Определить напряжение на участке цепи

Напряжение на участке цепи.

Под напряжением на некотором участке электрической цепи понимают разность потенциалов между крайними точками этого участка. На рис. 13 изображен участок цепи, на котором есть резистор сопротивлением и нет ЭДС. Крайние точки этого участка обозначены буквами a и b. Пусть ток течет от точки a к точке b. Рис. 13. Участок электрической цепи На участке без ЭДС ток течет от более высокого потенциала к более низкому. Следовательно, потенциал точки a выше потенциала точки b на величину, равную произведению тока на сопротивление : . В соответствии с определением, напряжение между точками a и b. (8) Другими словами, напряжение на резисторе равно произведению тока, протекающего по резистору, на величину сопротивления этого резистора. В электротехнике разность потенциалов на концах резистора принято называть либо «напряжением на резисторе», либо «падением напряжения». В литературе встречаются оба этих определения. Рассмотрим теперь вопрос о напряжении на участке цепи, содержащем не только резистор, но и источник ЭДС. На рис. 14 а и б показаны участки некоторых цепей, по которым протекает ток .. Найдем напряжение между точками a и c для этих участков. а) б) Рис. 14. Участки электрической цепи По определению . (9) Выразим потенциал точки a через потенциал точки c. При перемещении от точки c к точке b (рис. 14,а) идем встречно ЭДС , поэтому потенциал точки b оказывается меньше, чем потенциал точки c на величину ЭДС , т.е. . (10) На рис. 14,б при перемещении от точки c к точке b идем согласно ЭДС и потому потенциал точки b оказывается больше, чем потенциал точки c на величину ЭДС , т.е. . (11) Ранее говорилось, что на участке цепи без ЭДС ток течет от более высокого потенциала к более низкому. Поэтому в обеих схемах рис. 14 потенциал точки a выше, чем потенциал точки b на величину падения напряжения на резисторе сопротивлением : . (12) Таким образом, для рис. 14,а имеем , или . (13) И для рис. 14, б имеем , или . (14) Положительное направление напряжения указывают на схемах стрелкой. Стрелка должна быть направлена от первой буквы индекса ко второй. Так, положительное направление напряжения изобразится стрелкой, направленной от a к c. Из самого определения напряжения следует также, что . Поэтому . Другими словами, изменение чередования индексов равносильно изменению знака этого напряжения. Из изложенного ясно, что напряжение может быть и положительной, и отрицательной величиной.

Закон Ома для участка цепи, не содержащего эдс.

Закон Ома устанавливает связь между током и напряжением на некотором участке цепи. Так, применительно к участку цепи, изображенному на рис. 13 имеем или . (15)

Закон Ома для участка цепи, содержащего эдс.

Закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС, позволяет найти ток этого участка по известной разности потенциалов на концах этого участка и имеющейся на этом участке ЭДС . Так из уравнения (13) имеем для схемы рис. 14, а. (16) Аналогично из уравнения (14) для схемы рис. 14, б следует . (17) Уравнения (16) и (17) выражают собой закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС, для разных случаев включения ЭДС .

Как определить напряжение на участке электрической цепи с постоянным током, закон Ома для участка цепи без ЭДС и содержащего ЭДС

Под напряжение на участке электрической цепи имеется ввиду разность потенциалов на крайних точках участка .

Определение напряжения на участке электрической цепи без ЭДС

На рисунке 1 показан участок цепи, где крайние точки обозначены при помощи букв a и b. Постоянный электрический ток I протекает к точке b от точки a, где точке a соответствует более высокий потенциал ϕ_a, а точке b более низкий потенциал ϕ_b. Потенциал ϕ_a можно определить по формуле:

Рис. 1. Участок цепи без ЭДС.

Напряжение между этими точками:

В итоге мы имеем:

Разность потенциалов, присутствующую на концах сопротивления, обычно называют падением напряжения на сопротивлении.

Указываемое на рисунках при помощи стрелки положительное направление падения напряжения на участке электрической цепи, то есть направление отсчёта напряжения, совпадает с положительным направление для отсчёта электрического тока, который течёт по сопротивлению.

При этом положительное направление для отсчёта тока является совпадающим с положительным направление для нормали к поперечному сечению проводника в случае определения электрического тока по формуле:

dS – элемент площади поперечного сечения;
δ – плотность электрического тока.

Определение напряжения на участке электрической цепи, содержащем ЭДС

На рисунках 2 и 3 можно увидеть участки цепей, где протекает постоянный электрический ток I. Определим напряжение (разность потенциалов) между точками a и c.

Рис. 2. Участок цепи, содержащей ЭДС. Перемещение против ЭДС.

Рис. 3. Участок цепи, содержащей ЭДС. Перемещение согласно ЭДС.

Попробуем выразить через потенциал тоски c потенциал точки a. Для случая на рисунке 2, перемещение к точке b от точки c происходит встречно ЭДС, и потенциал на точке b меньше, чем на точке c на величину ЭДС:

Для случая на рисунке 3, перемещение к точке b от точки c происходит согласно с ЭДС и потенциал на точке b больше, чем на точке c на величину ЭДС:

По причине того, что электрический ток течёт к более низкому потенциалу от более высокого по участку электрической цепи, где нет источника ЭДС, потенциал для точки a получается больше, чем потенциал точки b, на величину, равную падению напряжения на сопротивлении:

Для рисунка 2 мы имеем:

Для рисунка 3 мы имеем:

В случае положительного направления для напряжения U_ac, его показывают стрелкой, направленной от точки a к c. Так как U_ca=ϕ_c–ϕ_a, то U_ca=–U_ac. Иными словами, смена чередования индексов соответствует изменению знака напряжения. Само напряжение может быть как положительным, так и отрицательным.

Закон Ома для участка цепи без ЭДС

Закон Ома для участка цепи без ЭДС показывает связь между напряжением и постоянным током на данном участке.

Закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС

Закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС, даёт возможность найти электрический ток на этом участке, используя разность потенциалов на концах участка ϕ_c–ϕ_c и ЭДС этого участка.

Для общего случая:

Последнее уравнение выражает математически закон Ома для участка цепи с ЭДС, при этом знак плюс соответствует ситуации на рисунке 2, знак минус – на рисунке 3.

Похожие записи:

1. Заземление точки схемы. Расчёт и построение потенциальной диаграммы электрической цепи. Энергетический баланс в электрических цепях постоянного тока
2. Первый и второй законы Кирхгофа для электрической цепи, метод составления уравнений и анализ цепей
3. Основные понятия электротехники, термины и определения: что такое электрическая цепь, участок и элементы цепи, виды электрического тока
4. Что такое электрическая цепь, постоянный электрический ток, линейные и нелинейные электрические цепи, вольт-амперная характеристика – определения терминов

Помогите определить напряжение на участке цепи, электротехника, первый закон Ома

Сумма последовательно соединённых резисторов R4 и R5 равна 6ом, что равно сопротивлению резистора R7.
Общий ток цепи 2A на параллельном участке R4-R5 и R7 разветвляется поровну (по 1А) .
На участке ак Vak будет равняться сумме напряжений на R1 и R4.
На R1 будет напряжение V1=R1*I=2ом*2А=4В
На R4 будет напряжение V4=3ом*1А=3В
Значит между точками a и k будет действовать напряжение 7В
Как видите, нам даже не понадобилось общее напряжение источника питания 10В для поиска ответа на задачу.
Хотя и так понятно, что на резисторе R5 будет напряжение 3В, а на R7 — 6B.

Остальные ответы

Решение. R=R1+((R4+R5)*R7)/(R4+R5+R7); Uab=J*R; U1=J*R1=4; Uab=2*5=10; U2=6; J4=1; U4=J4*R4=3; Uak=U1+U4=7;

Напряжение на участке электрической цепи

Напряжение на участке электрической цепи равно разности потенциалов между точками, выбранными на этом участке. Эта величина равна работе, которую совершает электрическое поле, действуя на единичный электрический заряд, в результате чего происходит перенос (перемещение) заряда из одной точки в другую. Расчет электрического напряжения производится с помощью закона Ома.

Работа электрического поля

Электрическое поле, оказывая силовое воздействие на заряды, сообщает им дополнительную энергию, то есть совершает работу. В процессе этой работы происходит превращение энергии электрического поля в другие виды энергии — механическую, внутреннюю (тепловую), световую (электромагнитное излучение).

Отношение работы А, совершенной электрическим полем по перемещению положительного заряда из одной точки поля в другую, к величине заряда q называется электрическим напряжением U между этими точками:

Так как заряд измеряется в кулонах, то, следовательно, электрическое напряжение равно работе по перемещению заряда величиной в 1 кулон из одной точки поля в другую.

Величина работы, совершенной электрическим полем, будет равна:

Электрическое поле также, как и гравитационное, является потенциальным. Поэтому работа, совершенная в процессе перемещения заряда из одной точки в другую не зависит от траектории, по которой произошло перемещение. Отсюда следует важный вывод — при перемещении электрического заряда по произвольной замкнутой траектории работа, произведенная силами электрического поля равна нулю.

Потенциал

Напряженность электрического поля характеризует его силовые свойства. Для количественной характеристики энергетических возможностей поля было введено понятие потенциала. Потенциал электростатического поля φ — это отношение потенциальной энергии W_p заряда в поле к величине заряда q:

Тогда напряжение между двумя точками электрической цепи (1-ой и 2-ой) можно выразить так:

То есть становится более понятным физический смысл величины напряжения — это разность потенциалов в начальной точке 1 и конечной точке 2.

Для понимания смыслового значения напряжения можно воспользоваться аналогией с гравитационным полем, которое тоже является потенциальным. Масса тела m аналогична величине заряда q, а высота h, с которой может упасть, например, камень или поток воды, вращающий турбину, аналогична напряжению U. Напомним выражение для потенциальной энергии тела массы m в гравитационном поле Земли:

$ Е_p = m * g * h $ (5),

где: g — ускорение свободного падения, 9,8 м/с 2 . Видно, что формулы (2) и (4), полученные для разных потенциальных полей, очень похожи.

Расчет напряжения и тока на участке электрической цепи

Проведем расчет на участке цепи, который не содержит ЭДС, то есть внешнего источника тока.

Пускай потенциалы в точках 1 и 2 будут φ₁ и φ₂ соответственно, и φ₁ > φ₂. Тогда, согласно уравнения (4) напряжение между точками 1 и 2 U₁₂ будет равно:

$ U_ = φ_1 – φ_2 $ (6).

Уравнение (5) называется формулой напряжения электрической цепи, не содержащей ЭДС.

Пользуясь формулой закона Ома найдем величину тока I в цепи, протекающего через сопротивление R:

Что мы узнали?

Итак, мы узнали, что напряжение на участке электрической цепи равно разности потенциалов. Потенциал электростатического поля φ — это отношение потенциальной энергии W_p заряда в поле к величине заряда q. Приведена формула для напряжения участка электрической цепи, не содержащей ЭДС.