Постоянный электрический ток

5. Постоянный электрический ток______________________________________________2

Лекция 5

Постоянный электрический ток

Условия существования электрического тока

Величины характеризующие электрический ток

Электрическим током называется упорядоченное движение электрических зарядов.

Смещение зарядов будет происходить от тела с большим потенциалом к телу с меньшим потенциалом, через некоторое время наступит равновесие и ток прекратится.

Сторонними называются все силы неэлектрического происхождения, действующие на электрические заряженные тела.

Устройства, поддерживающие постоянную разность потенциалов, возвращающие положительные заряды от точки с более высоким потенциалом к точкам с более низким потенциалом называются источниками сторонних сил, тока, напряжения.

Характеристики тока

Э.т. характеризуется силой и направлением, за направление тока принимается направление скорости положительных носителей зарядов (в металлах направление противоположное скорости движения электронов)

Сила тока

Величина, измеряемая зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника за единицу времени называется мгновенным значением силы э.т.

Если направление и сила электрического тока не изменяется с течением времени, э.т. называется постоянным.

Плотность э.т. – векторная величина, равная силе электрического тока, протекающего через единичную площадку, расположенную перпендикулярно направлению движения положительных носителей заряда.

Закон Ома для однородного участка электрической цепи

Участок электрической цепи, не содержащий источников тока называется однородным.

Сила тока, протекающего по однородному участку электрической цепи прямо пропорциональна разности потенциалов на его концах (напряжению) и обратно пропорциональна сопротивлению проводника.

Сопротивление – способность проводника ограничивать ток в нем.

- электрическая проводимость

Зависимость сопротивления проводника от его размеров и материала

Для проводников цилиндрической и призматической форм установлены соотношения

- удельное сопротивление проводника – физическая величина, численно равная сопротивлению проводника из данного материала, имеющего форму куба с ребром в 1 м при пропускании тока параллельно его грани.

- температурный коэффициент сопротивления.

- удельная электропроводность проводника

Электродвижущая сила источников сторонних сил

Напряжение на неоднородном участке электрической цепи

ЭДС источников сторонних сил, действующих на данном участке или в данной цепи, численно равна работе сторонних сил по переносу единичного положительного заряда на данном участке или в данной цепи.

Напряжением на участке электрической цепи называется работа сторонних и кулоновских сил по переносу единичного пробного заряда.

Для участка на котором не действуют сторонние силы

Работа и мощность электрического тока

Закон Джоуля - Ленца

1 Электроновольт – работа совершаемая электрическим током над элементарным зарядом при перемещении его между точками с разностью потенциалов 1 Вольт.

Джоулем и Ленцем установлен закон

Для расчета токов в неоднородной проводящей среде используется закон Ома в дифференциальной форме

- вещественное уравнение

Закон Ома для неоднородного участка электрической цепи

Основные формулы

1.                  Сила тока I

Величина, измеряемая зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника за единицу времени называется мгновенным значением силы электрического тока.

Если направление и сила электрического тока не изменяется с течением времени, электрический ток называется постоянным.

2.                  Плотность электрического тока – векторная величина, равная силе электрического тока, протекающего через единичную площадку, расположенную перпендикулярно направлению движения положительных носителей заряда.

3.                  Сопротивление однородного проводника R

;      

- длина проводника, - площадь поперечного сечения,

- удельное сопротивление проводника.

4.                  Удельное сопротивление проводника - физическая величина, численно равная сопротивлению проводника из данного материала, имеющего форму куба с ребром в 1 м при пропускании тока параллельно его грани.

5.                  Сопротивление соединения проводников:

последовательного   

параллельного

- сопротивление i-го проводника, n – число проводников.

6.                  Закон Ома

1.       Для неоднородного участка электрической цепи

;

2.       Для однородного участка цепи, не содержащего источников тока

;

3.       Для замкнутой цепи

;

здесь - разность потенциалов на концах участка цепи, - ЭДС (электродвижущая сила) источников тока, входящих в участок, U – напряжение на участке цепи, R – сопротивление цепи (участка), - внутреннее сопротивление источников тока, - ЭДС всех источников тока в цепи.

7.                  Правила Кирхгофа для разветвленных цепей

1.                 Алгебраическая сумма токов в узле тока равна нулю

2.                 В замкнутом контуре алгебраическая сумма падений напряжений в участках этого контура равна алгебраической сумме электродвижущих сил (ЭДС), включенных в  этот контур:

8.                  Работа электрического тока А

работа совершаемая электростатическим полем и сторонними силами в участке постоянного тока за время t.

1 электроновольт (1 эВ) – работа совершаемая электрическим током над элементарным зарядом при перемещении его между точками с разностью потенциалов 1 Вольт.

9.                  Мощность электрического тока Р

10.             Закон Джоуля – Ленца

Q – количество теплоты, выделяющееся в участке цепи за время t.

Если сила тока изменяется со временем, то используется закон Джоуля – Ленца в дифференциальной форме

Примеры решения задач

Пример 1. Какой заряд, пройдет через поперечное сечение проводника сопротивлением 5 Ом, если напряжение в нем равномерно нарастает от 2 В до 4 В в течение 10 с.

Ответ: .

Пример 2. Три параллельно соединенных сопротивления R1=2 Ом; R2=3 Ом и R3=5 Ом питаются от батареи с ЭДС 10 В и внутренним сопротивлением 3 Ом. Определить напряжение во внешней цепи и ток в каждом из сопротивлений.