Билет №2 Характеристики электрического тока: сила тока, напряжение, электрическое сопротивление.

Электрический ток – это упорядоченное движение электрических зарядов. Ток может течь в твердых телах, в жидкостях, в газах и даже в вакууме. Количественной характеристикой тока является сила тока – это величина заряда, протекающего через поперечное сечение проводника в единицу времени. Величину I, характеризующую быстроту переноса заряда в проводнике через его поперечное сечение, называют силой тока (или током). Силу тока в проводнике измеряют количеством электричества, проходящего через поперечное сечение проводника за единицу времени: I=q/t.

Единицей измерения силы тока в СИ является ампер (А). Это одна из основных единиц измерения в системе СИ. 1 ампер – это сила тока, который проходя по двум параллельным тонким бесконечным проводникам, расположенным на расстоянии 1 м друг от друга, вызывает между этими проводниками силу, равную  2·10^-7 H на каждый метр длины. Напряжением на участке цепи между точками 1 и 2 называется величина, равная работе, совершаемой электростатическими и сторонними силами при перемещении единичного заряда между этими точками:

Разбивая работу на работу электростатических сил и работу сторонних сил, получаем:

Напряжение на участке цепи равняется сумме разности потенциалов на концах участка и ЭДС(электродвижущая сила) на этом участке. ЭДС измеряется в вольтах:

Величина, характеризующая противодействие электрическому току в проводнике, которое обусловлено внутренним строением проводника и хаотическим движением его частиц, называется электрическим сопротивлением проводника. Сопротивление участка цепи (без э. д. с.) измеряется напряжением на этом участке, необходимым для получения в нем тока, равного единице: R=U/I.

Билет №3 Источники тока. Сторонние силы. Электродвижущая сила.

Для того чтобы внутри проводника существовало электрическое поле и тек ток, необходимо постоянно поддерживать разность потенциалов на концах проводника. Для этого нужно постоянно отводить приносимые током заряды с одного конца проводники и подводить их к другому концу. Этот перенос происходит против электрических сил, следовательно, он возможен только под действием неэлектростатических сил. Неэлектростатические силы, перемещающие заряды с одного конца проводника до другого и поддерживающие этим ток в проводнике, называются сторонними силами.

Сторонние силы характеризуются работой, которую они совершают над перемещающимися зарядами. В электрической цепи, по которой течет ток, всегда есть участки, на которых действуют сторонние силы. Работа сторонних сил по перемещению единичного заряда называется электродвижущей силой (ЭДС): ЭДС измеряется в вольтах.

Билет №4 Закон Ома для участка цепи. Сопротивление проводника. Зависимость сопротивления от длины, сечения, материала, температуры. Сверхпроводимость.

Величина, характеризующая противодействие электрическому току в проводнике, которое обусловлено внутренним строением проводника и хаотическим движением его частиц, называется электрическим сопротивлением проводника. Сопротивление участка цепи (без э. д. с.) измеряется напряжением на этом участке, необходимым для получения в нем тока, равного единице: R=U/I. Выведем единицу сопротивления R в СИ: R = 1В/1А=1 В/А=1 кг·м²/(с³·А²) = 1 Ом.

В СИ за единицу сопротивления принимается о м (Ом). Омом называется сопротивление такого участка цепи без э. д. с, по которому течет ток в 1 А при напряжении на его концах в 1 В. Закономерность, найденная Омом для металлических проводников, выражается формулой I=U/R и называется законом Ома для участка цепи без э. д. с: сила тока на участке цепи без э. д. с. прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению: I=U/R. Перепишем формулу закона Ома следующим образом: U=1R. Влияние сечения проводника на его сопротивление объясняется тем, что при уменьшении сечения поток электронов в проводнике при одной и той же силе тока становится более плотным, поэтому и взаимодействие электронов с частицами вещества в проводнике становится сильнее. R = pl/S Из этой формулы видно, что сопротивление проводника прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально площади его поперечного сечения. Величину р, характеризующую зависимость сопротивления проводника от материала, из которого он сделан, и от внешних условий, называют удельным сопротивлением вещества. Зависимость сопротивления от температуры. Поскольку при нагревании вещества хаотическое движение его частиц становится интенсивнее, возрастает противодействие направленному движению носителей тока. При нагревании металлического проводника подвижность носителей тока и уменьшается, а n0 и е остаются постоянными. Следовательно, р должно при этом возрастать. Величину а; характеризующую зависимость изменения удельного сопротивления при нагревании от рода вещества, называют температурным коэффициентом сопротивления. Температурный коэффициент сопротивления измеряют числом, показывающим, на какую часть своей величины, взятой при О °С, изменяется удельное сопротивление при нагревании на 1 °С. Измеряя сопротивления проводников при очень низких температурах, голландский физик X. Камерлинг-Оннес в 1911 г. обнаружил явление, названное в дальнейшем сверхпроводимостью. Для получения сверхпроводимости нужно иметь вещество с правильной кристаллической решеткой. Посторонние примеси и дефекты решетки нарушают сверхпроводимость, и такие проводники даже при температуре, близкой к абсолютному нулю, имеют некоторое сопротивление.

Сверхпроводимость позволяет получать при низких температурах в проводниках небольшого сечения огромные токи. Поэтому из сверхпроводников (сплавы ниобий — титан, ниобий — олово и др.) изготавливаются обмотки мощных электрических генераторов и сверхмощных электромагнитов