице объёма,  — плотность электрического тока,  — напряжённость электрического поля, ? — проводимость среды.

Закон также может быть сформулирован в интегральной форме для случая протекания токов в тонких проводах:

Количество теплоты, выделяемое в единицу времени в рассматриваемом участке цепи, пропорционально произведению квадрата силы тока на этом участке и сопротивлению участка

В математической форме этот закон имеет вид





где dQ — количество теплоты, выделяемое за промежуток времени dt, I — сила тока, R — сопротивление, Q — полное количество теплоты, выделенное за промежуток времени от t1 до t2. В случае постоянных силы тока и сопротивления:


27. Магнитное взаимодействие постоянных токов

Взаимодействие токов было открыто в 1820 году и изучено Ампером, который исследовал поведение подвижных контуров различной формы с током. Магнитное взаимодеймтвие проводников отлично от электрического взаимодействия.

Электрическое взаимодействие зависит от наличия зарядов и от их величины. Магнитное взаимодействие возникает только при наличии токов и зависит от их величины. Проводники с сонаправленными токами притягиваются, с противоположно направленными токами - отталкиваются. Если заряженное тело находится внутри замкнутой металлической оболочки, электрического действия на него других зарядов не наблюдается, тогда как магнитное действие на экранированный таким образом проводник сохраняется.

Взаимодействие проводников с током обусловлено возникновением вокруг них магнитного поля. Магнитное поле возникает вокруг проводника с током всегда, даже если нет другого проводника и отследить действие поля таким способом нельзя.

Количественной характеристикой магнитного поля служит специальная физическая величина - напряженность магнитного поля H. С напряженностью связана также еще одна характеристика магнитного поля - индукция В. Между ними существует соотношение:

B=0H,

 - магнитная проницаемость вещества.

Индукция и напряженность являются векторами.

Направление этих векторов подчиняется правилу правого буравчика: направление магнитного поля совпадает с направлением движения конца рукоядуи буравчика с правой нарезкой, движущегося поступательно в направлении тока.

Сила, действующая на проводник с током в магнитном поле, пропорциональна силе тока в проводнике I, магнитной индукции B, длине проводника L и синусу угла между направлением тока в проводнике и направлением вектора магнитной индукции (Закон Ампера):

F=BLIsin.

Направление силы Ампера определяется следующим правилом: если направить пальцы левой руки вдоль тока таким образом, чтобы вектор магнитного тока входил в ладонь, то отставленный в сторону большой палец укажет направление силы Ампера.

Замкнутый контур с током обладает магнитным моментом pm. Это векторная величина, численно равная произведению силы тока в контуре на площадь, охватываемую данным контуром. Направление магнитного момента определяется по правилу буравчика.

28. Вектор магнитной индукции

Магни́тная инду́кция  — векторная величина, являющаяся силовой характеристикой магнитного поля (его действия на заряженные частицы) в данной точке пространства. Определяет, с какой силой магнитное поле действует на заряд , движущийся со скоростью .

Более конкретно,  — это такой вектор, что сила Лоренца , действующая со стороны магнитного поля[1] на заряд , движущийся со скоростью , равна





где косым крестом обозначено векторное произведение, ? — угол между векторами скорости и магнитной индукции (направление вектора перпендикулярно им обоим и направлено по правилу правой руки).

Также магнитная индукция может быть определена[2] как отношение максимального механического момента сил, действующих на рамку с током, помещенную в однородное поле, к произведению силы тока в рамке на её площадь.

Является основной фундаментальной характеристикой магнитного поля, аналогичной вектору напряжённости электрического поля.

29. Закон Ампера

Зако́н Ампе́ра  — закон взаимодействия постоянных токов. Установлен Андре Мари Ампером в 1820. Из закона Ампера следует, что параллельные проводники с постоянными токами, текущими в одном направлении, притягиваются, а в противоположных — отталкиваются. Законом Ампера называется также закон, определяющий силу, с которой магнитное поле действует на малый отрезок проводника с током. Сила , с которой магнитное поле действует на элемент объёма dV проводника с током плотности , находящегося в магнитном поле с индукцией :

.

Если ток течёт по тонкому проводнику, то , где  — «элемент длины» проводника — вектор, по модулю равный dl и совпадающий по направлению с током. Тогда предыдущее равенство можно переписать следующим образом:

Сила , с которой магнитное поле действует на элемент проводника с током, находящегося в магнитном поле, прямо пропорциональна силе тока I в проводнике и векторному произведению элемента длины проводника на магнитную индукцию :

.

Направление силы определяется по правилу вычисления векторного произведения, которое удобно запомнить при помощи правила правой руки.

Модуль силы Ампера можно найти по формуле:

,

где ? — угол между векторами магнитной индукции и тока.

Сила dF максимальна когда элемент проводника с током расположен перпендикулярно линиям магнитной индукции ():

.

31. Принцип суперпозиции

При́нцип суперпози́ции — один из самых общих законов во многих разделах физики. В самой простой формулировке принцип суперпозиции гласит:

Наиболее известен принцип суперпозиции в электростатике, в которой он утверждает, что напряженность электростатического поля, создаваемого в данной точке системой зарядов, есть сумма напряженностей полей отдельных зарядов.

Принцип суперпозиции может принимать и иные формулировки, которые полностью эквивалентны приведённой выше:

Именно линейность фундаментальной теории в рассматриваемой области физики есть причина возникновения в ней принципа суперпозиции.
1   2   3   4


Правила Кирхгофа. Расчет разветвленных электрических цепей
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации