Электрический ток в различных средах

£

£

Глава 3

Электрический ток в различных средах

7. Основные характеристики электрического тока. Закон Ома для участка цепи. Сторонние силы. Закон Ома для полной цепи

8. Сопротивление проводников. Сверхпроводимость. Электронная теория проводимости металлов. Законы Ома и Джоуля – Ленца в дифференциальной форме

9. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля – Ленца. Разветвление цепи. Правила Кирхгофа

10. Понятие о зонной теории проводимости. Контактная разность потенциалов. Термоэлектрические явления и их применение

11. Электролитическая диссоциация. Проводимость электролитов. Законы Фарадея для электролиза. Определение заряда иона. Техническое применение электролиза

12. Процессы ионизации и рекомбинации. Самостоятельный и несамостоятельный разряды в газе. Виды разрядов. Применение газовых разрядов

13. Понятие о плазме. Катодные и каналовые лучи. Термоэлектронная эмиссия. Электронные лампы и их применение

14. Собственная и примесная проводимость полупроводников, ее зависимость от температуры и освещенности. Полупроводниковые диоды и транзисторы

Основные характеристики электрического тока. Закон Ома для участка цепи. Сторонние силы. Закон Ома для полной цепи[11]

7.1. Основные характеристики электрического тока.

7.2. Закон Ома для участка цепи.

7.3. Сторонние силы. Закон Ома для полной цепи.

7.1. Основные характеристики электрического тока

Электрический ток – направленное движение заряженных частиц.

Основные характеристики электрического тока:

1. Сила тока: (7.1)

Сила тока измеряется зарядом, протекающим через поперечное сечение проводника за единицу времени:

Постоянный ток – ток, который не изменяется ни по величине, ни по времени.

Рис. 7.1.

Пульсирующий ток – ток, который изменяется только по величине.

Рис. 7.2.

Переменный ток – ток, который изменяется и по величине, и по направлению.

Рис. 7.3.

2. Плотность тока

Рис. 7.4.

Плотность тока – физическая величина, характеризующаяся зарядом, прошедшим через площадку проводника единичной площади за единицу времени.

3. Напряжение:

Для того чтобы протекал электрический ток, напряжение не должно быть равно нулю (исключая явление сверхпроводимости).

Напряжение – это физическая величина, характеризующаяся разностью потенциалов.

Если взять два проводника в вакууме, бесконечно длинных и тонких, расположенных на расстоянии 1 м друг от друга, то при силе тока в них 1А между ними существует сила взаимодействия равная на каждый метр длины проводников.

Эта сила устанавливается при протекании по проводникам тока I = 1 A.

7.2. Закон Ома для участка цепи

Связь между силой тока и напряжением определяется вольт — амперной характеристикой

Если в цепи включен резистор, то сила тока прямо пропорциональна приложенному напряжению.

– закон Ома для участка цепи. (7.6)

Чем больше величина G, тем больше сила тока, тем лучше проводник проводит ток.

Коэффициент G – называется проводимостью проводника.

Возьмем величину, обратно пропорциональную проводимости:

тогда . (7.7)

Величина R характеризует сопротивляемость проводника протеканию электрического тока:

.

Опыт 7.1. Закон Ома для участка цепи[8,9]

Оборудование:

1. Реостат со скользящим контактом.

2. Магазин сопротивлений.

3. Амперметр демонстрационный с шунтом на 1А.

4. Вольтметр демонстрационный.

5. Батарея аккумуляторов.

6. Выключатель демонстрационный.

7. Провода соединительные.

Рис. 7.5.

Опыт состоит из двух частей. Сначала изменяют с помощью реостата ток в цепи, при неизменном наборе шунтов, фиксируя при этом напряжение. На второй стадии опыта изменяют шунт к амперметру при неизменном положении реостата. Результаты измерения тока, напряжения и сопротивления шунта заносятся в таблицу.

Проводится 3-4 измерения.

Выводы: сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

7.3. Сторонние силы. Закон Ома для полной цепи

Обязательным условием существования электрического тока в цепи является наличие источника тока, в котором действуют силы неэлектрического происхождения – сторонние силы.

Сторонние силы совершают работу по переносу положительных зарядов из точки с меньшим потенциалом в точку с большим потенциалом:

Рис. 7.6.

ЭДС – физическая величина, численно равная работе сторонних сил, по переносу положительного единичного заряда вдоль замкнутой цепи.

Рассмотрим участок цепи, содержащий источник ЭДС.

Рис. 7.7.

По закону сохранения и энергии суммарная работа по переносу заряда вдоль электрической цепи складывается из работы электростатического поля и работы сторонних сил:

,

(7.12)

– закон Ома для участка цепи, содержащей ЭДС.

т. к. U = IR, то (7.13)

Знак “+” и “-“ соответствует различным направлениям тока на участке цепи.

Если рассмотреть замкнутую цепь, то работа электростатического поля равна нулю, электрический ток проходит через резистор R:

Рис. 7.8.

(7.14)

где R + r – полное сопротивление цепи.

. (7.15)

Ток в цепи прямо пропорционален ЭДС источника тока, G – полная проводимость цепи.