Лекция №7 Постоянный электрический ток

План лекции:

1. Электрический ток, его характеристики и условия существования. Ток проводимости и конвекционный ток. Сила тока. Источники тока.

2. Э.Д.С. Разность потенциалов и напряжение. Сопротивление проводников.

3. Закон Ома для однородного и неоднородного участков электрической цепи.

4. Закон Ома для полной цепи.

5. Закон Джоуля–Ленца.

6. Расчет разветвленных электрических цепей. Правила Кирхгофа.

7. Плотность тока. Подвижность носителей зарядов.

8. Ток проводимости в металлах. Основы классической электронной теории электропроводности металлов.

9. Закон Ома в дифференциальной форме.

10. Закон Джоуля – Ленца в дифференциальной форме.

11. Закон Видемана – Франца.

Вопрос №1. Ток проводимости и конвекционный ток. Сила тока. Источники тока

В курсе физики средней школы электрический ток определяли как упорядоченное движение сво­бодных носителей электрических зарядов в проводниках. Такой ток называется током проводимости.

Если возникновение тока обусловлено движением в пространстве мак­роскопических заряженных тел (пылинок, капель жидкости) или даже одного заряжен­ного тела, то он называется конвекционным. Конвекция (от лат. convectio) – перенесение, перемещение.

Кроме токов проводимости и конвекционных токов к электрическим токам отно­сят направленное движение электрических зарядов в газах, а также в различных элек­тровакуумных приборах.

Для появления и существования тока проводимости в проводящей среде должно быть создано электрическое поле Е. Под действием электрической силы F = qE свобод­ные заряды, участвующие в хаотическом тепловом движении, приобретают некоторое упорядоченное направленное движение со средней скоростью и, называемой скоро­стью электрического дрейфа зарядов.

Электрический ток характеризуется силой тока I. Сила тока I= dq/dt численно равна отношению заряда dq, переносимого через попереч­ное (перпендикулярное) сечение проводника за бесконечно малый интервал времени dt, к значению этого интервала.

Направление тока в проводнике условились опреде­лять по направлению электрического дрейфа положительных зарядов в проводнике. В общем случае сила тока I создается как положительными, так и отрицательными дви­жущимися зарядами, которые называются носителями заряда.

Сила тока измеряется в амперах. Единица силы тока — ампер (А) определяется по магнитному взаимодействию токов . Из формулы I =dq/dt вытекает, что 1А=1Кл/1с=1Кл/с.

Плотность тока

В некоторых случаях удобно пользоваться величиной, называемой плотностью тока.

С

1.1

редняя плотность тока равна отношению силы тока к площади поперечного сечения проводника:

(А/м²)Si

Если концентрация свободных зарядов равна n=ΔN/ΔV, где V – часть объема проводника.

За время Δt через сечение S переносится заряд Δq=eΔN, где е – заряд одного носителя.

Так как ΔN = n ·ΔV, тогда Δq=e·ΔN=e·n·ΔV=e·n·uΔt, u – средняя скорость дрейфа. Подставив значение Δq в формулу I =dq/dt получим: I=ens·u.

1.2