2.3.3. Постоянный электрический ток

Для подготовки к занятию Вам необходимо повторить лекционный материал, который изложен в пунктах 11-16 подраздела 2.2., а именно:

На самом занятии мы повторим основные законы и формулы, характеризующие постоянный электрический ток и решим некоторые типовые задачи на данную тему. На занятии Вы должны быть готовы к тому, чтобы дать формулировки и записать на доске (если Вас вызовут) основные законы и формулы, относящиеся к рассматриваемой теме.

11. Постоянный электрический ток. Условия существования эл. тока. Сила тока. Плотность тока. Сила тока через поверхность. Зависимость плотности тока от параметров носителей тока. Условие существования эл. тока. Источник тока. Э.д.с. источника. Сторонние силы. Напряжение на участке цепи.

12. Электрическая проводимость и электрическое сопротивление. Закон Ома для однородного участка цепи. Электрическое сопротивление. Электрическая проводимость. Удельная электрическая проводимость и удельное электрическое сопротивление. Закон Ома в дифференциальной форме. Зависимость удельной электрической проводимости вещества от характеристик носителей тока. Электрическое сопротивление однородного линейного и нелинейного проводника.

13. Работа и мощность тока. Работа электрического тока. Мощность, выделяемая в проводнике. Закон Джоуля-Ленца в интегральной форме. Закон Ома для неоднородного участка цепи. Закон Ома для замкнутой цепи. Мощность источника, мощность потерь и полезная мощность: зависимость от силы тока и сопротивления. Коэффициент полезного действия источника тока. Правила Кирхгофа для разветвленных цепей.

14-15. Электрический ток в металлах. Основные положения классической теории электропроводности металлов и их экспериментальное обоснование (опыты Рикке, Толмена и Стюарта, Милликена). Противоречия классической теории электропроводности металлов. Контактные явления. Работа выхода электронов из вещества. Контактная разность потенциалов, причины ее возникновения, зависимость от работы выхода, концентрации носителей, температуры, координаты. Законы Вольта и их объяснение. Термоэлектрические явления Зеебека, Пельтье. Термопары и их применение.

16. Электропроводность полупроводников (п/п). Образование носителей тока в п/п. Общие сведение о зонной диаграмме п/п. Собственные и примесные полупроводники. Зависимость концентрации носителей заряда от величины энергии уровня Ферми, температуры. Температурная зависимость удельной электрической проводимости и сопротивления.

Пример 1. В схеме, показанной на рисунке, ₁= 20 В; ₂= 25 В; R₁ = 10 Ом; R₂ = 15 Ом; внутренние сопротивления источников пренебрежимо малы. Определить: 1) работу, совершенную источниками; 2) полное количество джоулевой теплоты, выделившейся в цепи за интервал времени 0,5 секунд, если R₃ = 82 Ом.

R₁ R₂ R₃

₁ ₂

Пример 2. Ток в цепи изменяется по закону , где I₀ = 5 А; n = 50 с^-1. Какой заряд пройдет через поперечное сечение проводника за время от 0 до 0,01 секунды, а какой - за время от 0 до 0,02 секунды? Поясните полученный результат.

Пример 3. Два резистора, включённые последовательно в сеть 120 В, рассеивают вчетверо меньшую мощность, чем при их параллельном соединении. Если сопротивление одного резистора равно 1,8 кОм, то чему равно сопротивление второго резистора?

Пример 4. Имеются два сопротивления. Если амперметр зашунтирован первым из них, то цена деления увеличится в 3 раза, а если амперметр зашунтирован вторым сопротивлением, то цена деления увеличится в 5 раз. Как изменится цена деления амперметра, если для шунта использовать оба сопротивления, включив их между собой: 1) последовательно; 2) параллельно?