Какими характеристиками описывается источник эдс: Источники ЭДС и тока

Содержание

Источники ЭДС и тока

Источниками энергии  в электрической цепи может быть источник тока или источник ЭДС.

Источник ЭДС

Источник ЭДС характеризуется тем, что электродвижущая сила в нем не зависит от тока. Тогда напряжение на его зажимах будет определяться как


В идеальном источнике ЭДС, внутреннее сопротивление rвн =  0, а ЭДС e = const, поэтому напряжение на зажимах не зависит от тока в нагрузке.  Выразив из выражения для напряжения, rвн получим 

В реальном источнике, внутреннее сопротивление хотя и мало, но все же присутствует, поэтому имеется слабая зависимость напряжения от тока, которая изображается графически с помощью внешней характеристики источника ЭДС.

 

На схеме внутреннее сопротивление источника ЭДС выносится за обозначение источника. Причем необходимо указать положительное направление e самого источника.

 

Если условно отнести внутреннее сопротивление источника к сопротивлению нагрузки, то на схеме получим идеальный источник ЭДС.

Источник тока

В источнике тока, ток не зависит от напряжения на нагрузке. Ток источника определяется как 

где gвн это внутренняя проводимость источника тока. В идеальном источнике внутренняя проводимость равна нулю, а J = const. Но в реальном источнике, проводимость хотя и малая, но присутствует, поэтому ток зависит от напряжения на зажимах нагрузки. Как и в случае источника ЭДС, эту зависимость можно представить графически с помощью внешней характеристики источника тока.

На схеме источник тока изображается следующим образом

 

Если внутреннюю проводимость отнести к нагрузке, то на схеме получим идеальный источник тока.

Замена источников ЭДС и тока

Часто при решении задач, требуется заменить источник ЭДС  источником тока, для этого необходимо разделить выражение для источника ЭДС на внутреннее сопротивление источника 

В результате получим 

где J – ток короткого замыкания источника,  i0 – ток протекающий через внутреннее сопротивление, i – ток нагрузки.

Проводимость полученного источника тока будет равна 

Аналогичным образом возможна замена источника тока, источником ЭДС. В этом случае разделим выражение для источника тока на gвн 

Получим 

Сопротивление полученного источника ЭДС равно 

  • Просмотров: 13573
  • Источник ЭДС | Электрикам

    Источник эдс (или идеальный источник напряжения) — это активный элемент с двумя зажимами, напряжение на которых не зависит от тока, проходящего через источник. В таком идеальном источнике отсутствуют пассивные элементы, т.е. у источника нету сопротивления индуктивности и ёмкости.
    В связи отсутствием пассивных элементов при прохождении тока через источник не создается падение напряжения. Упорядоченное перемещение от меньшего потенциала к большему возможно за счёт присущих источнику сторонних сил.  Величина работы затрачиваемой на перемещение единицы положительного заряда от «-» к зажиму «+», называется электро движущей силой (ЭДС) источника и обозначается e(t).

    В соответствии со сказанным выше напряжение на зажимах рассматриваемого источника равно его ЭДС. U(t) = e(t)

    УГО(условно графическое обозначение)

    УГО идеального источника напряжения Рис1. Здесь стрелкой или знаками «+» и «-» указанно направление ЭДС.

     

    Величина тока в пассивной электрической цепи, подключенной к источнику напряжения, зависит от параметров этой цепи и эдс.

    Если зажимы идеального источника напряжения замкнуть, то ток теориотически должен быть бесконечно велик.

    формула i=e/r+R

    где:

    • r — внутреннее сопротивление источника (r=0)
    • R — сопротивление внешне электрической цепи (при коротком замыкании R=0)

    Поэтому этот источник рассматривают как бесконечный источник мощности (Теоретическое понятие). В действительности при замыкании реального источника его ток будет ограничен, так как в реальном источнике (батарейка, генератор…) есть внутреннее сопротивление(L, r).

    Реальный источник напряжения ( или источник конечной мощности ) изображается как идеальный источник с подключенным к нему последовательно пассивным элементом характеризующим внутренние параметры источника и ограничивающие мощность отдаваемую во внешнею электрическую цепь. Обычно внутренние параметры источников незначительны по сравнению с параметрами внешней цепи. Они могут отнесены к последней или вообще не учитываться (если не требуется большая точность).

    Виртуал. практикум (рус) — Стр 3

    б) в точке, лежащей на перпендикуляре к плечу диполя, восстановленному из

     

     

     

     

     

    p

    его середины (

    =

    2 )

    E

    4 0 r 3

     

    Методика и порядок измерений

    В данной лабораторной работе используется компьютерная модель, в которой иллюстрируется принцип суперпозиции электрических полей. В системе из трех точечных зарядов каждые два заряда взаимодействуют между собой по закону Кулона независимо от наличия третьего заряда. Можно изменять величины и знаки всех трех зарядов, а также расстояния между ними. Перемещения зарядов производится с помощью установки курсора на выбранный заряд и нажатием левой клавиши мыши. На дисплее высвечиваются значения сил взаимодействия. Положительным значениям сил взаимодействия соответствует отталкивание заряженных частиц, отрицательным – притяжение.

    Рассмотрите внимательно рисунок и зарисуйте необходимое в конспект:

    ВИРТУАЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

    Страница 21

    Таблица 1. Результаты

    Таблица 2. Значения

     

    измерений (9 столбцов)

    величины заряда q1 /10-8

     

     

     

     

     

     

    Кл (не перерисовывать)

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    r (см)

    20

    30

    . ..

    10

     

    Бригады

     

     

     

     

    =

     

     

     

    0

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    1/r2,

     

     

     

     

     

    1 и 5

    4

    6

    8

    10

    м-2

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    E1,

     

     

     

     

     

    2 и 6

    4

    5

    9

    10

    В/м

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    E2,

     

     

     

     

     

    3 и 7

    -4

    -5

    -7

    -9

    В/м

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    E3,

     

     

     

     

     

    4 и 8

    -4

    -6

    -8

    -10

    В/м

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    E4,

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    В/м

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    Подготовьте таблицу 1, используя образец. Подготовьте также таблицы 3 и 4, аналогичные табл.1, за исключением второй строчки, содержание которой см. в следующем разделе.

    Получите у преподавателя допуск для выполнения измерений.

    Измерения Эксперимент 1. Исследование поля точечного заряда

    Зацепив мышью, перемещайте заряд q1 и зафиксируйте его вблизи левой границы экспериментального поля. Зацепив мышью, перемещайте движок регулятора величины первого заряда и установите величину заряда, указанную в таблице 2 для вашей бригады. Заряд q3 поместите под первым, а его величину установите равной 0. Заряд q2 установите равным 10-8 Кл.

    Перемещайте, нажав левую кнопку мыши, заряд q2 вправо, устанавливая расстояния r12 до первого заряда, указанные в таблице 1. Измеренные в данных точках значения Е1=F12 /q2 занесите в соответствующую строку табл.1. Повторите измерения для трех других значений заряда q1 из табл.2, записывая в табл.1 значения Е2, Е3 и Е4.

    Эксперимент 2. Исследование поля диполя

    Зацепив мышью, перемещайте движок регулятора величины второго заряда диполя (q3 ) и зафиксируйте значение заряда, указанное в таблице 2 для вашей бригады, изменив знак на противоположный. Переместите заряд q3 так, чтобы электрический момент диполя был вертикальным, а плечо диполя (L=r13) было равно 10 см.

    Перемещайте мышью второй заряд по оси диполя, удерживая левую кнопку мыши. На расстояниях r до оси диполя, указанных в таблице 1, измерьте

    ВИРТУАЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

    Страница 22

    и занесите значения Е1=(F12 /q2) (L/r12) в табл.3, аналогичную табл.1 (кроме второй строки, в которой здесь надо записать

    (1/r3)(м -3)). Повторите измерения для трех других значений зарядов q1 (и q3 ) из табл.2, записывая в табл.3 значения Е2, Е3 и Е4.

    Обработка результатов и оформление отчета

    Вычислите и запишите в таблицы 1 и 3 значения для второй строки. Постройте на одном листе графики зависимости напряженности ЭП Е

    точечного заряда от квадрата обратного расстояния (1/r2).

    Постройте на втором листе графики зависимости напряженности ЭП Е на оси диполя от куба обратного расстояния (1/r3).

    По тангенсу угла наклона графиков на каждом из двух листов определите

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    1

     

     

     

    постоянную, используя формулы

     

     

    q1

     

    (

     

    )

     

    для первого чертежа и

    0

     

    r 2

     

     

     

     

     

     

     

     

    4

     

    (E)

     

     

     

     

    1

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    p

     

    (

     

    ) для второго (для больших расстояний r).

     

    0

     

    r 3

     

    4

     

    (E)

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    Вычислите среднее значение электрической постоянной. Запишите ответы и проанализируйте ответ и график.

    Вопросы и задания для самоконтроля

    1.Что такое электрическое поле ЭП?

    2.Назовите источники ЭП.

    3.Перечислите и разъясните основные свойства заряда.

    4.Какая сила действует между зарядами?

    5. Дайте определение линии напряженности ЭП. Зачем их рисуют?

    6.Запишите закон Кулона.

    7.Запишите формулу для напряженности поля точечного заряда.

    8.Сформулируйте принцип суперпозиции для ЭП.

    9.Дайте определение потока ЭП.

    10.Сформулируйте и запишите закон Гаусса для ЭП.

    11.Что такое электрический диполь?

    12.Запишите и разъясните формулу дипольного (электрического) момента.

    13.Сформулируйте и запишите формулу для ЭП на оси диполя.

    14.Что такое магнитный момент витка с током?

    15.Какую форму имеет линия поля, проходящая через центр диполя?

    16.Что такое потенциал ЭП и для чего он используется?

    17.Что такое градиент?

    ВИРТУАЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

    Страница 23

    Лабораторная работа 2.3. Законы постоянного тока

    Ознакомьтесь с теорией в конспекте и учебнике (Савельев И.В., т.2, §§34-

    36).

    Цель работы:

    Знакомство с принципами компьютерного моделирования цепей постоянного электрического тока;

    Изучение законов Ома и Кирхгофа в применении к созданной модели электрической цепи;

    Определение характеристик электрической цепи постоянного тока с помощью основных законов.

    Краткая теория:

    Определение величины (силы) тока I dqdt .

    Закон Ома для участка цепи: величина (сила) тока, текущего по однородному (в смысле отсутствия сторонних сил) металлическому проводнику,

    пропорциональна падению напряжения U на проводнике I R1 U , где R —

    сопротивление проводника.

    Резистором называется устройство, обладающее заданным постоянным сопротивлением.

    Напряжение на резисторе U R IR .

    Закон Ома для неоднородного участка цепи

    I 1 2 12 , где 1 и 2 — потенциалы концов участка 12 –ЭДС, действующая

    R

    на данном участке цепи.

    Закон Ома для замкнутой цепи I , где — суммарная ЭДС, действующая в

    R

    цепи, R — суммарное сопротивление всей цепи.

    Разветвленной цепью называется электрическая цепь, имеющая узлы.

    Узлом называется точка, в которой сходится более чем два проводника. Ток, текущий к узлу, принято считать положительным, а ток, текущий от узла, считается отрицательным.

    Первое правило Кирхгофа: алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю Ik 0 .

    Второе правило Кирхгофа: в каждом из замкнутых контуров, которые можно мысленно выделить в данной разветвленной цепи, алгебраическая сумма падений напряжения равна алгебраической сумме ЭДС

    Ik Rk k .

    При анализе разветвленной цепи следует обозначать с одним индексом ток, протекающий по всем последовательно соединенным элементам от одного узла до другого. Направление каждого тока выбирается произвольно.

    ВИРТУАЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

    Страница 24

    При составлении уравнений второго правила Кирхгофа токам и ЭДС нужно приписывать знаки в соответствии с выбранным (как вам удобно) направлением обхода:

    ток принято считать положительным, если он совпадает с направлением обхода, и отрицательным, если он направлен против этого направления;

    ЭДС считается положительной, если ее действие (создаваемый ею ток) совпадает с направлением обхода.

    Количество уравнений первого правила Кирхгофа должно быть на одно

    меньше количества узлов в данной цепи. Количество независимых уравнений второго правила Кирхгофа должно быть таким, чтобы общее количество уравнений оказалось равным количеству различных токов. Каждый новый контур при этом должен содержать хотя бы один участок цепи, не вошедший в уже рассмотренные контуры.

    Методика и порядок измерений

    В данной лабораторной работе исследуется модель простейшей разветвленной электрической цепи, состоящей из трех источников ЭДС, подключенных параллельно к одному резистору (нагрузке).

    Внимательно рассмотрите рисунок, найдите все регуляторы и другие основные элементы и зарисуйте их в конспект.

    Нарисуйте в конспекте эквивалентную схему цепи, расположив источники один под другим и учитывая наличие внутреннего сопротивления у каждого источника. Укажите знаки ЭДС, направления токов в каждом участке и направления обхода каждого замкнутого контура. Составьте систему уравнений для нахождения токов в каждом участке.

    Получите у преподавателя допуск для выполнения измерений.

    Измерения:

    1. Соберите на экране заданную эквивалентную цепь. Для этого сначала щелкните левой кнопкой мыши над кнопкой ЭДС в нижней части экрана. Переместите курсор мыши на рабочую часть экрана, где расположены точки. Ориентируйтесь на рисунок схемы в описании к данной ЛР. Щелкните левой

    ВИРТУАЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

    Страница 25

    кнопкой мыши в рабочей части экрана, где будет расположен первый источник ЭДС Переместите курсор мыши вниз на одну клетку и снова щелкните левой кнопкой под тем местом, где расположился первый источник. Там появится второй источник ЭДС Аналогично разместите и третий источник.

    2.Разместите далее последовательно с каждым источником резистор, изображающий его внутреннее сопротивление (нажав предварительно кнопку R

    внижней части экрана) и амперметр (кнопка А там же). Затем расположите резистор нагрузки и последовательно соединенный с ним амперметр. Под нагрузкой расположите вольтметр, измеряющий напряжение на нагрузке.

    3.Подключите соединительные провода. Для этого нажмите кнопку провода внизу экрана, после чего переместите курсор мыши в рабочую зону схемы. Щелкните левой кнопкой мыши в точке, где проходит провод.

    4.Установите значения параметров для каждого элемента. Для этого щелкните левой кнопкой мыши на кнопке со стрелкой. Затем щелкните на данном элементе. Подведите курсор мыши к движку появившегося регулятора, нажмите на левую кнопку мыши и, удерживая ее в нажатом состоянии, меняйте величину параметра и установите числовое значение, равное взятому из таблицы 1 для вашей бригады.

    5.Установите сопротивления резистора нагрузки R = 1 Ом. Измерьте значения всех токов и напряжения на нагрузке (щелкнув мышью по кнопке «Рассчитать») и запишите их в таблицу 2. Меняя сопротивление R, повторите измерения параметров и заполните таблицу 2.

    Таблица 1. Значения ЭДС и внутреннего сопротивления источников (не перерисовывать)

    Бригада

    1

    2

    3

    4

    5

    6

     

    7

    8

    1, 2, 3

    3,7,

    4,-

    3,6,-

    6,-

    5,8,

     

    8,-

    [В]

    -2

    3,-8

    4

    2,-8

    6,5,

    -4

     

    4,6,

    4,6

     

     

     

     

     

    8

     

     

    -7

     

    R1,R2,R3

    2,1,

    1,3,

    2,1,

    1,1,

    2,1,

    1,2,

     

    1,1,

    1,3,

    [Ом]

    1

    1

    2

    2

    1

    1

     

    2

    1

    Таблица 2.

     

     

     

    Таблица 3.

     

    Результаты измерений

     

    Результаты

     

     

     

     

     

     

    расчета

     

     

    ВИРТУАЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

    Страница 26

    R[О

    I1

    I2

    I3

    I

    U

     

    I1

    I2

    I3

    I

    м]

    [A

    [A]

     

     

     

    [A]

    [A]

    [A]

    [A]

     

    ]

     

    [A

    [A

    ]

     

     

     

     

     

     

     

     

    ]

    ]

     

     

     

     

     

     

    1

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    2

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    3

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    4

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    5

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    6

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    7

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    Обработка результатов и оформление отчета:

    Запишите для вашей цепи решение системы уравнений для всех токов в общем виде.

    Рассчитайте значения всех токов для каждого сопротивления нагрузки и запишите в таблицу 3.

    Постройте график экспериментальной зависимости падения напряжения на

    нагрузке U от тока I через нее.

    Сформулируйте выводы по графику.

    Вопросы и задания для самоконтроля

    1.Что такое электрический ток?

    2.Дайте определение величины (силы) тока.

    3.Дайте определение разности потенциалов (напряжения).

    4.Напишите формулу, связывающую приращение потенциалов и напряжение.

    5.Что такое резистор?

    6.Напишите формулу для сопротивления последовательно соединенных резисторов.

    7.Напишите формулу для сопротивления параллельно соединенных резисторов.

    8.Напишите закон Ома для участка цепи. Сравните его с законом Ома в дифференциальной форме.

    9.Какой участок цепи называется неоднородным?

    10.Запишите закон Ома для неоднородного участка цепи.

    11.Какими характеристиками описывается источник ЭДС?

    12.Сформулируйте первый закон Кирхгофа. Какое свойство заряда он отражает? 13.Запишите формулу для первого закона Кирхгофа.

    14.Сформулируйте второй закон Кирхгофа.

    15.Запишите формулу для второго закона Кирхгофа.

    16.Что такое узел электрической цепи?

    17.Что такое полная электрическая цепь?

    ВИРТУАЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

    Страница 27

    Лабораторная работа 2.4.

    ЭДС и внутреннее сопротивление источников постоянного тока. Закон Ома для полной цепи.

    Цель работы:

    Определение внутреннего сопротивления источника тока и его ЭДС.

    Краткая теория.

    Электрический ток в проводниках вызывают так называемые источники постоянного тока. В таком устройстве на заряды должны действовать силы, отличные от кулоновских. Одни лишь электростатические (кулоновские) силы не могут поддерживать постоянный ток в цепи.

    Любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением электростатических (кулоновских) сил, называются сторонними силами. Отношение работы сторонних сил Aстор по перемещению заряда вдоль контура к этому заряду называется электродвижущей силой источника:

    ЭДС измеряется в тех же единицах, что и напряжение, то есть в вольтах.

    Работа – это мера преобразования энергии из одного вида в другой. Следовательно, в источнике сторонняя энергия преобразуется в энергию электрического поля.

    При движении заряда на внешнем участке цепи преобразуется энергия стационарного поля, созданного и поддерживаемого источником:

    W1 = Uвн · q

    (3)

     

    А на внутреннем участке:

     

     

    W2 = U· q

    (4)

     

    По закону сохранения энергии:

     

     

    W = W1 + W2 Или ε ·q = Uвн · q + U· q

    (5)

    Сократив на q, получим:

     

     

    ε = Uвн + U

    (6)

     

    То есть, электродвижущая сила равна сумме напряжений на внешнем и внутреннем участке цепи.

    При разомкнутой цепи Uвн = 0, то ЭДС

    равна напряжению на зажимах

    источника.

     

    ε = U

    (7)

    28

     

    Подставив в равенство (6) выражения для Uвн и по закону Ома для однородного участка цепи

    Uвн = J· R ; U = J· r

    Получим:

     

    ε = J· R + J· r = J(R + r )

    (8)

    Отсюда:

     

    J = ε / R + r

    (9)

    Таким образом, сила тока в цепи равна отношению ЭДС источника к сумме сопротивлений внешнего R и внутреннего участка цепи r. Это закон Ома для полной или замкнутой цепи.

    Рис 1.

    Пусть известны значения сил токов J1 и J2 и падений напряжений на реостате для различных R ( см. рис.1 ).

    Для ЭДС можно записать:

    ε = J1(R1+ r ) и ε = J2(R2+ r )

    (10)

    Приравнивая правые части этих двух равенств, получим:

    J1(R1+ r ) = J2(R2+ r )

    Или

    J1R1+ J1r = J2R2+ J2r

    J1r — J2r = J2R2 — J1R1

    Так как J1R1 = U1 и J2R2 = U2, то можно последнее равенство записать так:

    (J1 — J2) r = U2 — U1

     

    Откуда

     

    r = U2 — U1 / J1- J2

    11)

    порядок выполнения работы

     

     

     

     

     

    ВИРТУАЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

    Страница 29

    Таблица 1. Значения величины сопротивления реостата R (oм) (не перерисовывать)

    Бригады

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

     

    1 и 5

    0. 5

    и 1

    1.5

    и 2

    2.5 и

    3.5

    и 4

    4.5

    и 5

     

     

     

     

     

    3

     

     

     

     

     

    2 и 6

    0.7

    и

    0.9

    и

    1.1 и

    1.3

    и

    1.5

    и

     

    1.2

     

    1.4

     

    1.6

    1.9

     

    2.1

     

    3 и 7

    2 и 3

    4 и 5

    6 и 7

    6.5

    и

    8

    и 8. 5

     

     

     

     

     

     

    7.5

     

     

     

     

    4 и 8

    1 и 3

    2 и 4

    2.5 и

    3 и 5

    4

    и 6

     

     

     

     

     

    3.5

     

     

     

     

     

    Таблица 2. Результаты измерений

    R,Ом 1 2 1 2 1 2 1 2 1 2

    U,B

    J, A

    R,Ом

    Подготовьте таблицу 2, используя образец.

    Получите у преподавателя допуск для выполнения измерений.

    1.Соберите цепь по схеме, изображенной на рисунке 1. Установите сопротивление реостата по данным для вашей бригады по таблице 1. ЭДС батарейки 1,5 В, внутреннее сопротивление 3 Ом.

    2.Измерьте силу тока и напряжение на реостате нажатием кнопки “рассчитать”. Запишите показания приборов.

    3.Измените сопротивление реостата и запишите другие значения силы тока и напряжения.

    4.Повторите измерения силы тока и напряжения для 10 различных значений сопротивления реостата и запишите полученные значения в таблицу 2.

    5.Рассчитайте внутреннее сопротивление по формуле (11)

    Вопросы и задания для самоконтроля

    1.Какие силы называются сторонними? Какова их природа?

    2.Что такое ЭДС источника тока?

    3.Чему равна ЭДС источника при разомкнутой внешней цепи?

    4.Сформулируйте закон Ома для полной цепи .

    5.Чем обусловлено внутреннее сопротивление источника тока?

    6.Чему равно полное сопротивление замкнутой цепи?

    7.Чем определяется сила тока короткого замыкания батарейки?

    ВИРТУАЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

    Страница 30

    Цепи постоянного тока — Физика

    ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ (СИЛЫ) ТОКА .

    ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ: величина (сила) тока, текущего по однородному (в смысле отсутствия сторонних сил) металлическому проводнику, пропорциональна падению напряжения U на проводнике , где R — сопротивление проводника.

    РЕЗИСТОРОМ называется устройство, обладающее заданным постоянным сопротивлением.

    НАПРЯЖЕНИЕ НА РЕЗИСТОРЕ .

    ЗАКОН ОМА ДЛЯ НЕОДНОРОДНОГО УЧАСТКА ЦЕПИ

    , где j1 и j2 — потенциалы концов участка Е12 — э.д.с., действующая на данном участке цепи.

    ЗАКОН ОМА ДЛЯ ЗАМКНУТОЙ ЦЕПИ , где Е — суммарная э.д.с., действующая в цепи, R — суммарное сопротивление всей цепи.

    РАЗВЕТВЛЕННОЙ ЦЕПЬЮ называется электрическая цепь, имеющая узлы.

    УЗЛОМ называется точка, в которой сходится более чем два проводника. Ток, текущий к узлу, принято считать положительным, а ток, текущий от узла, считается отрицательным.

    ПЕРВОЕ ПРАВИЛО КИРХГОФА: алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю = 0.

    ВТОРОЕ ПРАВИЛО КИРХГОФА: в каждом из замкнутых контуров, которые можно мысленно выделить в данной разветвленной цепи, алгебраическая сумма падений напряжения равна алгебраической сумме э.д.с.

    .

    При анализе разветвленной цепи следует обозначать с одним индексом ток, протекающий по всем последовательно соединенным элементам от одного узла до другого. Направление каждого тока выбирается произвольно.

    При составлении уравнений второго правила Кирхгофа токам и э.д.с. нужно приписывать знаки в соответствии с выбранным (как вам удобно) НАПРАВЛЕНИЕМ ОБХОДА:

    • ток принято считать положительным, если он совпадает с направлением обхода, и отрицательным, если он направлен против этого направления;
    • э.д.с. считается положительной, если ее действие (создаваемый ею ток) совпадает с направлением обхода.

    КОЛИЧЕСТВО УРАВНЕНИЙ первого правила Кирхгофа должно быть на одно меньше количества узлов в данной цепи. Количество независимых уравнений второго правила Кирхгофа должно быть таким, чтобы общее количество уравнений оказалось равным количеству различных токов. Каждый новый контур при этом должен содержать хотя бы один участок цепи, не вошедший в уже рассмотренные контуры.

    МЕТОДИКА и ПОРЯДОК ИЗМЕРЕНИЙ

    В данной лабораторной работе исследуется модель простейшей разветвленной электрической цепи, состоящей из трех источников э.д.с., подключенных параллельно к одному резистору (нагрузке).

    Закройте окно теории. Внимательно рассмотрите рисунок, найдите все регуляторы и другие основные элементы и зарисуйте их в конспект.

    Нарисуйте в конспекте эквивалентную схему цепи, расположив источники один под другим и учитывая наличие внутреннего сопротивления у каждого источника. Укажите знаки э.д.с., направления токов в каждом участке и направления обхода каждого замкнутого контура. Составьте систему уравнений для нахождения токов в каждом участке.

    ИЗМЕРЕНИЯ

    Соберите на экране заданную эквивалентную цепь. Для этого сначала щелкните левой кнопкой мыши над кнопкой э.д.с. в нижней части экрана. Переместите маркер мыши на рабочую часть экрана, где расположены точки. Ориентируйтесь на рисунок схемы в описании к данной ЛР. Щелкните левой кнопкой мыши в рабочей части экрана, где будет расположен первый источник э.д.с. Переместите маркер мыши вниз на одну клетку и снова щелкните левой кнопкой под тем местом, где расположился первый источник. Там появится второй источник э.д.с. Аналогично разместите и третий источник.

    Разместите далее последовательно с каждым источником резистор, изображающий его внутреннее сопротивление (нажав предварительно кнопку R в нижней части экрана) и амперметр (кнопка А там же). Затем расположите резистор нагрузки и последовательно соединенный с ним амперметр. Под нагрузкой расположите вольтметр, измеряющий напряжение на нагрузке.

    Подключите соединительные провода. Для этого нажмите кнопку провода внизу экрана, после чего переместите маркер мыши в рабочую зону схемы. Щелкните левой кнопкой мыши в точке, где проходит провод.

    Установите значения параметров для каждого элемента. Для этого щелкните левой кнопкой мыши на кнопке со стрелкой. Затем щелкните на данном элементе. Подведите маркер мыши к движку появившегося регулятора, нажмите на левую кнопку мыши и, удерживая ее в нажатом состоянии, меняйте величину параметра и установите числовое значение, равное взятому из таблицы 1 для вашего варианта.

    Установите сопротивления резистора нагрузки R = 1 Ом. Измерьте значения всех токов и напряжения на нагрузке (щелкнув мышью по кнопке «Счет») и запишите их в таблицу 2. Меняя сопротивление R, повторите измерения параметров и заполните таблицу 2.

    Таблица 1. Значения э.д.с. и внутреннего сопротивления источников (не перерисовывать)




    Вариат

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    Е123 [В]

    3,7,-2

    4,-3,-8

    3,6,-4

    6,-2,-8

    -6,5,8

    5,8,-4

    -4,6,-7

    8,-4,6

    R1,R2,R3 [Ом]

    2,1,1

    1,3,1

    2,1,2

    1,1,2

    2,1,1

    1,2,1

    1,1,2

    1,3,1



    Таблица 2. Результаты измерений

    Таблица 3. Результаты расчета

    R[Ом]

    I1 [A]

    I2 [A]

    I3 [A]

    I [A]

    U [В]

    I1 [A]

    I2 [A]

    I3 [A]

    I [A]

    1


    2


    3


    4


    5


    6




    ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

    Запишите для вашей цепи решение системы уравнений для всех токов в общем виде.

    Рассчитайте значения всех токов для каждого сопротивления нагрузки и запишите в таблицу 3.

    Постройте график экспериментальной зависимости падения напряжения на нагрузке U от тока I через нее.

    Сформулируйте выводы по графику.

    Вопросы и задания для самоконтроля

    1. Что такое электрический ток?
    2. Дайте определение величины (силы) тока.
    3. Дайте определение разности потенциалов (напряжения).
    4. Напишите формулу, связывающую приращение потенциалов и напряжение.
    5. Что такое резистор?
    6. Напишите формулу для сопротивления последовательно соединенных резисторов.
    7. Напишите формулу для сопротивления параллельно соединенных резисторов.
    8. Напишите закон Ома для участка цепи. Сравните его с законом Ома в дифференциальной (локальной) форме.
    9. Какой участок цепи называется неоднородным?
    10. Запишите закон Ома для неоднородного участка цепи.
    11. Какими характеристиками описывается источник ЭДС?
    12. Сформулируйте первый закон Кирхгофа. Какое свойство заряда он отражает?
    13. Запишите формулу для первого закона Кирхгофа.
    14. Сформулируйте второй закон Кирхгофа.
    15. Запишите формулу для второго закона Кирхгофа.
    16. Что такое узел электрической цепи?
    17. Что такое полная электрическая цепь?

    Тема 2. Законы постоянного тока. (4 ч.)

    Сила и плотность тока. Сторонние силы. Электродвижущая сила. Законы Ома. Закон Ома в дифференциальной форме. Разветвленные электрические цепи. Правила Кирхгофа. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца.

    Вопросы для самопроверки:

    1. Что такое электрический ток?

    2. Дайте определение величины (силы) тока.

    3. Дайте определение разности потенциалов (напряжения).

    4. Дайте определение электродвижущей силы.

    5. Напишите закон Ома для участка цепи. Сравните его с законом Ома в дифференциальной (локальной) форме.

    6. Напишите формулу для сопротивления последовательно соединенных резисторов.

    7. Напишите формулу для сопротивления параллельно соединенных резисторов.

    8. Как зависит сопротивление проводника от его геометрических размеров.

    9. Запишите формулу зависимости проводника от температуры.

    10. Запишите закон Ома для полной цепи.

    11. Какой участок цепи называется неоднородным?

    12. Запишите закон Ома для неоднородного участка цепи.

    13. Какими характеристиками описывается источник ЭДС?

    14. Сформулируйте и запишите правило узлов Кирхгофа.

    15. Сформулируйте и запишите правило контуров Кирхгофа

     

    Задачи для решения в аудитории:

    1. Обмотка катушки из медной проволоки при температуре 140С имеет сопротивление 10Ом. После пропускания тока сопротивление обмотки стало 12,2Ом. До какой температуры нагрелась обмотка? Температурный коэффициент сопротивления меди 4,15×10-30С-1.

    2. Элемент, амперметр и некоторое сопротивление включены последовательно. Сопротивление сделано из медной проволоки длиной 100м и поперечным сечением 2мм2, сопротивление амперметра 0,05Ом; амперметр показывает 1,43А. Если же взять сопротивление из алюминиевой проволоки длиной 57,3м и сечением 1мм2, то амперметр покажет 1А. Найти Э.Д.С. элемента и его внутреннее сопротивление.

    3. Сила тока в проводнике меняется со временем по уравнению I=4+2t. Какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за время от 2 до 6 секунд? При какой силе постоянного тока за это же время проходит такой же заряд?


    4. Определить плотность тока в железном проводнике длиной 10м, если провод находится под напряжением 6В.

    5. Намотка в электрической кастрюле состоит из двух одинаковых секций. сопротивление каждой секции 20Ом. Через сколько времени закипит 2,2л воды если: 1)включена одна секция; 2)обе секции включены последовательно; 3)обе секции включены параллельно? Начальная температура воды 16ºС, напряжение в сети 110В, к. п.д. нагревателя 85%.

    6. Электрический чайник с 1200см3 воды при 9ºС, сопротивление обмотки которого 16Ом, забыли выключить. Через сколько времени после включения вся вода в чайнике выкипит? Напряжение в сети 220В, к.п.д. чайника 60%.

    7.
    Две батареи аккумуляторов (ε1=10В, r1=1Ом; ε2=8В, r2=2Ом) и реостат (R=6 Ом) соединены, как показано на рисунке 6. Найти силу тока в батареях и реостате.

    8. Два источника тока (ε1=8В, r1=2Ом; ε2=6В, r2=1,5Ом) и реостат (R=10Ом) соединены, как показано на рисунке 7. Вычислить силу тока I, текущего через реостат.

    9.

     
     

    Определить силу тока I3 в резисторе сопротивлением R3 (рис.8) и напряжение U3 на концах резистора, если ε1=4В, ε2=3В, R1=2Ом, R2=6Ом, R3=1Ом. Внутренними сопротивле­ниями источников тока пренебречь.

    10. Три батареи с ЭДС ε1=12В, ε2=5В и ε3=10В и одина­ковыми внутренними сопротивлениями r, равными 1Ом, соединены между собой одноименными полюсами. Сопротивление соединитель­ных проводов ничтожно мало. Определить силы токов I, идущих че­рез каждую батарею.

    11. К батарее аккумуляторов, ЭДС ε которой равна 2В и внутреннее сопротивление r=0,5Ом, присоединен проводник. Определить: 1) сопротивление Rпроводника, при котором мощность, выделяемая в нем, максимальна; 2) мощность Р, которая при этом выделяется в проводнике.

     

    Домашнее задание:

    1. Сила тока в проводнике равномерно нарастает от 0 до 3А в течение 10 секунд. Определить заряд, прошедший в проводнике.

    2. Сколько витков нихромовой проволоки диаметром 1мм надо навить на фарфоровый цилиндр радиусом 2,5см, чтобы получить печь сопротивлением 40Ом?

    3. Сколько надо заплатить за пользование электрической энергией в месяц, если ежедневно по 6 часов горят 2 лампочки, потребляющие при 120В ток 0,5А? Кроме того ежедневно кипятится 3л воды с начальной температурой 10ºС ( к. п.д. нагревателя 80%). Стоимость 1кВтч энергии принять равной 4коп.

    4. Электрический чайник имеет две обмотки При включении одной из них вода закипает через 15мин, при включении другой через 30мин. Через сколько времени закипит вода, если включить обе обмотки: 1) последовательно; 2) параллельно.

    5. Два цилиндрических проводника, один из меди, другой из алюминия, имеют одинаковую длину и одинаковое сопротивление. Во сколько раз медный провод тяжелее алюминиевого?



    6. Для нагревания 4,5л воды от 23ºС до кипения нагреватель потребляет 0,5кВтч электрической энергии. Чему равен к.п.д. нагревателя?

    7. Найти количество теплоты, выделяющееся ежесекундно в единице объема медного провода при плотности тока 30А/см2

    8.

     
     

    Три источника тока с ЭДC ε1=11В, ε2=4В и ε3=6В и три реостата с сопротивлениями R1=5Ом, R2=10Ом и R3=2Ом соединены, как показано на рисунке 9. Определить силы токов I в реостатах. Внутреннее сопротивление источника тока пренебрежимо мало.

     

    9.

     
     

    Тpи сопротивления Rl=5Ом, R2=1Ом и R3=3Ом, а так­же источник тока с ЭДС ε1=1,4В соединены, как показано на рисунке 10. Определить ЭДС ε источника тока, который надо подключить в цепь между точками А и В, чтобы в сопротивлении R3 шел ток силой I = 1А в направлении, указанном стрелкой. Сопротивлением источника тока пренебречь.

    10. Зашунтированный амперметр измеряет токи силой до I=10А. Какую наибольшую силу тока может измерить этот амперметр без шунта, если сопротивление RА амперметра равно 0,02Ом и сопротивление Rш шунта равно 5мОм?

    Нелинейные цепи постоянного тока. Графические методы расчета (Лекция №30)

    Нелинейными называются цепи, в состав которых входит хотя бы один нелинейный
    элемент.

    Нелинейными называются элементы, параметры которых зависят от величины и (или)
    направления связанных с этими элементами переменных (напряжения, тока, магнитного
    потока, заряда, температуры, светового потока и др.). Нелинейные элементы описываются
    нелинейными характеристиками, которые не имеют строгого аналитического выражения,
    определяются экспериментально и задаются таблично или графиками.

    Нелинейные элементы можно разделить на двух – и многополюсные. Последние
    содержат три (различные полупроводниковые и электронные триоды) и более (магнитные
    усилители, многообмоточные трансформаторы, тетроды, пентоды и др.) полюсов,
    с помощью которых они подсоединяются к электрической цепи. Характерной особенностью
    многополюсных элементов является то, что в общем случае их свойства определяются
    семейством характеристик, представляющих зависимости выходных характеристик
    от входных переменных и наоборот: входные характеристики строят для ряда фиксированных
    значений одного из выходных параметров, выходные – для ряда фиксированных значений
    одного из входных.

    По другому признаку классификации нелинейные элементы можно разделить на инерционные
    и безынерционные. Инерционными называются элементы, характеристики
    которых зависят от скорости изменения переменных. Для таких элементов статические
    характеристики,
    определяющие зависимость между действующими значениями переменных,
    отличаются от динамических характеристик, устанавливающих взаимосвязь
    между мгновенными значениями переменных. Безынерционными называются элементы,
    характеристики которых не зависят от скорости изменения переменных. Для таких
    элементов статические и динамические характеристики совпадают.

    Понятия инерционных и безынерционных элементов относительны: элемент может
    рассматриваться как безынерционный в допустимом (ограниченном сверху) диапазоне
    частот, при выходе за пределы которого он переходит в разряд инерционных.

    В зависимости от вида характеристик различают нелинейные элементы с симметричными
    и несимметричными характеристиками. Симметричной называется характеристика,
    не зависящая от направления определяющих ее величин, т.е. имеющая симметрию
    относительно начала системы координат: . Для несимметричной характеристики
    это условие не выполняется, т.е. . Наличие у нелинейного элемента
    симметричной характеристики позволяет в целом ряде случаев упростить анализ
    схемы, осуществляя его в пределах одного квадранта.

    По типу характеристики можно также разделить все нелинейные элементы на элементы
    с однозначной и неоднозначной характеристиками. Однозначной называется
    характеристика , у которой каждому значению х
    соответствует единственное значение y и наоборот. В случае неоднозначной характеристики
    каким-то значениям х может соответствовать два или более значения y или наоборот.
    У нелинейных резисторов неоднозначность характеристики обычно связана с наличием
    падающего участка, для которого , а у нелинейных индуктивных и
    емкостных элементов – с гистерезисом.

    Наконец, все нелинейные элементы можно разделить на управляемые и неуправляемые.
    В отличие от неуправляемых управляемые нелинейные элементы (обычно трех-
    и многополюсники) содержат управляющие каналы, изменяя напряжение, ток, световой
    поток и др. в которых, изменяют их основные характеристики: вольт-амперную,
    вебер-амперную или кулон-вольтную.

    Нелинейные электрические цепи постоянного тока

    Нелинейные свойства таких цепей определяет наличие в них нелинейных резисторов.

    В связи с отсутствием у нелинейных резисторов прямой пропорциональности между
    напряжением и током их нельзя охарактеризовать одним параметром (одним значением
    ). Соотношение между этими величинами
    в общем случае зависит не только от их мгновенных значений, но и от производных
    и интегралов по времени.

    Параметры нелинейных резисторов

    В зависимости от условий работы нелинейного резистора и характера задачи различают
    статическое, дифференциальное и динамическое сопротивления.

    Если нелинейный элемент является безынерционным, то он характеризуется первыми
    двумя из перечисленных параметров.

    Статическое сопротивление
    равно отношению напряжения на резистивном элементе к протекающему через
    него току. В частности для точки 1 ВАХ на рис. 1

    .

    Под дифференциальным сопротивлением понимается отношение бесконечно
    малого приращения напряжения к соответствующему приращению тока

    .

    Следует отметить, что у неуправляемого нелинейного резистора всегда, а может принимать и отрицательные
    значения (участок 2-3 ВАХ на рис. 1).

    В случае инерционного нелинейного резистора вводится понятие динамического
    сопротивления

    ,

    определяемого по динамической ВАХ. В зависимости от скорости изменения переменной,
    например тока, может меняться не только величина, но и знак .

    Методы расчета нелинейных электрических цепей постоянного
    тока

    Электрическое состояние нелинейных цепей описывается на основании законов Кирхгофа,
    которые имеют общий характер. При этом следует помнить, что для нелинейных
    цепей принцип наложения неприменим.
    В этой связи методы расчета, разработанные
    для линейных схем на основе законов Кирхгофа и принципа наложения, в общем случае
    не распространяются на нелинейные цепи.

    Общих методов расчета нелинейных цепей не существует. Известные приемы и способы
    имеют различные возможности и области применения. В общем случае при анализе
    нелинейной цепи описывающая ее система нелинейных уравнений может быть решена
    следующими методами:

    • графическими;
    • аналитическими;
    • графо-аналитическими;
    • итерационными.

    Графические методы расчета

    При использовании этих методов задача решается путем графических построений
    на плоскости. При этом характеристики всех ветвей цепи следует записать в функции
    одного общего аргумента. Благодаря этому система уравнений сводится к одному
    нелинейному уравнению с одним неизвестным. Формально при расчете различают цепи
    с последовательным, параллельным и смешанным соединениями.

    а) Цепи с последовательным соединением резистивных элементов.

    При последовательном соединении нелинейных резисторов в качестве общего аргумента
    принимается ток, протекающий через последовательно соединенные элементы. Расчет
    проводится в следующей последовательности. По заданным ВАХ отдельных резисторов в системе
    декартовых координат строится результирующая зависимость
    . Затем на оси напряжений откладывается
    точка, соответствующая в выбранном масштабе заданной величине напряжения на
    входе цепи, из которой восстанавливается перпендикуляр до пересечения с зависимостью
    . Из точки пересечения перпендикуляра
    с кривой опускается ортогональ на ось
    токов – полученная точка соответствует искомому току в цепи, по найденному значению
    которого с использованием зависимостей определяются напряжения на отдельных резистивных элементах.

    Применение указанной методики иллюстрируют графические построения на рис. 2,б,
    соответствующие цепи на рис. 2,а.

    Графическое решение для последовательной
    нелинейной цепи с двумя резистивными элементами может быть проведено и другим
    методом – методом пересечений. В этом случае один из нелинейных резисторов,
    например, с ВАХ на рис.2,а, считается внутренним
    сопротивлением источника с ЭДС Е, а другой – нагрузкой. Тогда на основании соотношения
    точка а (см. рис. 3) пересечения
    кривых и определяет режим работы цепи.
    Кривая строится путем вычитания абсцисс
    ВАХ из ЭДС Е для различных значений
    тока.

    Использование данного метода наиболее рационально при последовательном соединении
    линейного и нелинейного резисторов. В этом случае линейный резистор принимается
    за внутреннее сопротивление источника, и линейная ВАХ последнего строится по
    двум точкам.

    б) Цепи с параллельным соединением резистивных элементов.

    При параллельном соединении нелинейных резисторов в качестве общего аргумента
    принимается напряжение, приложенное к параллельно соединенным элементам. Расчет
    проводится в следующей последовательности. По заданным ВАХ отдельных резисторов в системе
    декартовых координат строится результирующая зависимость
    . Затем на оси токов откладывается
    точка, соответствующая в выбранном масштабе заданной величине тока источника
    на входе цепи (при наличии на входе цепи источника напряжения задача решается
    сразу путем восстановления перпендикуляра из точки, соответствующей заданному
    напряжению источника, до пересечения с ВАХ ), из которой восстанавливается
    перпендикуляр до пересечения с зависимостью . Из точки пересечения перпендикуляра
    с кривой опускается ортогональ на ось
    напряжений – полученная точка соответствует напряжению на нелинейных резисторах,
    по найденному значению которого с использованием зависимостей определяются токи в ветвях с отдельными резистивными
    элементами.

    Использование данной методики иллюстрируют графические построения на рис. 4,б,
    соответствующие цепи на рис. 4,а.

    в) Цепи с последовательно-параллельным (смешанным) соединением резистивных
    элементов.

    1. Расчет таких цепей производится в следующей последовательности:

    Исходная схема сводится к цепи с последовательным соединением резисторов, для
    чего строится результирующая ВАХ параллельно соединенных элементов, как это
    показано в пункте б).

    2. Проводится расчет полученной схемы с последовательным соединением резистивных
    элементов (см. пункт а), на основании которого затем определяются токи в исходных
    параллельных ветвях.

    Метод двух узлов

    Для цепей, содержащих два узла или сводящихся к таковым, можно применять метод
    двух узлов. При полностью графическом способе реализации метода он заключается
    в следующем:

    Строятся графики зависимостей токов во всех i-х ветвях в функции
    общей величины – напряжения между узлами m и n, для чего
    каждая из исходных кривых смещается вдоль оси напряжений
    параллельно самой себе, чтобы ее начало находилось в точке, соответствующей
    ЭДС в i-й ветви, а затем зеркально
    отражается относительно перпендикуляра, восстановленного в этой точке.

    Определяется, в какой точке графически реализуется первый закон Кирхгофа . Соответствующие данной точке
    токи являются решением задачи.

    Метод двух узлов может быть
    реализован и в другом варианте, отличающемся от изложенного выше меньшим числом
    графических построений.

    В качестве примера рассмотрим цепь на рис. 5. Для нее выражаем напряжения на
    резистивных элементах в функции :



    ; (1)


    ; (2)


    . (3)

    Далее задаемся током, протекающим через один из резисторов, например во второй
    ветви , и рассчитываем , а затем по с использованием (1) и (3) находим
    и и по зависимостям и — соответствующие им токи и и т. д. Результаты вычислений
    сводим в табл. 1, в последней колонке которой определяем сумму токов

    .

    Таблица 1. Таблица результатов расчета методом двух узлов

    Алгебраическая сумма токов в соответствии с первым законом Кирхгофа должна
    равнять нулю, поэтому получающаяся в последней колонке табл. 1 величина указывает, каким значением следует задаваться на следующем
    шаге.

    В осях строим кривую зависимости и по точке ее пересечения с осью
    напряжений определяем напряжение между точками m и n. Для найденного
    значения по (1)…(3) рассчитываем напряжения
    на резисторах, после чего по заданным зависимостям определяем токи в ветвях схемы.

    Литература

    1. Основы теории цепей: Учеб. для вузов /Г.В.Зевеке, П.А.Ионкин, А.В.Нетушил,
      С.В.Страхов. –5-е изд., перераб. –М.: Энергоатомиздат, 1989. -528с.
    2. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические
      цепи. Учеб. для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных
      специальностей вузов. –7-е изд., перераб. и доп. –М.: Высш. шк., 1978. –528с.
    3. Теоретические основы электротехники. Учеб. для вузов. В трех т. Под
      общ. ред. К.М.Поливанова. Т.2. Жуховицкий Б.Я., Негневицкий И.Б. Линейные
      электрические цепи (продолжение). Нелинейные цепи. –М.: Энергия- 1972. –200с.

    Контрольные вопросы и задачи

    1. Почему метод наложения неприменим к нелинейным цепям?
    2. Какие параметры характеризуют нелинейный резистор?
    3. Почему статическое сопротивление всегда больше нуля, а дифференциальное
      и динамическое могут иметь любой знак?
    4. Какие методы используют для анализа нелинейных резистивных цепей постоянного
      тока?
    5. Какая последовательность расчета графическим методом нелинейной цепи с последовательным
      соединением резисторов?
    6. Какая последовательность расчета графическим методом нелинейной цепи с параллельным
      соединением резисторов?
    7. Какой алгоритм анализа цепи со смешанным соединением нелинейных резисторов?
    8. В чем сущность метода двух узлов?
    9. В цепи на рис. 2,а ВАХ нелинейных резисторов и , где напряжение – в вольтах,
      а ток – в амперах; . Графическим методом определить
      напряжения на резисторах.
    10. Ответ: .

    11. В цепи на рис. 4,а ВАХ нелинейных резисторов и , где ток – в амперах, а напряжение
      – в вольтах; . Графическим методом определить токи и .
    12. Ответ: .

    13. В цепи на рис. 5 , где ток – в амперах, а напряжение
      – в вольтах; третий резистор линейный с . Определить токи в ветвях методом
      двух узлов, если .
    14. Ответ: .

    ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ по курсу физики

    ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ по курсу физики

    Ю. В. Тихомиров ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ по курсу физики С ЭЛЕМЕНТАМИ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ. ОПТИКА для студентов всех специальностей всех форм обучения МОСКВА — 01 ЛАБОРАТОРНАЯ

    Подробнее

    ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

    МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО- СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра физики ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА Лабораторная работа 78 Методические указания

    Подробнее

    ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ по курсу физики

    Ю. В. Тихомиров ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ по курсу физики С ЭЛЕМЕНТАМИ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ. ОПТИКА для студентов всех специальностей всех форм обучения МОСКВА — 212 ЛАБОРАТОРНАЯ

    Подробнее

    ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ по курсу физики

    Ю. В. Тихомиров ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ по курсу физики С ЭЛЕМЕНТАМИ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ. ОПТИКА для студентов всех специальностей всех форм обучения МОСКВА — 2012 2 ЛАБОРАТОРНАЯ

    Подробнее

    ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ по курсу физики

    Ю. В. Тихомиров ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ по курсу физики С ЭЛЕМЕНТАМИ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ. ОПТИКА для студентов всех специальностей всех форм обучения МОСКВА — 1 ЛАБОРАТОРНАЯ

    Подробнее

    Лабораторная работа 12*

    Лабораторная работа 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ Цель работы найти и построить эквипотенциальные поверхности и силовые линии электрического поля между двумя электродами произвольной формы; определить

    Подробнее

    E — нормальный элемент Вестона.

    ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3-7: ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩИХ СИЛ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ МЕТОДОМ КОМПЕНСАЦИИ Студент группа Допуск Выполнение Защита Цель работы: ознакомление с методами компенсации и применение

    Подробнее

    Практическая работа 5

    Практическая работа 5 Тема: Расчёт электрических цепей с использованием законов Ома и Кирхгофа. Цель: научиться рассчитывать электрические цепи постоянного тока, используя законы Ома и Кирхгофа. Ход работы

    Подробнее

    ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ по курсу физики

    Ю. В. Тихомиров ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ по курсу физики С ЭЛЕМЕНТАМИ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И МАГНЕТИЗМ. ОПТИКА для студентов всех специальностей всех форм обучения МОСКВА — ЛАБОРАТОРНАЯ

    Подробнее

    ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЯ

    Цель работы: познакомиться с одним из методов измерения электрического сопротивления резисторов. Проверить правила сложения сопротивлений при различных способах соединения резисторов. Задача: собрать схему

    Подробнее

    Тема 1.Электрические цепи.

    Тема 1.Электрические цепи. П.1.Закон Ома для участка цепи. П.2.Закон Джоуля-Ленца для участка цепи. П.3.Электрическая цепь. Источники и потребители электрической энергии. П.4. Закон Ома для полной цепи.

    Подробнее

    Законы постоянного тока

    Законы постоянного тока Проводники в электростатическом поле E = 0 E = grad φ φ = const S DdS = i q i = 0 Проводники в электростатическом поле Нейтральный проводник, внесенный в электростатическое поле,

    Подробнее

    Глава 9 Постоянный электрический ток 75

    Глава 9 Постоянный электрический ток 75 Электрический ток, сила и плотность тока Электродинамика это раздел электричества, в котором рассматриваются процессы и явления, обусловленные движением электрических

    Подробнее

    ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ по курсу физики

    Ю. В. Тихомиров ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ по курсу физики С ЭЛЕМЕНТАМИ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ КВАНТОВАЯ ОПТИКА. АТОМНАЯ ФИЗИКА. ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ для студентов всех специальностей

    Подробнее

    МОСТОВЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ

    КАЗАНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ Кафедра физики МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ ПО ФИЗИКЕ для студентов специальностей 2903, 2906, 2907, 2908, 2910 Лабораторная

    Подробнее

    R x R R2 R 1 R 2. R x = R. (2.4) l 2. l 1 B D

    Методические указания к выполнению лабораторной работы.. ИЗМЕРЕНИЕ СОПРОТИВЛЕНИЙ ПРОВОДНИКОВ МЕТОДОМ МОСТИКА УИТСТОНА Филимоненкова Л.В. Электростатика и постоянный ток: Методические указания к выполнению

    Подробнее

    c током I, расположенным в начале

    Компьютерная лабораторная работа 4.3 МАГНИТНОЕ ПОЛЕ 1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Ознакомиться с компьютерным моделированием магнитного поля от различных источников. Ознакомиться с видом линий магнитной индукции для

    Подробнее

    3. Постоянный электрический ток.

    3 Постоянный электрический ток Закон Ома для однородного участка цепи: где разность потенциалов на концах участка Сопротивление однородного участка проводника: l l S σs где удельное сопротивления σ удельная

    Подробнее

    Постоянный ток «на ладони»

    Постоянный ток «на ладони» Теоретические сведения. Топология цепи ее строение. Разобраться со строением цепи можно, зная определения ее элементов. Ветвь — участок цепи, содержащий один или несколько последовательно

    Подробнее

    ФИЗИКА. ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ

    ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) Кафедра

    Подробнее

    Лекция 2.

    АНАЛИЗ РЕЗИСТИВНЫХ ЦЕПЕЙ

    4 Лекция. АНАЛИЗ РЕЗИСТИВНЫХ ЦЕПЕЙ План. Задача анализа электрических цепей. Законы Кирхгофа.. Примеры анализа резистивных цепей. 3. Эквивалентные преобразования участка цепи. 4. Заключение. Задача анализа

    Подробнее

    ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ по курсу физики

    Ю. В. Тихомиров ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ по курсу физики С ЭЛЕМЕНТАМИ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ КВАНТОВАЯ ОПТИКА. АТОМНАЯ ФИЗИКА. ФИЗИКА АТОМНОГО ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ для студентов всех специальностей

    Подробнее

    Расширение пределов измерения амперметра

    Федеральное агентство по образованию РФ Ухтинский государственный технический университет 21 Расширение пределов измерения амперметра Методические указания к лабораторной работе для студентов всех специальностей

    Подробнее

    Соединения проводников

    И. В. Яковлев Материалы по физике Maths.ru Соединения проводников Темы кодификатора ЕГЭ: параллельное и последовательное соединение проводников, смешанное соединение проводников. Есть два основных способа

    Подробнее

    Лабораторная работа 22

    Лабораторная работа Определение электроемкости конденсатора по осциллограмме его разряда через резистор Методическое руководство Москва 04 г. Определение электроемкости конденсатора по осциллограмме его

    Подробнее

    Лекция 11. Закон Ома

    Лекция 11. Закон Ома 11.1. Закон Ома для неоднородного участка цепи. 11.. Закон Ома в дифференциальной форме. 11.3. Работа и мощность. Закон Джоуля Ленца. 11.4. КПД источника тока. 11.5. Закон Кирхгофа.

    Подробнее

    Постоянный электрический ток

    Постоянный электрический ток Основные определения Электрический ток упорядоченное движение электрических зарядов (носители тока) под действием сил электрического поля. В металлах носителями тока являются

    Подробнее

    Лекция 18 ЭДС. Электрические цепи

    Лекция 8 ЭДС. Электрические цепи Не знаешь закона Ома, сиди дома. (студенческая мудрость). Сторонние силы. ЭДС. Ранее не уточнялось, какова природа силового поля, которое может двигать заряды и создавать

    Подробнее

    РАСЧЕТ ЛИНЕЙНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ

    Ивановский государственный политехнический университет ( И В Г П У) Т е к с т и л ь н ы й и н с т и т у т К а федра автоматики и радиоэлектроники Методические указания к расчетно-графическим заданиям по

    Подробнее

    2+ \: (1 \: M) \, | \, Cu _ {\ large {(s)}}} \)

    Было измерено, что

    составляет 1,100 В. Концентрация 1 M в идеальном растворе определяется как стандартное состояние, и 1,100 В, таким образом, соответствует стандартной электродвижущей силе , D E o , или потенциал стандартной ячейки для гальванической ячейки \ (\ ce {Zn-Cu} \).

    Стандартный потенциал элемента, D E o , гальванического элемента можно оценить по стандартным потенциалам восстановления двух полуэлементов E o .+ \: (1.0 \: M)} \).

    Его восстановительный или окислительный потенциал точно равен нулю.

    Восстановительные потенциалы всех других полуэлементов, измеренные в вольтах по отношению к SHE, представляют собой разницу в электрической потенциальной энергии на кулон заряда.

    Обратите внимание, что единица измерения энергии J = кулоновский вольт, а свободная энергия Гиббса G является произведением заряда q и разности потенциалов E :

    для расчетов электрической энергии.2 +} \) ионы равны 1,0 M, а давление \ (\ ce {h3} \) составляет 1,0 атм, разница напряжений между двумя электродами будет -0,763 В (\ (\ ce {Zn} \ ) электрод является отрицательным электродом). Вышеуказанные условия называются стандартными условиями , а полученная таким образом ЭДС равна стандартному потенциалу восстановления . + \ 🙁 1.\ circ = \ textrm {-3,844 В} \)

    ОБСУЖДЕНИЕ

    Отрицательный потенциал указывает на то, что обратная реакция должна быть спонтанной.

    В некоторых калькуляторах используется литиевая батарея. Атомный вес \ (\ ce {Li} \) равен 6.94, что намного легче, чем \ (\ ce {Zn} \) (65.4).

    Характеристики переменного и постоянного тока

    | Sciencing

    Токи переменного и постоянного тока имеют общие характеристики. Оба они состоят из движущихся зарядов и жизненно важны для схем и электронных устройств.Однако они генерируются по-разному и ведут себя по-разному. Переменные токи синусоидальны и исходят от генераторов переменного тока. Постоянный ток постоянен во времени и исходит от таких источников, как батареи или генераторы постоянного тока. Эти различия между ними влияют на роли, которые они играют в схемах.

    Постоянные токи

    Постоянные токи протекают только в одном направлении и постоянны во времени. Они выглядят как прямые, которые не меняются. Они производятся из источников питания, таких как батареи, блоки питания и генераторы постоянного тока.Фотоэлектрические устройства, такие как солнечные элементы, также вырабатывают постоянный ток.

    Переменные токи

    Переменные токи меняют направление, протекая сначала в одну сторону, а затем в другую. Это синусоидальные волны, поэтому они меняются во времени. Они производятся из таких источников, как блоки питания и генераторы переменного тока. В Северной Америке переменный ток составляет 120 вольт и 60 герц или циклов в секунду. Это означает, что он меняет направление 60 раз в секунду. В Европе это обычно 50 герц при напряжении от 220 до 240 вольт.

    Электрические генераторы

    Генераторы переменного тока вырабатывают электричество путем преобразования механической энергии в электрическую.Механическая энергия пара используется для вращения петель в магнитном поле, а генерируемая ЭДС представляет собой синусоидальную волну, которая изменяется во времени. Генераторы постоянного тока очень похожи на свои аналоги переменного тока, но у них генерируется ЭДС постоянного тока.

    Необычные источники электроэнергии

    Сбор энергии, также известный как сбор энергии или сбор энергии, — это место, где накапливается и улавливается энергия окружающей среды. Источники энергии из окружающей среды являются естественными, неэлектрическими по своей природе и самовосстанавливающимися, например, ветер или солнце.Сбор энергии человеком использует человеческое тело для производства энергии. Человеческая походка, благодаря своим колебательным движениям, является естественным источником переменного тока. Для изучения этого явления были созданы наколенники и человеческие рюкзаки.

    Органы электрических угрей состоят из элементов в форме диска, которые ведут себя как батареи и собраны рядами, поэтому по своей природе они являются постоянным током. Они могут выдавать от 100 до 650 вольт, в зависимости от их размера. Угри используют свое электричество, чтобы шокировать добычу, а также для самообороны.

    Функции

    Переменный ток используется для питания двигателей в холодильниках, поездах, компьютерах, жестких дисках, промышленном оборудовании, бытовой технике и многих других электронных устройствах. Они используются для питания зданий, как и электричество, которое поступает из розеток в домашних условиях. Постоянный ток, производимый батареями, используется в электроинструментах, портативных радиоприемниках и телевизорах, игрушках и многих других устройствах. Есть некоторые устройства, где можно использовать питание переменного или постоянного тока, например, в сотовых телефонах.В этом случае, если батарея не работает в устройстве, диод в качестве выпрямителя помещается внутрь, например, в блоке питания. Диод преобразует переменное напряжение в постоянное.

    % PDF-1.6
    %
    445 0 obj>
    endobj

    xref
    445 76
    0000000016 00000 н.
    0000004309 00000 п.
    0000004417 00000 н.
    0000004718 00000 н.
    0000005132 00000 н.
    0000005516 00000 н.
    0000005768 00000 н.
    0000005845 00000 н.
    0000006210 00000 н.
    0000006484 00000 н.
    0000006613 00000 н.
    0000006744 00000 н.
    0000006793 00000 н.
    0000006842 00000 н.
    0000006891 00000 н.
    0000006939 00000 п.
    0000006988 00000 н.
    0000007036 00000 н.
    0000007112 00000 н.
    0000010040 00000 п.
    0000013200 00000 п.
    0000016271 00000 п.
    0000019379 00000 п.
    0000019453 00000 п.
    0000022479 00000 п.
    0000025401 00000 п.
    0000030261 00000 п.
    0000030707 00000 п.
    0000031030 00000 п.
    0000034287 00000 п.
    0000034608 00000 п.
    0000034805 00000 п.
    0000034858 00000 п.
    0000035217 00000 п.
    0000035971 00000 п.
    0000036726 00000 п.
    0000037107 00000 п.
    0000040466 00000 п.
    0000041231 00000 п.
    0000435766 00000 н.
    0000464439 00000 н.
    0000464640 00000 н.
    0000464906 00000 н.
    0000472153 00000 н.
    0000472378 00000 н.
    0000473814 00000 н.
    0000482095 00000 н.
    0000484546 00000 н.
    0000487697 00000 н.
    0000487746 00000 н.
    0000487796 00000 н.
    0000487853 00000 н.
    0000488162 00000 н.
    0000488308 00000 н.
    0000488357 00000 н.
    0000488612 00000 н.
    0000488665 00000 н.
    0000488714 00000 н.
    0000489001 00000 н.
    0000489196 00000 н.
    0000489397 00000 н.
    0000489532 00000 н.
    0000489681 00000 н.
    00004

    00000 н.
    0000492722 00000 н.
    0000493299 00000 н.
    0000494858 00000 н.
    0000494920 00000 н.
    0000495148 00000 н.
    0000495422 00000 н.
    0000496522 00000 н.
    0000496578 00000 н.
    0000496808 00000 н.
    0000496971 00000 н.
    0000497349 00000 н.
    0000001816 00000 н.
    трейлер
    ] >>
    startxref
    0
    %% EOF

    520 0 obj> поток
    x ڬ W {Xy ~ wf | & e: `hBo5 T) 2″ hkS-vL $ R: -I # IN! PSwfb # c 뚹

    Поляризация: ключевое различие между искусственными и естественными электромагнитными полями с точки зрения биологических Активность

    Все критические биомолекулы либо электрически заряжены, либо полярны 11 .В то время как естественные неполяризованные ЭМП / ЭМИ любой интенсивности не могут вызвать какие-либо специфические / когерентные колебания на этих молекулах, поляризованные искусственные ЭМП / ЭМИ будут вызывать когерентные вынужденные колебания на каждой заряженной / полярной молекуле в биологической ткани. Это фундаментально для нашего понимания биологических явлений. Эти колебания будут наиболее очевидны для свободных (подвижных) ионов, которые несут чистый электрический заряд и существуют в больших концентрациях во всех типах клеток или внеклеточной ткани, определяя практически все клеточные / биологические функции 11 .Хотя все молекулы колеблются случайным образом с гораздо более высокими скоростями из-за теплового движения, это не имеет никакого биологического эффекта, кроме повышения температуры ткани. Но когерентное поляризованное колебание даже с энергией в миллионы раз меньшей, чем средняя тепловая молекулярная энергия 26 , может вызвать биологические эффекты.

    Вынужденные колебания подвижных ионов, вызванные внешней поляризованной ЭДС, могут привести к нерегулярному закрытию каналов электроприводных ионов на клеточных мембранах.Это было подробно описано в Panagopoulos et al . 19,20 . Согласно этой теории — правдоподобие которой в реальных биологических условиях было подтверждено численным тестом 27 — вынужденные колебания ионов вблизи датчиков напряжения управляемых по напряжению ионных каналов могут оказывать на эти датчики силы, равные или больше, чем известные физиологические силы, закрывающие эти каналы. Нерегулярное закрытие этих каналов может потенциально нарушить электрохимический баланс и функцию любой клетки 11 , что приведет к множеству биологических / медицинских последствий, включая самые пагубные, такие как повреждение ДНК, смерть клетки или рак 28 .

    Большинство катионных каналов (Ca +2 , K + , Na + и т. Д.) На мембранах всех клеток животных имеют потенциал-стробирование 11 . Они взаимно преобразуются между открытым и закрытым состояниями, когда электростатическая сила, действующая на электрические заряды их датчиков напряжения из-за трансмембранного изменения напряжения, превышает некоторое критическое значение. Датчики напряжения этих каналов представляют собой четыре симметрично расположенных трансмембранных положительно заряженных спиральных домена, каждый из которых обозначен как S4.Изменения трансмембранного потенциала порядка 30 мВ обычно требуются для закрытия электропроводных каналов 29,30 . Несколько ионов могут одновременно взаимодействовать с доменом S4 на расстоянии порядка 1 нм, поскольку — за исключением одного иона, который может проходить через поры канала, когда канал открыт — еще несколько ионов связаны близко к поры канала в определенных сайтах связывания ионов (например, три в калиевых каналах) 31 . Подробная информация о структуре и функциях катионных электросенсорных каналов может быть найдена в 11,29,31 .

    Рассмотрим, например, четыре иона калия на расстоянии порядка 1 нм от каналов-датчиков (S4) и приложенная извне осциллирующая ЭДС / ЭМИ. Электрическая (и магнитная) сила, действующая на каждый ион из-за любого неполяризованного поля, равна нулю (уравнение 8). Напротив, сила, обусловленная поляризованным полем с электрической составляющей E , составляет F = Ezq e . Для синусоидального переменного поля Ε = Ε 0 sin ωt уравнение движения свободного иона с массой м i , составляет 19,20 :

    , где r — ион смещения из-за вынужденных колебаний, z — валентность иона ( z = 1 для ионов калия), q e = 1. 6 × 10 −19 C — элементарный заряд, λ — коэффициент затухания для смещения иона (рассчитанный, чтобы иметь значение внутри канала), ω 0 = 2πν 0 0 — собственное колебание иона). частота принята равной зарегистрированной частоте спонтанных внутриклеточных колебаний иона порядка 0,1 Гц), ω = 2πν (ν частота поля / излучения) и E 0 амплитуда поля 19,20 .

    Общее решение уравнения.22, это 19,20 :

    Член в решении представляет постоянное смещение, но не влияет на колебательный член. Это постоянное смещение удваивает амплитуду вынужденных колебаний в тот момент, когда поле прикладывается или прерывается, или во время его первого и последнего периодов, и смещение иона будет вдвое больше амплитуды вынужденных колебаний. Для импульсных полей (таких как большинство областей современной цифровой связи) это будет происходить постоянно с каждым повторяющимся импульсом.Таким образом, импульсные поля — теоретически — вдвое более сильные, чем непрерывные / непрерывные поля с теми же другими параметрами, что согласуется с несколькими экспериментальными данными 1,32 .

    Амплитуда вынужденных колебаний (без учета постоянного члена в уравнении 23) составляет:

    Сила, действующая на эффективный заряд q домена S4 через колеблющийся одновалентно-свободный катион, составляет: , ( r — расстояние свободного иона от эффективного заряда S4).Каждый колебательный катион, смещенный на dr , индуцирует силу на каждом датчике S4:

    В то время как в случае неполяризованного приложенного поля и, в случае поляризованного приложенного поля, суммарная сила на датчик канала из всех четыре катиона, это:

    Это даже более важное различие между поляризованными и неполяризованными ЭМП в отношении биологической активности, чем способность интерференции.

    Эффективная плата за каждый домен S4 составляет: q = 1.7 q e 30 . Минимальная сила, действующая на этот заряд, обычно необходимая для закрытия канала, равная силе, создаваемой изменением на 30 мВ мембранного потенциала 30 , вычисляется 19 и составляет:

    Смещение одного одновалентного катиона внутри канала, необходимое для приложения этой минимальной силы рассчитывается по формуле. 25 должно быть:

    Для 4 катионов, колеблющихся в фазе и в параллельных плоскостях из-за внешнего поляризованного поля / излучения, минимальное смещение уменьшается до: dr = 10 −12 м.

    Следовательно, любая внешняя поляризованная осциллирующая ЭДС, способная заставить свободные ионы колебаться с амплитудой, способна нерегулярно закрывать катионные каналы на клеточных мембранах. Для z = 1 (ионы калия) и подставляя значения для q e , λ в последнем условии, получаем:

    (ν в Гц, 0 в В / м)

    Для двухвалентных катионов ( z = 2) (например, Ca +2 ) условие принимает следующий вид:

    (ν в Гц, Ε 0 в В / м)

    [Подробное описание Кратко представленный механизм можно найти в 19,20 .]

    Для электрических полей (ν = 50 Гц) Условие 27 становится,

    Таким образом, ЭДС промышленной частоты с интенсивностью, превышающей 5 мВ / м, потенциально способны нарушить функцию клетки. Для количества источников ЭМП N с одинаковой поляризацией (например, N количество параллельных линий электропередачи) последнее значение делится на N (согласно уравнению 19) в местах конструктивных помех и, следовательно, даже больше. уменьшилось. Такие минимальные значения напряженности поля промышленной частоты распространены в повседневной городской среде и даже ближе к высоковольтным линиям электропередачи 7 .

    Для импульсных полей вторая часть условия 27 делится на 2 и становится:

    (ν в Гц, Ε 0 в В / м).

    Для полей / излучения цифровой мобильной телефонной связи, излучающих импульсы СНЧ с частотой повторения импульсов ν = 217 Гц (среди других частот СНЧ, которые они передают) 33 , Условие 29 становится:

    Для частоты повторения импульсов ν = 8,34 Гц ( также включается в сигналы мобильной телефонии) 33,34 , Условие 29 становится:

    Как видно из описанного механизма, поле не закрывает канал силами, действующими непосредственно на датчики канала. Для этого потребуется поле порядка трансмембранного поля (10 6 –10 7 В / м). Именно посредничество колеблющихся свободных ионов в непосредственной близости к датчикам канала S4 позволяет таким слабым полям создавать необходимые силы для закрытия канала.

    Таким образом, электрические поля СНЧ, излучаемые мобильными телефонами и базовыми станциями, сильнее, чем 0,0004 В / м, также потенциально способны нарушить работу любой живой клетки. Это значение интенсивности СНЧ излучается обычными сотовыми телефонами на расстояниях до нескольких метров и базовыми станциями на расстояниях до нескольких сотен метров 6,34,35 .Для числа вертикально ориентированных антенн мобильной телефонной связи N последнее значение делится на N (согласно уравнению 19) в местах возникновения конструктивных помех.

    Мы не делаем различия между ЭМП, прикладываемой извне, и ЭМП, индуцируемой внутри живой ткани, особенно в случае СНЧ по следующим причинам: 1. Живая ткань не является металлом для защиты от электрических полей и, конечно же, не является ферромагнитным металлом (Fe, Co, Ni) для защиты от магнитных полей.Более того, известно, что особенно поля КНЧ не могут быть легко экранированы даже клетками Фарадея, и для того, чтобы значительно их минимизировать, рекомендуется полностью заключать их в закрытые металлические коробки 6 . Таким образом, электрические поля СНЧ проникают в живую ткань с определенной степенью затухания, а магнитные поля проникают с нулевым затуханием. 2. Даже в том случае, если поля СНЧ значительно ослаблены во внутренних тканях живого тела, глаза, мозг, клетки кожи или мириады окончаний нервных волокон, которые попадают на внешний эпидермис, подвергаются прямому воздействию интенсивности поля, измеренные снаружи на поверхности живой ткани.

    Было показано, что препараты тканей (например, фибробласты крупного рогатого скота или сухожилия курицы) реагируют на приложенные извне импульсные или синусоидальные электрические поля СНЧ (изменениями в скорости синтеза ДНК или белка, скорости пролиферации, выравнивании по направлению поля и т. Д. ), при очень низких порогах ~ 10 −3 В / м 1,36,37,38 . Эти пороговые значения очень близки к прогнозируемым в настоящем исследовании.

    За исключением прямого воздействия электрического поля внешним полем, внутри тканей может быть электрическое поле, индуцированное приложенным извне осциллирующим магнитным полем, которое, как объяснялось, проникает в живую ткань с нулевым ослаблением.Туор и др. . 34 измерили магнитные поля СНЧ от сотовых телефонов порядка 1 Гс (= 10 −4 Тл) при 217 Гц. Это может индуцировать электрические поля порядка ~ 0,1 В / м в теле человека, что можно показать, применяя закон электромагнитной индукции Максвелла:

    (,,, напряженности магнитного и индуцированного электрического поля соответственно, возрастающая по замкнутому пути l циркуляции индуцированного электрического поля, охватывающего поверхность S.- единичный вектор, вертикальный к поверхности S ).

    Допустим, параллельна и независима от l , вертикальна и не зависит от S и l круговая траектория радиуса α, включая поверхность S , уравнение. 32 становится:

    , что дает:

    ( E ind в В / м, B в T, α в м).

    Заменяя в последнем уравнении α = 0,20 м (достаточно большой радиус для окружности тела взрослого человека) и [согласно Туору и др. . 34 ], получаем E ind ~ 0,1 В / м. Это напряженность электрического поля, наведенного внутри человеческого тела импульсами мобильной телефонной связи с частотой 217 Гц, и она примерно в десять раз больше минимального расчетного значения, способного вызвать биологические эффекты на этой частоте в соответствии с Условием 30.

    Воздействие электрических и Магнитные поля при проектировании линий передачи

    Электрические и магнитные поля являются важными факторами, которые необходимо учитывать при проектировании линий передачи.Они встречаются в природе и стали гораздо более распространенными в нашей повседневной жизни благодаря искусственным источникам, таким как электроэнергия. При планировании линий электропередачи важно, чтобы проектировщики имели разумное представление о характере обеих линий, чтобы это можно было учесть при проектировании; понимать влияние электрических и магнитных полей на работу линии передачи, включая коронный разряд; и смягчить эти эффекты, изменив дизайн, где это возможно.

    Свойства электрического и магнитного полей
    Электрические поля создаются напряжением, а магнитные поля — током.Электрические и магнитные поля проявляются по-разному и имеют разные характеристики. Например, электрическое поле легко экранируется объектом, таким как дерево или дом, а магнитное поле — нет. Наличие электрического поля может вызвать поражение электрическим током при прикосновении к металлическому объекту, например, забору или машине, рядом с линией электропередачи. Удар вызывается тем, что тело наблюдателя охватывает градиент напряжения. Магнитное поле имеет способность индуцировать ток в проводящем объекте — для линий передачи это потребует, чтобы длинный проводящий объект находился в непосредственной близости от линии, чтобы иметь заметный эффект. Примером может служить параллельная железная дорога или забор.

    Электрические и магнитные поля связаны — следовательно, связаны друг с другом — когда расстояние до источника намного больше длины волны. Однако, когда длина волны намного больше, они не связаны, и влияние каждого из них следует рассматривать отдельно. Для низкочастотных полей, как в случае с энергосистемами, длина волны составляет около 3100 миль и намного больше, чем типичное рассматриваемое расстояние от источника, и, следовательно, они не связаны.Рентгеновское излучение является примером связанного источника. Когда электрическое и магнитное поля связаны, они называются электромагнитными полями; когда они не связаны, их называют электрическим и магнитным полями. Оба термина сокращены как EMF.

    Фактическая ЭДС в любой точке пространства — это совокупная ЭДС от всех источников, а величина и направление всех источников суммируются, чтобы дать общую ЭДС. В зависимости от направления каждого отдельного источника ЭМП они могут частично добавлять или частично отменять. Природа ЭДС, будь то переменная (переменный ток) или установившаяся (постоянный ток), также будет определять ее свойства.

    Влияние ЭМП на окружающую среду
    Исторически сложилось так, что исследования влияния ЭМП на здоровье человека были безрезультатными. Последние исследования показывают, что нет никакой связи между ЭМП и неблагоприятными последствиями для здоровья. Но, несмотря на результаты этих исследований, общественное мнение остается негативным. Проблемы со здоровьем возникают в результате ранних научных исследований, которые показывают, что воздействие магнитных полей, создаваемых низкочастотными энергосистемами, может быть связано с повышенным уровнем заболеваемости раком у людей.В магнитных полях очень высокой частоты (например, от рентгеновских лучей) из-за исключительно высокой скорости чередования сил генерируемая волна может вызывать излучение энергии в объект, что известно как излучение. Если объектом является человеческая ткань или другое органическое вещество, это может повредить химические связи и в конечном итоге вызвать рак или другие нарушения здоровья. Однако это не относится к низкочастотным полям ЭДС энергосистем; из-за их гораздо более медленной переменной частоты они не способны вызывать излучение.

    Таблица 1: Типичные часто встречающиеся уровни ЭДС

    Тем не менее, проблемы со здоровьем остаются у широкой общественности. Как отмечалось ранее, существуют различные источники ЭМП, в том числе естественные. В таблице 1 1 приведены уровни ЭМП различных источников, присутствующих в нашей повседневной жизни. Важно отметить, что некоторые из них — постоянного тока, а другие — переменного тока. Одним из основных факторов, влияющих на ежедневное воздействие ЭМП, является бытовая техника. Таблица 2 2 представляет собой сводку типовых приборов и их уровней ЭДС.Чтобы уменьшить обеспокоенность общественности, несколько штатов ограничивают уровень силы ЭМП на краю полосы отвода линии электропередачи (ROW). Есть также несколько регулирующих агентств, которые публикуют рекомендации по воздействию ЭМП для широкой публики, из которых наиболее известна Международная комиссия по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP).

    Таблица 2: Типичные магнитные поля бытовой техники

    Пример этих значений показан в таблице 3. 3 . Дополнительным свидетельством незначительного воздействия ЭМП энергосистем является тот факт, что уровни допустимого воздействия ЭМП от линий электропередачи, опубликованные ICNIRP, были более чем удвоены при пересмотре в 2010 году по сравнению с уровнями, установленными в 1998 году.

    Таблица 3: Типичные опубликованные ограничения ЭДС

    Несмотря на то, что считается, что существует минимальная связь, если таковая имеется, с неблагоприятным воздействием на здоровье низкочастотного ЭМП переменного тока, существуют и другие потенциальные неблагоприятные последствия ЭМП для работы линии передачи.

    Возможные эффекты электрических полей от работы линий электропередачи включают:

    • Искровой разряд при прикосновении человека к металлическому предмету возле линии электропередачи
    • Возгорание топлива, возгорание столбов или сжигание мертвого дерева искровым разрядом
    • Наведенное напряжение и искры во время строительных работ при наличии других линий под напряжением
    • Помехи для кардиостимуляторов или других электрических устройств
    • Повреждение оптоволоконного кабеля из-за дугового разряда в сухой зоне
    • Коронный разряд и его эффекты — слышимый шум, потери в линии и т. Д.

    Возможные эффекты магнитных полей от работы линий электропередачи включают:

    • Индукция тока в параллельных проводах или других длинных металлических предметах
    • Помехи компьютерным мониторам или другим магнитным устройствам, например компасам

    Снижение ЭМП

    Есть много факторов, которые влияют на интенсивность ЭМП. Двумя наиболее важными факторами при расчете ЭДС являются расстояние до источника и его электрические характеристики напряжения и тока.Как правило, напряжение и ток зависят от нагрузки и не могут быть уменьшены, в то время как расстояние до источника зависит от стоимости (поскольку более высокая линия требует более высоких и более дорогих конструкций) и не может быть легко увеличена. Если ЭДС отдельных проводов не может быть уменьшено, проектировщик линии электропередачи должен учесть и уменьшить ее должным образом с помощью других методов.

    ЭМП, испытываемая наблюдателем, суммируется с ЭМП, создаваемой каждым источником в этом районе.Проводники могут быть фазированы в цепи, так что ЭДС, излучаемая каждым из них, может частично нейтрализовать другие; или, если в полосе отвода имеется больше линий, их проводники также могут быть фазированы, чтобы обеспечить дополнительное подавление ЭДС. Часто, если новая линия строится на существующей полосе отвода, она может быть поэтапной, чтобы учесть строительство столба с более низким ЭДС. Фазирование иногда создает более высокую пиковую ЭДС около центра полосы отвода и более низкую ЭДС на краю полосы отвода; однако край обычно является местом, на которое распространяются нормативные требования.

    Другой вариант — изменить конфигурацию линии. Расположение проводников и экранных проводов в цепи может иметь значительное влияние на ЭДС. Например, вертикальная линия имеет проводники выше горизонтальной линии, что снижает их эффективную ЭДС на уровне земли; и дельта-конфигурация будет иметь аналогичный эффект. Уменьшение межфазного интервала обычно напрямую коррелирует с уменьшением магнитного поля, поэтому расположение и количество экранных проводов также могут влиять на ЭДС и должны быть проверены.Модификации оборудования, такие как добавление V-образных струн, которые могут перемещать проводники вверх и ближе к центру отвода, могут иметь аналогичный эффект.

    Нетрадиционные конструкции для конфигураций линий также могут использоваться для дальнейшего снижения ЭМП. Как показано на рисунке 1, линия передачи может быть спроектирована как диполь, используя жгуты проводов и запитывая традиционные фазы A и B, но изменяя фазу C, чтобы один субпроводник был противоположен фазе A, а другой — фазе B. вместо 120 градусов по фазе от каждого.Кроме того, все три пучка можно разделить и ориентировать поочередно (например, по кругу или шестиугольнику), чтобы обеспечить подавление ЭДС.

    Рисунок 1: Линия передачи как диполь

    В определенных обстоятельствах может оказаться целесообразным установить линию пассивного экранирования для снижения ЭДС в существующей цепи. Линия пассивного экрана — это «фиктивная» линия, излучающая ЭДС, которая прямо противодействует ЭДС линий передачи. «Фиктивная» линия будет короткой линией, которая образует замкнутую петлю под каждой стороной рассматриваемой линии передачи.Используя ток, индуцированный магнитным полем линии передачи, он излучает собственное магнитное поле и может быть сконструирован и фазирован так, чтобы эффективно нейтрализовать существующую ЭДС. Однако модификации могут быть дорогостоящими, визуально непривлекательными и увеличивать потери в линии.

    Свойства короны
    Корона — это явление, которое возникает в результате сильных электрических полей и оказывает неблагоприятное воздействие на электричество и окружающую среду. Корона — это разряд электричества от поверхности под напряжением.Разряд возникает, когда высококонцентрированное электрическое поле вызывает ионизацию воздуха, окружающего поверхность. Электроны регулярно разряжаются с поверхности под напряжением, но когда электрическое поле достаточно сконцентрировано и превышает определенное критическое значение, один разряженный электрон сталкивается с молекулами воздуха и вызывает высвобождение их электронов. Если возникает цепная реакция разряда электронов из молекул окружающего воздуха, известная как электронная лавина, возникает корона.

    Состояние поверхности материала под напряжением играет важную роль в определении критического значения электрического поля, при котором может возникнуть коронный разряд. Любой дефект на поверхности проводника, нарушающий гладкость, значительно увеличивает напряженность электрического поля, увеличивая вероятность коронного разряда. Примеры неровностей поверхности включают: обрыв жилы на проводе, острые края на оборудовании, капли воды на проводе или резкие изменения заряда оборудования (что может произойти на изоляторе).

    Диаметр проводника — это переменная, которая может повлиять на критическое значение для образования короны и обычно определяется нагрузкой, которую несет линия. Однако использование связанных проводов позволяет линии нести ту же нагрузку с проводниками меньшего диаметра, эффективно повышая порог коронного разряда и снижая вероятность коронного разряда. Плотность воздуха — еще одна переменная, которая пропорциональна критическому значению — уменьшение вызовет уменьшение критического значения.Это могло произойти на большой высоте или, возможно, при использовании высокотемпературных проводников, которые нагревают воздух в непосредственной близости от проводника. Погодные условия также будут способствовать возникновению короны. Как отмечалось выше, наличие капель и линий дождя у океана, которые могут иметь солевые отложения, или вблизи загрязненных генерирующих объектов, все это приведет к увеличению неровности поверхности.

    Влияние короны на окружающую среду
    Электронные лавины короны создают стримеры или разряды электричества.Это вызывает быстрый нагрев воздуха до того, как он успевает расшириться, и приводит к чему-то похожему на крошечный взрыв. Многие из этих последовательностей создают шум, который можно услышать как легкий треск или гул. Слышимый шум, создаваемый коронным разрядом, может быть не только помехой, но и основным ограничением конструкции. По данным Исследовательского института электроэнергетики, пороговый уровень шума для жалоб на упоры составляет примерно 53 децибела (дБ) на краю полосы отвода.

    Эти разряды излучают свет, видимый в темноте, а также могут создавать электромагнитные помехи для сигналов радио и аналогового телевещания; которые наиболее важны в радиодиапазонах AM.Процесс ионизации воздуха также приводит к образованию озона — газа, который обычно считается вредным для атмосферы Земли. Эти эффекты, наряду с процессом ионизации воздуха, используют энергию, и эта энергия исходит от линий передачи и приводит к потере мощности. Однако, как правило, ограничения по слышимому шуму определяют конструкцию раньше этих других факторов.

    Corona также вызывает деградацию оборудования в течение продолжительных периодов времени. Стримеры коронного разряда вызывают нагрев оборудования и могут привести к растрескиванию или другим дефектам.Из-за своей конфигурации — с резким переходом от фитинга под напряжением к изолирующему стержню из стекловолокна — полимерные изоляторы создают более высокое электрическое поле, чем присутствует в другом оборудовании линии передачи. Это приводит к более низкому порогу коронного разряда, и стримеры могут легко повредить погодное уплотнение между оболочкой и фитингом или самой оболочкой. Это также преувеличивается наличием капель воды после ливня. Поскольку сердцевина из стекловолокна должна быть полностью изолирована от погодных условий, полимерные изоляторы особенно подвержены катастрофическому разрушению из-за короны.

    Снижение короны
    Основное направление снижения короны — это аппаратные средства для линий сверхвысокого напряжения. Это включает в себя линии напряжением 345 кВ и выше, но разработчик может пожелать использовать описанные ниже методы уменьшения коронного разряда для понижения напряжения в линиях на индивидуальной основе, если это необходимо. Любой острый край может вызвать возникновение короны — открытая шплинтовая шпонка, угол наклона головки болта в 90 градусов, внезапный конец кончика тупика сжатия или даже броневые стержни могут быть достаточными для разрушения гладкой поверхности, чтобы вызвать наступление короны.

    Важно приобретать оборудование, которое «не подвержено коронному разряду» или рассчитано на «[дополнительное] высокое напряжение». Если это указано, производители будут поставлять детали с коническими краями или закругленными крышками, чтобы закрыть выступающие предметы. На рисунке 2 показаны примеры безкоронного и традиционного оборудования.

    Рисунок 2

    Без короны (слева) по сравнению с традиционным (справа) Clevis
    Clevis Clevis Оборудование
    Без короны (вверху) vs.Традиционный (нижний)
    Подвесной зажим
    Безкоронные (два верхних) против традиционных (нижних) броневых стержней

    Конец изолятора, находящийся под напряжением, обычно подвергается воздействию более высоких электрических полей. Корона уменьшается в этом месте за счет введения коронирующего кольца в аппаратный узел. Кольцо коронного разряда — это проводящее кольцо, которое смягчает коронный разряд, расширяя электрическое поле за пределы первого изолятора и рассеивая электрическое поле на большей площади.(Один может также применяться к холодному концу, в зависимости от характеристик линии.) Размер и форму коронирующих колец можно регулировать с учетом ряда конфигураций оборудования и изолятора; разработчик всегда должен консультироваться с производителем коронирующего кольца, чтобы определить подходящее применение. Из-за высокого потенциала повреждения и серьезности механизма отказа из-за коронного разряда в полимерных изоляторах разработчик может пожелать использовать коронирующие кольца при уровнях напряжения всего 115 кВ.

    Наконец, коронный разряд можно уменьшить с помощью инспекций после строительства, проводимых в местах, где корона вызывает особую озабоченность. Это могут быть сильно загрязненные территории; линии сверхвысокого напряжения, например 500 кВ и выше; линии с полимерными изоляторами; или линии, в которых слышен шум. Модернизированное оборудование может быть установлено при обнаружении высоких уровней. Регулярное техническое обслуживание должно проводиться своевременно и включать в себя промывку изоляторов в областях с высоким потенциалом загрязнения, а также визуальный осмотр линий для устранения любых дефектов гладких поверхностей, таких как поврежденный проводник, откручивание шплинтов. или незакрепленное оборудование.

    Первоначально ограничивая ЭМП и коронный разряд, а затем применяя методы смягчения, где это необходимо, можно создать проект, удовлетворяющий все заинтересованные стороны.

    Об авторе

    Джеймс Ханниган — старший инженер по линиям электропередачи в SAIC. Он имеет степень магистра гражданского строительства со структурным акцентом в Вустерском политехническом институте и имеет более чем восьмилетний опыт проектирования линий электропередачи, сфокусированный на лицензировании и выдаче разрешений, восстановлении существующих линий и проектировании конструкций деревянных опор.


    1 Анализ электрического и магнитного поля (ЭМП) при расширении линий, начинающихся на подстанции Миллбери, 2009 г .; ООО «Градиент»; [Массачусетс] D.P.U., [Docket] 09-136 / 137, Exhibit PAV-3; http://www.env.state.ma.us/dpu/docs/siting/09-136/12409nepptp6.pdf

    2 Измерение электрических и магнитных полей и возможное влияние на здоровье человека — что мы знаем и что мы «Не знаю» в 2000 году [Информационный бюллетень]; Программа Калифорнийских электрических и магнитных полей, штат Калифорния; Грей Дэвис, губернатор; http: // www.ehib.org/emf/longfactsheet.PDF

    3 Анализ электрического и магнитного поля (ЭМП) расширения линий, начинающихся на подстанции Миллбери, 2009 г .; ООО «Градиент»; [Массачусетс] D.P.U., [Docket] 09-136 / 137, Exhibit PAV-3; http://www.env.state.ma.us/dpu/docs/siting/09-136/12409nepptp6.pdf

    (PDF) Определение влияния ЭМП на человека, подвергшегося воздействию ЭМП — моделирование и методология

    158 Ololoska L. et al.

    Вклады, п. Биол. Med. Sci., XXXI / 2 (2010), 157–170

    Ключевые слова: Электромагнитное поле, электромагнитное влияние, модель человека, индуцированное электрическое поле

    , SAR.

    I. Введение

    В настоящее время рост новых технологий и требований, предъявляемых к ним

    , становятся все более очевидными. Использование огромного количества электрических устройств

    в жилых и рабочих средах человека является результатом

    развития высоких технологий. В связи с этим необходимо больше понимать

    о влиянии электромагнитного поля (ЭМП) на окружающую среду,

    оборудование и сложные системы.Используемая электромагнитная энергия имеет широкий диапазон частот

    . С одной стороны, это устройства и оборудование, которые работают на низких частотах

    , такие как блоки в промышленных установках, линии передачи

    , устройства для сварки и плавления. С другой стороны, существует коммуникационная технология, которая в последнее время пережила огромный рост, поэтому

    исследований, касающихся мобильных телефонов, систем беспроводной связи, антенн базовой станции

    и их электромагнитного воздействия, важны для понимание

    и обеспечение защиты от их электромагнитного воздействия и его уменьшения.

    Таким образом, становится очевидным, почему заботе о здоровье человека при воздействии

    электромагнитных полей уделяется все больше внимания. При этом

    связаны с биологическими эффектами воздействия электромагнитного поля

    на человека. Растущее беспокойство, связанное с

    с возможными рисками для здоровья из-за воздействия электромагнитных полей

    на людей и специалистов из-за воздействия электрических устройств и использования электроэнергии в повседневной жизни, составляет

    , вызывая серьезные споры среди соответствующих лиц и организаций.Серия

    исследований, связанных с воздействием ЭМП на человека, была проведена с целью

    более глубокого понимания взаимодействия воздействия ЭМП и человека и

    возможных последствий такого воздействия [1, 2]. Целью многих исследований является

    обсуждение и оценка возможных воздействий на человека. Но, принимая во внимание

    , учитывая тот факт, что знания о механизмах, посредством которых ЭМП может вызвать

    отрицательных последствий для здоровья, все еще недостаточны, все еще не совсем ясно, какие параметры необходимо измерить, чтобы соотношение между ЭМП и эффекты, вызванные

    , можно объяснить и проверить.

    Исходя из предположения, что ток и индуцированное поле объясняют отрицательные эффекты воздействия ЭМП [1, 2], среднее значение электрического поля составляет величину

    , которая была определена в большом количестве исследований. Некоторые другие величины, такие как

    , например, уровень воздействия электрического поля, некоторые другие характеристики магнитных полей (такие как гармоники, переходные процессы, изменения во времени и пространстве)

    привлекли меньше внимания.Наиболее часто используемым параметром для описания

    воздействия ЭМП на человека является обобщенная удельная скорость поглощения (SAR)

    [1, 2]. Однако есть и другие важные параметры, такие как распределение

    ЭДС и наведенные заряды и токи в теле человека, подвергающегося воздействию ЭМП.

    Что такое электродвижущая сила (ЭДС)? — Научный класс (видео)

    Свободная энергия Гиббса

    Термин «свободная» в терминах свободной энергии Гиббса вводит в заблуждение.Энергия не бесплатна, но может быть доступна, как описал ее физик Дж. Уиллард Гиббс. Свободная энергия Гиббса сообщает нам количество энергии, доступное в электролитической ячейке для работы с электронами, перемещая их. Он сообщает нам, в каком направлении происходит реакция, и представляет собой приложение второго закона термодинамики — энтропии.

    Энтропия — это беспорядок в системе. Подумайте об этом так. Что легче сделать: бросить все книги с полки на пол или поднять книги и вернуть их в исходное положение на полке? Бросать книги на пол легче, и это общий принцип, который вы можете применить к системе: все движется в неупорядоченное состояние, а не в упорядоченное.

    С точки зрения физики, со свободной энергией Гиббса мы имеем дело со спонтанностью реакции. Другими словами, по какому пути будет протекать реакция или электроны будут двигаться в реакции самопроизвольно или нет?

    Это важная концепция при работе с электрохимическими ячейками, потому что они обеспечивают поток электронов (ток) только в том случае, если в правильной установке используются металлы и растворы правильного типа.

    ЭДС: пример

    В электрохимической ячейке, показанной на диаграмме 1, мы видим, что два электрона текут от цинковой стороны ячейки к медной стороне ячейки.Реакция идет спонтанно от цинка к меди, потому что цинк теряет электроны легче, чем медь.

    Схема 1: Электроны текут от цинковой стороны ячейки к медной стороне ячейки.

    Что-то должно двигать эти электроны, и свободная энергия, доступная от этого устройства, — вот что делает это. Между цинком и медью существует разность электрических потенциалов (ЭДС), которая выталкивает электроны от цинка к меди.

    Вольтметр измеряет эту разность потенциалов или ЭДС как 1,1 вольт. Это стандартное напряжение в данной схеме при стандартных условиях. Следующее уравнение включает свободную энергию Гиббса и ЭДС электрохимической ячейки:

    • ΔG ° — свободная энергия Гиббса в джоулях (Дж) при стандартных условиях.
    • n — количество молей электронов, перенесенных в ячейке. На моль электронов 6.022 х 1023 электронов.
    • F — постоянная Фарадея, примерно равная 96 485 кулонов на моль (Кл / моль).
    • ε ° — ЭДС или напряжение элемента в вольтах (В) при стандартных условиях.

    Обратите внимание на отрицательное значение в правой части уравнения. Поскольку ЭДС нашей ячейки положительна, член свободной энергии Гиббса отрицателен. Это означает, что реакция является спонтанной, и электроны будут течь самопроизвольно в направлении, указанном на схеме 1. Батарея или электролитическая ячейка выполняет работу, перемещая электроны.

    Если нам дать свободную энергию Гиббса электрохимической ячейки, и она будет положительной, это будет означать, что реакция не является спонтанной, и потребуется напряжение, чтобы работать с электронами, перемещая их. Это приведет к отрицательной ЭДС.

    Все это важно при разработке батарей!

    Краткое содержание урока

    Электродвижущая сила (ЭДС) — это не сила, а энергия на единицу заряда, необходимая для разделения электронов в электролитической ячейке.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *