Вопрос 3!

Электрическое сопротивление.

Зависимость сопротивления проводника от температуры. Сверхпроводимость.

Основная электрическая характеристика проводника – сопротивление. От этой величины зависит сила тока в проводнике при заданном напряжении. R = U/I.

Сопротивление зависит от материала проводника и его геометрических размеров. Сопротивление проводника длиной L с постоянной площадью поперечного сечения S равно: R = pL/S, где p - величина, зависящая от рода вещества и его состояния. P – Удельное сопротивление проводника. Оно численно равно сопротивлению проводника. P = 1Ом * м.

Удельное сопротивление металлов мало. Диэлектрики обладают очень большим удельным сопротивлением.

Зависимость сопротивления вещества от температуры характеризует коэффициент пропорциональности – а, его называют температурным коэффициентом сопротивления.

Он численно равен относительному изменению сопротивления проводника при нагревании на 1К. У растворов электролитов сопротивление с ростом температуры не увеличивается, а уменьшается. Зависимость сопротивления металлов от температуры используют в термометрах сопротивления. Для всех металлических проводников, а>0 и незначительно меняется с изменением температуры. Если интервал изменения температуры не велик, то температурный коэффициент можно считать постоянным и равным его среднему значению на этом интервале температур. У чистых металлов а = 1/273 К (-1 степени).

При нагревании амплитуда колебания ионов в узлах решетки увеличивается, поэтому возрастает число столкновений ионов с электронами, а значит и сопротивление.

Пусть при 0С – R0

при tC – R = тогда R-R0/R0=at R = R0(1+at)/

1911 год голландский учёный Камерлинг-Оннес обнаружил сверхпроводимость – явление скачкообразного падения до 0 сопротивления вещества. Сверхпроводимость наблюдается при очень низких температурах – около 25 К. Он обнаружил, что при охлаждении ртути в жидком гелии её сопротивление сначала меняется постепенно, а затем при температуре 4,1 К очень резко падает до нуля. Сверхпроводники находят широкое применение. Так, сооружают мощные электромагниты со сверхпроводящей обмоткой, которые создают магнитное поле на протяжении длительных интервалов времени без затрат энергии. Ведь выделения теплоты в сверхпроводящей обмотке не происходит. Очень сильное магнитное поле разрушает сверхпроводящее состояние. Сверхпроводящие магниты используются в ускорителях элементарных частиц, магнитогидродинамических генераторах, преобразующих механическую энергию струи раскаленного ионизованного газа, движущегося в магнитном поле, в электрическую энергию. Если бы удалось создать сверхпроводящие материалы при температурах, близких к комнатным, то была бы решена важнейшая техническая проблема – передача энергии по проводам без потерь. Объяснение сверхпроводимости на основе квантовой теории было дано в 1957 г. Бардиным, Купером, Шриффером и Боголюбовым.

Вопрос 4!

Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля-Ленца.

Работа электрического тока – работа, которую совершает электрическое поле при упорядоченном движении зарядов в проводнике.

a) Однородный участок.

А=qU – совершается Кулоновской силой. U – Разность потенциалов.

Если I=const I = q/t

Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого совершалась работа. A = IUt, но I = U/R, тогда A = U2/R* t = I^2Rt.

b) Неоднородный участок.

Работа совершается сторонними силами.

A = IEt. A = Дж = Нм.

Мощность тока – работа, совершаемая током за единицу времени. Р.= А/t.

Мощность тока равна отношению работы тока за время t к этому интервалу времени.

Мощность на внешнем участке цепи, для последовательного соединения P = IU = I^2R = U^2/R.

P = IE – Мощность, вырабатываемая источником тока. P = Дж/с = Вт (Ватт).

A = W.

Мощность тока во всей внешней цепи (на однородном участке) при любом соединении электроприёмников равна сумме мощностей на отдельных участках цепи.

Мощность тока в подводящих проводах называют потерей мощности.

Проводник, по которому проходит ток, нагревается, т.к. при столкновении с ионами кристаллической решётки электроны передают им энергию, которая идёт на увеличении внутренней энергии проводника, проводник отдаёт эту энергию в окружающую среду.

В XIX веке немецкий учёный Джоуль и русский учёный Ленц открыли закон Джоуля-Ленца. Q=I^2Rt.

Количество теплоты(Q), выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику.