Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
101
Добавлен:
14.05.2017
Размер:
1.45 Mб
Скачать

Крахалев М.Н.

Лекция №4

Постоянный электрический ток

Крахалев Михаил Николаевич

Крахалев М.Н.

План лекции №4

qЭлектрический ток. Условия возникновения.

qСила тока, плотность тока. Стационарный ток.

qЗакон Ома для участка цепи. Сопротивление цилиндрического проводника.

qЗакон Джоуля-Ленца.

qОбобщенный закон Ома. Сторонние силы.

qПравила Кирхгофа, расчет цепей.

qЗарядка и разрядка конденсаторов.

Электрический ток.

Крахалев М.Н.

Электрический ток – упорядоченное движение зарядов.

Различают ток переноса, проводимости и смещения.

Ток переноса создается движущимися заряженными макрочастицами или макроэлементами вещества.

Ток смещения – особый вид тока, представляющий собой переменное электрическое поле и создаваемая им переменная поляризация в диэлектрике (например в зазоре между обкладками конденсатора).

Ток проводимости – упорядоченное движение зарядов. Характеризуется силой тока I и вектором плотности тока j.

Сила тока – скалярная величина, равная заряду, переносимому носителями заряда через рассматриваемую поверхность (например поперечное сечение проводника) в единицу времени. За направление тока принимается направление, в котором движутся положительные заряды.

Ток, не изменяющийся со временем называется постоянным.

Электрический ток.

Крахалев М.Н.

Плотность тока – вектор, направленный в сторону движения положительных зарядов и численно равный величине заряда, перемещающегося через единичную площадку, перпендикулярную к направлению движения зарядов, за единицу времени.

где u – средняя скорость направленного движения положительных зарядов.

Единицы измерения: для силы тока ампер (А), плотность тока – А/м2

где q0 заряд носителя тока (для электрона равен e), n концентрация носителей заряда.

Условия возникновения тока проводимости: наличие свободных зарядов в веществе (n ≠ 0) и присутствие электрического поля (E ≠ 0).

Электрический ток.

Крахалев М.Н.

Уравнение непрерывности тока.

Пусть в некоторой области DV, ограниченной поверхностью DS, имеется избыточный заряд Dq.

- уравнение непрерывности.

Выражает в дифференциальной форме закон сохранения заряда.

- необходимое и достаточное условие стационарности (постоянства) тока во всех точках, где оно выполняется.

- интегральная форма условия стационарности тока. Ток протекающий через любую замкнутую поверхность постоянен, если величина входящего внутрь потока вектора j равна выходящему потоку.

ЭДС. Напряжение.

Крахалев М.Н.

Для поддержания тока в проводнике длительное время необходимо от конца проводника с меньшим потенциалом непрерывно отводить приносимые сюда током заряды, а к концу с большим потенциалом непрерывно их подводить.

В замкнутой цепи существуют участки, на которых перенос положительных зарядов происходит в направлении возрастания потенциала (против сил электростатического поля). Такой перенос осуществляется силами не электростатического происхождения, называемых сторонними силами.

Величина, равная работе сторонних сил, отнесенной к единице положительного заряда, называется электродвижущей силой (э.д.с.).

Единицы измерения э.д.с.: вольт (В).

ЭДС. Напряжение.

Крахалев М.Н.

Векторная величина E* называется напряженностью поля сторонних сил.

Э.д.с. действующая в замкнутой цепи может быть определена как циркуляция вектора напряженности сторонних сил.

Величина, численно равная работе, совершаемой электростатическими и сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда, называется падением напряжения (напряжением) U на данном участке цепи.

Закон Ома для однородного участка цепи.

Крахалев М.Н.

Однородный проводник – проводник, в котором не действуют сторонние силы.

Закон Ома: сила тока, текущего по однородному металлическому проводнику, пропорциональна падению напряжения U на проводнике.

R электрическое сопротивление проводника. Единица измерения

- ом (Ом). 1Ом = 1В/1А.

Для однородного цилиндрического проводника

r удельное электрическое сопротивление вещества. Единица измерения – ом-метр (Ом•м).

Закон Ома для однородного участка цепи.

Крахалев М.Н.

Дифференциальная форма закона Ома

s коэффициент электропроводности (проводимость) материала.

Единица измерения – сименс / м (См/м).

Закон Джоуля-Ленца.

Крахалев М.Н.

При прохождении по проводнику тока проводник нагревается.

Количество выделившегося в проводнике тепла пропорционально его сопротивлению, квадрату силы тока и времени (закон Джоуля-Ленца).

Мощность при выделении энергии в проводнике:

Если ток изменяется со временем:

Нагревание проводника происходит за счет работы, совершаемой силами поля над носителями заряда.