Задания для самоконтроля

1. В электрическое поле положительного точечного заряда q₁ = 30 Кл внесли малый пробный заряд q₂ = 4π  8,85  10^-12 Кл. Среда, в которой находятся заряды, имеет относительную диэлектрическую проницаемость ε = 20. Заряды находятся на расстоянии 0,1 м. Определить силу, действующую на пробный заряд.

2. Отрицательный точечный заряд q₃ = 4π  8,85  10^–12 Кл создаёт электрическое поле в среде с относительной диэлектрической проницаемостью ε = 10. Определить напряжённость электрического поля на расстоянии 0,01 м от заряда.

3. Определить потенциал в точке поля, указанной в задании 2.

4. Изобразить силовую линию отрицательного заряда.

5. Изобразить эквипотенциальную линию отрицательного заряда.

6. Потенциалы точек 1 и 2 электрического поля соответственно равны 20 В и 10 В. Определить напряжение электрического поля между указанными точками.

1.3. Явление электрического тока и закон Ома

Явление электрического тока. В природе есть тела, которые имеют свободные заряды (в металлах – электроны, в электролитах – ионы, в газах – электроны и ионы); такие тела называются проводниками.

Е сли к концам проводника (рис.1.7) подвести заряды разного знака, то в про­воднике возникнет электрическое поле, созданное этими зарядами.

Воздействие электрического поля на свободные заряды приведёт их в дви­жение в определенном направлении. Это упорядоченное направленное движение свободных зарядов под действием сил электрического поля назвали электричес­ким током проводимости.

Отрицательные заряды, пришедшие к положительно заряженному полюсу проводника, со временем нейтрализуют положительные заряды и электрический ток прекратится. Чтобы этого не произошло, сторонние силы источника элект­рической энергии постоянно переносят пришедшие отрицательные заряды на от­рицательно заряженный полюс, совершая работу.

Для энергетической характеристики источника электрической энергии вве­дена физическая величина – электродвижущая сила (э.д.с.), под которой пони­мается отношение работы, которую совершают сторонние силы источника по перенесению зарядов против сил электрического поля, к значению этих зарядов, т.е.

(1.6)

где Е – электродвижущая сила, В;

А – работа сторонних сил, Дж;

q – заряд, Кл.

Пример 1.5

В источнике электрической энергии сторонние силы переносят 10 Кл заряда отрицательного знака на отрицательный полюс, совершая при этом работу, величина которой равна 2 000 Дж. Определить значение электродвижущей силы, которую развивает источник электрической энергии.

Решение.

Подставляем значения указанных физических величин в выражение (1.6) и находим значение э.д.с.:

.

Заряд, проходящий через поперечное сечение проводника в единицу времени, назвали силой электрического тока, т.е.

(1.7)

где I – сила электрического тока, А;

q – заряд, Кл;

t – время, с.

Графически электрический ток изображается стрелкой, направленной противоположно движению электронов: .

Пример 1.6

Через поперечное сечение проводника за 5 секунд проходит заряд 100 Кл. Определить силу тока в проводнике.

Решение.

Подставляем значения указанных физических величин в выражение (1.7) и находим силу электрического тока:

.

При движении свободных зарядов по проводнику они сталкиваются с моле­кулами (атомами) и испытывают сопротивление своему движению. Для характе­ристики этого факта введено понятие сопротивления проводника электрическому току; оно зависит от материала проводника, длины проводника и площади поперечного сечения проводника, то есть

,

(1.8)

где R – сопротивление проводника, Ом;

 – удельное сопротивление проводника, Ом  мм² /м (Ом  м);

l – длина проводника, м;

S – сечение проводника, мм².

Пример 1.7

Алюминиевый проводник с удельным сопротивлением  = 0,023 Оммм²/м, имеет длину l = 1 000 м, площадь поперечного сечения S = 2,3 мм². Определить сопротивление проводника.

Решение.

Подставляем значения указанных величин в выражение (1.8) и находим сопротивление проводника:

.

Закон электрического тока. Немецкий физик Георг Ом открыл закон элек­т­рического тока. Согласно этому закону сила тока в проводнике прямо пропорциональна на­пряжению (разности потенциалов) на зажимах проводника и обратно пропорци­ональна сопротивлению проводника.

Математическая запись закона Ома:

(1.9)

где I – сила тока в проводнике, А;

U – напряжение на зажимах проводника, В;

R – сопротивление проводника, Ом.

Пример 1.8

К проводнику, сопротивление которого 100 Ом, приложили напряжение 200 В. Определить силу тока в проводнике.

Решение.

Подставляем указанные значения физических величин в выражение (1.9) и находим силу тока в проводнике:

.

Вопросы для самоконтроля

1. В чём суть явления электрического тока?

2. Дайте определение электродвижущей силы.

3. Дайте определение силы электрического тока.

4. Как рассчитать сопротивление проводника электрическому току?

5. Сформулируйте закон Ома для участка цепи.

6. Выполните математическую запись закона Ома для участка цепи.

Задания для самоконтроля

1. Сторонние силы источника переносят заряд величиной 200 Кл против сил электрического поля. При этом совершается работа, равная 44 000 Дж. Определить э.д.с., которую развивает источник.

2. За 12 секунд через поперечное сечение проводника проходит заряд величиной 144 Кл. Определить силу электрического тока.

3. Проводник с удельным сопротивлением, равным 0,017 (Оммм²)/м, имеет длину 1 000 м и сечение 1,7 мм². Определить сопротивление проводника.