28.Сила тока. Напряжение. Закон Ома в дифференциальной и интегральной формах. Электродвижущая сила источника тока. Закон Джоуля-Ленца.

Электрический ток это упорядоченное движение электрических зарядов, которые называются носителями тока. При известных концентрации n, заряде q и скорости упорядоченного движения u вектор j=nqu называется плотностью электрического тока. Как показывает опыт, для многих тел плотность тока пропорциональна напряжённости электрического поля j=λЕ, где λ называется удельной проводимостью, а обратная величина ρ=1/λ - удельным сопротивлением. Это важное соотношение называется законом Ома в дифференциальной форме. Рассмотрим важный для практики случай, когда электрические токи текут вдоль тонких проводов. Через поперечное сечение провода S в единицу времени проходит заряд I=jS, называемый силой тока (I=q/t). В замкнутой цепи для поддержания силы тока постоянной должен находится источник тока, в котором действуют силы неэлектрического происхождения, называемые сторонними силами F^стор. Обозначим F^стор/q=Е^стор, тогда из закона Ома Е+Е^стор=ρI/S. Умножим это соотношение на элемент длины провода dl и проинтегрируем по всей цепи ∫Еdl+∫Е^сторdl=I∫ρdl/S. Первый интеграл равен нулю, т.к. электрическое поле консервативно. Второй интеграл, равный отношению работы сторонних сил по перемещению пробного заряда по всей цепи к величине пробного заряда, называется электродвижущей силой E источника тока. Третий интеграл R=∫ρdl/S называется электрическим сопротивлением. Формула теперь записывается в виде E=I(R+r). Это соотношение называется законом Ома для полной цепи в интегральной форме, где полное сопротивление разделено на сопротивление нагрузки R и внутреннее сопротивление источника тока r.

При прохождении через резистор R электрического тока I за время t выделяется количество тепла, определяемого законом Джоуля-Ленца Q=I²Rt (Q=UIt, где U-напряжение, I-сила тока, Q-количество тепла, которое выделяется на нагрузке за время).

35.Работа и мощность переменного тока. Действующее значение напряжения.

Мощность в цепи переменного тока в общем случае. Если напряжение сдвинуто по фазе относительно тока на угол E, то мгновенная мощность равна I₀U₀cos(ωt)cos(ωt─δ), откуда по известной тригонометрической формуле Р=I₀U₀/2 ((cos(2ωt ─δ) + cos δ). При усреднении этого выражения получается Р*=I₀U₀cos δ /2.

Работу за время полного периода колебаний Т можно найти по формуле A_T=I_mU_m∫_0→Tsin² ωtdt. → A_T=1/2I_mU_mТ.

Действующее значение напряжения - U=U₀/ 2

27.Электрическое поле. Напряженность и потенциал электрического поля. Электрическое поле Земли. Электрическое поле в проводниках и диэлектриках. Теорема Гаусса в вакууме.

Между электрически заряженными и намагниченными телами действуют силы, называемые электромагнитными. Взаимодействия передаются с помощью особого материального посредника, называемого электромагнитным полем. Большой вклад в развитие современной теории поля внесли Фарадей, Максвелл и многие другие

Электрическое поле - одна из составляющих электромагнитного поля; особый вид материи, существующий вокруг тел или частиц, обладающих электрическим зарядом, а также при изменении магнитного поля (например, в электромагнитных волнах). Электрическое поле непосредственно невидимо, но может быть обнаружено благодаря его силовому воздействию на заряженные тела.

Напряжённость электрического поля - векторная физическая величина, характеризующая электрическое поле в данной точке и численно равная отношению силы действующей на неподвижный пробный заряд, помещенный в данную точку поля, к величине этого заряда: Е=F/q.

Потенциал электрического поля - скалярная энергетическая характеристика электростатического поля, характеризующая потенциальную энергию поля, которой обладает единичный заряд, помещённый в данную точку поля. Электростатический потенциал равен отношению потенциальной энергии взаимодействия заряда с полем к величине этого заряда: φ=Е_п/q.

Т.к. электрическое поле потенциально (консервативно), для таких полей можно ввести понятие разности потенциалов. Разностью потенциалов между двумя точками 1 и 2 электрического поля называется отношение работы сил поля по перемещению пробного положительного заряда q из положения 1 в положение 2 к величине пробного заряда φ1−φ2=А₁₂/q.

Земля заряжена отрицательно её электрический заряд испытывает периодические изменения и в среднем составляет 6*10⁵ Кл. Воздух обладает проводимостью, поэтому в атмосфере текут токи, уменьшающие заряд Земли. В настоящее время можно считать установленным, что заряд Земли поддерживается грозовой активностью атмосферы.

Все вещества можно условно разделить на проводники и диэлектрики. Смещение электрических зарядов в проводниках и диэлектриках носит совершенно различный характер. В проводниках носители тока могут легко перемещаться по всему объёму, а в диэлектриках свободных зарядов нет и смещение зарядов ограничено атомными размерами. Электрическое поле в проводниках было подробно исследовано Фарадеем. Им было экспериментально доказано, что напряжённость электрического поля внутри проводника равна нулю. В диэлектриках под действием приложенного электрического поля возникают поляризационные заряды, уменьшающие электрическое поле внутри диэлектрика.

Теорема Гаусса в вакууме - ∮(EdS)=q/ε₀ - поток вектора напряжённости электрического поля через любую замкнутую поверхность пропорционален сумме зарядов внутри этой поверхности.