330 likes | 830 Views
Siła elektromotoryczna. Aby wytworzyć stały przepływ ładunku, potrzebujemy ‘pompy ładunku’ – urządzenia utrzymującego różnicę potencjałów pomiędzy zaciskami. Urządzenie takie nazywa się źródłem siły elektromotorycznej (źródłem SEM). bateria elektryczna. prądnica. bateria słoneczna.
E N D
Siła elektromotoryczna Aby wytworzyć stały przepływ ładunku, potrzebujemy ‘pompy ładunku’ – urządzenia utrzymującego różnicę potencjałów pomiędzy zaciskami. Urządzenie takie nazywa się źródłem siły elektromotorycznej (źródłem SEM). bateria elektryczna prądnica bateria słoneczna ogniwo paliwowe
Siła elektromotoryczna Źródło SEM wykonuje prace nad ładunkami i wymusza ich ruch z bieguna o mniejszym potencjale do bieguna o większym potencjale. W źródle SEM musi istnieć pewne źródło energii, którego kosztem jest wykonywana praca. Definicja SEM: (praca na jednostkę ładunku). Jednostką SEM jest 1 J/C = 1 V a) obwód elektryczny i b) jego grawitacyjny odpowiednik
Obwody o jednym oczku Drugie prawo Kirchhoffa: Suma zmian potencjałów napotykanych przy pełnym obejściu dowolnego oczka musi być równa zeru. Punkty po drodze: Va – potencjał w punkcie a E – przejście przez baterię od potencjału mniejszego do większego 0 – opór przewodów -IR - przejście przez opornik od potencjału wyższego do potencjału mniejszego Va – potencjał w punkcie a II prawo Kirchhoffa: Va + E – IR - Va = 0 E – IR = 0 Prąd: I = E/R
Opór wewnętrzny W rzeczywistości źródła nie są doskonałe i mają tzw. opór wewnętrzny r. Jest to opór elementów wewnętrznych źródła. Dla takiego obwodu: E - Ir - IR = 0 Prąd: I = E/(R + r)
Oporniki połączone szeregowo Oporniki połączone szeregowo możemy zastąpić równoważnym opornikiem Rrw, w którym płynie prąd o takim samym natężeniu I i takiej samej całkowitej różnicy potencjałów U, jak na rozważanych opornikach. Stosując II prawo Kirchhoffa: E – IR1 – IR2 – IR3 = 0 I = E/(R1 + R2 + R3) W obwodzie z oporem zastępczym Rw E – IRw = 0 Dla takiego obwodu: I = E/Rw Dostajemy: Rrw = R1 + R2 + R3 (n oporników połączonych szeregowo)
Oporniki połączone szeregowo Oporniki połączone szeregowo możemy zastąpić równoważnym opornikiem Rrw, w którym płynie prąd o takim samym natężeniu I i takiej samej całkowitej różnicy potencjałów U, jak na rozważanych opornikach. = Stosując II prawo Kirchhoffa: E – IR1 – IR2 – IR3 = 0 I = E/(R1 + R2 + R3) W obwodzie z oporem zastępczym Rw: I = E/Rw Dostajemy: Rrw = R1 + R2 + R3 (n oporników połączonych szeregowo)
Obwody o wielu oczkach Pierwsze prawo Kirchhoffa: Suma natężeń prądów wpływających do dowolnego węzła musi być równa sumie natężeń prądów wypływających z tego węzła. I1 + I2 = I3 + I4 + I5
Oporniki połączone równolegle Oporniki połączone równolegle możemy zastąpić równoważnym opornikiem Rrw, do którego jest podłączona taka sama różnica potencjałów U i w którym płynie prąd o natężeniu I równym sumie natężeń prądów w opornikach połączonych równolegle. = I1 = U/R1 I2 = U/R2 I3 = U/R3 Stosując I prawo Kirchhoffa w punkcie a: I = I1 + I2 + I3 = U(1/R1 + 1/R2 + 1/R3) W obwodzie z oporem zastępczym Rw: I = U/Rw Dostajemy: 1/Rrw = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3 (n oporników połączonych równolegle)
Amperomierz i woltomierz Amperomierz (A) – przyrząd do pomiaru natężenia prądu. Opór wewnętrzny amperomierza powinien być mały w porównaniu z oporami w obwodzie. W przeciwnym razie obecność miernika zmieni natężenie prądu, które mierzymy. Woltomierz (V) – przyrząd do pomiaru różnicy potencjałów. Opór wewnętrzny woltomierza powinien być duży w porównaniu z oporami w obwodzie. W przeciwnym razie obecność miernika zmieni różnicę potencjałów, którą mierzymy. multimetr cyfrowy
Czy istnieją ładunki magnetyczne? Magnesy trwałe są dipolami magnetycznymi - zawsze posiadają dwa bieguny - północny (N) i południowy (S). Istnienie ładunków, czyli monopoli magnetycznych nie zostało dotychczas potwierdzone. Różnoimienne bieguny magnetyczne przyciągają się, a jednoimienne bieguny magnetyczne się odpychają.
Definicja wektora B Pole E: Indukcja magnetyczna pola B: siła Lorentza Jednostką indukcji magnetycznej B jest tesla (T). 1T = 1N/(Cm/s)
Kierunek siły Lorentza siła Lorentza Kierunek siły Lorentza znajdujemy z ‘reguły prawej dłoni’.
Kierunek siły Lorentza - przykład siła Lorentza Ślady elektronu (e-) i pozytonu (e+) komorze pęcherzykowej umieszczonej w jednorodnym polu magnetycznym.
Linie pola magnetycznego Pole magnetyczne można przedstawić graficznie za pomocą linii sił pola magnetycznego. • w dowolnym punkcie kierunek stycznej do linii pola określa kierunek wektora B • liczba linii sił na jednostkę powierzchni jest proporcjonalna do wartości wektora B
Pola skrzyżowane: zjawisko Halla Sprawdźmy czy nośniki w przewodniku są naładowane dodatnio, czy ujemnie. Rozdzielenie dodatnich i ujemnych ładunków powoduje powstanie wewnątrz paska pola elektrycznego E, skierowanego od lewej do prawej. Odchyla ono elektrony w kierunku przeciwnym niż pole B, aż do osiągnięcia stanu równowagi. Z polem elektrycznym E jest związana różnica potencjałów U = Ed, d –szerokość paska. Za pomocą woltomierza możemy zmierzyć, który brzeg ma większy potencjał. W wyniku obecności pola B, elektrony przemieszczają się w prawo, gromadząc się przy prawym brzegu paska. Nośniki ujemne – lewy brzeg ma większy potencjał Nośniki dodatnie – prawy brzeg ma większy potencjał
Ruch po okręgu w polu B Siła Lorentza F jest prostopadła do v, więc nie może zmieniać wartości prędkości, lecz jedynie jej kierunek. Gdy cząstka wpada w obszar pola z prędkością v prostopadłą do wektora B, porusza się ruchem jednostajnym po okręgu. Wiązka elektronów porusza się po okręgu w wyniku obecności pola magnetycznego. Fioletowe światło jest emitowane wzdłuż drogi elektronów w wyniku zderzeń z atomami gazu w komorze.
Ruch po okręgu w polu B W ruchu jednostajnym po okręgu: Promień toru: Okres obiegu: Częstość: (nie zależy od v)
Tory śrubowe Gdy cząstka wpada w obszar pola z prędkością v, która ma składową równoległą do wektora B, ruch cząstki będzie składał się z ruchu po okręgu w płaszczyźnie prostopadłej do wektora B, i ruchu postępowego w kierunku równoległym do wektora B.
Butelka magnetyczna Przy odpowiednim układzie pola B, cząstka naładowana może się poruszać tam i z powrotem pomiędzy obszarami silnego pola na obydwu końcach. Taki układ pól nazywa butelką magnetyczną. Butelki magnetyczne utrzymują plazmę w temperaturze 120 millionówK.
Pasy radiacyjne Van Allena Ziemskie pole magnetyczne tworzy ponad atmosferą butelkę magnetyczną w kształcie pętli między północnym i południowym biegunem magnetycznym. Są to tzw. pasy radiacyjne Van Allena Uwięzione w nich protony i elektrony odbywają drogę pomiędzy biegunami w ciągu kilku sekund.
Zorza polarna Wysokoenergetyczne protony i elektrony z wiatru słonecznego kierują cząstki z pasów Van Allena w dół do atmosfery. Cząstki zderzają się z atomami i cząstkami gazów powietrza powodując ich świecenie. Zorza polarna widziana z Międzynarodowej Stacji Kosmicznej 24 maja 2010
Przewodnik z prądem w polu magnetycznym Na przewodnik znajdujący się w polu magnetycznym działa siła poprzeczna. Jest to siła Lorentza działająca na poruszające się elektrony przewodnictwa.
Przewodnik z prądem w polu magnetycznym Wszystkie elektrony przewodnictwa znajdujące się w przewodniku o długości L, przejdą przez płaszczyznę xx’ w czasie t = L/vd. Przepływający w tym czasie ładunek jest równy: q = It = IL/vd Siła Lorentza: FB= ILB
Przewodnik z prądem w polu magnetycznym Jeżeli pole magnetyczne nie jest prostopadłe do przewodnika, siła jest określona jako:
Ramka z prądem w polu magnetycznym Na ramkę z prądem znajdującą się w polu magnetycznym działają siły magnetyczne F i –F wytwarzające moment siły, który usiłuje ją obrócić wokół własnej osi.
Ramka z prądem w polu magnetycznym Siła: F = ILBsinq widok z boku, ramka obrócona widok z góry widok z boku
Ramka z prądem w polu magnetycznym M M Siła: F = ILBsinq Moment siły (zdolność siły F do wprawiania ciała w ruch obrotowy): F b/2 b/2 M = 2*(b/2)aIBsinq = IabBsinq F
Ramka z prądem w polu magnetycznym Gdy pojedynczą ramkę zastąpimy cewką składającą się z N zwojów, moment siły działający na cewkę ma wartość: M = NIabBsinq
Silnik elektryczny Praca wykonywana przez silniki elektryczne pochodzi od siły magnetycznej działającej na przewodnik w polu magnetycznym.