7.Постоянный электрический ток. Уравнение непрерывности. Электродвижущая сила. Законы Ома.

Постоянный ток — это ток, направление и величина которого слабо меняется во времени. Постоянный электрический ток может быть создан только в замкнутой цепи, в которой свободные носители заряда циркулируют по замкнутым траекториям. Электрическое поле в разных точках такой цепи неизменно во времени. При перемещении электрического заряда в электростатическом поле по замкнутой траектории, работа электрических сил равна нулю. Поэтому для существования постоянного тока необходимо наличие в электрической цепи устройства, способного создавать и поддерживать разности потенциалов на участках цепи за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Такие устройства называются источниками постоянного тока. Силы неэлектростатического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются сторонними силами Уравнения непрерывности — (сильная) локальная форма закон сохранения. Электромагнетизм В электродинамике уравнение непрерывности выводится из уравнений Максвелла. Оно утверждает, что дивергенция плотности тока равна изменению плотности заряда со знаком минус,

В ывод

Закон Ампера гласит

В зяв дивергенцию от обоих частей выражения, получим,

но дивергенция ротора равняется нулю, таким образом

По теореме Гаусса

Подставляя это выражение в предыдущее уравнение, получаем искомое уравнение непрерывности.

Электродвижущая сила (ЭДС) — физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура.

ЭДС можно выразить через напряжённость электрического поля сторонних сил (E_ex). В замкнутом контуре (L) тогда ЭДС будет равна:

, где dl — элемент длины контура.

ЭДС так же, как и напряжение, измеряется в вольтах. Это удельная работа сторонних сил не во всем контуре, а только на данном участке. ЭДС гальваничесого элемента есть работа сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда внутри элемента от одного полюса к другому. Работа сторонних сил не может быть выражена через разность потенциалов, так как сторонние силы непотенциальны и их работа зависит от формы траектории. Так , например, работа сторонныих сил при перемещении заряда между клеммами тока вне самого источника равна нулю.

Закон Ома для переменного тока

Если ток является синусоидальным с циклической частотой ω, а цепь содержит не только активные, но и реактивные компоненты (ёмкости, индуктивности), то закон Ома обобщается; величины, входящие в него, становятся комплексными:

где:

• U = U₀e^iωt — напряжение или разность потенциалов,

• I — сила тока,

• Z = Re^—iδ — комплексное сопротивление (импеданс),

• R = (R_a²+R_r²)^1/2 — полное сопротивление,

• R_r = ωL — 1/ωC — реактивное сопротивление (разность индуктивного и емкостного),

• R_а — активное (омическое) сопротивление, не зависящее от частоты,

• δ = —arctg R_r/R_a — сдвиг фаз между напряжением и силой тока.

При этом переход от комплексных переменных в значениях тока и напряжения к действительным (измеряемым) значениям может быть произведён взятием действительной или мнимой части (но во всех элементах цепи одной и той же!) комплексных значений этих величин. Соответственно, обратный переход строится для, к примеру, U = U₀sin(ωt + φ) подбором такой , что . Тогда все значения токов и напряжений в схеме надо считать как