26.Законы электрического тока. Законы Кирхгофа.

Ответ:

Возбуждение и поддержание электрического тока в проводниках возможно при наличии в них электрического поля. Основной закон электродинамики был открыт в 1826 г. немецким физиком Омом.

Ом установил, что сила тока в проводнике пропорциональна разности потенциалов j1 - j2 = U у начала и конца этого проводника, считая по направлению тока, I=U/R

Величина R называется электрическим сопротивлением или просто сопротивлением определенного участка этого проводника.

Считается, что ток идет от участка с большим потенциалом к меньшему (j1 > j2), т.е. по направлению движения положительных зарядов.

Электрическое сопротивление характеризует противодействие проводника или электрической цепи электрическому току. Наличие сопротивления в цепи приводит к рассеянию электрической энергии и переходу ее в тепловую - закон Джоуля- – Ленца.

При столкновении электрона проводимости с атомом в кристаллической решетке электрон теряет энергию, приобретаемую от электрического поля. Эта энергия переходит в хаотическое движение атомов – тепло.

Если сила тока в проводнике равна I, то за промежуток времени dt через любое сечение проводника проходит заряд dq = Idt, в частности из точки с потенциалом j1 в точку с потенциалом j2; совершаемая при этом работа равна

dA = dq(j1 - j2) = I(j1 - j2)dt.

Работа, совершаемая в единицу времени, - тепловая мощность тока - равна

W = = I(j1 - j2) = IU.

Полное количество тепла, выделяемого за время t при постоянных I и R, равно

Q = I 2Rt.

Сопротивление измеряется в омах, разность потенциалов - в вольтах, сила тока - в амперах.

Технические применения теплового действия тока многообразны: лампа накаливания, нагревательные приборы, электросварка и т.п.

В дифференциальной (локальной) форме закон Ома связывает плотность электрического тока j с напряженностью электрического поля Е: j = sE, s - удельная проводимость

Соотношение Q = I2Rt имеет интегральный характер и относится ко всему проводнику с сопротивлением R, по которому течет ток I. Оно, как и закон Ома, может быть переписано в локальной - форме, характеризуя тепловыделение в произвольной точке проводника в единицу времени. Рассмотрим для этого бесконечно малый элемент проводника с током I, длиной Dl, площадью поперечного сечения DS, объемом DV = DSDl Тепловая мощность тока равнаDW = I2R = IjD = jDS0EDl = jEDV.

Тепловая мощность, выделяемая в единице объема, – удельная мощность тока

w = = (j,E).

Закон Джоуля – Ленца в дифференциальной форме: в произвольной точке проводника удельная мощность тока w равна sЕ2 (Вт/м3)

Согласно закону Ома в дифференциальной форме,

j = sE.

Поэтому можно переписать соотношение для w в виде

w = sЕ2 .(Вт/м3)

В данной форме закон Джоуля - Ленца применим к любым проводникам, вне зависимости от их формы и однородности, при постоянных и переменных токах.

Первый закон Кирхгофа :в любом узле цепи

- алгебраическая сумма токов равна нулю, при этом втекающие и вытекающие токи имеют противоположные знаки. Первый закон Кирхгофа является следствием закона сохранения заряда.

Второй закон Кирхгофа: в любом замкнутом контуре токов алгебраическая сумма произведений тока на сопротивление равна сумме сторонних ЭДС, приложенных к этому контуру.