Вопросы для самопроверки

1. Что является источником электрического поля?

2. Каковы характеристики электрического поля?

3. В каких единицах измеряются напряжённость и потенциал электрического поля?

4. Какими способами можно изобразить электрическое поле?

5. Что такое электроёмкость и в каких единицах она измеряется?

6. Как устроен конденсатор и где он используется на практике?

ЛЕКЦИЯ 6.

Постоянный электрический ток

План лекции:

1. Электрический ток в проводниках.

2. Основные законы и действия электрического тока.

3. Источники электрического тока.

4. Электрический ток в жидкостях.

1. Электрический ток в проводниках.

Представим себе, что мы взяли металлический цилиндр, в котором имеются в очень большом количестве свободные электроны и приложим к его концам электрическое поле, т.е. на одном торце создадим положительный заряд, а на другом – отрицательный заряд. Электроны, под действием данного электрического поля, начнут двигаться.

Это их движение будет называться электрическим током.

Таким образом, электрический ток – это направленное движение заряженных частиц под действием электрического поля.

Электроны в проводнике движутся от минуса к плюсу, а условное направление тока – от плюса к минусу.

Для того, чтобы охарактеризовать ту силу, которая приводит заряды в движение и которая связана с величиной электрического заряда, существует физическая величина, которая называется напряжением (U) и измеряется ввольтах (В) Величина электрического тока равнавеличине заряда, прошедшего через проводник за 1 с.

Величина тока (I) измеряется в амперах (А).

1 Ампер – это величина такого электрического тока, при котором через проводник за 1 секунду проходит 1 кулон электрического заряда.

I = q/t

Таким образом, для того, чтобы существовал электрический ток, нужны два обязательных условия:

А) Необходимо наличие свободных зарядов (проводник)

Б) Необходима сила, приводящая их в движение (напряжение на его концах)

2. Основные законы и действия электрического тока.

Величина тока через проводник зависит не только от напряжения на концах проводника, но и ещё от самого проводника. А величина, характеризующая проводник называется сопротивлением (R).Проводник, обладающий сопротивлением, называетсярезистором. Условное графическое изображение резистора:

Для подсчёта величины электрического тока через проводник нужно воспользоваться законом, который вывел известный немецкий учёный Георг Ом. Этот закон так и называется Законом Ома для участка цепи.

I = U/R.

Ток в проводнике прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению проводника.

Сопротивление проводника измеряется вомах (Ом)и зависит от длины проводникаl,величины поперечного сечения проводникаS,а также из материала, из которого он изготовлен, то есть от его удельного сопротивления

Все эти три величины соединены в одну формулу:

R = l/S

Английский учёный Д.Джоуль разработал теорию о механическом эквиваленте теплоты, а русский учёный Э.Ленц разработал теорию о работе электрического тока. Если объединить эти два закона, то получится законДжоуля-Ленца.

Сущность этого закона в том, что электрический ток, проходя по внешней цепи, совершает работу, которую можно подсчитать по формуле:

А = UIt =Q

Эти формулы выражают и работу электрического тока и количество теплоты, в которое эта работа превращается. Естественно, что работа и количество теплоты измеряется вджоулях.Мощность электрического тока вычисляется по формуле:

P = A/t

Тогда:

P = UI

Когда по проводнику протекает электрический ток, то он обязательно проявляет себя своими действиями:

А) тепловое действие.Ток, проходя по проводнику, обязательно его нагревает. Количество теплотыQ,выделяемое в проводнике за времяt,вычисляется по закону, установленному русским учёным Э.Ленцем и известным английским учёным Д.Джоулем.

Этот закон так и называется законом Джоуля-Ленца. О нём было сказано выше.

Б) магнитное действие.Вокруг проводника с током всегда существует магнитное поле. Это подтверждает опыт Эрстеда с магнитной стрелкой, которая поворачивалась, когда по проводнику пропускали ток.

В) химическое действие. Если ток пропустить через растворы или расплавы некоторых химических соединений, то ток будет вызывать такие химические реакции, которые без этого тока не пойдут. Например, если пропустить ток через раствор сернокислой меди, то на отрицательном электроде будет выделяться чистая медь, а на положительном электроде – кислотный остаток – сернистый газ.

Химическое действие проявляется также при зарядке аккумуляторов.

Г) световое действие. Электрический ток, проходя через разреженные газы и через некоторые полупроводниковые приборы, заставляет данные вещества излучать свет. На этом принципе работают все газосветные лампы, светодиоды и различные световые индикаторы. Лампы дневного света, жидкокристаллические экраны современных телевизоров и компьютеров, различные световые табло, подсветки в сотовых телефонах – всё это световое действие электрического тока, при котором энергия электрического тока превращается в световую энергию.

Д) биологическое действие. Электрический ток, проходя по живой ткани, оказывает на неё биологическое действие. Оно выражается в том, что ток вызывает болевые ощущения, вызывает непроизвольное сокращение мышц, а достаточно большой ток вызывает даже омертвение тканей, в первую очередь костной. Работа сердца, сокращение скелетной мускулатуры осуществляется под действием электрических импульсов, передаваемыми по нервам. Впервые биологическое действие электрического тока обнаружил итальянский учёный Л.Гальвани. Он обнаружил сокращение мышц лягушки под действием слабых электрических импульсов.