En ingeniería eléctrica existen términos: sección y circuito completo.
El sitio se llama:
parte de un circuito eléctrico dentro de una fuente de corriente o voltaje;
toda la cadena externa o interna de elementos eléctricos conectados a la fuente o algún fragmento de ella.
El término “circuito completo” se utiliza para referirse a un circuito con todos los circuitos ensamblados, incluyendo:
fuentes;
consumidores;
conductores de conexión.
Estas definiciones ayudan a navegar mejor por los circuitos, comprender sus características, analizar su funcionamiento y buscar daños y mal funcionamiento. Están integrados en la ley de Ohm, que nos permite resolver los mismos problemas para optimizar los procesos eléctricos para satisfacer las necesidades humanas.
La investigación fundamental de Georg Simon Ohm se aplica en la práctica a cualquier circuito o a su totalidad.
Cómo funciona la ley de Ohm para un circuito de CC completo
Por ejemplo, tomemos una celda galvánica, que popularmente se llama batería, con una diferencia de potencial U entre el ánodo y el cátodo. Conectemos una bombilla incandescente a sus terminales, que tiene una resistencia resistiva ordinaria R.
Una corriente I=U/R fluirá a través del filamento, creada por el movimiento de electrones en el metal. El circuito formado por los terminales de la batería, los cables de conexión y la bombilla pertenece a la parte externa del circuito.
La corriente también fluirá en el área interna entre los electrodos de la batería. Sus portadores serán iones cargados positiva y negativamente. Los electrones serán atraídos hacia el cátodo y los iones positivos serán repelidos hacia el ánodo.
De esta forma, se acumulan cargas positivas y negativas en el cátodo y el ánodo, creando una diferencia de potencial entre ellos.
El movimiento completo de los iones en el electrolito se ve obstaculizado por el símbolo "r". Limita el flujo de corriente hacia el circuito externo y reduce su potencia a un cierto valor.
En un circuito completo de un circuito eléctrico, la corriente pasa por los circuitos interno y externo, superando secuencialmente la resistencia total R+r de ambas secciones. Su magnitud está influenciada por la fuerza aplicada a los electrodos, que se llama electromotriz o abreviadamente EMF y se designa con el índice "E".
Su valor se puede medir con un voltímetro en los terminales de la batería en ralentí (sin circuito externo). Cuando se conecta una carga en el mismo lugar, el voltímetro muestra el voltaje U. En otras palabras: sin carga en los terminales de la batería, U y E tienen el mismo valor, y cuando la corriente fluye a través del circuito externo, U
La fuerza E forma el movimiento de cargas eléctricas en un circuito completo y determina su valor I=E/(R+r).
Esta expresión matemática define la ley de Ohm para un circuito CC completo. Su acción se ilustra con más detalle en el lado derecho de la imagen. Muestra que todo el circuito completo consta de dos circuitos separados para corriente.
También se puede observar que dentro de la batería siempre hay, incluso cuando se apaga la carga del circuito externo, el movimiento de partículas cargadas (corriente de autodescarga) y, en consecuencia, hay un consumo innecesario de metal en el cátodo. . Debido a la resistencia interna, la energía de la batería se gasta en calentarse y disiparse al medio ambiente, y con el tiempo simplemente desaparece.
La práctica ha demostrado que reducir la resistencia interna r mediante métodos constructivos no está justificado económicamente debido al fuerte aumento del costo del producto final y su autodescarga bastante alta.
conclusiones
Para mantener la funcionalidad de la batería, se debe utilizar únicamente para el fin previsto, conectando el circuito externo sólo durante el período de funcionamiento.
Cuanto mayor sea la resistencia de la carga conectada, mayor será la duración de la batería. Por tanto, las lámparas incandescentes de xenón con menor consumo de corriente que las llenas de nitrógeno, con el mismo flujo luminoso, garantizan un funcionamiento más prolongado de las fuentes de energía.
Al almacenar celdas galvánicas, se debe evitar el paso de corriente entre los contactos del circuito externo mediante un aislamiento confiable.
En el caso de que la resistencia del circuito externo R de la batería exceda significativamente el valor interno r, se considera una fuente de voltaje, y cuando se cumple la relación inversa, se considera una fuente de corriente.
Cómo se utiliza la ley de Ohm para un circuito de CA completo
Los sistemas eléctricos que funcionan con corriente alterna son los más comunes en la industria energética. En esta industria alcanzan longitudes enormes transportando electricidad a través de líneas eléctricas.
A medida que aumenta la longitud de una línea eléctrica, aumenta su resistencia eléctrica, lo que genera calentamiento de los cables y aumenta las pérdidas de energía durante la transmisión.
El conocimiento de la ley de Ohm ha ayudado a los ingenieros energéticos a reducir costes innecesarios de transporte de electricidad. Para ello, utilizaron el cálculo del componente de pérdida de potencia en los cables.
Los cálculos se basaron en la cantidad de potencia activa generada P=E∙I, que debe transferirse eficientemente a los consumidores remotos y superar la resistencia total:
r interna del generador;
R externo de los cables.
La magnitud de la FEM en los terminales del generador se determina como E=I∙(r+R).
La pérdida de potencia Pп para superar la resistencia del circuito completo se expresará mediante la fórmula que se muestra en la imagen.
Muestra que los costos de energía aumentan en proporción a la longitud/resistencia de los cables, y se pueden reducir cuando se transporta energía aumentando la fem del generador o el voltaje en la línea. Este método se utiliza incluyendo transformadores elevadores en el circuito en el extremo del generador de la línea eléctrica y transformadores reductores en el punto receptor de las subestaciones eléctricas.
Sin embargo, este método es limitado:
la complejidad de los dispositivos técnicos para contrarrestar la aparición de descargas de corona;
la necesidad de distanciar y aislar los cables de las líneas de transmisión eléctrica de la superficie de la tierra;
un aumento en la radiación de la energía de las líneas aéreas hacia el espacio (la aparición de un efecto de antena).
Los consumidores modernos de energía eléctrica industrial de alto voltaje y doméstica trifásica/monofásica crean no solo cargas activas, sino también reactivas con características inductivas o capacitivas pronunciadas. Conducen a un cambio de fase entre los vectores de voltajes aplicados y las corrientes que pasan por el circuito.
En este caso, se utiliza para registrar matemáticamente fluctuaciones temporales de armónicos y se utilizan gráficos vectoriales para la representación espacial. La corriente transmitida a través de líneas eléctricas se escribe mediante la fórmula: I=U/Z.
El registro matemático de los componentes principales de la ley de Ohm en números complejos permite programar algoritmos para dispositivos electrónicos utilizados para controlar y operar procesos tecnológicos complejos que ocurren constantemente en el sistema de energía.
Junto con los números complejos, se utiliza la forma diferencial de registrar todas las relaciones. Es conveniente para analizar las propiedades eléctricamente conductoras de los materiales.
El funcionamiento de la ley de Ohm para un circuito completo puede verse alterado por determinados factores técnicos. Éstas incluyen:
altas frecuencias de oscilación, cuando la inercia de los portadores de carga comienza a afectar. No tienen tiempo para moverse con la velocidad de cambio del campo electromagnético;
estados de superconductividad de una determinada clase de sustancias a bajas temperaturas;
aumento del calentamiento de los conductores de corriente por la corriente eléctrica. cuando la característica corriente-tensión pierde su carácter lineal;
ruptura de la capa aislante por una descarga de alto voltaje;
entorno de tubos de vacío llenos de gas o vacíos;
Dispositivos y elementos semiconductores.
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Transcripción
1 3 Objetivo del trabajo: profundizar en la comprensión de la ley de Ohm para la cadena completa y para un tramo de la cadena. Tarea: verificar experimentalmente la validez de la ley de Ohm para un circuito cerrado no ramificado. Dispositivos y accesorios: instalación modernizada del FPM-0. PREGUNTAS GENERALES La corriente eléctrica es el movimiento ordenado de cargas eléctricas. Las características actuales son la intensidad de corriente I y la densidad de corriente j. La intensidad de la corriente es una cantidad escalar y es igual a la cantidad de electricidad (carga) dq transferida a través de una sección transversal de un conductor por unidad de tiempo: dq I. () dt La densidad de corriente es la cantidad de electricidad que atraviesa una unidad de sección transversal área de un conductor por unidad de tiempo: di j. () ds La densidad de corriente es una cantidad vectorial dirigida a lo largo del vector de la velocidad promedio del movimiento ordenado de cargas positivas, y puede escribirse como j q 0 n v, (3) donde q 0 es la carga de una unidad portadora de corriente; n concentración de portador; v velocidad de deriva del portador. Si el elemento de superficie ds se considera como un vector dirigido a lo largo de la normal positiva, entonces la relación entre la intensidad de la corriente y su densidad tiene la forma I (S) j ds, (4) donde S es el área a través de la cual fluye el flujo de carga pasa las partículas. Podemos señalar una serie de factores que pueden provocar un movimiento ordenado de cargas. En primer lugar, pueden ser fuerzas eléctricas (de Coulomb), bajo cuya influencia comenzarán a moverse cargas positivas.
2 4 moverse a lo largo de las líneas del campo, negativo en contra. El campo de estas fuerzas se llama Coulomb, la intensidad de este campo se denota por E coul. Además, sobre las cargas eléctricas también pueden actuar fuerzas no eléctricas, como las magnéticas. La acción de estas fuerzas es similar a la acción de algún campo eléctrico. Llamemos a estas fuerzas externas y al campo de estas fuerzas campo externo con intensidad E lado. Finalmente, el movimiento ordenado de cargas eléctricas puede ocurrir sin la acción de fuerzas externas, sino por el fenómeno de difusión o por reacciones químicas en la fuente de corriente. El trabajo que se realiza durante el movimiento ordenado de cargas eléctricas se realiza debido a la energía interna de la fuente de corriente. Y aunque no hay acción directa de ninguna fuerza sobre las cargas libres, el fenómeno se produce como si algún campo externo actuara sobre las cargas. La ley más importante de la electrodinámica es la ley de Ohm, establecida experimentalmente. Pero se puede obtener teóricamente, basándose en los conceptos más simples de la teoría electrónica de la conductividad de los metales de Drude-Lorentz. Consideremos una corriente eléctrica en conductores metálicos, en cuyo interior existe un campo de intensidad E. Actúa sobre los electrones de conducción libre con una fuerza F = ee, donde e es la carga del electrón. Esta fuerza imparte aceleración a los electrones con masa m a = F/m = ee/m. Si el movimiento de los electrones en un metal se produjera sin pérdida de energía, entonces su velocidad y, por tanto, la intensidad de la corriente en el conductor aumentaría con el tiempo. Sin embargo, al chocar con iones reticulares que realizan un movimiento vibratorio térmico aleatorio, los electrones pierden parte de su energía cinética. A una corriente constante, cuando la velocidad promedio del movimiento ordenado de los electrones permanece sin cambios en el tiempo, toda la energía recibida por los electrones bajo la influencia de un campo eléctrico debe transferirse a los iones metálicos, es decir, debe convertirse en energía. de su movimiento térmico. Para simplificar, suponemos que con cada colisión el electrón pierde completamente la energía que recibió bajo la acción de la fuerza F = ee durante el camino libre τ de una colisión a otra. Esto significa que al comienzo de cada camino libre el electrón tiene solo la velocidad de su movimiento térmico, y al final del camino, antes de la colisión, su velocidad bajo la influencia de la fuerza F = ee aumenta hasta un cierto valor v . Despreciando la velocidad del movimiento térmico, podemos suponer que el movimiento del electrón en la dirección de la fuerza del campo se acelera uniformemente con una velocidad inicial v 0 = 0. Durante el camino libre, el electrón adquiere una velocidad de movimiento ordenado a τ eeτ / m, y la velocidad promedio de este movimiento v
3 5 v v mi 0 v mi τ. m El tiempo de trayectoria libre está determinado por la velocidad promedio del movimiento térmico del electrón u y la trayectoria libre promedio del electrón λ: τ = λ/u. Entonces la densidad de corriente en el conductor ne λ j nev E. m u ne λ El valor γ caracteriza las propiedades del conductor y se llama conductividad eléctrica. Teniendo en cuenta esta notación, la densidad de corriente se escribirá como j = γe. (5) Así obtuvimos la ley de Ohm en forma diferencial. Tengamos ahora en cuenta el hecho de que un electrón que participa en la creación de una corriente continua en una sección del circuito seleccionada arbitrariamente también debe estar sujeto a fuerzas externas, además de las fuerzas de Coulomb. Entonces (5) tomará la forma j j γ(ecool Estor) o E E coul stor. (6) γ Multipliquemos (6) por el elemento de longitud del conductor dl e integremos la expresión resultante sobre la sección del conductor de sección a sección: j E dl E dl lado frío dl. (7) γ I Teniendo en cuenta que para corriente continua j y γ, donde ρ es la resistividad del conductor, la expresión (7) tomará la forma S ρ ρ Ekuldl Etordl I dl. (8) S La primera integral en (8) representa la diferencia de potencial (φ φ) entre los puntos de la sección transversal y. La segunda integral depende de la fuente de las fuerzas y se llama fuerza electromotriz. La integral del lado derecho de (8) caracteriza las propiedades del conductor y se denomina resistencia R de la sección del conductor. Si S y ρ son constantes, entonces
4 6 l R ρ. (9) S Por lo tanto, la fórmula (8) tiene la forma φ φ ξ IR U. (0) Esta es una ley de Ohm generalizada en forma integral para una sección no homogénea de la cadena. (Caída de tensión U en el tramo -). En el caso de una sección homogénea del conductor, es decir, en ausencia de fuerzas externas en esta sección, de (0) tenemos φ φ IR. () Si el circuito está cerrado (φ φ), entonces de (0) obtenemos ξ IRс I(R externo -interno), () donde R es la resistencia de todo el circuito, incluida la resistencia externa R externa e interna del fuente de corriente r interna. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN Y MÉTODO DE MEDICIÓN Fig.. Vista general de la instalación 6 La instalación consta (Fig.) de una pieza de medición y una columna con escala métrica. Se montan dos soportes fijos en la columna, entre los cuales se estira un alambre de cromo-níquel 3. Un soporte móvil 4 se mueve a lo largo de la columna, asegurando el contacto con el cable. En el panel frontal hay un voltímetro 5, un miliamperímetro 6, un interruptor de red, un regulador de corriente y un interruptor de rango de voltímetro de botón 7, que simultáneamente cambia el voltímetro de medir la caída de voltaje a medir la EMF. En la Fig. Se proporciona un diagrama para medir la caída de voltaje U y la fem de la fuente de corriente. Una resistencia variable r está conectada en serie al circuito de la fuente de corriente, actuando como resistencia interna de la fuente, cuya perilla de control, el "regulador de corriente", está ubicada en el panel frontal del dispositivo. La resistencia variable r le permite regular la corriente en el circuito fuente. Este circuito permite simular el funcionamiento de una fuente de corriente con regulación.
5 7 resistencia interna controlable. La carga externa R es la resistencia de un conductor homogéneo, cuya longitud, y por tanto R, se puede ajustar moviendo el soporte móvil. Cuando se cierra la llave K-V, aparece una corriente eléctrica en el circuito r rr. El circuito consta de una sección no uniforme r y una sección homogénea R. Según la dirección indicada de la corriente, escribimos las leyes de Ohm para las secciones homogéneas y no uniformes del circuito. Para la sección R: φ φ IR. Fig.. Esquema de medida para U y ε Para la sección εr: φ φ ξ Ir. Para un circuito cerrado que contiene secciones homogéneas y no homogéneas, podemos escribir sumando estas ecuaciones (φ φ) (φ φ) ξ I(R r). Obtuvimos la ley de Ohm para un circuito cerrado: ξ I(R r). (3) La diferencia de potencial φ φ teniendo en cuenta () y (3) se puede expresar mediante la fórmula ξr φ φ. R r Cuando se abre la llave K (R = y I = 0) φ φ =. Usando la ley de Ohm para un circuito cerrado, puedes calcular la resistencia r para una sección no uniforme usando la fórmula ξ U r, U = φ φ. (4) I La idea del trabajo es probar la ley de Ohm para un circuito cerrado. Para ello, se mide la caída de tensión U a través de la resistencia R de un conductor cilíndrico homogéneo con diferentes valores de corriente I que fluye a través de una sección del circuito. A partir de las mediciones de U e I, se construye la característica corriente-tensión del conductor. La magnitud de la resistencia del conductor se determina como la tangente del ángulo de inclinación de la característica al eje I. En la Fig. La Figura 3 muestra la característica corriente-tensión del conductor: ΔU R tgα. (5) ΔI
6 8 La relación gráfica establecida entre los valores U, I, R expresa la ley de Ohm para una sección U homogénea de la cadena: α ΔI ΔU I Fig. 3. Característica corriente-tensión del conductor Δφ = U = IR. (6) En el caso de un conductor cilíndrico homogéneo con diámetro d, longitud l y resistividad eléctrica ρ, el valor de R puede determinarse mediante la fórmula l 4l R ρ ρ. (7) S πd PROCEDIMIENTO DE REALIZACIÓN Tarea I. Estudio de las características corriente-tensión de un conductor. Elaborar una tabla de medidas (tabla). Tabla I, ma U, V. Pulsar el pulsador (medida U). 3. Mueva el soporte móvil 4 a la posición media (l = 5 cm). 4. Conectar la instalación a la red. 5. Utilice el regulador de corriente para establecer el valor mínimo de corriente. 6. Registre las lecturas del voltímetro y del amperímetro en la tabla 7. Al aumentar la corriente con el regulador, elimine la dependencia de U de I (valores 5 0). 8. Construya una característica corriente-voltaje. 9. Usando un gráfico, calcule la resistencia del conductor usando la fórmula (5). 0. Conociendo la resistencia del conductor R, utilice la fórmula (7) para determinar la resistividad eléctrica ρ. Diámetro del conductor d = 0,36 mm Saque una conclusión.
7 9 Tarea II. Estudio de la influencia de la resistencia de un tramo de circuito sobre la magnitud de la caída de tensión en el tramo.Confeccionar una tabla. mediciones. Tabla l, cm U, V. Pulsar el pulsador (medida U). 3. Coloque el soporte móvil en la posición l = 0 cm 4. Conecte la unidad a la red. 5. Utilice el regulador de corriente para configurar la corriente en 50 mA. 6. Escribe en la tabla. lecturas del voltímetro U y l. 7. Al aumentar la longitud del conductor l, elimine la dependencia de U de l, mientras usa el regulador de corriente para mantener el valor I = 50 mA. 8. Traza una gráfica de U versus l. 9. Saca una conclusión. Tarea III. Estudio de la ley de Ohm para un circuito cerrado. Realizar una tabla. 3 dimensiones. Tabla 3 I, mа U, B R, Ohm r, Ohm, V I(R + r), B 50. Presione el interruptor de botón (medición U). 3. Coloque el soporte móvil en la posición l = 5 cm 4. Conecte la unidad a la red. 5. Utilice el regulador de corriente para configurar la corriente a 50 mA. 6. Registre en la tabla las lecturas del voltímetro U. Presione el interruptor de botón (medición EMF). Esto amplía el rango de medición del voltímetro. El valor de división del voltímetro en el circuito de medición de EMF es 0,5 V. Mida el valor de EMF () y escríbalo en la tabla. Tome el valor de resistencia R de los resultados de medición de la tarea I. Escriba el resultado en la tabla. Calcule el valor de resistencia r para una sección no uniforme del circuito usando la fórmula (4). Escribe el resultado en la tabla. 3.
8 0 0. Verifique la ley de Ohm para un circuito cerrado. Para hacer esto, encuentre el valor de I(R + r); Compare el resultado obtenido con el valor medido y saque una conclusión. PREGUNTAS DE CONTROL. Formule las leyes de Ohm para un circuito cerrado y una sección del circuito.¿Cuál es el significado físico de la fuente de fem? 3. ¿Cómo medir la FEM de una fuente conectada a un circuito? 4. ¿Por qué los amperímetros tienen una resistencia baja y los voltímetros tienen una resistencia muy alta? 5. ¿Qué condiciones debe cumplir el dispositivo de puesta a tierra? Explicar. 6. ¿Qué cantidades caracterizan el campo eléctrico? 7. ¿Qué es la intensidad del campo eléctrico? 8. ¿Qué se llama potencial? 9. Dibuje un diagrama de conexión en serie y en paralelo para dos fuentes de CC. 0. ¿Con qué propósito se conectan en serie las fuentes de corriente? ¿Con qué propósito se conectan las fuentes de corriente en paralelo? ¿En qué unidades se miden la intensidad de corriente, la densidad de corriente, la diferencia de potencial, el voltaje, la fem, la resistencia a la corriente eléctrica y la conductividad? 3. ¿Qué es la resistividad? 4. ¿De qué depende la resistividad de un conductor metálico? 5. ¿Cómo, conociendo los potenciales correspondientes a dos líneas equipotenciales adyacentes y la distancia entre ellas, encontrar la intensidad del campo? 6. Establecer una conexión entre el potencial y la intensidad del campo. 7. Derive la ley de Ohm generalizada en forma integral a partir de la ley de Ohm en forma diferencial. LISTA BIBLIOGRAFICA. Detlaf A. A, Curso de física: libro de texto. prestación para universidades / A. A. Detlaf, B. M. Yavorsky M.: Superior. escuela, págs. Trofimova T. I. Curso de física: libro de texto. prestación para universidades / T. I. Trofimova M.: Superior. escuelas. 3. Terentyev N. L. Electricidad. Electromagnetismo: libro de texto. prestación / N. L. Terentyev Khabarovsk: Editorial Khabar. estado tecnología. universidad, pág.
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Corriente eléctrica constante Fuerza de corriente Densidad de corriente La corriente eléctrica es el movimiento ordenado de cargas eléctricas. Estas cargas se denominan portadores de corriente. En metales y semiconductores, portadores de corriente.
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Examen Ecuación de continuidad o ecuación de continuidad (continuación) Inserción opcional Como se señaló anteriormente, si consideramos en lugar de la carga que fluye fuera del volumen V, la carga que queda
Trabajo de laboratorio Determinación de la resistividad de un conductor. Introducción. La corriente eléctrica es el movimiento ordenado de partículas cargadas. Estas mismas partículas se denominan portadores de corriente. en metales
Institución estatal de educación superior "UNIVERSIDAD TÉCNICA NACIONAL DE DONETSK" Departamento de Física Informe de laboratorio 7 ESTUDIO DE LA DESCARGA APERIÓDICA DE UN CONDENSADOR Y SU DETERMINACIÓN
Trabajo de laboratorio.3 INVESTIGACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DE UNA FUENTE DE CORRIENTE Objeto del trabajo: estudiar las dependencias de la potencia actual, total y neta, la eficiencia de la fuente con la resistencia de carga;
CORRIENTE CC 2008 El circuito consta de una fuente de corriente con una FEM de 4,5 V y resistencia interna r = 5 ohmios y conductores con resistencia = 4,5 ohmios y 2 = ohmios El trabajo realizado por la corriente en el conductor en 20 minutos es igual a r ε
TRABAJO DE LABORATORIO 5 MEDICIÓN DE RESISTENCIA DEL CONDUCTOR Objeto del trabajo: estudiar métodos de medición de resistencia, estudiar las leyes de la corriente eléctrica en circuitos con conexiones en serie y en paralelo.
Ley de Ohm para una sección no uniforme de un circuito Dependencia de la densidad de corriente de la velocidad de deriva de las cargas libres. La densidad de corriente es el vector determinado por la relación Fig. 1 ¿Dónde está la fuerza actual en el área, área?
ELECTROSTÁTICA Trabajo de laboratorio 1.1 ESTUDIO DEL CAMPO ELECTROSTÁTICO MEDIANTE EL MÉTODO DE SIMULACIÓN Objeto del trabajo: estudio experimental del campo electrostático mediante el método de modelización. Equipo.
Trabajo de laboratorio.
Estudio de la ley de Ohm para un circuito completo.
Objetivo del trabajo:
Mida la fem y la resistencia interna de la fuente de corriente.
Equipo:
Fuente de alimentación (rectificador). Reóstato (30 Ohmios, 2 A). Amperímetro. Voltímetro. Llave. Cables de conexión.
La configuración experimental se muestra en la Foto 1.
Conectamos el reóstato 2, el amperímetro 3, la llave 4 a la fuente de corriente 1.
Conectamos el voltímetro 5 directamente a la fuente de corriente.
El diagrama eléctrico de este circuito se muestra en la Figura 1.
Según la ley de Ohm, la intensidad de la corriente en un circuito cerrado con una fuente de corriente está determinada por la expresión
Tenemos IR=U: la caída de voltaje en la sección externa del circuito, que se mide con un voltímetro cuando el circuito está encendido.
Escribamos la fórmula (1) así
Puede encontrar la FEM y la resistencia interna de la fuente de corriente utilizando los valores de corriente y voltaje de dos experimentos (por ejemplo, 2 y 5).
Anotemos la fórmula (2) para dos experimentos.
De la ecuación (4) encontramos
Y para cualquier experimento, usando la fórmula (2) encontramos el E.M.S.
Si en lugar de un reóstato tomamos una resistencia con una resistencia de aproximadamente 4 ohmios, entonces la resistencia interna de la fuente se puede encontrar usando la fórmula (1)
El orden de trabajo.
Montar un circuito eléctrico. Mida la EMF de la fuente de corriente con un voltímetro cuando el interruptor K está abierto. Cierre la tecla K. Usando un reóstato, ajuste la intensidad de la corriente en el circuito: 0,3; 0,6; 0,9; 1.2; 1,5; 1,8 A. Registre la lectura del voltímetro para cada valor de corriente. Calcule la resistencia interna de la fuente de corriente usando la fórmula (3).
Encuentre el valor promedio de ravg.
Valores de ε, I, U, r, ravg. escríbelo en la tabla.
La clase de precisión de los instrumentos escolares es del 4% (es decir, k = 0,04). Por lo tanto, el error absoluto al medir el voltaje y la FEM es igual
error en la medición actual
Anote el resultado final de la medición ε
Encuentre el error relativo al medir la resistencia interna de la fuente actual,
Encuentre el error absoluto al medir la resistencia interna
Registre el resultado final de la medición r
rav ±Δr=…..
Encuentre la resistencia interna de la fuente usando la fórmula (5). Reemplazando el reóstato en el circuito con una resistencia y usando la fórmula (6), encuentre la resistencia interna de la fuente de corriente.
Requisitos del informe:
Título y finalidad del trabajo. Dibuja un diagrama de un circuito eléctrico. Escribir fórmulas de cálculo y cálculos básicos. Completa la tabla. Dibuja una gráfica de U=f(I) (teniendo en cuenta que en I=0 U=ε)
Respuestas a las preguntas:
1. Formule la ley de Ohm para un circuito completo.
2. ¿Qué son los campos electromagnéticos?
3. ¿De qué depende la eficiencia del circuito?
4. ¿Cómo determinar la corriente de cortocircuito?
5. ¿En qué caso el CPL de la cadena tiene el valor máximo?
6. ¿En qué caso es máxima la potencia de la carga externa?
7. Un conductor con una resistencia de 2 ohmios conectado a un elemento con una fem de 2,2 V transporta una corriente de 1 A. Encuentre la corriente de cortocircuito del elemento.
8. Resistencia de la fuente interna 2 ohmios. La corriente en el circuito es de 0,5 A. El voltaje en la sección externa del circuito es de 50 V. Determine la corriente de cortocircuito.
Trabajo de laboratorio No. 10. "Estudio de la ley de Ohm para un circuito completo - 3er método". Objeto del trabajo: estudiar la ley de Ohm para un circuito completo. Objetivos del trabajo: determinación de la FEM y la resistencia interna de una fuente de corriente continua según su característica corriente-tensión; estudio de la dependencia gráfica de la potencia liberada en el circuito externo de la magnitud de la corriente eléctrica P f I . Equipo: fuente de CC, amperímetro, voltímetro, cables de conexión, llave, reóstato. Teoría y método de realización del trabajo: Ley de Ohm I Rr para un circuito completo I Rr. Transformemos I R r I R I r U I r U I r U I r . expresión En consecuencia, la dependencia del voltaje en la salida de una fuente de corriente continua de la magnitud de la corriente (característica voltamperio) tiene la forma (ver Fig. 1): fig. 1 Análisis de la característica corriente-tensión de una fuente de corriente continua: 1) para el punto C: I=0, entonces U 0 r 2) para el punto D: U=0, entonces 0 I r I r I 3) tg U r I I cortocircuito I cortocircuito r La expresión para la potencia liberada en el circuito eléctrico externo tiene la forma P I U Yo Yo r Yo Yo 2 r . Por tanto, la dependencia gráfica P f I es una parábola, cuyas ramas se dirigen hacia abajo (ver Fig. 2). arroz. 2 Análisis de la dependencia gráfica P f I (ver Fig. 3): fig. 3 1) para t.B: P=0, entonces 0 I I 2 r 0 I r I r I corto. , es decir. La abscisa t.B corresponde a la corriente de cortocircuito; 2) porque la parábola es simétrica, entonces la abscisa t.A es la mitad de la corriente de cortocircuito I 3) porque en el punto A I I k.z. , y la ordenada corresponde al valor de potencia máxima; 2 2r Rr y I 2r , luego de las transformaciones obtenemos R=r – la condición bajo la cual la potencia liberada en el circuito externo con una fuente de corriente continua toma el valor máximo; 2 r 4) valor de potencia máxima P I 2 R . 4r 2r 2 Procedimiento: 1. Conecte un voltímetro a los terminales de la fuente de CC (ver Fig. 4). El voltaje mostrado por el voltímetro se toma como el valor de la FEM de la fuente de corriente continua y se considera como referencia para este trabajo de laboratorio. Escribe el resultado en la forma: (U±U) V. Toma el error absoluto igual al valor de división del voltímetro. arroz. 4 2. Ensamble la configuración experimental de acuerdo con el diagrama que se muestra en la Figura 5: fig. 5 3. Realice una serie de 5 a 10 experimentos, con un movimiento suave del control deslizante del reóstato, registrando los resultados de la medición en la tabla: Corriente Intensidad Voltaje I U A V 4. Con base en los datos experimentales obtenidos, construya la característica corriente-voltaje de la fuente de corriente continua. 5. Determine el posible valor de la FEM de la fuente de corriente continua y la corriente de cortocircuito. 6. Aplicar la técnica de procesamiento gráfico de datos experimentales y cálculos para calcular la resistencia interna de una fuente de corriente continua. 7. Presente los resultados del cálculo en la forma: EMF de una fuente de corriente continua: (av±av) V; resistencia interna de la fuente de corriente continua: r=(rср±рср) Ohm. 8. Construya una relación gráfica U f I en Microsoft Excel, usando el asistente de gráficos, agregando una línea de tendencia y especificando la ecuación de la línea. Utilizando los parámetros principales de la ecuación, determine el posible valor de la FEM de la fuente de corriente continua, la corriente de cortocircuito y la resistencia interna. 9. En los ejes numéricos, indique el rango de valores de la fem, la resistencia interna de la fuente de corriente continua y la corriente de cortocircuito, obtenidos mediante varios métodos de determinación. 10. Investigue la potencia liberada en el circuito externo a partir de la magnitud de la corriente eléctrica. Para hacer esto, complete la tabla y construya una dependencia gráfica P f I : Potencia actual I P A W 11. Usando el gráfico construido, determine el valor máximo de potencia, la corriente de cortocircuito, la resistencia interna de la fuente de corriente y la EMF. 12. Es posible construir una relación gráfica P f I en Microsoft Excel usando el asistente de gráficos agregando una línea de tendencia polinómica con grado 2, intersectando la curva con el eje OY (P) en el origen e indicando la ecuación en el gráfico. Utilizando los parámetros principales de la ecuación, determine el valor de potencia máxima, la corriente de cortocircuito, la resistencia interna de la fuente de corriente y el EMF. 13. Formule una conclusión general sobre el trabajo.
Al diseñar y reparar circuitos para diversos fines, se debe tener en cuenta la ley de Ohm para un circuito completo. Por lo tanto, quienes vayan a hacer esto necesitan conocer esta ley para comprender mejor los procesos. Las leyes de Ohm se dividen en dos categorías:
- para una sección separada del circuito eléctrico;
- para un circuito cerrado completo.
En ambos casos se tiene en cuenta la resistencia interna en la estructura de alimentación. En los cálculos computacionales se utiliza la ley de Ohm para un circuito cerrado y otras definiciones.
El circuito más simple con una fuente EMF.
Para comprender la ley de Ohm para un circuito completo, para mayor claridad de estudio, se considera el circuito más simple con un número mínimo de elementos, EMF y carga resistiva activa. Puede agregar cables de conexión al kit. Una batería de automóvil de 12V es ideal para el suministro de energía, se considera una fuente de campos electromagnéticos con resistencia propia en los elementos estructurales.
El papel de la carga lo desempeña una lámpara incandescente ordinaria con un filamento de tungsteno, que tiene una resistencia de varias decenas de ohmios. Esta carga convierte la energía eléctrica en energía térmica. Sólo un pequeño porcentaje se gasta en emitir un chorro de luz. Al calcular dichos circuitos, se utiliza la ley de Ohm para un circuito cerrado.
Principio de proporcionalidad
Estudios experimentales en el proceso de medición de cantidades a diferentes valores de los parámetros del circuito completo:
- Fuerza actual – I A;
- Las sumas de las resistencias de la batería y de la carga – R+r se miden en ohmios;
- EMF es una fuente de corriente, denotada como E. medida en voltios
Se notó que la intensidad de la corriente tiene una relación directamente proporcional con respecto a la fem y una relación proporcional inversa con respecto a la suma de las resistencias que están cerradas en serie en el circuito. Esto lo formulamos algebraicamente de la siguiente manera:
El ejemplo considerado de un circuito con un circuito cerrado es con una fuente de energía y un elemento de resistencia de carga externa en forma de una lámpara incandescente. Al calcular circuitos complejos con múltiples circuitos y muchos elementos de carga, se aplican la ley de Ohm y otras reglas para todo el circuito. En particular, es necesario conocer las leyes de Kirgoff, comprender qué son las redes de dos terminales, las redes de cuatro terminales, los nodos de sucursales y las sucursales individuales. Esto requiere una consideración detallada en un artículo separado; anteriormente, este curso de TERC (teoría de circuitos de ingeniería eléctrica y de radio) se impartía en institutos durante al menos dos años. Por tanto, nos limitaremos a una definición sencilla únicamente para el circuito eléctrico completo.
Características de resistencia en fuentes de alimentación.
¡Importante! Si vemos la resistencia de la espiral de la lámpara en el diagrama y en el diseño real, entonces la resistencia interna en el diseño de la batería o acumulador galvánico no es visible. En la vida real, incluso si desmontas la batería, es imposible encontrar la resistencia; no existe como una pieza separada; a veces se muestra en los diagramas.
La resistencia interna se crea a nivel molecular. Los materiales conductores de una batería u otra fuente de energía de un generador con un rectificador de corriente no son 100% conductores. Siempre hay elementos con partículas de dieléctrico o metales de otra conductividad, esto genera pérdidas de corriente y voltaje en la batería. Los acumuladores y baterías muestran más claramente la influencia de la resistencia de los elementos estructurales sobre el valor del voltaje y la corriente en la salida. La capacidad de la fuente para producir corriente máxima está determinada por la pureza de la composición de los elementos conductores y el electrolito. Cuanto más puros son los materiales, menor es el valor de r y la fuente de fem produce más corriente. Y, a la inversa, en presencia de impurezas, la corriente es menor, r aumenta.
En nuestro ejemplo, la batería tiene un EMF de 12V, se le conecta una bombilla capaz de consumir 21 W de potencia, en este modo la espiral de la lámpara se calienta hasta el calor máximo permitido. La formulación de la corriente que lo atraviesa se escribe como:
I = P\U = 21 W / 12 V = 1,75 A.
En este caso, el filamento de la lámpara arde a media incandescencia; averigüemos el motivo de este fenómeno. Para cálculos de resistencia de carga total (R + r) aplicar las leyes de Ohm para secciones individuales de circuitos y los principios de proporcionalidad:
(R + r) = 12\ 1,75 = 6,85 ohmios.
Surge la pregunta de cómo extraer el valor r de la suma de resistencias. Una opción aceptable es medir la resistencia de la espiral de la lámpara con un multímetro, restarla del total y obtener el valor r - EMF. Este método no será exacto: cuando la bobina se calienta, la resistencia cambia significativamente su valor. Evidentemente la lámpara no consume la potencia indicada en sus características. Está claro que el voltaje y la corriente del filamento de la bobina son pequeños. Para averiguar el motivo, midamos la caída de voltaje en la batería con una carga conectada, por ejemplo, será de 8 voltios. Supongamos que la resistencia de la hélice se calcula utilizando los principios de proporcionalidad:
U/I = 12 V/1,75 A = 6,85 ohmios.
Cuando cae la tensión, la resistencia de la lámpara permanece constante, en este caso:
- I = U/R = 8V/6,85 Ohm = 1,16 A con los 1,75A requeridos;
- Pérdida de corriente = (1,75 -1,16) = 0,59A;
- Por voltaje = 12V – 8V = 4V.
El consumo de energía será P = UxI = 8V x 1,16A = 9,28 W en lugar de los 21 W requeridos. Averigüemos adónde va la energía. No puede ir más allá del circuito cerrado; sólo quedan los cables y el diseño de la fuente EMF.
Resistencia a los campos electromagnéticos –rse puede calcular utilizando los valores de tensión y corriente perdidas:
r = 4V/0,59A = 6,7 ohmios.
Resulta que la resistencia interna de la fuente de energía "consume" la mitad de la energía liberada, y esto, por supuesto, no es normal.
Esto sucede en baterías viejas, caducadas o defectuosas. Ahora los fabricantes están intentando controlar la calidad y pureza de los materiales conductores de corriente utilizados para reducir las pérdidas. Para que se entregue la máxima potencia a la carga, las tecnologías de fabricación en fuente EMF controlan que el valor no supere los 0,25 ohmios.
Conociendo la ley de Ohm para un circuito cerrado, utilizando los postulados de proporcionalidad, se pueden calcular fácilmente los parámetros necesarios para que los circuitos eléctricos identifiquen elementos defectuosos o diseñen nuevos circuitos para diversos fines.
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