6. Сопротивление проводников и его зависимость от температуры. Сверхпроводимость. Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной и интегральной форме.

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

Напомним, что в случае однородного проводника напряжение совпадает с разностью потенциалов. R - величина, называемая электрическим сопротивлением проводника. Единица сопротивления – Ом, равный сопротивлению такого проводника, в котором при напряжении в 1В течет ток силой в 1А.

Для однородного цилиндрического проводника: R = ρl/S, где l – длина проводника, S – площадь его поперечного сечения, а ρ – зависящий от свойств материала коэффициент, называемый удельным электрическим сопротивлением вещества.

Способность вещества проводить электрический ток характеризуется его удельным сопротивлением (ρ) либо удельной проводимостью (σ = 1/ρ). Их величина определяется химической природой вещества и условиями, в частности температурой, при которых оно находится.

Для большинства металлов при температурах, близких к комнатной, удельное сопротивление ρ изменяется пропорционально абсолютной температуре Т: ρ ~ Т. При низких температурах происходит отступления от этой закономерности. (У абсолютно чистого металла с идеально правильной кристаллической решеткой при абсолютном нуле ρ=0)

С верхпроводимость – явление, при котором у большой группы металлов и сплавов (ртуть, олово, цинк) при температуре порядка нескольких кельвинов сопротивление скачком обращается в 0.

Закон Джоуля-Ленца: на участке цепи постоянного тока, состоящих из проводников первого рода, непрерывно выделяется теплота, пропорциональная сопротивлению участка, квадрату силы тока и времени: Q = I² Rt.

Т.е. в случае, когда проводник неподвижен и химических превращений в нем не совершается, работа тока (А = Uq=Ult) затрачивается на увеличение внутренней энергии проводника, в результате чего проводник нагревается Q=Ult.

Заменим U на RI (по закону Ома) и получим: Q = I² Rt.

7. Разветвлённые электрические цепи. Параллельное и последовательное соединения источников тока. Закон Ома для полной цепи. Правила Кирхгофа.

Закон Ома: сила тока, текущего по однородному металлическому проводнику, пропорциональна падению напряжения на проводнике. I=U/R. В случае неоднородного проводника U=φ₁-φ₂.

Закон Ома для замкнутой неразветвленной цепи: I(R+r) = ε.

Последовательное соединение проводников: I = const, U = ΣU_i, R = ΣR_i.

Параллельное соединение проводников: U = const, I = ΣI_i, 1/R = Σ1/R_i.

Разветвленная цепь общего вида представляет собой совокупность неразветвленных участков, концы которых соединяются в узлах. Узлом называется точка, в которой сходится более чем два проводника. При этом ток, текущий к узлу, считается имеющим один знак, а текущий от узла – имеющим другой знак.

Во всех сечениях проводника в пределах отдельного участка между соседними узлами сила тока одна и та же, как и в неразветвленной цепи.

1 правило Кирхгофа: алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна 0, т.е. ΣI_k=0.

2 правило Кирхгофа (относится к любому выделенному в разветвлённой цепи замкнутому контуру): сумма напряжений вдоль любого замкнутого контура цепи равна сумме э.д.с., действующих в этом контуре, т.е. ΣI_kR_k=Σε_k.

Электромагнетизм. Переменный электрический ток. Электромагнитное поле.