ТЕМА № 12 (2лц+2пр+4ср)

ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК

ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК

Электрический ток, сила и плотность тока

Электрический ток есть упорядоченное(направленное) движение электрический зарядов.

За направление тока условно принимают направление движения положительных зарядов.

Рассмотрим простейший случай, когда все носители тока одинаковы(например, электроны в металлах). Выделим мысленно в среде, по которой течет ток, произвольный физически бесконечно малый объем и обозначим через < > средний вектор скорости рассматриваемых носителей в этом объеме. Его называют средней, дрейфовой или упорядоченной скоростью движения носителей тока.

Обозначим, далее через n концентрацию носителей тока, т.е. число их в единице объема.

Проведем площадку S, перпендикулярную к скорости < >.

Построим на ней (площадке S) бесконечно короткий прямой цилиндр с высотой < > dt

S

< > dt

Все частицы, заключенные внутри этого цилиндра, за время dt пройдут через площадку S, перенося через нее в направлении скорости < > электрический заряд:

Где q-заряд отдельной частицы, – единичный вектор нормали.

Силой тока называется скалярная величина, определяемая электрическим зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника в единицу времени.

Единица измерения А (ампер)

Постоянным током называется ток, сила и направление которого не изменяются с течением времени.

Плотностью тока называется физическая величина, определяемая силой тока, проходящего через единицу площади поперечного сечения проводника, перпендикулярного направлению тока

Плотность тока- вектор, его направление совпадает с направлением упорядоченного движения положительных зарядов.

Сторонние силы

Если в цепи на носители тока действуют только силы электрического поля, то происходит перемещение носителей(они предполагаются положительными) от точек с большим потенциалом к точкам с меньшим потенциалом. Это приводит к выравниванию потенциалов во всех точках цепи и к исчезновению электростатического поля.

Поэтому для существования постоянного тока необходимо наличие в цепи устройства, способного создавать и поддерживать разность потенциалов за счет работы сил неэлектрического происхождения. Такие устройства называются источниками тока. В свою очередь силы неэлектрического происхождения, действующие на заряды со стороны источников тока, называются сторонними силами.

Таким образом, для поддержания постоянного тока необходимы сторонние силы, действующие либо во всей цепи, либо на её отдельных участках,

Природа сторонних сил может быть различной. Например, в гальванических элементах они возникают за счет энергии химических реакций между электродами и электролитами; в генераторе - за счет механической энергии вращения ротора генератора и т.п.

Под действием создаваемого поля сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля, благодаря чему на концах цепи поддерживается разность потенциалов и в цепи течет постоянный электрический ток.

Электродвижущая сила (ЭДС)

ЭДС называется физическая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единого положительного заряда:

Работа сторонних сил по перемещению заряда на замкнутом участке цепи:

,

где напряженность поля сторонних сил. ЭДС действующая в цепи

Т.е. определяется циркуляцией вектора напряженности поля сторонних сил. ЭДС на линейном участке (1-2) цепи

ЭДС численно равна работе, совершаемой сторонними силами при перемещении по участку цепи 1-2 единичного положительного заряда.

Напряжение

Если на заряд действуют как сторонние силы , так и силы электростатического поля , то результирующая сила:

=

Работа результирующей силы на участке 1-2 над зарядами

Или

Для замкнутой цепи

А=

Напряжением на участке цепи 1-2 называется физическая величина , численно равная суммарной работе, совершаемой кулоновскими и сторонними силами при перемещении по участку цепи 1-2 единичного положительного заряда:

или

Введенное нами понятие напряжения не совпадает с тем, которым иногда пользуются в электростатике для обозначения разности потенциалов, а является его обобщением. Напряжение на участке цепи равно разности потенциалов только в том случае, если на этом участке не приложена ЭДС, т.е. не действуют сторонние силы.

Электрическое сопротивление проводников

Электрическим сопротивлением (сопротивлением) называется величина, характеризующая сопротивление проводника электрическому току.

Единица измерения Ом. 10м (Ом)- сопротивление такого проводника, в котором при напряжении 1В течет постоянный ток 1А.

Сопротивление зависит от размеров, формы и материалов проводника.

Для однородного линейного проводника длиной и площадью поперечного сечения S

Где - удельное электрическое сопротивление.

Единица измерения Ом*м

Электрическая проводимость – величина обратная сопротивлению

Единица измерения См (сименс). 1 См- проводимость участка электрической цепи сопротивлением 1 Ом.