7. Понятие об электрическом токе

В металлах вокруг ядра каждого атома электроны, движущиеся по внешним орбитам, слабо связаны с ядром. Часть этих электронов, оторвавшихся от своих ядер, находится в беспорядочном движении. Такие электроны называются свободными.

Действием сил электрического поля можно упорядочить перемещение свободных электронов.

Движение свободных электронов в определенном направлении называется электрическим током.

Сила тока определяется количеством электричества, проходящего через поперечное сечение проводника в секунду. Сила тока измеряется в амперах (А). Один ампер – это сила тока, при которой через поперечное сечение проводника в секунду проходит один кулон электричества, т.е. 6,3*10¹⁸ электронов.

Условно принято считать, что электрический ток в металлах течет в направлении, противоположном перемещению свободных электронов.

Пример: За время 300 сек по проводнику прошло 30 К электричества. Определить силу тока.

Решение: I=q/t=0,1 A

8. Проводники и диэлектрики

Материалы, проводящие электрический ток, называются проводниками. К ним относятся металлы, растворы солей, кислот и щелочей.

В некоторых материалах (фарфор, резина, мрамор, слюда) свободных электронов практически нет, а все имеющиеся электроны прочно связаны с ядром. Поэтому электрические поля зарядов не могут вызвать перемещения электронов в определенном направлении и по таким материалам электрический ток не проходит. Эти материалы называют диэлектриками.

9. Электрическая емкость. Конденсаторы.

Электрическая емкость характеризует способность двух проводников, разделенных диэлектриком, накапливать электрический заряд. Устройства, предназначенные для накопления электрического заряда, называются конденсаторами.

В зависимости от вида диэлектрика конденсатор называют бумажным, слюдяным, воздушным и т.д.

Электрическая емкость (С) определяется отношением величины заряда на его пластинках к напряжению между ними:

С= q/U

Электрическая емкость измеряется в фарадах. Емкость конденсатора равна одной фараде, если увеличение его заряда на один кулон вызывает увеличение напряжения между его обкладками на один вольт. Фарада – очень крупная единица емкости, поэтому на практике используют более мелкие единицы емкости микрофарада и пикофарада:

1 ф =10⁶мкф = 10¹²пф

Емкость конденсатора зависит от площади его пластин, от расстояния между его пластинами и от свойств материала диэлектрика:

С=0,09 εS/d ,

где

С – емкость плоского конденсатора, пф

ε – диэлектрическая проницаемость

S – поверхность одной пластины, см²

d – расстояние между пластинами, см

0,09 – коэффициент, переводящий емкость в пф.

Пример: Конденсатор имеет две пластины по 15 см² площади. Диэлектрик – пропарафиненная бумага ε=2,2 толщиной 0,02 см. Вычислить емкость.

Решение: С=0,09*2,2*15/0,02=1650 пф

10. Соединение конденсаторов

Если необходимо увеличить общую емкость конденсаторов, то их соединяют между собой параллельно. Общая емкость конденсаторов, соединенных параллельно, равна сумме емкостей отдельных конденсаторов.

q_общ = q₁+q₂+q₃+….

q_общ = С_общU

q₁ = C₁U; q₂ = C₂U; q₃ = C₃U;

C_общ = С₁+С₂+С₃+…..

Пример: Три конденсатора соединены параллельно С1=2 мкф, С2=0,1мкф, С3=0,5 мкф. Определить общую емкость.

Решение С_общ= 2+0,1+0,5=2,6 мкф

Конденсаторы соединяют последовательно, когда рабочее напряжение в схеме превышает напряжение, на которое рассчитана изоляция конденсатора.

U_общ=U₁ + U₂ + U₃

U_общ= q/С_общ

U₁=q/С₁; U₂=q/С₂; U₃=q/С₃

q/С_общ= q/С₁ + q/С₂ + q/С₃+….

1/С_общ= 1/С₁ + 1/С₂ + 1/C₃+ ….

При последовательном соединении двух конденсаторов общая емкость находится по формуле: С_общ = С₁С₂/(С₁+С₂)

Вывод: 1)при последовательном соединении конденсаторов общая емкость меньше наименьшей емкости конденсатора, включенного в последовательную цепь;

2) при последовательном соединении конденсаторов одинаковой емкости С – общая емкость С_общ=С/n , где n – количество конденсаторов.

Пример: Два конденсатора С1=200 пф и С2=300 пф соединены последовательно. Определить общую емкость.

Решение: С_общ=200*300/(200+300)=120 пф.