Electricidad. Fuerza actual

Los cuerpos cargados son capaces de crear, además del eléctrico, otro tipo de campo. Si las cargas se mueven, se crea un tipo especial de materia en el espacio que las rodea, llamada campo magnético. Por tanto, una corriente eléctrica, que es un movimiento ordenado de cargas, también crea un campo magnético. Al igual que el campo eléctrico, el campo magnético no está limitado en el espacio, se propaga muy rápidamente, pero aún con una velocidad finita. Sólo puede detectarse por su efecto sobre los cuerpos cargados en movimiento (y, como resultado, las corrientes).

Para describir el campo magnético, es necesario introducir la fuerza característica del campo, similar al vector de intensidad. mi campo eléctrico. Tal característica es el vector. B inducción magnética. En el sistema de unidades SI, 1 Tesla (T) se toma como unidad de inducción magnética. Si en un campo magnético con inducción. B Coloque la longitud del conductor. yo con corriente I, entonces una fuerza llamada por el poder del amperio, que se calcula mediante la fórmula:

Dónde: EN– inducción de campo magnético, I es la corriente en el conductor, yo- su longitud. La fuerza en amperios se dirige perpendicular al vector de inducción magnética y a la dirección de la corriente que fluye a través del conductor.

Para determinar la dirección de la fuerza de Ampère, normalmente se utiliza regla de la mano izquierda: si coloca su mano izquierda de modo que las líneas de inducción entren en la palma y los dedos extendidos se dirijan a lo largo de la corriente, entonces el pulgar retraído indicará la dirección de la fuerza de Ampère que actúa sobre el conductor (ver figura).

Si el ángulo α entre las direcciones del vector de inducción magnética y la corriente en el conductor es diferente de 90 °, luego, para determinar la dirección de la fuerza en amperios, es necesario tomar la componente del campo magnético, que es perpendicular a la dirección de la corriente. Es necesario resolver los problemas de este tema de la misma forma que en dinámica o estática, es decir escribiendo las fuerzas a lo largo de los ejes de coordenadas o sumando las fuerzas de acuerdo con las reglas de la suma de vectores.

El momento de las fuerzas que actúan sobre el circuito con corriente.

Deje que el bucle con corriente esté en un campo magnético y el plano del bucle sea perpendicular al campo. Las fuerzas en amperios comprimirán el marco y su resultante será igual a cero. Si cambia la dirección de la corriente, las fuerzas de Ampere cambiarán su dirección y el marco no se encogerá, sino que se estirará. Si las líneas de inducción magnética se encuentran en el plano del marco, se produce un par de fuerzas de amperio. Momento de rotación de las fuerzas de Ampere. es igual a:

Dónde: S- área del marco, α - ángulo entre la normal al marco y el vector de inducción magnética (la normal es un vector perpendicular al plano del marco), norte- el número de vueltas, B– inducción de campo magnético, I- la fuerza actual en el marco.

fuerza de lorentz

Fuerza en amperios que actúa sobre un trozo de conductor de longitud Δ yo con corriente I ubicado en un campo magnético B se puede expresar en términos de las fuerzas que actúan sobre los portadores de carga individuales. Estas fuerzas se llaman Fuerzas de Lorentz. Fuerza de Lorentz que actúa sobre una partícula con carga. q en un campo magnético B moviéndose a una velocidad v, se calcula mediante la siguiente fórmula:

Esquina α en esta expresión es igual al ángulo entre la velocidad y el vector de inducción magnética. Dirección de la fuerza de Lorentz que actúa sobre afirmativamente una partícula cargada, así como la dirección de la fuerza de Ampère, se pueden encontrar mediante la regla de la mano izquierda o mediante la regla de Gimlet (así como la fuerza de Ampère). El vector de inducción magnética debe clavarse mentalmente en la palma de la mano izquierda, cuatro dedos cerrados deben dirigirse a lo largo de la velocidad de la partícula cargada y el pulgar doblado mostrará la dirección de la fuerza de Lorentz. Si la partícula tiene negativo carga, entonces la dirección de la fuerza de Lorentz, encontrada por la regla de la mano izquierda, deberá ser reemplazada por la opuesta.

La fuerza de Lorentz se dirige perpendicular a los vectores de velocidad y de inducción del campo magnético. Cuando una partícula cargada se mueve en un campo magnético. La fuerza de Lorentz no funciona.. Por tanto, el módulo del vector velocidad no cambia cuando la partícula se mueve. Si una partícula cargada se mueve en un campo magnético uniforme bajo la acción de la fuerza de Lorentz y su velocidad se encuentra en un plano perpendicular al vector de inducción del campo magnético, entonces la partícula se moverá en un círculo, cuyo radio se puede calcular mediante la siguiente fórmula:

La fuerza de Lorentz en este caso desempeña el papel de fuerza centrípeta. El período de revolución de una partícula en un campo magnético uniforme es:

La última expresión muestra que para partículas cargadas de una masa determinada metro el período de revolución (y por tanto la frecuencia y la velocidad angular) no depende de la velocidad (y por tanto de la energía cinética) y del radio de la trayectoria R.

Teoría del campo magnético

Si dos cables paralelos conducen corriente en la misma dirección, se atraen; si están en direcciones opuestas, se repelen. Ampère estableció experimentalmente los patrones de este fenómeno. La interacción de las corrientes es causada por sus campos magnéticos: el campo magnético de una corriente actúa como fuerza en amperios sobre otra corriente y viceversa. Los experimentos han demostrado que el módulo de fuerza que actúa sobre un segmento de longitud Δ yo cada uno de los conductores, es directamente proporcional a la fuerza de la corriente I 1 y I 2 en conductores, longitud del segmento Δ yo e inversamente proporcional a la distancia R entre ellos:

Dónde: μ 0 es un valor constante, que se llama constante magnética. La introducción de la constante magnética en el SI simplifica la escritura de varias fórmulas. Su valor numérico es:

μ 0 = 4π 10 -7 H / A 2 ≈ 1,26 10 -6 H / A 2.

Comparando la expresión que se acaba de dar para la fuerza de interacción de dos conductores con la corriente y la expresión para la fuerza en amperios, es fácil obtener una expresión para Inducción del campo magnético creado por cada uno de los conductores rectilíneos con corriente. en la distancia R De él:

Dónde: μ - la permeabilidad magnética de la sustancia (más sobre esto a continuación). Si la corriente fluye en un circuito circular, entonces centro de la bobina de inducción del campo magnético está determinada por la fórmula:

líneas de fuerza El campo magnético se denomina líneas tangentes a las que se ubican las flechas magnéticas. aguja magnética Llamado imán largo y delgado, sus polos son puntiagudos. Una aguja magnética suspendida de un hilo siempre gira en una dirección. Al mismo tiempo, un extremo está dirigido hacia el norte y el otro hacia el sur. De ahí el nombre de los polos: norte ( norte) y sur ( S). Los imanes siempre tienen dos polos: norte (indicado en azul o con la letra norte) y sur (en rojo o letra S). Los imanes interactúan de la misma manera que las cargas: los polos iguales se repelen y los polos opuestos se atraen. Es imposible conseguir un imán con un solo polo. Incluso si el imán se rompe, cada parte tendrá dos polos diferentes.

Vector de inducción magnética

Vector de inducción magnética- una cantidad física vectorial que es característica de un campo magnético, numéricamente igual a la fuerza que actúa sobre un elemento actual de 1 A y una longitud de 1 m, si la dirección de la línea del campo es perpendicular al conductor. denotado EN, unidad de medida - 1 Tesla. 1 T es un valor muy grande, por lo que en campos magnéticos reales la inducción magnética se mide en mT.

El vector de inducción magnética se dirige tangencialmente a las líneas de fuerza, es decir coincide con la dirección del polo norte de una aguja magnética colocada en un campo magnético determinado. La dirección del vector de inducción magnética no coincide con la dirección de la fuerza que actúa sobre el conductor, por lo tanto, las líneas del campo magnético, estrictamente hablando, no son líneas de fuerza.

Línea de campo magnético de imanes permanentes. dirigido con respecto a los propios imanes como se muestra en la figura:

Cuando campo magnético de corriente eléctrica para determinar la dirección de las líneas de campo utilice la regla "Mano derecha": si toma el conductor con la mano derecha de modo que el pulgar apunte a lo largo de la corriente, entonces cuatro dedos que sujetan el conductor muestran la dirección de las líneas de fuerza alrededor del conductor:

En el caso de la corriente continua, las líneas de inducción magnética son círculos cuyos planos son perpendiculares a la corriente. Los vectores de inducción magnética están dirigidos tangencialmente al círculo.

Solenoide- un conductor enrollado sobre una superficie cilíndrica, a través del cual fluye una corriente eléctrica I similar al campo de un imán permanente directo. longitud interior del solenoide yo y el numero de vueltas norte Se crea un campo magnético uniforme mediante inducción (su dirección también está determinada por la regla de la mano derecha):

Las líneas del campo magnético parecen líneas cerradas Es una propiedad común de todas las líneas magnéticas. Un campo de este tipo se denomina campo de vórtice. En el caso de los imanes permanentes, las líneas no terminan en la superficie, sino que penetran en el interior del imán y se cierran en el interior. Esta diferencia entre campos eléctricos y magnéticos se explica por el hecho de que, a diferencia de los eléctricos, las cargas magnéticas no existen.

Propiedades magnéticas de la materia.

Todas las sustancias tienen propiedades magnéticas. Las propiedades magnéticas de una sustancia se caracterizan. permeabilidad magnética relativa μ , para lo cual se cumple lo siguiente:

Esta fórmula expresa la correspondencia del vector de inducción magnética del campo en el vacío y en un medio determinado. A diferencia de la interacción eléctrica, durante la interacción magnética en el medio se puede observar tanto un fortalecimiento como un debilitamiento de la interacción en comparación con el vacío, en el que la permeabilidad magnética μ = 1. diamagnetos permeabilidad magnética μ un poco menos que la unidad. Ejemplos: agua, nitrógeno, plata, cobre, oro. Estas sustancias debilitan un poco el campo magnético. Paramagnetos- oxígeno, platino, magnesio - mejoran un poco el campo, teniendo μ un poco más de uno. En ferroimanes- hierro, níquel, cobalto - μ >> 1. Por ejemplo, para el hierro. μ ≈ 25000.

flujo magnético. Inducción electromagnética

Fenómeno inducción electromagnética Fue descubierto por el destacado físico inglés M. Faraday en 1831. Consiste en la aparición de una corriente eléctrica en un circuito conductor cerrado con un cambio en el tiempo del flujo magnético que penetra en el circuito. flujo magnético Φ al otro lado de la plaza S el contorno se llama valor:

Dónde: B es el módulo del vector de inducción magnética, α es el ángulo entre el vector de inducción magnética B y normal (perpendicular) al plano del contorno, S- área del contorno, norte- el número de vueltas del circuito. La unidad de flujo magnético en el sistema SI se llama Weber (Wb).

Faraday estableció experimentalmente que cuando cambia el flujo magnético en un circuito conductor, inducción de campos electromagnéticos ε ind, igual a la tasa de cambio del flujo magnético a través de la superficie delimitada por el contorno, tomada con un signo menos:

Un cambio en el flujo magnético que penetra en un circuito cerrado puede ocurrir por dos posibles razones.

El flujo magnético cambia debido al movimiento del circuito o sus partes en un campo magnético constante en el tiempo. Este es el caso cuando los conductores, y con ellos los portadores de carga libres, se mueven en un campo magnético. La aparición de campos electromagnéticos de inducción se explica por la acción de la fuerza de Lorentz sobre las cargas libres en los conductores en movimiento. La fuerza de Lorentz desempeña en este caso el papel de una fuerza externa.
La segunda razón del cambio en el flujo magnético que penetra en el circuito es el cambio en el tiempo del campo magnético cuando el circuito está estacionario.

Al resolver problemas, es importante determinar inmediatamente cómo cambia el flujo magnético. Son posibles tres opciones:

El campo magnético cambia.
El área del contorno cambia.
La orientación del marco en relación con el campo cambia.

En este caso, al resolver problemas, la FEM suele considerarse módulo. Prestemos también atención a un caso particular en el que se produce el fenómeno de la inducción electromagnética. Entonces, el valor máximo de la fem de inducción en un circuito que consta de norte giros, área S, girando con velocidad angular ω en un campo magnético con inducción EN:

Movimiento de un conductor en un campo magnético.

Al mover la longitud del conductor. yo en un campo magnético B con velocidad v En sus extremos surge una diferencia de potencial, provocada por la acción de la fuerza de Lorentz sobre los electrones libres del conductor. Esta diferencia de potencial (estrictamente hablando, EMF) se encuentra mediante la fórmula:

Dónde: α - el ángulo que se mide entre la dirección de la velocidad y el vector de inducción magnética. La EMF no ocurre en las partes fijas del circuito.

Si la varilla es larga l gira en un campo magnético EN alrededor de uno de sus extremos con una velocidad angular ω , entonces en sus extremos habrá una diferencia de potencial (EMF), que se puede calcular mediante la fórmula:

Inductancia. Autoinducción. Energía del campo magnético

autoinducción Es un caso especial importante de inducción electromagnética, cuando una corriente en el circuito mismo crea un flujo magnético cambiante, que causa una FEM de inducción. Si la corriente en el circuito considerado cambia por alguna razón, entonces cambia el campo magnético de esta corriente y, en consecuencia, el propio flujo magnético que penetra en el circuito. En el circuito, se produce una FEM de autoinducción que, según la regla de Lenz, evita un cambio en la corriente en el circuito. Flujo magnético propio Φ , penetrar el circuito o bobina con corriente, es proporcional a la fuerza de la corriente I:

Factor de proporcionalidad l en esta fórmula se llama coeficiente de autoinducción o inductancia bobinas. La unidad de inductancia del SI es el Henry (H).

Recordar: la inductancia del circuito no depende ni del flujo magnético ni de la intensidad de la corriente en él, sino que está determinada únicamente por la forma y el tamaño del circuito, así como por las propiedades del medio ambiente. Por lo tanto, cuando cambia la intensidad de la corriente en el circuito, la inductancia permanece sin cambios. La inductancia de una bobina se puede calcular mediante la fórmula:

Dónde: norte- concentración de vueltas por unidad de longitud de la bobina:

Autoinducción EMF, que surge en una bobina con un valor de inductancia constante, según la fórmula de Faraday es igual a:

Entonces, la FEM de la autoinducción es directamente proporcional a la inductancia de la bobina y la tasa de cambio de la intensidad de la corriente en ella.

El campo magnético tiene energía. Así como un condensador cargado tiene un suministro de energía eléctrica, una bobina por la que fluye corriente a través de sus bobinas tiene un suministro de energía magnética. Energía W. m bobina de campo magnético con inductancia l generado por la corriente I, se puede calcular mediante una de las fórmulas (se derivan entre sí, teniendo en cuenta la fórmula Φ = LI):

Al correlacionar la fórmula para la energía del campo magnético de la bobina con sus dimensiones geométricas, podemos obtener una fórmula para densidad de energía volumétrica del campo magnético(o energía por unidad de volumen):

La regla de Lenz

Inercia- un fenómeno que se produce tanto en la mecánica (al acelerar un coche, nos inclinamos hacia atrás, contrarrestando un aumento de velocidad, y al frenar, nos inclinamos hacia delante, contrarrestando una disminución de velocidad), como en la física molecular (cuando se calienta un líquido, la tasa de evaporación aumenta, las moléculas más rápidas abandonan el líquido, lo que reduce la velocidad de calentamiento), etc. En el electromagnetismo, la inercia se manifiesta en oposición a un cambio en el flujo magnético que penetra en el circuito. Si el flujo magnético aumenta, entonces la corriente de inducción que surge en el circuito se dirige de manera que evite el aumento del flujo magnético, y si el flujo magnético disminuye, entonces la corriente de inducción que surge en el circuito se dirige de manera que evite el flujo magnético. el flujo disminuya.

En ese sitio web. Para hacer esto, no necesita nada en absoluto, a saber: dedicar de tres a cuatro horas diarias a prepararse para el CT en física y matemáticas, estudiar teoría y resolver problemas. El caso es que el CT es un examen en el que no basta solo con saber física o matemáticas, también es necesario poder resolver rápidamente y sin fallos una gran cantidad de problemas de diversos temas y diversa complejidad. Esto último sólo se puede aprender resolviendo miles de problemas.

Aprenda todas las fórmulas y leyes de la física, y fórmulas y métodos de las matemáticas. De hecho, también es muy sencillo hacer esto, solo hay unas 200 fórmulas necesarias en física, y en matemáticas incluso un poco menos. En cada una de estas materias existen alrededor de una decena de métodos estándar para resolver problemas de un nivel básico de complejidad, que también se pueden aprender, y así, de forma completamente automática y sin dificultad, resolver la mayor parte de la transformación digital en el momento adecuado. Después de eso, sólo tendrás que pensar en las tareas más difíciles.

Asista a las tres etapas de las pruebas de ensayo en física y matemáticas. Cada RT se puede visitar dos veces para resolver ambas opciones. Nuevamente, en CT, además de la capacidad de resolver problemas de manera rápida y eficiente y el conocimiento de fórmulas y métodos, también es necesario poder planificar adecuadamente el tiempo, distribuir fuerzas y, lo más importante, completar correctamente el formulario de respuesta. , sin confundir ni el número de respuestas y tareas, ni tu propio nombre. Además, durante el RT, es importante acostumbrarse al estilo de plantear preguntas en las tareas, lo que puede parecer muy inusual para una persona no preparada en el DT.

La implementación exitosa, diligente y responsable de estos tres puntos le permitirá mostrar un excelente resultado en la TC, el máximo de lo que es capaz de hacer.

¿Encontraste un error?

Si, como le parece, encontró un error en los materiales de capacitación, escríbalo por correo. También puedes escribir sobre el error en la red social (). En la carta indique la materia (física o matemáticas), el nombre o número del tema o prueba, el número de la tarea o el lugar del texto (página) donde, en su opinión, hay un error. Describa también cuál es el supuesto error. Su carta no pasará desapercibida, se corregirá el error o se le explicará por qué no es un error.

En los conductores, bajo determinadas condiciones, puede producirse un movimiento continuo y ordenado de portadores de carga eléctrica libres. Tal movimiento se llama descarga eléctrica. La dirección de movimiento de las cargas libres positivas se toma como dirección de la corriente eléctrica, aunque en la mayoría de los casos se mueven electrones, partículas cargadas negativamente.

La medida cuantitativa de la corriente eléctrica es la fuerza de la corriente. I es una cantidad física escalar igual a la relación de carga q, transferido a través de la sección transversal del conductor durante un intervalo de tiempo t, a este intervalo de tiempo:

Si la corriente no es constante, entonces para encontrar la cantidad de carga que pasa a través del conductor, se calcula el área de la figura debajo del gráfico de la dependencia de la intensidad de la corriente con el tiempo.

Si la fuerza de la corriente y su dirección no cambian con el tiempo, entonces dicha corriente se llama permanente. La intensidad de la corriente se mide con un amperímetro, que está conectado en serie al circuito. En el Sistema Internacional de Unidades SI, la corriente se mide en amperios [A]. 1A = 1C/s.

Se calcula como la relación entre la carga total y el tiempo total (es decir, según el mismo principio que la velocidad promedio o cualquier otro valor promedio en física):

Si la corriente cambia uniformemente con el tiempo desde el valor I 1 para valorar I 2, entonces el valor de la corriente promedio se puede encontrar como la media aritmética de los valores extremos:

densidad actual- la intensidad de la corriente por unidad de sección transversal del conductor se calcula mediante la fórmula:

Cuando la corriente fluye a través de un conductor, la corriente experimenta resistencia por parte del conductor. La causa de la resistencia es la interacción de las cargas con los átomos de la sustancia del conductor y entre sí. La unidad de resistencia es 1 ohmio. Resistencia del conductor R está determinada por la fórmula:

Dónde: yo- la longitud del conductor, S es su área de sección transversal, ρ - resistividad del material conductor (cuidado de no confundir este último valor con la densidad de la sustancia), que caracteriza la capacidad del material conductor para resistir el paso de la corriente. Es decir, esta es la misma característica de una sustancia que muchas otras: calor específico, densidad, punto de fusión, etc. La unidad de medida de resistividad es 1 ohmio m. La resistencia específica de una sustancia es un valor tabular.

La resistencia de un conductor también depende de su temperatura:

Dónde: R 0 – resistencia del conductor a 0°С, t es la temperatura expresada en grados Celsius, α es el coeficiente de temperatura de resistencia. Es igual al cambio relativo en la resistencia cuando la temperatura aumenta 1°C. Para los metales siempre es mayor que cero, para los electrolitos, por el contrario, siempre es menor que cero.

Diodo en circuito DC

Diodo Es un elemento de circuito no lineal cuya resistencia depende de la dirección del flujo de corriente. El diodo se designa de la siguiente manera:

La flecha en el símbolo esquemático de un diodo muestra en qué dirección pasa la corriente. En este caso, su resistencia es cero y el diodo se puede reemplazar simplemente por un conductor con resistencia cero. Si la corriente fluye a través del diodo en la dirección opuesta, entonces el diodo tiene una resistencia infinitamente grande, es decir, no deja pasar corriente en absoluto y es una interrupción en el circuito. Luego, la sección del circuito con el diodo simplemente se puede tachar, ya que la corriente no fluye a través de ella.

Ley de Ohm. Conexión en serie y paralelo de conductores.

El físico alemán G. Ohm en 1826 estableció experimentalmente que la fuerza actual I, que fluye a través de un conductor metálico homogéneo (es decir, un conductor en el que no actúan fuerzas externas) con resistencia R, proporcional al voltaje Ud. en los extremos del conductor:

el valor R llamado resistencia eléctrica. Un conductor con resistencia eléctrica se llama resistor. Esta relación expresa Ley de Ohm para una sección homogénea del circuito.: La fuerza de la corriente en un conductor es directamente proporcional al voltaje aplicado e inversamente proporcional a la resistencia del conductor.

Los conductores que obedecen la ley de Ohm se llaman lineal. Dependencia gráfica de la fuerza actual. I del voltaje Ud.(Dichos gráficos se denominan características corriente-voltaje, abreviado VAC) se representa mediante una línea recta que pasa por el origen. Cabe señalar que existen muchos materiales y dispositivos que no obedecen la ley de Ohm, como por ejemplo un diodo semiconductor o una lámpara de descarga de gas. Incluso en conductores metálicos con corrientes suficientemente altas, se observa una desviación de la ley lineal de Ohm, ya que la resistencia eléctrica de los conductores metálicos aumenta al aumentar la temperatura.

Los conductores en circuitos eléctricos se pueden conectar de dos maneras: serie y paralelo. Cada método tiene sus propios patrones.

1. Patrones de conexión en serie:

La fórmula para la resistencia total de resistencias conectadas en serie es válida para cualquier número de conductores. Si el circuito está conectado en serie. norte misma resistencia R, entonces la resistencia total R 0 se encuentra mediante la fórmula:

2. Patrones de conexión en paralelo:

La fórmula para la resistencia total de resistencias conectadas en paralelo es válida para cualquier número de conductores. Si el circuito está conectado en paralelo norte misma resistencia R, entonces la resistencia total R 0 se encuentra mediante la fórmula:

Instrumentos de medida eléctricos.

Para medir voltajes y corrientes en circuitos eléctricos de CC, se utilizan dispositivos especiales: voltímetros Y amperímetros.

Voltímetro diseñado para medir la diferencia de potencial aplicada a sus terminales. Está conectado en paralelo con la sección del circuito en la que se mide la diferencia de potencial. Cualquier voltímetro tiene cierta resistencia interna. R b. Para que el voltímetro no introduzca una redistribución notable de corrientes cuando se conecta al circuito medido, su resistencia interna debe ser grande en comparación con la resistencia de la sección del circuito al que está conectado.

Amperímetro diseñado para medir la corriente en el circuito. El amperímetro se conecta en serie al corte del circuito eléctrico para que toda la corriente medida pase a través de él. El amperímetro también tiene cierta resistencia interna. R A. A diferencia de un voltímetro, la resistencia interna de un amperímetro debe ser suficientemente pequeña en comparación con la resistencia total de todo el circuito.

CEM. Ley de Ohm para un circuito completo.

Para la existencia de corriente continua es necesario disponer en un circuito eléctrico cerrado de un dispositivo capaz de crear y mantener diferencias de potencial en tramos del circuito debido al trabajo de fuerzas de origen no electrostático. Estos dispositivos se llaman fuentes de corriente continua. Las fuerzas de origen no electrostático que actúan sobre los portadores de carga gratuita de fuentes actuales se denominan fuerzas externas.

La naturaleza de las fuerzas externas puede ser diferente. En los elementos galvánicos o baterías, surgen como resultado de procesos electroquímicos; en los generadores de CC, surgen fuerzas externas cuando los conductores se mueven en un campo magnético. Bajo la acción de fuerzas externas, las cargas eléctricas se mueven dentro de la fuente de corriente contra las fuerzas del campo electrostático, por lo que se puede mantener una corriente eléctrica constante en un circuito cerrado.

Cuando las cargas eléctricas se mueven a lo largo de un circuito de CC, las fuerzas externas que actúan dentro de las fuentes de corriente sí funcionan. Cantidad física igual a la proporción de trabajo. A primeras fuerzas externas al mover la carga q desde el polo negativo de la fuente de corriente hasta el positivo hasta el valor de esta carga, se llama fuente de fuerza electromotriz (EMF):

Por tanto, la FEM está determinada por el trabajo realizado por fuerzas externas cuando se mueve una sola carga positiva. La fuerza electromotriz, al igual que la diferencia de potencial, se mide en voltios (V).

Ley de Ohm para un circuito completo (cerrado): la intensidad de la corriente en un circuito cerrado es igual a la fuerza electromotriz de la fuente dividida por la resistencia total (interna + externa) del circuito:

Resistencia r– resistencia interna (intrínseca) de la fuente de corriente (depende de la estructura interna de la fuente). Resistencia R– resistencia de carga (resistencia del circuito externo).

Caída de tensión en el circuito externo. mientras sea igual (también se le llama voltaje en los terminales de la fuente):

Es importante comprender y recordar: la FEM y la resistencia interna de la fuente de corriente no cambian cuando se conectan diferentes cargas.

Si la resistencia de la carga es cero (la fuente se cierra sobre sí misma) o mucho menor que la resistencia de la fuente, entonces el circuito fluirá corriente de cortocircuito:

Corriente de cortocircuito: la corriente máxima que se puede obtener de una fuente determinada con una fuerza electromotriz. ε y resistencia interna r. Para fuentes con baja resistencia interna, la corriente de cortocircuito puede ser muy grande y provocar la destrucción del circuito o fuente eléctrica. Por ejemplo, las baterías de plomo-ácido utilizadas en los automóviles pueden tener una corriente de cortocircuito de varios cientos de amperios. Particularmente peligrosos son los cortocircuitos en las redes de iluminación alimentadas por subestaciones (miles de amperios). Para evitar el efecto destructivo de corrientes tan altas, se incluyen en el circuito fusibles o disyuntores especiales.

Múltiples fuentes EMF en un circuito

Si el circuito contiene varias fem conectadas en serie, Eso:

1. Con la conexión correcta de las fuentes (el polo positivo de una fuente está conectado al negativo de la otra), la FEM total de todas las fuentes y su resistencia interna se pueden encontrar mediante las fórmulas:

Por ejemplo, dicha conexión de fuentes se realiza en controles remotos, cámaras y otros electrodomésticos que funcionan con varias baterías.

2. Si las fuentes están conectadas incorrectamente (las fuentes están conectadas por los mismos polos), su EMF y resistencia total se calculan mediante las fórmulas:

En ambos casos aumenta la resistencia total de las fuentes.

En coneccion paralela Tiene sentido conectar fuentes solo con el mismo EMF, de lo contrario las fuentes se descargarán entre sí. Así, la FEM total será la misma que la FEM de cada fuente, es decir, con una conexión en paralelo no obtendremos una batería con una FEM grande. Esto reduce la resistencia interna de la batería de fuentes, lo que permite obtener más corriente y potencia en el circuito:

Éste es el significado de la conexión paralela de fuentes. En cualquier caso, al resolver problemas, primero es necesario encontrar la FEM total y la resistencia interna total de la fuente resultante, y luego escribir la ley de Ohm para todo el circuito.

Trabajo y potencia actual. Ley de Joule-Lenz

Trabajo A corriente eléctrica I que fluye a través de un conductor fijo con resistencia R, convertido en calor q, que destaca en el director de orquesta. Este trabajo se puede calcular mediante una de las fórmulas (teniendo en cuenta la ley de Ohm, todas se derivan unas de otras):

La ley de convertir el trabajo de la corriente en calor fue establecida experimentalmente de forma independiente por J. Joule y E. Lenz y se llama Ley de Joule-Lenz. potencia de corriente electrica igual a la relación del trabajo de la corriente. A al intervalo de tiempo Δ t, para lo cual se realizó este trabajo, por lo que se puede calcular mediante las siguientes fórmulas:

El trabajo de una corriente eléctrica en SI, como es habitual, se expresa en julios (J), la potencia, en vatios (W).

Balance de energía en circuito cerrado.

Considere ahora un circuito de CC completo que consta de una fuente con una fuerza electromotriz. ε y resistencia interna r y una zona externa homogénea con resistencia R. En este caso, la potencia útil o potencia liberada en el circuito externo es:

La máxima potencia útil posible de la fuente se consigue si R = r y es igual a:

Si, cuando se conecta a la misma fuente de corriente de diferentes resistencias R 1 y R Se les asignan 2 potencias iguales, entonces la resistencia interna de esta fuente de corriente se puede encontrar mediante la fórmula:

Pérdida de energía o energía dentro de la fuente actual:

La potencia total desarrollada por la fuente actual:

Eficiencia de la fuente actual:

Electrólisis

electrolitos Se acostumbra denominar medios conductores en los que el flujo de corriente eléctrica va acompañado de la transferencia de materia. Los portadores de cargas libres en los electrolitos son iones cargados positiva y negativamente. Los electrolitos incluyen muchos compuestos de metales con metaloides en estado fundido, así como algunas sustancias sólidas. Sin embargo, los principales representantes de los electrolitos ampliamente utilizados en tecnología son las soluciones acuosas de ácidos, sales y bases inorgánicos.

El paso de una corriente eléctrica a través del electrolito va acompañado de la liberación de una sustancia sobre los electrodos. Este fenómeno ha sido denominado electrólisis.

La corriente eléctrica en los electrolitos es el movimiento de iones de ambos signos en direcciones opuestas. Los iones positivos se mueven hacia el electrodo negativo ( cátodo), iones negativos - al electrodo positivo ( ánodo). Los iones de ambos signos aparecen en soluciones acuosas de sales, ácidos y álcalis como resultado de la división de algunas moléculas neutras. Este fenómeno se llama disociación electrolítica.

ley de electrólisis fue establecido experimentalmente por el físico inglés M. Faraday en 1833. ley de faraday Determina la cantidad de productos primarios liberados en los electrodos durante la electrólisis. Entonces la masa metro La sustancia liberada en el electrodo es directamente proporcional a la carga. q pasó a través del electrolito:

el valor k llamado equivalente electroquímico. Se puede calcular mediante la fórmula:

Dónde: norte es la valencia de la sustancia, norte A es la constante de Avogadro, METRO es la masa molar de la sustancia, mi es la carga elemental. A veces también se introduce la siguiente notación para la constante de Faraday:

Corriente eléctrica en gases y en el vacío.

Corriente eléctrica en gases.

En condiciones normales, los gases no conducen la electricidad. Esto se debe a la neutralidad eléctrica de las moléculas de gas y, en consecuencia, a la ausencia de portadores de carga eléctrica. Para que un gas se convierta en conductor, es necesario arrancar uno o más electrones de las moléculas. Luego habrá portadores de carga libres: electrones e iones positivos. Este proceso se llama ionización de gases.

Es posible ionizar moléculas de gas por influencia externa. ionizador. Los ionizadores pueden ser: una corriente de luz, rayos X, una corriente de electrones o α -partículas. Las moléculas de gas también se ionizan a altas temperaturas. La ionización conduce a la aparición de portadores de carga libres en los gases: electrones, iones positivos, iones negativos (un electrón combinado con una molécula neutra).

Si se crea un campo eléctrico en el espacio ocupado por un gas ionizado, entonces los portadores de cargas eléctricas comenzarán a moverse de manera ordenada; así es como surge una corriente eléctrica en los gases. Si el ionizador deja de funcionar, el gas vuelve a ser neutral, ya que recombinación– formación de átomos neutros por iones y electrones.

Corriente eléctrica en el vacío.

El vacío es un grado tal de rarefacción de un gas en el que se puede ignorar la colisión entre sus moléculas y suponer que el camino libre medio excede las dimensiones lineales del recipiente en el que se encuentra el gas.

Una corriente eléctrica en el vacío se denomina conductividad de la brecha entre electrodos en un estado de vacío. En este caso, hay tan pocas moléculas de gas que los procesos de ionización no pueden proporcionar la cantidad de electrones e iones necesarios para la ionización. La conductividad del espacio entre electrodos en el vacío sólo puede garantizarse con la ayuda de partículas cargadas que han surgido debido a fenómenos de emisión en los electrodos.

Atrás
Adelante

¿Cómo prepararse con éxito para el CT en Física y Matemáticas?

Para prepararse con éxito para el CT en Física y Matemáticas, entre otras cosas, se deben cumplir tres condiciones críticas:

Estudie todos los temas y complete todas las pruebas y tareas proporcionadas en los materiales de estudio de este sitio. Para hacer esto, no necesita nada en absoluto, a saber: dedicar de tres a cuatro horas diarias a prepararse para el CT en física y matemáticas, estudiar teoría y resolver problemas. El caso es que el CT es un examen en el que no basta solo con saber física o matemáticas, también es necesario poder resolver rápidamente y sin fallos una gran cantidad de problemas de diversos temas y diversa complejidad. Esto último sólo se puede aprender resolviendo miles de problemas.
Aprenda todas las fórmulas y leyes de la física, y fórmulas y métodos de las matemáticas. De hecho, también es muy sencillo hacer esto, solo hay unas 200 fórmulas necesarias en física, y en matemáticas incluso un poco menos. En cada una de estas materias existen alrededor de una decena de métodos estándar para resolver problemas de un nivel básico de complejidad, que también se pueden aprender, y así, de forma completamente automática y sin dificultad, resolver la mayor parte de la transformación digital en el momento adecuado. Después de eso, sólo tendrás que pensar en las tareas más difíciles.
Asista a las tres etapas de las pruebas de ensayo en física y matemáticas. Cada RT se puede visitar dos veces para resolver ambas opciones. Nuevamente, en CT, además de la capacidad de resolver problemas de manera rápida y eficiente y el conocimiento de fórmulas y métodos, también es necesario poder planificar adecuadamente el tiempo, distribuir fuerzas y, lo más importante, completar correctamente el formulario de respuesta. , sin confundir ni el número de respuestas y tareas, ni tu propio nombre. Además, durante el RT, es importante acostumbrarse al estilo de plantear preguntas en las tareas, lo que puede parecer muy inusual para una persona no preparada en el DT.

La implementación exitosa, diligente y responsable de estos tres puntos le permitirá mostrar un excelente resultado en la TC, el máximo de lo que es capaz de hacer.

¿Encontraste un error?

Fórmulas de electricidad y magnetismo.

ley de Coulomb

1. ley de Coulomb

2 . intensidad del campo eléctrico

3. módulo de intensidad de campo de carga puntual

4 . principio de superposición

5. -vector de momento eléctrico del dipolo - momento dipolar

2. Teorema de Gauss

9. teorema de gauss

10. teorema de gauss

11.

12. - divergencia de campo

Potencial de campo electrostático

14. - el trabajo de las fuerzas del campo electrostático sobre el movimiento de la carga de prueba q en el campo eléctrico de una carga puntual Q

15. - signo integral de la potencialidad del campo electrostático

16. - incremento del potencial del campo electrostático

17 . - disminución del potencial del campo electrostático

18 . - normalización potencial (selección del punto de referencia)

19 . - principio de superposición para

20. - trabajo cuasiestático de las fuerzas de campo cuando se mueve

a lo largo de un camino arbitrario desde el v.1 al v.2

21. - relación local entre y

22. - potencial de una carga puntual

23. - potencial dipolar

24. es el operador diferencial de Hamilton ("nabla") en sistema de coordenadas polares

25 . - Operador de Laplace o Laplaciano

26. - Ecuación de Laplace

27. - ecuación de Poisson

4. Energía en electrostática.

28. - energía de interacción electrostática de cargas entre sí

29 . - energía electrostática total de un cuerpo cargado

30. - densidad de energía volumétrica (energía localizada en una unidad de volumen)

31. - Energía de interacción de un dipolo puntual con un campo externo.

5. Conductores electrostáticos

32. - campo cerca de la superficie del conductor

33. - capacidad eléctrica de un conductor solitario

34. - capacitancia de un condensador plano

35 . - capacitancia de un condensador esférico formado por superficies conductoras esféricas de radios A Y b

36 . - energía del condensador

6. Campo electrostático en dieléctricos.

37. , - susceptibilidad dieléctrica de la sustancia.

38. - polarización (momento dipolar eléctrico por unidad de volumen de una sustancia)

39. - relación entre tensión y polarización

40 . Teorema de Gauss para un vector en forma integral

41. - Teorema de Gauss para un vector en forma diferencial

42. - condiciones de contorno para el vector

43. - Teorema de Gauss para un vector en dieléctricos

44 . - desplazamiento eléctrico

45. - teorema de Gauss integral y local para vectores

46. - condiciones de contorno para el vector, donde es la densidad superficial de las cargas externas

47. - comunicación y para medios isotrópicos

CORRIENTE CONTINUA

48. - fuerza actual

49 . - la carga que pasa por la sección transversal del conductor

50. - ecuación de continuidad (ley de conservación de la carga)

51. - ecuación de continuidad en forma diferencial

52 . - la diferencia de potencial para un conductor en el que no actúan fuerzas externas se identifica con la caída de tensión

53. - Ley de Ohm

54. - Ley de Joule-Lenz

55. - resistencia de un alambre hecho de un material homogéneo del mismo espesor

56. - Ley de Ohm en forma diferencial.

57 . - el recíproco de la resistividad se llama conductividad eléctrica

58 . - Ley de Joule-Lenz en forma diferencial

59. - la forma integral de la ley de Ohm, teniendo en cuenta el campo de fuerzas externas para una sección del circuito que contiene EMF.

60 . Primera ley de Kirchhoff. La suma algebraica de las intensidades de corriente de cada nodo en un circuito ramificado es cero.

61. Segunda ley de Kirchhoff. La suma de los voltajes a lo largo de cualquier circuito cerrado del circuito es igual a la suma algebraica de la FEM que actúa en este circuito.

62 . - potencia de corriente térmica específica en un medio conductor no homogéneo

Ley de Bio-Savart

63 . - Fuerza de Lorentz

64 . - si en algún marco de referencia el campo electromagnético es eléctrico

(es decir, ), entonces, en otro marco de referencia, moviéndose con respecto a K con una velocidad, los componentes del campo electromagnético son distintos de cero y están relacionados por la relación 64

65 . - Si en algún marco de referencia un cuerpo cargado eléctricamente tiene una velocidad, entonces los componentes eléctrico y magnético del campo electromagnético creado por su carga están relacionados en este marco de referencia por la relación

66 . - si en algún sistema de referencia el campo electromagnético es magnético (), entonces en cualquier otro sistema de referencia que se mueva a una velocidad relativa al primero, los componentes y el campo electromagnético son distintos de cero y están relacionados por la relación

67. - inducción de campo magnético de una carga en movimiento

68 . - constante magnética

2. Teorema de Gauss

7 . - flujo de campo a través de una superficie arbitraria

8. - el principio de aditividad de los flujos

9. teorema de gauss

10. teorema de gauss

11. es el operador diferencial de Hamilton ("nabla") en sistema de coordenadas cartesiano

12. - divergencia de campo

13 . Teorema de Gauss local (diferencial)

A menudo sucede que el problema no se puede resolver porque no se dispone de la fórmula necesaria. Deducir una fórmula desde el principio no es lo más rápido y cada minuto cuenta.

A continuación hemos recopilado las fórmulas básicas sobre el tema "Electricidad y Magnetismo". Ahora, a la hora de resolver problemas, puedes utilizar este material como referencia, para no perder el tiempo buscando la información necesaria.

Magnetismo: definición

El magnetismo es la interacción de cargas eléctricas en movimiento que se produce a través de un campo magnético.

Campo es una forma especial de materia. En el marco del modelo estándar, existen campos eléctricos, magnéticos, electromagnéticos, el campo de fuerzas nucleares, el campo gravitacional y el campo de Higgs. Quizás haya otros campos hipotéticos sobre los que sólo podemos adivinar o no adivinar en absoluto. Hoy nos interesa el campo magnético.

Inducción magnética

Así como los cuerpos cargados crean un campo eléctrico a su alrededor, los cuerpos cargados en movimiento generan un campo magnético. El campo magnético no sólo se crea mediante cargas en movimiento (corriente eléctrica), sino que también actúa sobre ellas. De hecho, un campo magnético sólo puede detectarse por su efecto sobre cargas en movimiento. Y actúa sobre ellos con una fuerza llamada fuerza de amperios, de la que hablaremos más adelante.

Antes de comenzar a dar fórmulas específicas, debemos hablar de inducción magnética.

La inducción magnética es un vector de potencia característico de un campo magnético.

esta marcado con la letra B y medido en tesla (tl) . Por analogía con la fuerza del campo eléctrico. mi La inducción magnética muestra qué tan fuerte actúa el campo magnético sobre la carga.

Por cierto, encontrará muchos datos interesantes sobre este tema en nuestro artículo sobre.

¿Cómo determinar la dirección del vector de inducción magnética? Aquí nos interesa el lado práctico del problema. El caso más común de problemas es un campo magnético creado por un conductor con corriente, que puede ser recto o en forma de círculo o bobina.

Para determinar la dirección del vector de inducción magnética, existe regla de la mano derecha. ¡Prepárate para utilizar el pensamiento abstracto y espacial!

Si toma el conductor con la mano derecha de modo que el pulgar apunte en la dirección de la corriente, los dedos doblados alrededor del conductor mostrarán la dirección de las líneas del campo magnético alrededor del conductor. El vector de inducción magnética en cada punto estará dirigido tangencialmente a las líneas de fuerza.

potencia del amplificador

Imaginemos que existe un campo magnético con inducción. B. Si colocamos un conductor de longitud yo , a través del cual fluye la corriente I , entonces el campo actuará sobre el conductor con la fuerza:

Eso es lo que es amperios de potencia . Esquina alfa es el ángulo entre la dirección del vector de inducción magnética y la dirección de la corriente en el conductor.

La dirección de la fuerza de Ampère está determinada por la regla de la mano izquierda: si coloca la mano izquierda de manera que las líneas de inducción magnética entren en la palma y los dedos extendidos indiquen la dirección de la corriente, el pulgar apartado indicará la dirección de la fuerza de Ampère.

fuerza de lorentz

Descubrimos que el campo actúa sobre un conductor con corriente. Pero si esto es así, inicialmente actúa por separado sobre cada carga en movimiento. La fuerza con la que actúa un campo magnético sobre una carga eléctrica que se mueve en él se llama fuerza de lorentz . Es importante señalar aquí la palabra "Moviente", por lo que el campo magnético no actúa sobre cargas estacionarias.

Entonces una partícula con carga q se mueve en un campo magnético con inducción EN con velocidad v , A alfa es el ángulo entre el vector de velocidad de la partícula y el vector de inducción magnética. Entonces la fuerza que actúa sobre la partícula es:

¿Cómo determinar la dirección de la fuerza de Lorentz? Regla de la mano izquierda. Si el vector de inducción ingresa a la palma y los dedos apuntan en la dirección de la velocidad, entonces el pulgar doblado mostrará la dirección de la fuerza de Lorentz. Tenga en cuenta que así es como se determina la dirección de las partículas cargadas positivamente. Para cargas negativas, se debe invertir la dirección resultante.

Si una partícula de masa metro vuela hacia el campo perpendicular a las líneas de inducción, luego se moverá en círculo y la fuerza de Lorentz desempeñará el papel de una fuerza centrípeta. El radio del círculo y el período de revolución de una partícula en un campo magnético uniforme se pueden encontrar mediante las fórmulas:

Interacción de corrientes

Consideremos dos casos. Primero, la corriente fluye por un cable recto. El segundo está en un bucle circular. Como sabemos, la corriente crea un campo magnético.

En el primer caso, la inducción magnética de un cable con corriente. I en la distancia R a partir de él se calcula mediante la fórmula:

mu es la permeabilidad magnética de la sustancia, mu con índice cero es la constante magnética.

En el segundo caso, la inducción magnética en el centro de una espira circular con corriente es:

Además, a la hora de resolver problemas, la fórmula del campo magnético dentro del solenoide puede resultar útil. - Se trata de una bobina, es decir, un conjunto de espiras circulares con corriente.

Deja que su número sea norte , y la longitud del solenoide en sí es yo . Luego, el campo dentro del solenoide se calcula mediante la fórmula:

¡Por cierto! Para nuestros lectores ahora hay un 10% de descuento en

Flujo magnético y EMF

Si la inducción magnética es un vector característico de un campo magnético, entonces flujo magnético Es un valor escalar, que también es una de las características más importantes del campo. Imaginemos que tenemos una especie de marco o contorno que tiene un área determinada. El flujo magnético muestra cuántas líneas de fuerza pasan por una unidad de área, es decir, caracteriza la intensidad del campo. medido en Weberach (Wb) y denotado F .

S - área del contorno, alfa es el ángulo entre la normal (perpendicular) al plano del contorno y el vector EN .

Al cambiar el flujo magnético a través del circuito, el circuito se induce. CEM , igual a la tasa de cambio del flujo magnético a través del circuito. Por cierto, puedes leer más sobre qué es la fuerza electromotriz en otro de nuestros artículos.

En esencia, la fórmula anterior es la fórmula de la ley de inducción electromagnética de Faraday. Te recordamos que la tasa de cambio de cualquier cantidad no es más que su derivada con respecto al tiempo.

Lo contrario también es cierto para el flujo magnético y los campos electromagnéticos de inducción. Un cambio en la corriente en el circuito conduce a un cambio en el campo magnético y, en consecuencia, a un cambio en el flujo magnético. En este caso, surge una FEM de autoinducción, que evita un cambio en la corriente en el circuito. El flujo magnético que impregna el circuito con corriente se llama flujo magnético propio, es proporcional a la intensidad de la corriente en el circuito y se calcula mediante la fórmula:

l es un factor de proporcionalidad llamado inductancia, que se mide en Enrique (Gn) . La inductancia se ve afectada por la forma del circuito y las propiedades del medio. Para longitud de bobina yo y con el numero de vueltas norte La inductancia se calcula mediante la fórmula:

La fórmula para la FEM de la autoinducción:

Energía del campo magnético

Electricidad, energía nuclear, energía cinética. La energía magnética es una forma de energía. En problemas físicos, lo más frecuente es que sea necesario calcular la energía del campo magnético de la bobina. Bobina de energía magnética con corriente. I e inductancia l es igual a:

Densidad de energía del campo volumétrico:

Por supuesto, estas no son todas las fórmulas básicas de la sección de física. « Electricidad y magnetismo » Sin embargo, a menudo pueden ayudar a resolver problemas y cálculos estándar. Si se encuentra con un problema con un asterisco y simplemente no puede encontrar la clave, simplifique su vida y comuníquese con el