2. Электрический ток. Условия существования электрического тока. Эдс. Закон Ома для полной цепи. Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца.

 Среди условий, необходимых для существования электрического тока различают:

наличие в среде свободных электрических зарядов и создание в среде электрического поля. Электрическое поле в среде необходимо для создания направленного движения свободных зарядов. Как известно, на заряд q в электрическом поле напряженностью E действует сила F = qE, которая и заставляет свободные заряды двигаться в направлении электрического поля. Признаком существования в проводнике электрического поля является наличие не равной нулю разности потенциалов между любыми двумя точками проводника. Однако, электрические силы не могут длительное время поддерживать электрический ток. Направленное движение электрических зарядов через некоторое время приводит к выравниванию потенциалов на концах проводника и, следовательно, к исчезновению в нем электрического поля. Для поддержания тока в электрической цепи на заряды кроме кулоновских сил должны действовать силы неэлектрической природы (сторонние силы). Устройство, создающее сторонние силы, поддерживающее разность потенциалов в цепи и преобразующее различные виды энергии в электрическую энергию, называется источником тока.

Условия существования электрического тока:

• наличие свободных носителей зарядов

• наличие разности потенциалов. это условия возникновения тока. чтобы ток существовал

• замкнутая цепь

• источник сторонних сил, который поддерживает разность потенциалов.

Любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением электростатических (кулоновских) сил, называют сторонними силами.

Электродвижущая сила.

Электродвижущая сила (ЭДС) — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура. Единицей ЭДС, как и напряжения является вольт. Можно говорить об электродвижущей силе на любом участке цепи. Электродвижущая сила гальванического элемента численно равна работе сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда внутри элемента от отрицательного его полюса к положительному. Знак ЭДС определяется в зависимости от произвольно выбранного направления обхода того участка цепи, на котором включен данный источник тока.

Закон Ома для полной цепи. Рассмотрим простейшую полную цепь, состоящую из источника тока и резистора сопротивлением R. Источник тока имеющий ЭДС ε, обладает сопротивлением r, его называют внутренним сопротивлением источника тока. Для получения закона ома для полной цепи используем закон сохранения энергии. Пусть за время Δt через поперечное сечение проводника пройдет заряд q. Тогда по формуле , работа сторонних сил при перемещении заряда q равна . Из определения силы тока имеем: q = IΔt. Следовательно, . Благодаря работе внешних сил при прохождении тока в цепи на ее внешнем и внутреннем участках цепи выделяется количество теплоты, по закону Джоуля-Ленца равное:

Согласно закону сохранения энергии A_ст = Q, поэтому Отсюда Таким образом, ЭДС источника тока равна сумме падений напряжений на внешнем и внутреннем участках цепи.

ЗАКОН ДЖОУЛЯ -ЛЕНЦА

При прохождениии тока по проводнику проводник нагревается, и происходит теплообмен с окружающей средой, т.е. проводник отдает теплоту окружающим его телам.

Количество теплоты, выделяемое проводником с током в окружающую среду, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику.

По закону сохранения энергии количество теплоты, выделяемое проводником численно равно работе, которую совершает протекающий по проводнику ток за это же время.

Мощность тока. По закону Ома для полной цепи U = Ir – ε. Тогда, учитывая, что знак ЭДС противоположен знаку силы тока, получим Когда аккумулятор разряжается .

Мощность на участке цепи, содержащем ЭДС, может как потребляться этим участком цепи, так и передаваться в цепь.

_____________________________________________________________________________________________

Билет №8.

1. Свойства поверхности жидкости. Поверхностная энергия. Сила поверхностного натяжения. Влияние примесей на поверхностное натяжение.

2. Электрический ток в электролитах. Законы электролиза. Применение электролиза.

3. Задача на основное уравнение молекулярно-кинетической теории.

4. Задача на определение параметров электрической цепи.

_____________________________________________________________________________________________ 1. Свойства поверхности жидкости. Поверхностная энергия. Сила поверхностного натяжения. Влияние примесей на поверхностное натяжение. Поверхность жидкости стремится к сокращению. Многочисленные опыты и наблюдения показывают, что жидкость принимает такую форму, при которой ее свободная поверхность имеет наименьшую площадь. В своем стремлении сократиться поверхностная пленка придавала бы жидкости сферическую форму, если бы не притяжение к Земле. Чем меньше капелька, тем большую роль играют поверхностные силы по сравнению с объемными (силами тяготения). Молекулы поверхностного слоя находятся в среднем на больших расстояниях друг от друга, чем молекулы внутри жидкости. Молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избытком потенциальной энергии по сравнению с энергией, которой эти молекулы обладали бы, находясь внутри жидкости. Избыточную потенциальную энергию, которой обладают молекулы на поверхности жидкости, называют поверхностной энергией. С макроскопической (термодинамической) точки зрения поверхностная энергия – это один из видов внутренней энергии, отсутствующих у газов, но имеющаяся у жидкостей. Отношение поверхностной энергии Uп участка поверхности жидкости к площади S этого участка есть величина постоянная, не зависящая от площади S. Эту величину называют коэффициентом поверхностного натяжения или просто поверхностным натяжением: σ = Uп/S. Поверхностное натяжение представляет собой удельную поверхностную энергию, приходящуюся на единицу площади. В СИ поверхностная энергия выражается в . Так как 1 Дж = 1 Н*м, то поверхностное натяжение можно выражать в . Силу, которая действует вдоль поверхности жидкости перпендикулярно линии, ограничивающей эту поверхность, и стремится сократить ее до минимума, называют силой поверхностного натяжения. Чтобы измерить силу поверхностного натяжения, проделаем следующий опыт. Возьмем прямоугольную проволочную рамку, одна сторона которой AB длиной Ɩ может перемещаться с малым трением в вертикальной плоскости. Погрузив рамку в сосуд с жидким раствором, получим на ней жидкую пленку. Как только мы вытащим рамку из мыльного раствора, проволочка AB сразу же придет в движение. Мыльная пленка будет сокращать свою поверхность. Следовательно, на проволочку AB действует сила, направленная перпендикулярно проволочку в сторону пленки. Это и есть сила поверхностного натяжения. От чего зависит сила поверхностного натяжения. Если проволочку переместить вниз на расстояние h, то внешняя сила F1 = 2F совершит работу: A = F1h = 2Fh. Согласно закону сохранения энергии эта работа равна изменению энергии (в данном случае поверхностной) пленки. Начальная поверхностная энергия мыльной пленки площадью S1 равна Uп1 = 2σS1, так как пленка имеет 2 поверхности одинаковой площади. Конечная поверхностная энергия Uп2 = 2σS2, где S2 – площадь пленки после перемещения проволочки на расстояние h. Следовательно,A = Uп2 – Uп1 = 2σS2 - 2σS1 = 2σ(S2 – S1). Так как S2 – S1 = Ɩh, то A = 2σƖh. Приравнивая правые и левые части, получим: 2Fh = 2σƖh. Отсюда сила поверхностного натяжения, действующая на границу поверхностного слоя длинойƖ, равна: F = σl. Направлена сила поверхностного натяжения по касательной к поверхности перпендикулярно границе поверхностного слоя (перпендикулярно проволочке AB в данном случаи).

Зависимость поверхностного натяжения от примесей. Значительное влияние на поверхностное натяжение жидкости оказывают примеси растворенных в ней веществ. Наличие примесей в жидкости приводит, как правило, к уменьшению поверхностного натяжения.