Главная страница

Электрический ток. Лекции 6 Электрический ток


Скачать 1.29 Mb.
НазваниеЛекции 6 Электрический ток
АнкорЭлектрический ток.pdf
Дата18.03.2017
Размер1.29 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаElektricheskiy_tok.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипЛекции
#12636
Каталог

Теоретическая справка к лекции 6
Электрический ток.
Электрическим током называют направленное движение заряженных частиц. За направление тока принимают направление движения положительных зарядов. Сила тока
I
определяется как отношение заряда Δ
q , прошедшего через поперечное сечение проводника за некоторый интервал времени
Δ
t
, к величине этого интервала
Δ
Δ
q
I
.
t

Плотность
j I / S

тока можно выразить через среднюю скорость упорядоченного движения зарядов
ср
v :
0
ср
j q nv

, где
S
- сечение проводника,
0
q - заряд носителей тока,
n
- их концентрация.
Для однородного участка цепи (не содержащего источников тока) сила тока
I
пропорциональна разности потенциалов
1 2
φ
φ
U


на этом участке
1 2
φ
φ
U
I
,
R
R



где
R
- сопротивление проводника.
Сопротивление провода длиной
l
и постоянного поперечного сечения
S
определяется выражением
ρ
l
R
,
S

где
ρ
- удельное сопротивление материала провода. Зависимость сопротивления от температуры
t
выражают формулой:


0 1 α
R R
t


, где
0
R - значение сопротивления при
0 0
C
,


α α 0

- температурный коэффициент сопротивления. Сопротивление металлов при нагревании возрастает.
При последовательном соединении сопротивлений
1 2
R , R
1 2
1 2
1 2
I
I
I, U U U , R R R .
 




При параллельном соединении сопротивлений
1 2
R , R
1 2
1 2
1 2
1 1
1
U
U
U, I I
I ,
.
R R
R


 


Источник тока характеризуется электродвижущей силой
E
и внутренним сопротивлением
r . На электрических схемах его удобно представлять в виде двух
I
2
I
1
U
2
U
1
R
2
R
1
I
I
2
I
1
R
2
R
1
Группа Абитуриенты МФТИ http://vk.com/abituru
последовательно соединенных элементов: идеального источника тока с равным нулю внутренним сопротивлением и активным сопротивлением. Закон Ома для неоднородного участка цепи (ток течет от 3 к 2)
1 2
3 2
1 3
φ
φ
φ
φ
φ
φ





 
E,
Ir,
E Ir.
В разветвленных электрических цепях имеются узлы - точки, где сходятся более двух проводников.
Законы (правила) Кирхгофа: 1) сумма токов втекающих в узел, должна равняться сумме токов, вытекающих из него. 2) в любом замкнутом контуре алгебраическая сумма
ЭДС в ветвях данного контура равна алгебраической сумме напряжений на отдельных элементах, входящих в данный контур.
Если через проводник с сопротивлением
R в течение времени Δt протекает электрический ток силой
I , то силы электрического поля совершат работу (работа электрического тока)
2 2
Δ
Δ
Δ
Δ
Δ
R
U
A
qU
IU t
I R t
t.
R




Мощность
P электрического тока равна
2 2
Δ
Δ
A
U
P
IU
I R
.
t
R




В цепи, где не совершается механическая работа и не происходят химические реакции, работа электрического поля переходит во внутреннюю энергию проводника: количество выделившейся в проводнике теплоты
Q
равно работе электрического поля
(закон Джоуля-Ленца):
2 2
Δ
Δ
Δ
Δ
Δ
U
Q
A
IU t
I R t
t.
R




В электрических цепях при протекании по ним тока возможен переход энергии электрического поля не только в тепло, но и в другие виды энергии.
Если электрическая цепь содержит источники тока, резисторы, а также элементы, которые способны запасать энергию (конденсаторы, катушки индуктивности), то закон сохранения энергии для такой цепи может быть сформулирован в таком виде:
3 2
I r
1
Группа Абитуриенты МФТИ http://vk.com/abituru

Суммарная работа
A всех источников тока и внешних сил в электрической цепи
идет на выделение теплоты
Q
в проводниках и изменение энергии
Δ
W тех элементов
цепи, которые способны ее запасать:
Δ
E
ВНЕШ
A
A
A
Q
W.




Работой
E
A
источника с ЭДС
E при прохождении через него в направлении действия сторонних сил заряда
E
q
называется работа сторонних сил над этим зарядом:
E
E
A
q E

(если заряд
E
q
проходит в противоположном направлении, то работа источника определяется выражением
E
E
A
q E
 
).
Энергия конденсатора. Электрическое поле обладает энергией. Энергия электрического поля конденсатора есть энергия конденсатора – одного из элементов цепи, способного запасать энергию. Если положительно заряженная обкладка конденсатора имеет заряд
q , а разность потенциалов между ней и второй обкладкой
φ
φ
0
U





, то энергия конденсатора
W может быть записана так:
2 2
2 2
2
qU
q
CU
W
.
C



Плотность энергии
w электрического поля (энергия единицы объема) в некоторой точке однородного изотропного диэлектрика с диэлектрической проницаемостью
ε
зависит от напряженности
E
поля в этой точке и определяется выражением
2 0
ε ε
2
E
w
.

Для цепи, содержащей источник тока с ЭДС
E и внутренним сопротивлением
r
, а также резистор с сопротивлением
R полная мощность, развиваемая источником, равна


2 2
ПОЛН
E
P
IE
I r R
.
R r





Мощность, выделяемая на внешнем сопротивлении
R , называется полезной
мощностью


2 2
2
ПОЛЕЗН
E R
P
I R
IU
.
R r




Мощность, выделяемая на внутреннем сопротивлении
r
, называется теряемой
мощностью


2 2
2
ПОТЕРЬ
E r
P
I r
.
R r



Группа Абитуриенты МФТИ http://vk.com/abituru

перейти в каталог файлов
связь с админом