Законы постоянного тока.
Направленное движение электрических зарядов называют электрическим током. В металлах могут свободно перемещаться электроны, в проводящих растворах - ионы, в газах могут существовать в подвижном состоянии и электроны, и ионы.
Условно за направление тока считают направление движения положительных частиц, ток идет от(+) к (-), поэтому в металлах это направление противоположно направлению движения электронов.
Сила тока I- величина заряда, проходящего в единицу времени через полное сечение проводника. Если за время t через полное сечение проводника прошел заряд q, то
I=q/t.
Единица измерения силы тока - Ампер. Если состояние проводника (его температура и др.) стабильно, то между приложенным к его концам напряжением и возникающим при этом током существует связь. Она называется Закон Ома и записывается так:
I=U/R.
R - электрическое сопротивление проводника, зависящее от рода вещества и от его геометрических размеров. Единичным сопротивлением обладает проводник, в котором возникает ток 1 А при напряжении 1 В. Эта единица сопротивления называется Ом.
Различают последовательноеи параллельное соединения проводников.
При последовательном соединении ток, протекающий по всем участкам цепи, одинаков, а напряжение на концах цепи равна сумме напряжений на всех участках.
U=U1+U2+Un
Общее сопротивление равно сумме сопротивлений
R=R1+R2+Rn
При параллельном соединении проводников постоянным остается напряжение, а ток складывается из суммы токов, протекающих по всем ветвям.
I=I1+I2+In
В этом случае складываются величины, обратные сопротивлению:
1/R= 1/R1+1/R2 или можно записать так
Для получения постоянного тока на заряды в электрической цепи внутри источника тока должны действовать силы, отличные от сил электростатического поля; их называют сторонними силами.
Если рассматривать полную электрическую цепь, необходимо включить в нее действие этих сторонних сил и внутренне сопротивление источника тока r. В этом случае закон Ома для полной цепи примет вид:
I=E/(R+r).
Е - электродвижущая сила (ЭДС) источника. Она измеряется в тех же единицах, что и напряжение.
Величину (R+r) называют иногда полным сопротивлением цепи.
Сформулируем правила Киркгофа:
Первое правило: алгебраическая сумма сил токов в участках цепи, сходящихся в одной точке разветвления, равна нулю.
Второе правило: для любого замкнутого контура сумма всех падений напряжения равна сумме всех ЭДС в этом контуре.
Мощность тока рассчитывается по формуле
P=UI=I2R=U2/R.
Закон Джоуля-Ленца. Работа электрического тока (тепловое действие тока)
A=Q=UIt=I2Rt=U2t/R.
Атом Бора
Планетарная модель атома является внутренне противоречивой. Движущийся с ускорением заряд излучает электромагнитную волну. При этом энергия атома уменьшается: электрон должен упасть на ядро, а атом прекратить свое существование.
На самом деле атомы химических элементов представляют собой устойчивые структуры, существующие десятки тысяч лет без изменения. Поэтому модель атома Резерфорда была дополнена рядом положений, автором которых является датский физик Бор.
В 1913 году Бор показал, что несовпадение с экспериментом выводов, основанных на модели Резерфорда, возникла потому, что поведение микрочастиц нельзя описывать теми же законами, что и макроскопических тел.
Бор предположил, что величины характеризующие микромир, должны квантоваться, т.е. они могут принимать только определенные дискретные значения.
Законы микромира - квантовые законы! Эти законы в начале 20 столетия еще не были установлены наукой. Бор сформулировал их в виде трех постулатов. дополняющих ( и "спасающих") атом Резерфорда.
Первый постулат:
Атомы имеют ряд стационарных состояний соответствующих определенным значениям энергий: Е1, Е2...En. Находясь в стационарном состоянии, атом энергии не излучает, несмотря на движение электронов.
Второй постулат:
В стационарном состоянии атома электроны движутся по стационарным орбитам, для которых выполняется квантовое соотношение:
m·V·r = n·h/2·p (1)
где m·V·r =L - момент импульса, n=1,2,3..., h-постоянная Планка.
Третий постулат:
Излучение или поглощение энергии атомом происходит при переходе его из одного стационарного состояния в другое. При этом излучается или поглощается порция энергии (квант), равная разности энергий стационарных состояний, между которыми происходит переход: e = h·u = Em-En (2)
Схемы перехода атома:
1.из основного стационарного состояния в возбужденное,
2.из возбужденного стационарного состояния в основное.
Постулаты Бора противоречат законам классической физики. Они выражают характерную особенность микромира - квантовый характер происходящих там явлений. Выводы, основанные на постулатах Бора, хорошо согласуются с экспериментом. Например, объясняют закономерности в спектре атома водорода, происхождение характеристических спектров рентгеновских лучей и т.д. На рис. 3 показана часть энергетической диаграммы стационарных состояний атома водорода.
Рис. 3.
Построенная таким образом ломаная не вполне точно определяет
линии
поля. Это естественно,
Рис.
35. Линии поля между разноименно
заряженными пластинами. Напряженность
поля: а) наименьшая — густота линий
поля минимальна; б) средняя — густота
линий поля средняя; в) наибольшая —
густота линий поля максимальна
так
как каждая удлиненная крупинка
располагается по направлению напряженности
поля в соответствующей точке. Поэтому
рис. 26 и 27 подобны картам линий
электрического поля между параллельными
пластинами и возле двух заряженных
шаров. Используя тела различной формы,
можно с помощью таких опытов легко
найти картины распределения линий
электрического поля для различных
полей.
45 вопрос. Абсолютно черное тело! В основе оценки опасности огненных шаров как источников нагрева объектов, попадающих в зону интенсивного излучения, лежат закономерности переноса от них теплов/эй энергии. При оценке излучательной способности огненных шаров обычно предполагалось, что они представляют собой абсолютно черное тело. Однако в действительности они имеют весьма низкую излучательную способность. Например, излучение водородного огненного шара невелико, и объекты, находящиеся, вне его радиуса практически не испытывают теплового поражения; напротив, объекты в радиусе действия огненного шара подвергаются интенсивному тепловому облучению. Однако излучатель-ная способность огненных шаров, возникших при взрыве перегретых горючих жидкостей, меньше излучательной способности горящих разлитых нефтепродуктов. Поскольку количественные оценки поражающего воздействия лучистой энергии подробно описаны в многочисленной литературе по борьбе с пожарами, в данном разделе огненные шары как источники лучистой энергии не рассматриваются. Рис. 2.18. Зависимость излучательной способности абсолютно черного тела от длины волны и температуры (а); сравнение излучательной способности идеальных абсолютно черных и серых тел с излучательной способностью реального тела (заимствовано из работы (б) [ 145] 1 - спектр излучения реального тела Зависимость монохроматической излучательной способности от X для воображаемого реального тела показана на рис. 2.18, б. Удобно ввести понятие серого тела (или идеального неабсолютно черного тела) , для которого е не зависит от длины волны. Хотя оно является идеализацией реального положения вещей, его введение облегчает использование уравнения Стефана-Больцмана [ уравнение (2 .4) ] . Характерные значения е для твердых тел приведены в табл. 2.5. В соответствии с законом Кирхгофа относительная излучательная способность тела равна его по-глощательной способности. Это вытекает из первого закона термодинамики. Так, абсолютно черное тело является также и абсолютным поглотителем излучения с коэффициентом поглощения а = 1 . могут иметь температуры, доходящие до 1100°С (1373 К), что соответствует максимальной Если бы заряд q был взят в n раз большим, то и напряженность поля во всех точках возросла бы в n раз. Поэтому, чтобы и в этом случае можно было судить о напряженности поля по густоте линий поля, условимся проводить из заряда тем больше линий, чем больше заряд. При таком способе изображения густота линий поля может служить для количественного описания напряженности поля. Мы сохраним этот способ изображения и в том случае, когда поле образовано не одним единичным зарядом, а имеет более сложный характер. Само собой разумеется, что число линий, которое мы проведем через единицу поверхности для изображения поля данной напряженности, зависит от нашего произвола. Необходимо только, чтобы при изображении разных областей одного и того же поля или при изображении нескольких сравниваемых между собой полей была сохранена густота линий, принятая для изображения поля, напряженность которого равна единице. На чертежах (например, на рис. 35) можно изображать не распределение линий поля в пространстве, а лишь сечение картины этого распределения плоскостью чертежа, что позволит получить так называемые «электрические карты». Такие карты дают наглядное представление о том, как распределяется данное поле в пространстве. Там, где напряженность поля велика, линии проводятся густо, там, где поле слабое, густота линий невелика. Поле, напряженность которого во всех точках одна и та же и по модулю и по направлению, называется однородным. Линии однородного поля представляют собой парал-
Рис.
34. Сферы, проведенные вокруг положительного
точечного заряда q. На каждой из них
показана единичная площадка
лельные
прямые. На чертежах однородное поле
также представится рядом параллельных
и равноотстоящих прямых, проходящих
тем гуще, чем сильнее изображаемое ими
поле (рис. 35).
Отметим, что цепочки,
образуемые крупинками в опыте § 13, имеют
ту же форму, что и
Стрелками показаны переходы атома, приводящие к излучению энергии. Видно, что спектральные линии объединяются в серии, различающиеся тем, на какой уровень с других (более высоких) происходит переход атома.
Закон Ома для полной цепи.
Полная замкнутая цепь представляет собой электрическую цепь, в состав которой входят внешние сопротивления и источ-ник тока (рис. 25). Как один из участков цепи, источник тока обладает сопротивлением, которое
называют внутренним, r.
Для того чтобы ток проходил по замкнутой цепи, необходимо, чтобы в источнике тока зарядам сообщалась дополнительная энергия, она появляется за счет работы по перемещению зарядов, которую производят силы неэлектрического происхождения (сторонние силы) против сил электрического поля. Источник тока характеризуется энергетической характеристикой, которая называется ЭДС — электродвижущая сила источника. ЭДС измеряется отношением работы сторонних сил по перемещению вдоль замкнутой цепи положительного заряда к величине этого заряда
тивление участка цепи часто называют падением напряжения на этом участке. Таким образом, ЭДС равна сумме падений напряжений на внутреннем и внешнем участках замкнутой цепи. Обычно это выражение записывают так: I = E/(R + г). Эту зависимость опытным путем получил Георг Ом, называется она законом Ома для полной цепи и читается так: сила тока в полной цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи. При разомкнутой цепи ЭДС равна напряжению на зажимах источника и, следовательно, может быть измерена вольтметром.