2. Законы постоянного тока

2.1 Основные понятия и законы.

Электрический ток - это упорядоченное движение электрических зарядов.

Сила тока I- это скалярная физическая величина, равная заряду, протекающему через поперечное сечение проводника за единицу времени:. Если сила тока и его направление не изменяются со временем, то такой ток называется постоянным. Сила тока в системе СИ измеряется в амперах (А).

Плотность тока – векторная величина, численно равная силе тока, протекающего через поперечное сечение проводника единичной площади, перпендикулярное направлению тока: . Направление вектора плотности тока совпадает с направлением движения положительных зарядов.Размерность плотности тока в системе СИ А/м².

Сторонние силы – это силы не электростатической природы, осуществляющие разделение заряда и перенос его в направлении, противоположном направлению электростатических сил..

Электродвижущая сила (ЭДС) - это физическая величина, равная работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда: . Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).

Закон Ома для однородного участка цепи: сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника: .

Коэффициент пропорциональности R называется электрическим сопротивлением и измеряется в омах (Ом). Электрическое сопротивление проводника , -длина, S- площадь поперечного сечения проводника, ρ- удельное сопротивление материала проводника.

Сопротивление проводника зависит от температуры t: , где α - температурный коэффициент сопротивления, в, - удельное сопротивление при 0⁰С. Значения и α приводятся для каждого металла в справочнике.

Закон Ома в дифференциальной форме: ,

где - удельная электропроводность вещества.

Закон Ома для неоднородного участка цепи, т.е. участка цепи, содержащего источник тока: сила тока в неоднородном участке цепи прямо пропорциональна сумме разности потенциалов на его концах и действующей в нем ЭДС: .

Закон Ома для полной цепи: сила тока в цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи , где R - внешнее сопротивление, r - внутреннее сопротивление источника тока.

Правила Кирхгофа, основаны на законе сохранения электрического заряда и на законе Ома для неоднородного участка цепи. Они упрощают расчет разветвленных электрических цепей.

Узлом цепи называется точка, в которой сходится более двух проводников.

Первое правило Кирхгофа: Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле равна нулю.Токи, текущие к узлу считаются положительными, а от узла – отрицательными: .

Второе правило Кирхгофа: Алгебраическая сумма ЭДС в любом замкнутом контуре разветвленной цепи равна алгебраической сумме падений на участках этого контура: .

При составлении уравнений по правилам Кирхгофа знаки токам, ЭДС и падениям напряжений приписывают следующим образом:

Направления токов на участках разветвленной цепи выбираются произвольно. Если в ходе решения получится отрицательное значение тока, значит выбранное направление тока противоположно истинному.

Направление обхода контура выбирается произвольно. Если направление обхода контура совпадает с направлением тока на данном участке, то падение напряжения положительно, если противоположно, то – отрицатель но.

Если при обходе контура источник проходим от отрицательного полюса к положительному, то ЭДС берется со знаком “плюс”, в противном случае – со знаком “минус”.

Работа электрического тока на участке цепи: , где t- время прохождения электрического тока.

Мощность P электрического тока на участке цепи:

Количество теплоты Q, выделяющееся в проводнике с сопротивлением R при протекании по нему электрического тока в течение времени t определяется по закону Джоуля- Ленца:

Проводники в электрических цепях могут соединяться последовательно и параллельно.

1. При последовательном соединении: проводников сила тока во всех проводниках одинакова: . Общее напряжение .

Полное сопротивление

2.При параллельном соединении: , ,