Лекция3+электрич ток

Лекция №3

Электрический ток

Мерой электрического тока служит величина, измеряемая количеством электричества (зарядом), которое проходит через поперечное сечение проводника за 1 с.

Единицей тока называется ампер (А).

Ток («сила тока») в проводнике равен 1А, если через поперечное сечение проводника за 1 с. проходит электрический заряд, равный 1 кулон.

Если величина тока не изменяется с течением времени, то такой ток называется постоянным (обозначается прописной буквой I).

; где Q-заряд, проходящий через поперечное сечение проводника за время t.

Изменяющийся ток, в отличие от постоянного, обозначают строчной буквой i.

По международному соглашению, за направление тока условно принимается направление, в котором перемещаются положительно заряженные частицы, т. е. направление, противоположное перемещению электронов.

Величина, равная отношению тока к площади поперечного сечения проводника S, называется плотностью тока , измеряется в А/мм².

Электродвижущая сила (ЭДС).

На электрические заряды могут действовать силы не только со стороны электрических полей других зарядов, но и электрических полей иного происхождения, возникающих в результате изменения магнитного поля или химических реакций. Эти причины могут вызывать движение электрических зарядов, т.е. электрический ток. Однако действие этих причин принципиально отлично от действия электрического поля зарядов. Чтобы разделить эти два типа причин силы, действующие со стороны электрических полей других зарядов, называют кулоновыми силами, а все остальные причины объединяют под общим названием сторонних электродвижущих сил или кратко ЭДС.

ЭДС измеряется в тех же единицах, что и разность потенциалов (т.е. в вольтах).

Существование ЭДС необходимо для поддержания электрических токов, и все источники тока являются, по существу, источниками ЭДС.

Количественные соотношения между ЭДС и силой тока в цепи даются законом Ома.

Закон Ома.

Георг Ом (1787-1854) установил, что ток в проводе прямо пропорционален напряжению между его концами. Т.е. если на участке цепи с сопротивлением R, действует напряжение U, то согласно закону Ома, по данному участку протекает ток.

Для электрической цепи, составленной из источника питания с ЭДС Е и внутренним сопротивлением r₀, который замкнут на внешнюю цепь с сопротивлением R:

- Закон Ома для электрической цепи.

Сопротивление

Во всех элементах электрической цепи происходит преобразование энергии, т.е. элементы цепи обладают сопротивлением направленному движению свободных зарядов. С количественной стороны это явление характеризует величина, называемая – сопротивлением, и обозначаемая буквой R.

Единица сопротивления называется Ом.

Сопротивлением в 1 Ом обладает проводник, в котором устанавливается ток в 1 А при напряжении 1 В.

; 1кОм=10³ Ом; 1 мОм=10⁶ Ом.

Единица, обратная сопротивлению называется проводимостью.

Под удельным сопротивлением понимают величину, численно равную сопротивлению провода длиной 1 м, при поперечном сечении 1 мм² и температуре 20^оС.

Табл. Значения удельных сопротивлений для некоторых проводников

Материал	Удельное сопротивление Ом мм2/м
Алюминий	0,029
Вольфрам	0,056
Железо	0,13-0,3
Медь	0,0175
Нихром	1,1

Провода из металлов с наименьшим удельным сопротивлением (медь, алюминий) используют для изготовления линий электропередач, обмоток электрических машин, трансформаторов и т. п.

Удельное сопротивление металлов зависит также от температуры. При нагревании металлов наблюдается рост удельного сопротивления, а значит и сопротивления всего провода (пример перегорания лампочек).

Работа и мощность электрического тока.

Для поддержания электрического тока в проводниках в них должно существовать электрическое поле, которое совершает положительную работу, передвигая заряды вдоль проводника. Если напряженность электрического поля в проводнике Е, то на заряд q действует сила . Пусть заряд переместился по проводнику на расстояние d. Тогда электрический ток совершит работу равную . Но , где U-разность потенциалов на концах проводника и, следовательно, работа .

При движении зарядов работа электрического тока в проводнике за время t равна количеству электричества Q, протекшему через поперечное сечение проводника за это время, умноженному на разность потенциалов между концами проводника U:

Поскольку ток , то , а работа за единицу времени, т.е. мощность .

Единица измерения мощности называется ватт.

, 1 кВт=10³ Вт.

Электрическая энергия подсчитывается в ватт-часах или .

Расчет электрических цепей постоянного тока.

Правила Кирхгофа.

1) Сумма токов, направленных к точке разветвления, равна сумме токов, направленных от нее.

I₁+I₃+I₅=I₂+I₄

Преобразуя это соотношение, получим:

I₁+(-I₂)+I₃+(-I₄)+I₅=0

Т.е т.е. алгебраическая сумма токов в точке разветвления равна нулю.

При этом токи, направленные к узлу, считаются положительными, а токи, направленные от узла – отрицательными (или наоборот).

Узлом называют точку цепи из которой провода уходят больше чем в двух направлениях

Второе правило Кирхгофа:

В замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма ЭДС равна алгебраической сумме падений напряжения в отдельных сопротивлениях.

При этом положительными надо считать ЭДС, направления которых совпадают с произвольно выбранным направлением обхода по контуру.

Если контур не содержит источников, то.