Автор: Попель Пётр Станиславович Презентация: Симоновой Оксаны Александровны

Автор: Попель Пётр Станиславович Презентация: Симоновой Оксаны Александровны Попель П. С. Электромагнетизм

1. Ток (сила тока) и плотность тока. 2. Закон Ома для однородного участка цепи. 3. Закон Джоуля - Ленца. 4. Источники тока. Электродвижущая сила источника тока. 5. Закон Ома для неоднородного участка цепи. Попель П. С. Электромагнетизм

-это направленное движение электрических зарядов. Условия существования тока в проводнике: а) наличие свободных зарядов; б) наличие электрического поля. направление тока в проводнике – это направление движения положительных зарядов. -это скалярная физическая величина, которая численно равна заряду, проходящему через поперечное сечение проводника за единицу времени. (1) Если i=const, ток называется постоянным. Для него: (2) Попель П. С. Электромагнетизм

- это векторная физическая величина, характеризующая распределение тока в проводнике, направленная по направлению тока в данной точке и численно равная заряду, переносимому через единичную площадку, ориентированную перпендикулярно току, за единицу времени. Поле вектора можно изображать в виде линий тока. В каждой точке линии тока направлены по касательной к ней. Попель П. С. Электромагнетизм

- некоторая поверхность внутри проводника с током; - элементарная площадка на этой поверхности; - единичный вектор нормали ней - плотность тока в этой точке; - элементарный ток через площадку d. S. - проекция d. S на плоскость, перпендикулярную вектору. - вектор площадки d. S. Тогда Попель П. С. Электромагнетизм

Ток через всю поверхность: (3) Ток i – это поток вектора плотности тока через данную поверхность S (чаще всего – через поперечное сечение проводника). Попель П. С. Электромагнетизм

называется участок цепи, на котором действуют только электростатические силы, или участок цепи, не содержащий источников тока. Ток, протекающий в однородном участке цепи, прямо пропорционален разности потенциалов на концах участка. Где - электрическая проводимость участка. Попель П. С. Электромагнетизм

Сопротивление участка , тогда (4) Для однородных проводников (5), постоянного сечения S: где ℓ- длина проводника, ρ-его удельное сопротивление. [ρ]=1 Ом • 1 м Удельное сопротивление вещества равняется 1 Ом • м, если изготовленный из него проводник длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 м 2 обладает сопротивлением 1 Ом. Попель П. С. Электромагнетизм

d. V – бесконечно малый цилиндрический объем внутри проводника с током; d. I – ток, протекающий внутри этого объема; dφ – разность потенциалов между торцами цилиндра; d. R – сопротивление объема d. V. По закону Ома (6), где (7) Попель П. С. Электромагнетизм

(6), где (7) Подставим (7) в (6): , т. е. или где -удельная электропро- водность проводника. В векторной форме: (8) - дифференциальная форма закона Ома. Плотность тока в данной точке проводника пропорциональна напряженности электрического поля в этой точке. Попель П. С. Электромагнетизм

Если проводник неподвижен и не содержит электрохимических ячеек (в которых может проходить электролиз), то единственным результатом протекания тока в проводнике будет выделение теплоты Q. В этом случае справедлив Количество теплоты Q, выделяющееся в проводнике при прохождении электрического тока, прямо пропорционально сопротивлению проводника R, квадрату силы тока I и времени его протекания t: (9) Попель П. С. Электромагнетизм

Найдем d. Q – количество теплоты, выделяющееся внутри объема d. V за бесконечно малый промежуток времени dt. По закону Джоуля – Ленца, (10) Подставляя (7) и (8) в (10), получаем: Попель П. С. Электромагнетизм

в данной точке проводника ௰ - это количество теплоты, выделяющееся в 1 ед. объема проводника за 1 ед. времени [Вт/м 3] : -дифференциальная ௰ (11) форма закона Джоуля – Ленца. Плотность тепловыделения в данной точке проводника пропорциональна квадрату напряженности электрического поля в этой точке. Попель П. С. Электромагнетизм

Для того, чтобы в проводнике протекал электрический ток, необходимо поддерживать разность потенциалов на концах проводника. Для этого необходимо заряды, прошедшие по проводнику, возвращать в исходную точку. Силы электрического поля препятствуют этому процессу. Поэтому поддержать разность потенциалов между концами проводника могут только силы неэлектрической природы (сторонние силы). Устройство, которое за счет действия сторонних сил поддерживает разность потенциалов между концами проводника, называется Попель П. С. Электромагнетизм

Любая электрическая цепь состоит из источника тока и внешнего участка. На внешнем участке заряды внешняя цепь перемещаются за счет работы, совершаемой силами электрического поля. источник тока Внутри источника действуют и электрические, и сторонние силы; сторонние силы перемещают заряды от (-) полюса источника к (+) полюсу, а электрические силы этому препятствуют. Попель П. С. Электромагнетизм

Работа сторонних сил при перемещении заряда q с одного (12), полюса источника на другой: где - электродвижущая сила источника тока: (13) - это скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних сил и численно равная работе сторонних сил при перемещении единичного пробного заряда с одного полюса источника тока на другой. Единица измерения - 1 Вольт. ЭДС источника равняется 1 В, если при перемещении заряда в 1 Кл с одного полюса источника на другой сторонние силы совершают работу, равную 1 Дж. Попель П. С. Электромагнетизм

называется участок цепи, содержащий источники тока. На однородных частях участка (R 1, R 2, R 3) заряды движутся под действием электрических сил, которые совершают работу: ; ( - разность потенциалов на концах участка). Попель П. С. Электромагнетизм

Внутри источников заряды движутся под действием сторонних сил, которые совершают работу: ( - суммарная ЭДС источников тока с учетом их полярности). Общая работа всех сил на участке 1 -2 равна: (14), где (15) - падение напряжения на участке 1 -2. Попель П. С. Электромагнетизм

Если единственным результатом протекания тока по неоднородному участку 1 -2 является выделение теплоты Q 12, то (16) Здесь (17) (18) Подставим (17) и (18) в (16), получаем: где R 12 - полное сопротивление участка (включая внутреннее сопротивление источников тока). (19) -закон Ома для неоднородного участка цепи. Попель П. С. Электромагнетизм

(19) -закон Ома для неоднородного участка цепи. Ток, протекающий по неоднородному участку цепи прямо пропорционален падению напряжения (сумме разности потенциалов и ЭДС) на этом участке и обратно пропорционален его полному сопротивлению. Однородный участок цепи ( 12= 0); тогда Попель П. С. Электромагнетизм

(19) -закон Ома для неоднородного участка цепи. Цепь замкнута ( точки 1 и 2 соединены). Теперь и (20) Попель П. С. Электромагнетизм

(19) -закон Ома для неоднородного участка цепи. Цепь разомкнута (I=0). Тогда Если ток в цепи не течет, то разность потенциалов на концах участка равняется ЭДС источника тока. На этом основан компенсационный метод измерения ЭДС источников тока (лабораторная работа № 5). Попель П. С. Электромагнетизм