Презентация на тему: "Презентация по электротехнике на тему "Законы Ома и Кирхгофа""

1
ПРЕПОДАВАТЕЛЬ АСТАШИНА ЕВГЕНИЯ АНДРЕЕВНА
ТЕМА ЗАНЯТИЯ:
Первый и второй законы Кирхгофа. Обобщенный закон Ома

Закон Ома
Год открытия Закон Ома — 1826 немецким ученым Георгом Омом.
Он эмпирически определил и описал закон о соотношении силы тока, напряжения и типа проводника.
Позже выяснилось, что третья составляющая – это не что иное, как сопротивление.
Впоследствии этот закон назвали в честь открывателя, но законом дело не ограничилось, его фамилией и назвали физическую величину, как дань уважения его работам.
2

Чтобы правильно записать уравнения, описывающие процессы в электрических цепях, и произвести анализ этих процессов, необходимо задать условные положительные направления ЭДС источников питания, тока в элементах или ветвях цепи и напряжения на зажимах элементов цепи или между узлами цепи.

За положительное направление тока в цепи принимают направление, совпадающее с направлением ЭДС.

Во внешней цепи положительным является направление от положительного полюса источника к отрицательному полюсу. В электронной теории – направление совпадает с направлением положительно заряженных частиц.
3

4
Закон Ома для участка цепи

Сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.
где I — это сила тока (Ампер), U — напряжение (Вольт),
R — сопротивление (Ом).
Определение единицы сопротивления — Ом
1 Ом представляет собой электрическое сопротивление участка проводника, по которому при напряжении 1 (Вольт) протекает ток 1 (Ампер).
R=ρ*L/S)
Где ρ – удельное сопротивление в Ом*мм2/м, L – длина в м, S – площадь поперечного сечения.

5
 
Как запомнить формулы закона Ома

Треугольник Ома поможет запомнить закон. Нужно закрыть искомую величину, и два других символа дадут формулу для её вычисления.

6

7
Формулировка для полной цепи

Полная цепь предполагает наличие источника питания.
Идеальный источник питания – это прибор, который имеет единственную характеристику:
-напряжение, если это источник ЭДС;
-силу тока, если это источник тока.

Такой источник питания способен выдать любую мощность при неизменных выходных параметрах.

В реальном же источнике питания есть еще и такие параметры как мощность и внутреннее сопротивление.
По сути, внутреннее сопротивление – это резистор, установленный последовательно с источником ЭДС.

8

9
Формула Закона Ома для полной цепи выглядит похоже, но добавляется внутренне сопротивление источника питания.

Для полной цепи записывается формулой:

I=ε/(R+r);
где ε – ЭДС в Вольтах, R – сопротивление нагрузки, r – внутреннее сопротивление источника питания.

На практике внутреннее сопротивление является долями Ома, а для гальванических источников оно существенно возрастает.

Вы это наблюдали, когда на двух батарейках (новой и севшей) одинаковое напряжение, но одна выдает нужный ток и работает исправно, а вторая не работает, т.к. проседает при малейшей нагрузке.

10
При коротком замыкании, когда R ≈ 0, сила тока в цепи и определяется именно внутренним сопротивлением источника и при электродвижущей силе в несколько вольт может оказаться очень большой, если r мало (например, у аккумулятора r ≈ 0,1 — 0,001 Ом). Провода могут расплавиться, а сам источник выйти из строя.

11


Закон Кирхгофа (правила Кирхгофа), сформулированны Густавом Кирхгофом в 1845 году.
Законы Кирхгофа – это соотношения, выполняемые между токами и напряжениями на участках любых электрических цепей.
Они позволяют рассчитывать любые электрические цепи: постоянного, переменного тока.

12
При параллельном соединении проводников начала всех проводников соединены в одну точку, а концы проводников – в другую точку. Начало цепи присоединяется к одному полюсу источника напряжения, а конец цепи – к другому полюсу.
Из рисунка видно, что при параллельном соединении проводников для прохождения тока имеется несколько путей. Ток, протекая к точке разветвления А, растекается далее по трем сопротивлениям и равен сумме токов, выходящих из этой точки: I = I1 + I2 + I3.

13


Согласно первому правилу Кирхгофа алгебраическая сумма токов ветвей, сходящихся в каждом узле любой цепи равна нулю. При этом направленный к узлу ток принято считать положительным, а направленный от узла – отрицательным.
Запишем первый закон Кирхгофа в комплексной форме:
Первый закон Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма токов, направленных к узлу, равна сумме направленных от узла.

То есть, сколько тока втекает в узел, столько же вытекает (как следствие закона сохранения электрического заряда). Алгебраическая сумма - это сумма, в которую входят слагаемые со знаком плюс и со знаком минус.

14
Рассмотрим применение 1 закона Кирхгофа на следующем примере:
I1 – это полный ток, текущий к узлу А, а I2 и I3 — токи, вытекающие из узла А.
Тогда мы можем записать: I1 = I2 + I3.
Аналогично для узла B: I3 = I4 + I5.
Пусть, что I4 = 5 А и I5 = 1 А, получим: I3 = 5 + 1 = 6 (А).
Пусть I2 = 10 А, получим: I1 = I2 + I3 = 10 + 6 = 16 (А).
Запишем подобное соотношение для узла C: I6 = I4 + I5 = 5 + 1 = 6 А.
А для узла D: I1 = I2 + I6 = 10 + 6 = 16 А
Таким образом мы наглядно видим справедливость первого закона Кирхгофа.

15
Второй закон Кирхгофа гласит, что алгебраическая сумма напряжений на резистивных элементах замкнутого контура, равна алгебраической сумме ЭДС, входящих в этот контур. В случае отсутствия источников ЭДС, суммарное напряжение равно нулю.


Иначе формулируя второе правило Кирхгофа, можно сказать: при полном обходе контура потенциал, изменяясь, возвращается к начальному значению.

18


При составлении уравнения напряжений для контура нужно выбрать положительное направление обхода контура, при этом падение напряжения на ветви считается положительным, если направление обхода данной ветви совпадает с ранее выбранным направлением тока ветви, в противном случае – отрицательным.

Определить знак можно по алгоритму:
1. выбираем направление обхода контура (по или против часовой стрелки);
2. произвольно выбираем направления токов через элементы цепи;
3. расставляем знаки для напряжений и ЭДС по правилам (ЭДС, создающие ток в контуре, направление которого совпадает с направление обхода контура со знаком «+», иначе – «-»; напряжения, падающие на элементах цепи, если ток, протекающий через эти элементы совпадает по направлению с обходом контура, со знаком «+», в противном случае – «-»).

Закон Ома является частным случаем второго правила для цепи.

16
Приведем пример применения второго правила Кирхгофа:
По данной электрической цепи необходимо найти ее ток. Произвольно берем положительное направление тока. Выберем направление обхода по часовой стрелке, запишем уравнение 2 закона Кирхгофа:
Знак минус означает, что выбранное нами направление тока противоположно его действительному направлению.

17
Методы расчета электрических цепей:

1.В соответствии с методом свертывания, отдельные участки схемы упрощают и постепенным преобразованием приводят схему к одному эквивалентному (входному) сопротивлению, включенному к зажимам источника.

Схема упрощается с помощью замены группы последовательно или параллельно соединенных сопротивлений одним, эквивалентным по сопротивлению.

Определяют ток в упрощенной схеме, затем возвращаются к исходной схеме и определяют в ней токи.

18
Рассмотрим схему на рис. Пусть известны величины сопротивлений R1, R2, R3, R4, R5, R6, ЭДС Е. Необходимо определить токи в ветвях схемы.
Сопротивления R4 и R5 соединены последовательно, а сопротивление R6 - параллельно с ними, поэтому их эквивалентное сопротивление


После проведенных преобразований схема принимает вид, показанный на рис. 3.2, а эквивалентное сопротивление всей цепи

19
Ток I1 в неразветвленной части схемы определяется по формуле:
Найдем токи I2 и I3 в схеме по формулам:
I3 = I1 - I2 - формула получается из уравнения, составленного по первому закону Кирхгофа
I1 - I2 - I3 = 0.
Переходим к исходной схеме на рис. и определим токи в ней по формулам:
I6 = I3 - I4 (в соответствии с первым законом Кирхгофа I3 - I4 - I6 =0).

Принцип наложения или суперпозиций.
Этот метод заключается в том, что воздействие нескольких источников на какой либо элемент цепи можно рассматривать как результат воздействия на элемент каждой ЭДС по отдельности независимо от других источников.

Если  в рассчитываемой цепи присутствует несколько источников ЭДС, то расчет электрической цепи сводится к расчету нескольких цепей с одним источником. Ток в любой ветви рассматривается как алгебраическая сумма
E1=100 B, E2=50 B; R1=4 Om, R2=10 Om; R3=12 Om, r01=1Om, r02=2 Om.
Найти: Все токи.
Порядок расчета:
Определяем количество источников в схеме. В данной схеме два  источника, значит нам нужно рассчитать две схемы.
20

Предположим, что в цепи действует только Е1 рисунок 2. Укажем на этой схеме направление частных токов создаваемые источником Е1 (токи обозначим с одним штрихом I’1; I’2: I’3). Обратите внимание, если у источника (E1; E2) есть  внутреннее сопротивление (r01; r02), то при исключения данного источника его внутренне сопротивление остаётся в схеме.
Найдем ток I’1. Rэкв — сопротивление всей
Найдем ток I’2; I’3 по формуле разброса токов. 
21

Мы нашли все частные токи в первой схеме (рисунок 2).
Рассмотрим вторую схему без E1, но с E2 (рисунок 3). Укажем на этой схеме направление частных токов создаваемые источником Е2 (токи обозначим с двумя штрихами I»1; I»2: I»3)
Найдем ток I»2. RЭКВ рассчитываем заново.
Найдем токи I»1; I»3 по формуле разброса токов. 
22

Мы нашли все частные токи для второй схемы (рисунок 3).
Найдем действующие токи в изначальной схеме (рисунок 1) путем алгебраического сложения частных токов первой (рисунок 2) и второй (рисунок 3) схемы. Для этого смотрим как направлены токи в одинаковых ветвях на рисунке 2 и 3. Если токи направлены в одном направлении, то тогда они складываются, а если токи направлены в
разные стороны тогда отнимаем. 
Если конечные токи получаются положительные, то токи направлены так же как на рисунке 2, а если токи получились отрицательными, то тогда они направлены так же как на рисунке 3.
23