Физика. В 4 ч. Ч. 3. Электродинамика

ров стала

= 100 В, то диэлектрическая проницаемость диэлектрика

равна:

1) 2;

2) 3;

3) 4;

4) 6;

5)

7.

1) 8 мкКл;

2) 16 мкКл;

3) 24 мкКл;

4) 32 мкКл;

5) 40 мкКл.

1) 0,8 мДж;

2) 1,1 мДж;

3) 1,3 мДж;

4) 1,5 мДж;

5) 0.

повороте

ручки

настройки конденсатора

переменной емкости

(10 мкФ

C 100

мкФ), подключенного к

источнику постоянного

напряжения U = 300 В, равна:

1) 1 Дж;

2) 2 Дж;

3) 3 Дж;

4) 4 Дж;

5) 5 Дж.

ра увеличится на T:

1) 0,8 К;

2) 1,1 К;

3) 1,4 К;

4) 1,8 К;

5) 2 К.

141

1) 0; 12 нДж;

2)

–12

нДж; 12 нДж;

3)

12 нДж; –12 нДж;

4)

–12

нДж; 0;

1)

36 нДж; 36 нДж;

2) 36 нДж; –18 нДж;

3)

18 нДж; 36 нДж;

4) 0; 18 нДж;

5)

–18 нДж; 18 нДж.

2.1. Теория

Электрический ток

упорядоченное (направленное) движение заря-

женных частиц. За направление электрического

тока принимают направление упорядоченного

движения положительно заряженных частиц. В ме-

таллах – противоположно направлению упоря-

доченного движения отрицательно заряженных

частиц – электронов.

Действия

наличие тока в проводнике приводит к различ-

электрического тока

ным явлениям:

– проводники при протекании по ним электри-

ческого тока нагреваются – тепловое действие;

– электрический ток изменяет химический со-

сторонние силы.

Сторонние силы

силы не электростатической природы, которые,

действуя на заряженные частицы, непрерывно

пространственно разделяют разноименные за-

ряды, создавая на концах участка цепи разность

потенциалов.

Эти силы – не потенциальные, их работа по

замкнутой траектории (контуру) не равна нулю.

Сторонние силы создаются источниками тока

(гальваническими элементами, аккумуляторами,

индукционными генераторами и др.)

Электрическое поле, приводящее к появлению

в проводнике постоянного электрического тока,

отличается от электростатического поля. Если

ток постоянный, то распределение зарядов в

различных точках проводника с течением вре-

мени не изменяется, хотя заряды при этом

непрерывно движутся.

Стационарное

поле постоянного тока, напряженность и по-

электрическое поле

тенциал любой точки которого с течением вре-

мени не изменяется.

Существенные

– стационарное электрическое поле существует

различия между

как внутри проводника, так и вне его. Электро-

стационарным

статическое поле, создаваемое неподвижными

и электростатическим

зарядами, находящимися на проводнике, суще-

полями

ствует только вне проводника;

– потенциалы разных точек проводника с по-

стоянным током различные в то время, как по-

тенциалы всех точек поверхности проводника в

электростатическом поле одинаковы;

– линии напряженности стационарного элек-

трического поля в проводнике параллельны оси

проводника, а вне проводника – расположены

наклонно к его поверхности. Линии напряжен-

ности электростатического поля перпендику-

лярны поверхности проводника;

– для существования стационарного электриче-

144

ского поля в замкнутой цепи необходимо, что-

бы в ней непрерывно происходило превраще-

ние неэлектрической энергии в электрическую

(это достигается включением в цепь источника

тока). Для существования электростатического

поля необходимо только наличие покоящихся

электрических зарядов;

– стационарное электрическое поле постоянно-

го тока в проводнике неразрывно связано со

стационарным магнитным полем, существующим

вокруг проводника с током. Стационарное элек-

трическое поле, как и электростатическое, яв-

ляется потенциальным. Линии напряженности

этих полей незамкнуты.

Электрическая цепь

простейшая электрическая цепь постоянного тока

постоянного тока

включает источник тока с внутренним сопро-

тивлением r и внешнюю цепь, включающую

rr

K

внешнее сопротивление R (нагрузка или потре-

битель), реостат (прибор, служащий для изме-

A

нения силы тока в цепи) и измерительные при-

цепи.

V

Работа источника

Под действием сторонних сил электрические за-

тока

ряды движутся внутри источника тока в направ-

лении, противоположном действию электроста-

тического поля. Поэтому на концах внешней цепи

поддерживается постоянная разность потенциа-

лов, и в цепи протекает постоянный ток.

Электродвижущая

скалярная физическая величина, равная работе,

сила (ЭДС)

которую совершают сторонние силы по переме-

щению единичного положительного заряда вдоль

данного участка цепи.

ЭДС источника равна разности потенциалов на

[

1Â

его клеммах при разомкнутой внешней цепи.

Однородный

Ток внутри источника идет от «–» к «+». Ток во

участок цепи

внешней цепи идет от «+» к «–».

участок электрической цепи, на котором дей-

145

ствует только электрическое поле, т. е. отсут-

R

1

2

ствует источник тока.

U

U = 1 – 2

напряжение на однородном участке цепи равно

разности потенциалов на его концах.

Неоднородный

участок электрической цепи, на котором кроме

участок цепи

кулоновских сил электрического поля действу-

ют сторонние силы, т. е. имеется источник тока.

1

2

R

Амперметр

прибор, который служит для измерения силы тока

в цепи, включается в цепь последовательно. Для

R

того, чтобы амперметр оказывал меньшее влия-

A

ние на измеряемую силу тока, его сопротивление

должно быть минимальным (rA << R). Сопротив-

ление идеального амперметра равно нулю.

Вольтметр

прибор, который служит для измерения напряже-

ния на участке цепи, подключается параллельно

R

1

2

участку цепи. Для того, чтобы вольтметр не вно-

сил существенных искажений в измеряемое

Закон Ома

сила тока в проводнике прямо пропорциональ-

для однородного

на проводимости G проводника и напряжению

участка цепи (1826 г.)

(разности потенциалов) на его концах (первая

I = GU

формулировка).

R

1

электрическое сопротивление проводника об-

ратно пропорционально его проводимости.

G

сила тока в проводнике прямо пропорциональ-

I

U

на напряжению U на проводнике и обратно

R

пропорциональна сопротивлению R проводника

(вторая формулировка закона Ома).

Электрическое

основная характеристика проводника, является

сопротивление

скалярной физической величиной, характери-

146

проводника

зующей способность проводника препятство-

вать протеканию тока в цепи. Из закона Ома

сопротивление определяется R

U

, от U и I в

проводнике не зависит.

I

R

l

сопротивление проводника зависит от материа-

S

ла проводника (удельного сопротивления ), его

формы и размеров (длины проводника l и пло-

щади поперечного сечения S).

Удельное сопротивле-

скалярная физическая величина, характеризую-

ние вещества

щая способность вещества проводить электри-

RS

ческий ток, численно равная сопротивлению ци-

l

линдрического проводника,

изготовленного из

данного вещества, имеющего единичную длину

Î ì

ì 2

[

и единичную площадь поперечного сечения.

1Î ì

ì

Удельное сопротивле-

зависит от температуры. 0

–

удельное сопро-

ние проводников

тивление при температуре 0

С, t – температура

= 0(1 +

t)

проводника по шкале Цельсия,

– температур-

ный коэффициент сопротивления. (О проводни-

ках и их свойствах, глава 3).

Закономерности

а) последовательное соединение.

в соединении

проводников

R1

R2

Rn

I

U1

U2

Un

Rî áù

R1 R2 ...

Rn

i

Сила тока во всех участках цепи одинакова

I1 = I2 = … = In = I = const.

Напряжение на концах цепи равно сумме

напряжений на каждом участке цепи

U1 + U2 + … + Un = U.

Из закона Ома для однородной цепи:

147

Rî áù

U

U U ... U

I

I

R1

I1

R2

I2

I

1

1

1

...

1

Rî áù

R1

R2

Rn i i

Rî áù

U

U

I

I1

I2

In

1

I

I

...

I

Rî áù

U

1

1

...

1

.

R1

R2

Rn

Если R

1

= R

2

= … = Rn = R, то

R

R

.

î áù

n

Так как

1

G проводимость проводника, то

R

Измерение сопротив-

а) проводник соединен последовательно с ам-

ления проводника с

перметром

помощью ампермет-

с

rA

ра и вольтметра

A

rrv

Rx

V

с

b

Из закона Ома Rx rÀ

U

, где U – напряжение

I

на амперметре и проводнике (резисторе). Сле-

довательно, с помощью такой схемы можно

измерять сопротивления Rx rA .

б) проводник соединен параллельно с вольтметром

c

rA

A

rv

Rx

V

Так как Rобщ Rx, то этой схемой следует поль-

зоваться при измерении Rx rV .

Шунт

сопротивление, подключаемое параллельно к ам-

перметру для увеличения диапазона измеряемых

токов (при этом уменьшается чувствительность

амперметра).

I

rA Rø

.

rA

Rø

Rø

I A

rA .

I

I A

Rø

rA

– сопротивление шунта должно быть в

n

1