Закон полного тока для магнитного поля

Суть закона

Рассматриваемый закон, применимый в магнитных цепях, определяет следующие количественные соотношения между его составляющими. Циркуляция вектора магнитного поля в замкнутом контуре пропорциональна сумме пронизывающих его токов. Для понимания физического смысла всего применимого закона необходимо ознакомиться с графическим изображением описываемых им процессов.

Из рисунка видно, что вблизи двух проводников с протекающими по ним токами I1 и I2 образуется поле, ограниченное контуром L. Оно вводится в виде мысленно представляемой замкнутой фигуры, плоскость которой пронизана проводниками с движущимися обвинения. Простыми словами этот закон можно выразить следующим образом. При наличии нескольких токов электричества через мысленно представляемую поверхность, охваченную контуром L, в ее границах образуется магнитное поле с заданным распределением напряженности.

Для положительного направления движения вектора в соответствии с законом контура магнитопровода выбран ход часовой стрелки. Это также представлено мысленно.

Такое определение вихревого поля, создаваемого течениями, предполагает, что направление каждого из течений может быть произвольным.

Для справки! Введенную структуру поля и аппарат, ее описывающий, следует отличать от циркуляции электростатического вектора «Е», который всегда равен нулю при обходе цепи. Как следствие, такое поле относится к потенциальным структурам. Циркуляция вектора «В» магнитного поля никогда не равна нулю. Именно поэтому его называют «вихревым».

Особенности переменного напряжения, тока

Генераторы, вырабатывающие электроэнергию, устроены так, что напряжение, скорость заряда в наших ЛЭП меняется по гармоническому закону:

Обозначения:

• u, i — мгновенные значения (в произвольный момент времени);
• Um, Im — амплитудные значения (максимальные);
• Um – амплитуда напряжения;
• Im – текущая амплитуда;
• т время;
• величина ω — циклическая частота.

Значение ω связано с линейной частотой ν выражением:

• π = 3,14 — математическая константа;
• ν = 50 Гц (для электрических сетей нашей страны).

Произведение ωt называется фазой:

Измеряемая в радианах (рад), φ0 является начальной фазой, часто равной нулю. Использование функции cos в формулах не меняет смысла физических выражений.

Если к обычному сопротивлению (это может быть лампа накаливания, термонагреватель) приложить напряжение, изменяющееся по гармоническому закону, через него начнут двигаться частицы, характер движения которых меняется по тому же закону.

Изменение значений будет синхронным, фазы будут одинаковыми. Такое сопротивление называется активным.

Последовательное и параллельное соединение

Когда потребители электроэнергии, такие как лампочки или резисторы, соединены последовательно, ток в каждом потребителе одинаков, и напряжение будет падать (уменьшаться) на каждом из потребителей. При последовательном соединении сопротивления всех потребителей суммируются.

При последовательном соединении сопротивления суммируются

В делителе напряжения используется последовательное соединение резисторов. При параллельном соединении потребителей электроэнергии к каждому потребителю прикладывается одинаковое напряжение, а ток в каждом из потребителей будет разным. Каждый потребляет ток в соответствии со своим сопротивлением.

Общее сопротивление цепи, состоящей из двух потребителей

Подавляющее большинство электроэнергии сегодня производится электростанциями (атомными электростанциями, тепловыми электростанциями, гидроэлектростанциями), которые вырабатывают электроэнергию с помощью генераторов и передают ее по линиям электропередач на большие расстояния. В качестве альтернативных источников энергии все чаще используются возобновляемые источники – энергия солнца, ветра, приливов и отливов и т.д.

Основные понятия

В соответствии с рассматриваемым законом для расчета магнитных полей используется следующий упрощенный подход. Полный ток представляется как сумма нескольких составляющих, протекающих через поверхность, охватываемую замкнутым контуром L. Теоретические расчеты можно представить следующим образом:

1. Полный электрический ток, протекающий по цепи ΣI, представляет собой векторную сумму I1 и I2.
2. В рассматриваемом примере для его определения используется формула: ΣI = I1-I2 (минус перед вторым слагаемым означает, что направления токов противоположны).
3. Они, в свою очередь, определяются по известному в электротехнике закону буравчика (правилу.

Напряженность магнитного поля по контуру рассчитывается на основе расчетов, полученных с помощью специальных методов. Для его нахождения необходимо проинтегрировать этот параметр по L с помощью уравнения Максвелла, представленного на одной из схем. Его можно использовать и в дифференциальной форме, но это несколько усложнит расчеты.

Упрощенный подход в интегральном виде

Если использовать дифференциальное представительство, то выразить совокупное применимое право в упрощенной форме будет очень сложно (в этом случае в него необходимо вводить дополнительные компоненты). Добавим к этому, что вихревое магнитное поле, создаваемое движущимися в цепи токами, определяется в данном случае с учетом тока смещения, зависящего от скорости изменения электрической индукции.

Поэтому на практике в ТОЭ более популярно представление формул полных токов в виде суммирования микроскопически малых участков контура с созданными в них вихревыми полями. Этот подход предполагает использование уравнения Максвелла в интегральной форме. При реализации контур разбивается на небольшие отрезки, которые в первом приближении считаются прямыми (по закону предполагается, что магнитное поле однородно). Эта величина, обозначаемая как Um для дискретного участка длиной ΔL магнитного поля, действующего в вакууме, определяется следующим образом:

Полное напряжение по всему контуру L, кратко представленное в интегральном виде, находится по следующей формуле:

Закон полного тока для вакуума

В окончательном виде, подготовленном по всем правилам интеграции, совокупное применимое право выглядит следующим образом. Циркуляцию вектора «В» в замкнутом контуре можно представить как произведение магнитной постоянной m и суммы токов:

Влияние среды

Соотношения, рассматриваемые для закона токов и полей, действующих не в вакууме, а в магнитной среде, принимают несколько иной вид. При этом, кроме основных составляющих тока, вводится понятие микроскопических токов, возникающих, например, в магните или в другом подобном ему материале.

Требуемое соотношение полностью выводится из теоремы о векторной циркуляции магнитной индукции B. Упрощенно оно выражается в следующем виде. Суммарное значение вектора В при интегрировании по выбранной цепи равно сумме охваченных им макротоков, умноженной на коэффициент магнитной постоянной.

В результате формула «В» в веществе определяется выражением:

где: dL – дискретный элемент цепи, направленный по ее байпасу, Вl – составляющая в направлении касательной в произвольной точке, bI и I1 – ток проводимости и микроскопический (молекулярный) ток.

Если поле действует в среде, состоящей из произвольных материалов, то необходимо учитывать микроскопические токи, характерные для этих структур.

Эти расчеты применимы и к полю, создаваемому в соленоиде или в любой другой среде с ограниченной магнитной проницаемостью.

Основные формулы электричества

Изучение основ электродинамики и электричества невозможно без определения электрического поля, точных зарядов, сопротивления и других явлений.

Формулы для электричества

Поэтому важно рассмотреть все основные формулы электричества и примеры решения задач с их использованием.

Закон Кулона

Согласно краткому описанию, это физический закон, говорящий о взаимодействии между электрическими зарядами в стационарной точке в зависимости от того, насколько далеко они находятся. Согласно полному определению, формулировка означает, что между двумя точками образуется вакуум в виде электрических зарядов. Возникает удельная сила, пропорциональная произведению их модульных частиц, деленному на квадрат расстояния.

Расстояние – это длина, соединяющая заряды. Сила взаимодействия направлена ​​вдоль отрезка. Кулоновская сила — это сила, которая отталкивает заряды минус-минус и плюс-плюс и притягивает минус-плюс и плюс-минус.

Примечание! Формула для электрической силы выглядит так: F=k⋅|q1|⋅|q2|/r2, где F — сила заряда, q — величина заряда, r — вектор или расстояние между зарядами, k – коэффициент пропорциональности. Последняя равна c2·10–7 Гн/м.

Закон Кулона

Решите задачу с законом Кулона. При наличии заряженных шаров, находящихся на расстоянии 15 см и отталкивающихся с силой 1 Н в поисках начального заряда, можно выявить неизвестное, переведя основные единицы в систему СИ и подставив значения в заданную формулу. Результат будет 2 * 5 * 10 (-8) = 10 (-7).

Напряженность поля уединенного точечного заряда

Электрическое поле, представляющее собой вещество, создаваемое точечными электрическими зарядами, характеризуется различными величинами, в том числе напряженностью. Напряжение выступает векторной величиной или силовой характеристикой поля, которое направлено против электростатического взаимодействия зарядов. Чтобы его получить, нужно воспользоваться формулой E = k(q/r(2)), где E — векторное поле.

Напряженность поля одиночного точечного заряда

Согласно этой формулировке напряженность поля заряда обратно пропорциональна квадрату расстояния от заряда. То есть при увеличении зазора в несколько раз показатель напряжения уменьшается в четыре раза.

Вы можете использовать закон для решения проблем. Например, радиус неизвестен. Затем вам нужно преобразовать константу. Нужно решить уравнение E/r(2)=kq, и подставить известные числа.

Потенциал точки в поле точечного заряда

Потенциал в электростатическом поле представляет собой скалярную величину, которая равна делению показателя потенциала на энергию его заряда. Это не зависит от значения q, которое находится в регионе. Поскольку показатель потенциальной энергии зависит от выбранной системы координат, потенциал определяется с точностью до константы. Она равна работе, совершаемой полем по перемещению единичного положительного заряда в бесконечность. Выражается через f = W / q = const.

Вас заинтересует расчет площади поперечного сечения

Потенциал точки в поле точечного заряда

Примечание! В упражнениях можно преобразовать константу. Если W неизвестно, мы можем разделить q на φ, а если q, то W на φ.

Потенциальная энергия заряда в электростатическом поле

Потенциальная энергия заряда в электростатическом поле

Поскольку работа электрического поля зависит не от избранного движения заряженной частицы, а от ее начального и конечного положения, то это понятие потенциальной энергии. Это скалярная величина в пространственной координате, показывающая, как действует сила при движении частицы по произвольному зазору из одной точки в другую. Он равен разности величин движения частиц в этом зазоре. Это выражается следующим образом: A = P1 — P2, где P1 может быть x, y и z, а P2 может быть x2, y2 и z2. В задачах по физике вам предстоит нарисовать график, подставить известные значения в константу и решить уравнения.

Потенциальная энергия заряда q1 в поле точечного заряда

При движении заряженных частиц по полю из одной точки в другую они совершают некоторую работу за определенный промежуток времени. Потенциальная энергия в этих точках не зависит от того, какой путь проходят заряженные частицы. Энергия первого заряда пропорциональна его модулю. Все это выражается в формуле, показанной на изображении ниже. Проблемы можно решить, используя представленную константу и подставляя известные значения.

Потенциальная энергия заряда q1 в поле точечного заряда

Теорема Гаусса

Основной закон электродинамики, включенный в уравнения Максвелла. Это следствие рассуждений Кулона и принципа суперпозиции. Вектор напряжения поля движется по ней через произвольное значение замкнутой поверхности, окруженной зарядами. Оно пропорционально сумме заряженных частиц, находящихся внутри этого замкнутого пространства. Указанный вектор делится на e0. Все это выражается приведенной ниже формулой.

Теорема Гаусса

Напряженность электрического поля вблизи от поверхности проводника

Интенсивность суммарного пространства заряженных частиц прямо пропорциональна поверхностному показателю их плотности. Если в задаче требуется найти напряжение, а поверхностная плотность заряда равна сигма, начертите цилиндр и укажите, что ток через боковую поверхность равен 0. В этом случае линии напряжения будут параллельны боковой поверхности. Получается, что φ = 2φ, osn = 2es и 2es = q/2ε0.

Напряженность электрического поля у поверхности проводника

Читайте также: Емкость уединенного проводника и системы проводников. Что такое электрическая ёмкость, в чём измеряется и от чего зависит

Емкость плоского конденсатора

Емкость — это характеристика проводимости, с помощью которой электрический заряд может накапливать энергию. Плоский конденсатор представляет собой ряд противоположно заряженных пластин, разделенных тонким слоем диэлектрика. Емкость плоского конденсатора – это его характеристика, способность накапливать электрическую энергию.

Примечание! Это физическая величина, равная делению заряда на разность потенциалов футеровки. Заряд в этом случае представляет собой заряженную одну пластину.

Если в задаче необходимо узнать емкость конденсатора из двух пластин площадью 10 (-2) квадратных метров и в них находится лист 2*10 (-3) метра, ε0 представляет собой электрическую постоянную с 8, 85 × 10-12 фарад на метр, а ε = 6 — диэлектрическая проницаемость слюды. В этом случае необходимо подставить значения в формулу C= ε* ε* S/d.

Емкость плоского конденсатора

Энергия плоского конденсатора

Поскольку каждая частица конденсатора обладает способностью накапливать энергию, которая запасается на обкладке конденсатора, вычислить эту Е несложно, так как для того, чтобы элемент зарядился, он должен совершить работу. Работа ведется в поле. В результате была выведена следующая формула: Ep = A = qEd, где A — работа, d — расстояние.

Энергия

Упрощенный подход

Выразить закон в дифференциальном представлении довольно сложно. Вам нужно добавить больше компонентов. Необходимо учитывать влияние молекулярных токов. Наличие вихревых токов является причиной образования в цепи вихревого магнитного поля.

Вектор электрического смещения сравним с вектором напряженности текущего магнитного поля H. При этом ориентация вектора смещения зависит от скорости изменения магнитной индукции.

Для упрощения расчетов на практике часто используют формулы закона магнитного поля полных токов, представленные в виде суммирования предельно малых участков цепи с учетом влияния вихревых полей. При реализации этого метода контур мысленно разбивается на бесконечно малые отрезки. На этих отрезках проводники считаются прямыми, а магнитное поле на таких участках цепи однородным.

На дискретном участке вектор напряженности Um определяется по формуле: Um= HL×ΔL, где HL — циркуляция вектора напряженности в сечении ΔL контура L. Затем вычисляется суммарная напряженность UL по всему контуру по формуле: UL= Σ HL× ΔL.

Для справки

В наиболее полной и исчерпывающей системе измерений СГС напряженность магнитного поля представлена ​​в эрстедах (Э). Во второй системе тока (СИ) он выражается в амперах на метр (А/метр). Сегодня эрстед постепенно заменяется более практичной единицей – ампер на метр. При переводе результатов измерений или расчетов из СИ в СГС используются следующие соотношения:

1 Э = 1000/(4π) А/м ≈ 79,5775 Ампер/метр.

В последней части обзора отметим, что какая бы формулировка закона полных токов ни использовалась, суть его остается неизменной. По его собственным словам, это можно представить следующим образом: оно выражает связь между токами, пронизывающими данную цепь, и создаваемыми в веществе магнитными полями.

Напоследок рекомендуем посмотреть полезное видео по теме статьи:

Общий применимый закон – это закон циркуляции вектора напряженности магнитного поля и тока.

Циркуляция вектора напряженности магнитного поля Н по контуру равна алгебраической сумме токов, охватываемых этим контуром.

Ток считается положительным, если его направление связано с направлением обхода по контуру правила правого винта; ток в обратном направлении считается отрицательным.

Намагничивающая (магнитодвижущая) сила катушки есть произведение силы тока на число витков w. Это объясняется тем, что замкнутая цепь магнитопровода, совмещенная с катушкой, охватывает ток I более одного раза, aw раз, т е. F = Iw

Магнитный поток (векторный поток магнитной индукции)

Поток вектора магнитной индукции, пронизывающий площадь S, представляет собой величину, равную: Ф=В∙S*cos(α)

где а

угол между вектором магнитной индукции и нормалью к плоскости поверхности.

Магнитный поток является скалярной величиной. Магнитный поток (поток линий магнитной индукции)

через контур численно равен произведению модуля вектора магнитной индукции на площадь, ограниченную контуром, и косинуса угла между направлением вектора магнитной индукции и нормалью к поверхности, ограниченной этим контуром. Магнитный поток показывает, сколько линий магнитной индукции проходит через данную цепь.

Поток вектора магнитной индукции (магнитный поток) измеряется в веберах (Вб). Единицей магнитного потока в СИ является
вебер (Wb). В честь немецкого физика В. Вебера.
Поток вектора магнитной индукции (магнитный поток) равен числу линий магнитной индукции, проходящих через данную поверхность.

Поток вектора магнитной индукции (магнитный поток) через произвольную замкнутую поверхность равен нулю:

Это теорема Остроградского-Гаусса для магнитного поля.

Оно свидетельствует о том, что в природе не существует магнитных зарядов — физических объектов, на которых будут начинаться или заканчиваться линии магнитной индукции.

Закон ома для полной цепи

Между сегментом и целой цепочкой есть определенные отличия. Участком или сегментом считается часть общей цепи, находящаяся в самом источнике тока или напряжения. Он состоит из одного или нескольких элементов, подключенных к источнику питания различными способами.

Полная система цепи представляет собой общую цепь, состоящую из нескольких цепей, включая батареи, различные типы нагрузок и соединяющие их провода. Он тоже работает по закону Ома и широко применяется на практике, например, для переменного тока.

Принцип действия закона Ома в полной цепи постоянного тока можно наглядно увидеть при выполнении простого эксперимента. Как видно из рисунка, для этого потребуется источник тока с напряжением U на электродах, любое постоянное сопротивление R и соединительные провода. В качестве резистора можно взять обычную лампу накаливания. По проводу будет течь ток, создаваемый электронами, движущимися внутри металлического проводника, в соответствии с формулой I = U/R.

Система общей цепи будет состоять из внешней секции, включающей сопротивление, соединительные провода и контакты батареи, и внутренней секции, расположенной между электродами источника тока. Ток также будет протекать через внутреннюю часть, образованную ионами с положительным и отрицательным зарядом. Катод и анод начнут накапливать заряды плюсом и минусом, после чего между ними появится разность потенциалов.

Полному движению ионов будет препятствовать внутреннее сопротивление батареи r, которое ограничивает выходной ток внешней цепи, снижая мощность до определенного предела. Следовательно, ток в общей цепи проходит внутри внутренней и внешней цепи, поочередно преодолевая суммарное сопротивление сегментов (R + r). На величину силы тока влияет такое понятие, как электродвижущая сила – ЭДС, приложенная к электродам, обозначаемая символом Е.

Значение ЭДС можно измерить на клеммах аккумулятора с помощью вольтметра при отключенной внешней цепи. После подключения нагрузки на вольтметре отобразится напряжение U. При отключенной нагрузке U = E, при подключении внешней цепи U

ЭДС обеспечивает движущую силу движения зарядов в полной цепи и определяет силу тока I = E/(R + r). Эта формула отражает закон Ома для полной электрической цепи постоянного тока. Он показывает четкие признаки внутренних и внешних контуров. В случае отключения нагрузки заряженные частицы все равно будут двигаться внутри батареи. Это явление называется током саморазряда, который приводит к ненужному расходу металлических частиц на катод.

Под действием внутренней энергии источника питания сопротивление вызывает нагрев и дальнейшее его распространение за пределы элемента. В конце концов, заряд батареи исчезает полностью бесследно.

Определение полного тока

Суть этого закона заключается в определении связи между электрическим током и магнитным полем, образуемым током. Эта особенность была выявлена ​​экспериментально в первой половине XIX века. Позже была сделана формулировка, устанавливающая закон полного тока для магнитного поля. Классическое определение дано ниже. Однако изучение предмета следует начинать с основных принципов.

На рисунке отмечены следующие компоненты:

• I∑ — общий (полный) ток;
• S – проникающая (dS – элементная) платформа;
• dL — элементарный линейный отрезок.
• J∑ — плотность распределения тока;
• L — кольцевой замкнутый контур;
• H — напряженность магнитного поля в векторном представлении.

Полный ток

Из приведенного соотношения видно, что сумма токов равна смещению вектора напряженности магнитного поля вдоль замкнутого контура. Его циркуляция описывается интеграцией вышеперечисленных компонентов. Из рассмотренных пропорций легко сделать вывод, что общий ток будет зависеть от плотности, контура и площади элемента:

Примечание. В некоторых ситуациях удобнее использовать дифференциальную форму представления электромагнитных параметров: ∫S*J*∑ds = ∫S*rotH*ds.

Практическое применение в расчетах

Закон Ома для переменного тока

Закон полного тока является основным при расчете магнитных цепей и позволяет без особых усилий определить напряженность поля.

Примеры магнитных цепей

Магнитопровод представляет собой комплекс физических тел с ярко выраженными магнитными свойствами, магнитодвижущими силами и другими условиями, по которым магнитный поток замкнут. Магнитодвижущая сила определяется как произведение числа оборотов катушки на протекающий в ней электрический ток:

F=Iω, где:

• F – магнитодвижущая сила;
• ω — число витков в катушке;
• I — электрический ток.

Подобно тому, как электродвижущая сила электрической цепи индуцирует ток, магнитодвижущая сила магнитной цепи индуцирует магнитный поток. Направление магнитодвижущей силы в цепях определяется на основе правила буравчика.

Параметры, описывающие свойства магнитной или электрической цепи, идентичны. Аналогичны меры по расчету цепей. Постоянные токи в электрических цепях возникают за счет электродвижущей силы. В магнитопроводах эту функцию выполняет магнитодвижущая сила обмоток. Характеристика сопротивления току в электрической цепи имеет аналогию в магнитной цепи в виде магнитного сопротивления.

Неразветвленная магнитная цепь

По закону полного тока выражение, описывающее процессы в магнитопроводе (рис выше), выглядит так:

Iω=H1L1+H2L2, где:

• H1 – напряженность поля первого участка;
• H2 — напряженность поля второго участка;
• L1 – длина первого однородного участка;
• L2 – длина второго однородного участка.

Так как напряженность магнитного поля и магнитная индукция на первом и втором участках равны:

1. H1=B1/µа1, где:

• В1 — магнитная индукция;
• µa1 – магнитная проницаемость первого участка.

1. B1=Ф/S1, где:

• ф — магнитный поток;
• S1 – площадь поперечного сечения первой секции.

1. H2=B2/µa2, где:

• B2 — магнитная индукция второй секции;
• µa2 – магнитная проницаемость второго сечения.

1. B2=Ф/S2, где:

• ф — магнитный поток;
• S2 – площадь поперечного сечения второй секции.

выражение, описывающее все применимое право, преобразуется в:

Iω=ΦL1/µа1S1+ ΦL2/µа2S2=ΦRм1+ΦRм2, где:

• Rм1=L1/µа1S1 – магнитное сопротивление на первом участке;
• Rм2=L2/µа2S2 – магнитное сопротивление второй секции.

Проводя аналогии с электрической цепью, произведение магнитного потока и магнитного сопротивления есть магнитное напряжение:

Um2=ΦRm2=H2L2.

Если мы отделим магнитный поток от формулы, мы получим формулу, которая является законом Ома для магнитной цепи:

Φ= Iω/Rm1+Rm2= Iω/∑Rm.

Для магнитопровода, не обладающего магнитодвижущей силой, выражение будет выглядеть так:

Um=ΦRm=HL.

Так же, как и для электрических цепей, постулаты Кирхгофа применимы к магнитным цепям:

1. Сумма магнитных потоков, втекающих в узел, равна сумме магнитных потоков, вытекающих из узла. Выражение имеет вид ∑Φк=0;
2. Сумма магнитодвижущих сил в цепи равна сумме падений напряжения на всех участках цепи, что соответствует выражению ∑Iω=∑Um=∑HL.

Закон полного тока для магнитных цепей находится на том же уровне, что и основные законы электрических цепей. Понимание закона полного тока позволит легко рассчитать и выбрать необходимые единицы на основе магнитных потоков.

Магнитное напряжение вдоль контура

Конденсатор

В представленном примере для исследования взяты проводники, по которым пропускают электрический ток. Вместе они образуют участок с воображаемой площадью (S), которая ограничена определенным контуром. Используя классическое правило буравчика, легко определить направление вектора (di или H). Понятно, что в данном случае рассматривается дискретная величина. Вектор напряженности магнитного поля и полный ток связаны следующей формулой:

I∑ = ∫L*H*dL.

Магнитодвижущая сила

Представленный закон используется для расчета производительности различных устройств:

• трансформаторы одно- и трехфазные с подключением к сети 220 (380) В соответственно;
• электродвигатели постоянного тока;
• катушки с тороидальными сердечниками;
• электроприводы реле и клапанов;
• аналоговые измерительные приборы и датчики;
• электромагниты, устанавливаемые в грузоподъемных механизмах, системах водоподготовки.

Для детального изучения подойдет простой пример. Схема снабжена движением тока в замкнутом контуре с помощью индукционной катушки. Создаваемая магнитодвижущая сила (F) будет зависеть от силы тока (I) в проводнике и числа колебаний (W):

Согласно классическим определениям, ток в цепи возникает при создании разности потенциалов между точками подключения источника ЭДС. Точно так же показанная выше сила F провоцирует образование магнитного потока. В этом случае аналогичным образом можно использовать не только правило буравчика, но и технологии расчета схем. Нужно только правильно пользоваться некоторыми понятиями. Так что электрическое сопротивление соответствует магнитному аналогу.

При делении такого контура на два отрезка будет справедливо следующее выражение:

H1*L1 + H2*L2 = I*W,

где H1 и H2 (L1 и L2) – напряжение (длина) соответствующих частей.

Последовательным преобразованием можно получить формулу практического применения для всего применимого права:

• H1 = B1/шаблон;
• В1 = Ф/S1;
• Н2 = В2/мА2;
• В2 = Ф/С2;
• I*W = Ф*L1/ma1*S1 + Ф*L1/ma1*S1 = Ф*Rm1 + Ф*Rm2.

Помимо площади поперечного сечения (S), здесь приведены магнитные параметры различных сечений (1 и 2):

• Ф — поток;
• Б — индукция;
• ma – проницаемость.

Из этого выражения легко получить значение магнитного сопротивления для каждого сечения:

По аналогии с формулой Ома для электрических цепей можно вычислить магнитное напряжение:

С учетом частоты питающего сигнала (w) магнитный поток будет зависеть от силы тока и полного сопротивления участков цепи:

Примечание. По тем же принципам допускается применение законов Кирхгофа. Таким образом, суммарная величина входящего и исходящего магнитных потоков будет равна.

Формулы для постоянного электрического тока

Постоянный электрический ток не меняется ни по величине, ни по направлению. Он используется для расчета замкнутой, однородной цепи, тока и других параметров. Поэтому важно знать формулы для него и основные законы, связанные с ним.

Вам будет интересно Все об электрических токах

Основной список формул

Закон Ома для участка однородной цепи

Для существования электрического тока необходимо поле. Для его образования необходимы потенциалы или их разность, выраженная напряжением. Ток будет направлен к более низким потенциалам, а электроны начнут свое движение в обратном направлении. В 1826 г. Г. Ом провел исследование и пришел к выводу: чем больше показатель напряжения, тем больше ток, проходящий через участок.

Примечание! Соседние проводники проводят электричество по-разному. То есть каждый элемент имеет свою проводимость, электрическое сопротивление.

В результате по теореме Ома сила тока участка однородной цепи будет прямо пропорциональна показателю напряжения на нем и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Закон Ома

Используя формулу I = U/R, где I считается током, U напряжением и R электрическим сопротивлением, последнее значение можно найти, если p*l/S, где p – удельное проводящее сопротивление, l – длина проводника, а S — площадь поперечного сечения проводника.

Закон Ома для замкнутой цепи с источником тока

Ом вывел формулу замкнутой цепи. Согласно ему ток на этом участке от источника тока с внутренним и внешним сопротивлением нагрузки равен делению электродвижущей силы источника на сумму внутреннего и внешнего сопротивления. Выглядит это так: I = e/R + r, где I — сила тока, e — ЭДС, R — сопротивление, r — внутреннее сопротивление источника напряжения.

Примечание! В физическом смысле, согласно этому закону, чем выше ЭДС, чем выше источник энергии, тем больше скорость движения зарядов. Чем выше сопротивление, тем меньше ток.

Закон Ома для замкнутой цепи

Работа постоянного тока

Энергия, проходя через проводник, упорядоченно переходит в носитель. Когда он движется, он работает. В результате работа постоянного тока есть деятельность поля, направленная на перенос электрических зарядов по проводнику. Он равен произведению I на напряжение и время, совершаемое работой.

Закон Джоуля-Ленца

Когда электричество проходит через проводник с сопротивлением, всегда выделяется тепло. Количество теплоты, выделяющееся за определенный промежуток времени, определяется законом Джоуля-Ленца. По формуле мощность нагрева равна произведению плотности электричества на напряжение — w = j * E = oE (2).

Примечание! В практическом смысле закон важен для снижения потерь мощности, выбора проводника для электрической цепи, выбора электронагревателя и использования предохранителя для защиты сети.

Закон Джоуля-Ленца

Полная мощность, развиваемая источником тока

Мощность – это работа, совершаемая за одну секунду. Электрическая мощность – физическая величина, характеризующая скорость передачи при преобразовании электроэнергии.

Работа, развиваемая источником электроэнергии по всей цепи, составляет полную мощность. Его можно определить по формуле Р = Ел, где Е считается ЭДС, а I — значение токовой характеристики.

Примечание! Если это линейная нагрузка, показатель полной мощности равен корню квадратному из квадратов активной и реактивной работы источника. Если это нелинейная нагрузка, она равна квадратному корню из квадратов активной и неактивной работы источника.

Полная мощность

В практических измерениях эта работа выражается в киловаттах в час. Применяется для измерения потребления электроэнергии в бытовых и производственных условиях, для определения вырабатываемой электрической энергии в электрооборудовании.

Полезная мощность

Максимальная или полезная мощность та, что выделяется во внешнем промежутке цепи, то есть под нагрузкой резистора. Его можно использовать для выполнения любых задач. Подобную концепцию можно использовать для расчета работы электродвигателя или трансформатора, способных потреблять активную и реактивную составляющую.

Вас заинтересуют функции управления светом

Чистая мощность

Показатель полезной мощности можно рассчитать по трем формулам: P = I 2R, P = U2/r, P = IU, где I — сила тока на определенном участке цепи; U — напряжение на части выводов (зажимов) источника тока, а R — сопротивление нагрузки или внешней цепи.

Коэффициент полезного действия источника тока

КПД источника тока – это деление показателя полезного тока на полный. Если внутреннее сопротивление источника равно внешнему, то половина результатов всей работы будет теряться в источнике, а другая половина будет отнесена на нагрузку. В этой ситуации КПД будет равен 50 %.

Если рассматривать это понятие наиболее полно, то при движении электрических зарядов по замкнутой электрической цепи источник тока совершает некоторую полезную и полную работу. Делая первое, он перемещает заряды во внешнюю цепь. Когда вы выполняете другую работу, заряженные частицы перемещаются по площади.

Эффективность источника тока

Примечание! Полезный эффект получается, когда сопротивление внешней электрической цепи будет иметь определенное значение в зависимости от источника и нагрузки. Отношение между полезной работой и полной выражается формулой).

Первое правило Кирхгофа

Согласно первому закону Кирхгофа сумма токов в любом участке электрической цепи равна нулю. Направленный заряд к узлу положительный, а от него — отрицательный. Алгебраическая текущая сумма зарядов, направленных к узлу, равна сумме зарядов, направленных от него. Если перевести это правило, то можно получить следующее определение: сколько тока входит в узел, столько и выходит из него. Это правило следует из закона сохранения заряженных частиц.

Благодаря решению линейных уравнений на основе правил Кирхгофа можно найти все значения тока и напряжения на участках постоянного тока, переменного тока и квазистационарного электрического тока.

Примечание! В электротехнике правило Кирхгофа имеет особое значение, так как оно универсально для решения многих задач теории электрических цепей. Его можно использовать для расчета сложных электрических цепей. С его помощью можно получить систему линейных уравнений для токов или напряжений на всех межузловых ветвях цепей.

Первый закон Кирхгофа

Второе правило Кирхгофа

Второй закон Кирхгофа следует из первого и третьего уравнений Максвелла. Согласно ему алгебраическая сумма напряжений на резистивных элементах замкнутого участка равна сумме ЭДС, входящей в него. При отсутствии ЭДС на участке показатель полного падения напряжения равен нулю. Если еще проще, потенциал меняется при полном шунтировании цепи. Он возвращается к своему первоначальному значению.

Частым случаем для части контура является закон Ома. При составлении уравнений напряжения для цепи необходимо выбрать ее положительный шунт. Для этого необходимо знать, что при выборе обхода индикатор падения напряжения ответвления будет положительным, если направление обхода в ответвлении совпадает с ранее выбранным. Если оно не совпадает, показатель напряжения ветки будет отрицательным.

Важно! Второй закон Кирхгофа можно использовать в линейной или нелинейной линеаризованной цепи при любых изменениях токов и напряжений.

Второй закон Кирхгофа

В результате, чтобы понимать основы физики явлений, электрики, электродинамики и успешно применять знания в процессе жизнедеятельности, необходимо знать производные теоремы, законы, формулы и правила электричества, которые представлены выше. Например, если представить, как выглядит та или иная формула, можно решить любую задачу из учебника по физике или жизни.