В XIX веке немецкий физик Георг Ом экспериментально вывел основные принципы работы и проектирования схем. Причина этого в том, что ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению. Эта формула описывает закон Ома в интегральной форме.
Дифференциальная форма закона Ома
Действие электродвижущих сил
Работая с электричеством, помните, что сопротивление проводника зависит от его размеров, формы и материала конструкции. Поэтому при решении теоретических и прикладных задач этот показатель рассчитывают как отношение длины к площади, умноженное на значение удельного сопротивления материала.
Дополнительная информация. Величина сопротивления также зависит от температуры, в которой находится проводник. В целом эта зависимость линейная: чем выше температура, тем больше сопротивление проводящего вещества.
Чтобы в цепи возник электрический ток, в цепи должны присутствовать свободные заряженные частицы (обычно электроны). При этом они должны иметь возможность двигаться в определенном направлении (от источника тока к его потребителю, от отрицательно заряженного объекта к положительно заряженному месту). Это движение создает электрическое поле. Следовательно, чтобы движение частицы продолжалось, энергия этого поля должна каким-то образом восполняться.
Если соединить два объекта проводом, один с положительным зарядом, а другой с отрицательным, электроны начнут двигаться за счет силы Кулона. Однако это движение вскоре прекратится, поскольку разность потенциалов восстановится благодаря законам природы. Поэтому одного лишь наличия электростатических сил в цепи явно недостаточно для обеспечения постоянного движения электронов в сети.
Важно! Чтобы поддерживать постоянное наличие тока в сети, необходимо обеспечить в ней разность потенциалов. Естественно, создать такую ситуацию невозможно. Следовательно, необходима внешняя сила, называемая электродвижущей силой.
За счет внешних воздействий электроны движутся в направлении, противоположном действию электрического поля, тем самым сохраняя постоянную разность потенциалов. Источник тока генерирует электродвижущую силу за счет механического воздействия, химической реакции и т д. Следовательно, интегральной формы закона Ома недостаточно для описания функционирования цепи, поскольку на движение электронов, помимо разности потенциалов и сопротивления проводника, влияет множество факторов. Дифференциальная форма закона Ома позволяет решить эту проблему.
Читайте также статью: Как правильно установить петли бабочки
Движение тока по неоднородным проводникам
Особенно важно зафиксировать дифференциальную форму распознаваемой омом картины, когда состав проводящих элементов различен (площадь его поперечного сечения и уровень сопротивления изменяются на протяжении всего движения электрона). Это вносит определенные трудности в расчет мощности, параметров изоляции и т.п источника тока для обеспечения устойчивости сети и, самое главное, ее безопасности.
Видео: 6. Постоянный ток. Закон Ома в локальной и дифференциальной форме
Чтобы выразить закон Ома в дифференциальной форме, нам следует представить себе проводник не как однородное тело, а как совокупность бесконечного числа бесконечно малых частей. Это приведет к тому, что каждый элемент будет считаться однородным, то есть он будет иметь постоянную толщину и постоянный уровень сопротивления, а стандартные принципы закона Ома применимы к такой бесконечно малой площади.
Уведомление! При записи закона Ома в дифференциальной форме необходимо вводить такие понятия, как плотность тока и удельная проводимость, так как они являются ключевыми для расчета параметров цепей с неоднородными проводниками.
Плотность — это вектор, представляющий уровень тока, протекающего через единицу площади. Учитывая плотность, токопроводящие элементы в схеме неоднородны и необходимо устанавливать различные дополнительные устройства для выравнивания напряжения и обеспечения стабильности и безопасности работы.
Плотность проводников и проводимость
Удельная проводимость обратна удельному сопротивлению и является мерой способности единицы вещества пропускать через себя электроны. Понимание этого свойства также позволяет правильно проектировать схемы с различными проводниками.
Следовательно, закон Ома является основой для понимания структуры схемы. Умение писать в разных формах позволяет учитывать толщину, проводимость и другие свойства материалов при проектировании устройств и схем для устройств. Следует отметить, что такая деятельность требует знаний в области высшей математики (владение основами дифференциальных и интегральных вычислений).
Видео: Выпуск 126. Закон Ома в дифференциальной форме. Постоянный ток , проводимость . Задача номер 97 .
Видео: Электродинамика | закон Ома в интегральной форме
Читайте также статью: Правила безопасности при изоляции трубы на доме и бане
Комментариев нет:
Отправить комментарий