22 Вопрос. Характеристики электрического тока(сила, плотность). Связь плотности тока с параметрами носителей. Электродвижущая сила, напряжение. Однородный и неоднородный участки цепи.

Э лектрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц, в процессе которого происходит перенос электрического заряда. Электрическое поле обладает энергией. Плотность этой энергии определяется величиной поля и может быть найдена по формуле

где E — напряжённость электрического поля, D — индукция электрического поля.

Плотность тока, векторная характеристика электрического тока , равная по модулю электрическому заряду, проходящему за единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную направлению упорядоченного движения заряженных частиц. Единицей измерения плотности тока является А/м2. Плотность электрического тока - одна из основных характеристик электрического тока; равна электрическому заряду, переносимому в 1 с через единичную площадку, перпендикулярную направлению тока. Если носителями являются как положительные, так и отрицательные заряды, то плотность тока определяется формулой: где   и   – объемные плотности соответствующих зарядов. Там где носители только электроны, плотность тока определяется выражением:

Напряжённость электрического поля

Электрическое поле можно измерить. В качестве количественного показателя вводится такое понятие, как напряжённость электрического поля – это его силовая характеристика. Напряжённость – это отношение силы, действующей на заряд, к величине этого заряда. В электротехнике с помощью напряжённости электрического поля характеризуют его интенсивность. Напряжённость можно назвать основной характеристикой электрического поля, его «силу и мощность»

ЭДС — энергетическая характеристика источника. Это физическая величина, равная отношению работы, совершенной сторонними силами при перемещении электрического заряда по замкнутой цепи, к заряду. Измеряется в вольтах (В).

Напряжение - разность потенциалов, затрачиваемая на преодоление сопротивления не всей цепи, а какой-либо её части.

Однородные и неоднородные участки цепи.

Участок цепи, не содержащий источника тока, называется однородным. Напряжение U на таком участке равно разности потенциалов φ₁ − φ₂ на его концах. Участок цепи, содержащий источник тока, называется неоднородным.

Закон Ома для однородного участка цепи.

Сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на нем и обратно пропорциональна сопротивлению участка I = U / R.

Закон Ома для неоднородного участка цепи.

Сила тока в неоднородном участке цепи прямо пропорциональна сумме разности потенциалов на его концах и действующей в нем ЭДС и обратно пропорциональна сопротивлению участка: I = (φ₁ − φ₂ + ε) / (R + r), где R - сопротивление внешнего участка цепи, r - внутреннее сопротивление.

23 Вопрос. Закон Ома (для участка цепи, для замкнутой цепи, дифференциальная форма). Работа и мощность тока. Закон Джоуля – Ленца. Условие согласования источника тока и нагрузки. Правило Кирхгофа.

Согласно закону ОМА для участка цепи сила тока прямо пропорциональна приложенному направлению U и обратно пропорциональна сопротивлению проводника R. I=U/R

Закон Ома в дифференциальной форме

Сопротивление зависит как от материала, по которому течёт ток, так и от геометрических размеров проводника.

Полезно переписать закон Ома в так называемой дифференциальной форме, в которой зависимость от геометрических размеров исчезает, и тогда закон Ома описывает исключительно электропроводящие свойства материала. Для изотропных материалов имеем:

где:

• — вектор плотности тока,

• — удельная проводимость,

• — вектор напряжённости электрического поля.

Закон Ома для замкнутой цепи

Сила тока в замкнутой цепи, состоящей из источника тока с внутренним сопротивление и нагрузки с сопротивлением, равна отношению величины ЭДС источника к сумме внутреннего сопротивления источника и сопротивления нагрузки.

Работа электрического тока показывает, какая работа была совершена электрическим полем при перемещении зарядов по проводнику.

Зная две формулы:

I = q/t ..... и ..... U = A/q

м ожно вывести формулу для расчета работы электрического тока:

Работа электрического тока равна произведению силы тока на напряжение

и на время протекания тока в цепи.

Закон Джоуля-Ленца

Количество теплоты, которое выделяется в проводнике с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику.

Первое правило Кирхгофа алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю.

Первое правило Кирхгофа является следствием закона сохранения заряда, согласно которому ни в одной точке проводника не должны накапливаться или исчезать заряды.

Первое правило Кирхгофа можно сформулировать и так: количество зарядов, приходящих в данную точку проводника за некоторое время, равно количеству зарядов, уходящих из данной точки за то же время.

В торое правило Кирхгофа является обобщением закона Ома. Второе правило Кирхгофа - в любом замкнутом контуре разветвленной цепи алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме произведений токов на сопротивления соответствующих участков этого контура:

Правила Кирхгофа позволяют определить силу и направление тока в любой части разветвленной цепи, если известны сопротивления ее участков и включенные в них ЭДС.