![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Конспект лекций по физике
- •Раздел 3 электричество
- •Часть 1
- •Электростатика Электростатическое поле в вакууме. Электрические заряды. Закон Кулона
- •Напряженность электростатического поля
- •Теорема Гаусса для электростатического поля в вакууме
- •Применение теоремы Гаусса к расчету некоторых электростатических полей в вакууме
- •Работа по перемещению заряда в электрическом поле. Потенциальность электростатического поля.
- •Потенциал электростатического поля
- •Напряженность как градиент потенциала
- •Разность потенциалов некоторых полей
- •Электрическое поле в веществе. Электрический диполь
- •Диэлектрики в электростатическом поле
- •Электрическое смещение. Теорема Гаусса для электростатического поля в диэлектрике
- •Проводники в электростатическом поле
- •Электрическая емкость. Электрическая емкость уединенного проводника
- •Конденсаторы
- •Соединение конденсаторов в батарею
- •Энергия электростатического поля
- •Постоянный электрический ток. Электрический ток. Сила тока. Плотность тока
- •Сторонние силы. Электродвижущая сила и напряжение
- •Закон Ома для участка цепи. Сопротивление цепи
- •Закон Ома для неоднородного участка цепи и для полной (замкнутой) цепи
- •Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля - Ленца
- •Зависимость сопротивления от температуры. Явление сверхпроводимости
- •Электрические цепи с последовательным и параллельным соединением потребителей
Постоянный электрический ток. Электрический ток. Сила тока. Плотность тока
Если в двух точках проводника искусственно поддерживать разные потенциалы, то внутри проводника будет существовать электрическое поле и непрерывное движение зарядов.
Направленное движение свободных зарядов в проводнике под действием сил электрического поля называется электрическим током.
Носителями зарядов в любых проводниках являются свободные электроны и ионы. Протекание тока в веществе всегда сопровождается увеличением внутренней энергии вещества ( нагреванием).
Средняя скорость направленного движения носителей зарядов (при постоянной напряженности поля в проводнике) прямо пропорциональна напряженности :
Коэффициент пропорциональности
"
"
называется подвижностью
носителей заряда и
выражает зависимость скорости
направленного движения
носителей зарядов от рода вещества
проводника и внешних условий (в
частности, от температуры). Средняя
скорость направленного движения
электронов в меди составляет порядка
1 мм/с.
За направление тока условно принимают направленное движение положительных зарядов.
Количественной мерой электрического
тока служит сила тока
– скалярная физическая
величина, определяемая электрическим
зарядом
,
прошедшим через поперечное соединение
проводника за единицу времени.
Размерность силы тока
=
1А (Ампер)
Ток, сила и направление которого не
изменяются со временем, называется
постоянным. Сила постоянного тока:
Плотность тока — физическая величина, определяемая силой тока, проходящего через единицу площади поперечного сечения проводника, перпендикулярного направлению тока. Модуль плотности тока:
Размерность плотности тока: [
]
=
Рисунок 19. К расчету силы тока
Если (Рисунок 19)
—
средняя скорость направленного
движения зарядов в проводнике,
-
концентрация зарядов и каждый носитель
имеет заряд
,
то за время
через поперечное сечение
проводника переносится заряд
Сила тока (скалярная величина):
.
Учитывая, что скорость
,
а
,
где
напряжение,
приложенное к концам проводника длиной
,
получим:
Плотность тока - векторная величина:
Вектор плотности тока
совпадает с направлением скорости
направленного движения положительных
зарядов.
Сила тока сквозь произвольную поверхность
определяется как поток вектора
через эту поверхность, то есть:
где
,
а
единичный
вектор нормали к площадке
,
составляющей с вектором
угол
.
Сторонние силы. Электродвижущая сила и напряжение
Для существования постоянного тока необходимо наличие в цепи устройства, способного создавать и поддерживать разность потенциалов за счет работы сил неэлектрического происхождения. Такие устройства называются источниками тока. Силы неэлектрического
происхождения, действующие на заряды
со стороны источника тока, называются
сторонними
.
С
Рисунок 20. Движение электрических
зарядов в цепях
и превышает их по величине (рисунок
20). В проводнике Д, находящемся в источнике
тока, заряды получают энергию за счет
неэлектрических видов энергии. Сторонние
силы в гальванических элементах возникают
за счет энергии
химической реакций, а в генераторе – за счет механической энергии вращения ротора генератора.
Участок цепи (С), в котором заряды движутся в сторону действия электрических сил, является потребителем электрической энергии и называется внешней цепью.
Участок цепи (Д), в котором заряды двигаются в сторону действия сторонних сил, является источником электрической энергии и называется внутренней цепью.
Физическая величина, определяемая
работой, совершаемой сторонними силами
при перемещении положительного единичного
заряда q0,
называется электродвижущей силой
(ЭДС)
,
действующей в цепи.
ЭДС — величина скалярная.
Размерность ЭДС - [ ] = 1В (Вольт).
Сторонняя сила
,
действующая на заряд
:
,
где
напряженность поля сторонних сил.
Р
Из последней формулы следует, что ЭДС, действующая в замкнутой цепи, не что иное, как циркуляция вектора напряженности поля сторонних сил.
ЭДС, действующая на участке 1 - 2:
.
На заряд
кроме сторонних сил действуют силы
электростатического поля
Результирующая сила, действующая
в цепи на заряд
:
Работа, совершаемая результирующей
силой над зарядом
,
на участке 1 - 2:
Напряжением
на участке 1 - 2 , содержащем ЭДС,
называется скалярная физическая
величина:
Если
=
0, то
=
Для замкнутой цепи работа электростатических
сил равна 0, так как
.
Поэтому для замкнутой цепи:
.
Контрольные вопросы
Что такое электрический ток и какое направление тока принято в технике?
Дайте определение силы тока, плотности тока и напишите формулы, по которым рассчитываются эти величины.
В каких единицах измеряются сила и плотность электрического тока?
Расскажите о внешней и внутренней цепи электрического тока.
Расскажите о сторонних силах и дайте определение электродвижущей силы.
Что называется напряжением на участке цепи 1 - 2?