ПОСТОЯННЫЙ ТОК - Ньютонов ⚛ физика

ПОСТОЯННЫЙ ТОК

Сила тока (I) — заряд проходящий через поперечное сечение проводника за единицу времени. Единица измерения ампер (А) соответствует заряду в 1 кулон проходящему через проводник за 1 секунду.

    \[I=\frac{q}{t}\]

Напряжение (U) — между точками 1 и 2 — скалярная величина, равная отношению работы A электрического поля при переносе заряда q из точки 1 в точку 2 к величине этого пробного заряда q:

    \[U=\frac{A}{q}\]

В СИ единица измерения напряжения — вольт (В)
Сопротивление — физическая величина, характеризующая свойства проводника препятствовать прохождению электрического тока. Единица измерения Ом. Сопротивление проводника длинной l и площадью поперечного сечения s можно найти с помощью следующего уравнения:

    \[R=\rho\frac{l}{s}\]

Где \rho — удельное сопротивление материала проводника. Физическая величина, характеризующая способность материала препятствовать прохождению электрического тока. Удельное сопротивление выражается в Ом·м или в Ом·мм2/м в случаях когда площадь поперечного сечения проводника задается в мм2.

Закон Ома для участка цепи

Сила тока (I) в участке цепи прямо пропорциональна напряжению (U) на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению (R).

    \[I=\frac{U}{R}\]

Последовательное сопротивление проводников

    \[I=I_1=I_2=const\]

    \[U=U_1+U_2\]

    \[R=R_1+R_2\]

Паралельное сопротивление проводников

    \[I=I_1+I_2\]

    \[U=U_1=U_2=const\]

    \[\frac{1}{R}=\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}\]

При параллельном соединении двух проводников, общее сопротивление можно рассчитать с помощью следующей формулы:

    \[R=\frac{R_1R_2}{R_1+R_2}\]

При параллельном соединении n количества одинаковых проводников сопротивлением r, общее сопротивление такого соединения будет находится как отношение сопротивления одного такого проводника к их количеству.

    \[R=\frac{r}{n}\]

Работа и мощность электрического тока

Работа (A) тока совершаемая при перемещении заряда (q) из точки А в точку Б равна произведению напряжения (U) между этими точками и величине этого заряда.

    \[A=Uq\]

или:

    \[A=UtI\]

где t время в течении которого ток идет по цепи.
Мощность электрического тока определяется как произведение силы тока и напряжения.

    \[P=IU\]

    \[P=I^2R\]

    \[P=\frac{U^2}{R}\]

Закон Джоуля-Ленца

Количество теплоты выделяющееся на проводнике при прохождении по нему электрического тока, равно работе электрического поля, совершаемой при перемещении заряда.

    \[Q=A\]

    \[Q=Pt\]

    \[Q=I^2Rt\]

    \[Q=\frac{U^2}{R}t\]

Закон Ома для полной цепи

Cила тока в полной цепи прямо пропорциональна ЭДС (\varepsilon) и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи, где под полным сопротивлением понимается сумма внешних (R) и внутренних сопротивлений (r).

    \[I=\frac{\varepsilon}{R+r}\]

Соединение N одинаковых батарей c ЭДС \varepsilon_0 и внутренним сопротивлением r_0
1. Последовательно

    \[\varepsilon=N \varepsilon_0\]

    \[r=N r_0\]

2. Параллельно

    \[\varepsilon=const\]

    \[r=\frac{r}{N}0\]

Полная мощность источника

    \[P=\varepsilon I\]

    \[P= I^2R - I^2r\]

Потерянная в источнике тепловая мощность

    \[P_{-}=I^2r\]

Полезная мощность на внешней нагрузке

    \[P_{+}=\varepsilon I - I^2r = UI\]

КПД источника тока Определяется как соотношение полезной мощности к полной мощности цепи или как отношение сопротивления нагрузки к полному сопротивлению всей цепи.

    \[\eta = \frac{P_{+}}{P} = \frac{R}{R+r}\]

Электролиз

Электролиз — физико-химический процесс выделения на электродах составных частей растворённых веществ или других веществ, являющихся результатом вторичных реакций на электродах, который возникает при прохождении электрического тока через раствор, либо расплав электролита.
Первый закон Фарадея Масса m вещества, выделившегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду q, прошедшему через электролит:

    \[m=kq=kIt\]

где k — электрохимический эквивалент вещества (измеряется в кг/Кл).
Второй закон Фарадея. Электрохимические эквиваленты различных веществ пропорциональны их молярным массам и обратно пропорциональны числам, выражающим их химическую валентность.

    \[k = \frac{1}{F}\frac{A}{n}\]

где F=eN_A= 96500 Кл/моль — постоянная Фарадея, A — молярная масса иона, n — его валентность.
КПД Электролиза при потери части массы.

    \[\eta = \frac{m}{kq}\]

Foxford