вторник, 22 июня 2010 г.

ПОСТОЯННЫЙ ТОК. ЗАКОН ДЖОУЛЯ – ЛЕНЦА. ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

ЛЕКЦИЯ 2. ПОСТОЯННЫЙ ТОК. ЗАКОН ДЖОУЛЯ – ЛЕНЦА. ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ

Электрическим током называется упорядоченное движение электрических зарядов, а сами заряды называются носителями тока.

В металлах носителями тока являются электроны, в жидких проводниках (электролитах) – положительные и отрицательные ионы, а в ионизированных газах – как ионы, так и электроны.

Условно за положительное направление тока принимают направление движения положительных зарядов, против движения отрицательных.

Значение тока определяется совокупным электрическим зарядом всех частиц, проходящих через поперечное сечение проводника в единицу времени, т.е. силой тока:

I = q/t [I] = [1 Кл/с ] = [1 А ]

- это такая сила тока, при которой через поперечное сечение проводника за 1 секунду проходит электрический заряд в 1 Кл.

Электрический ток можно сравнить с потоком воды в трубе. Заряды в проводнике, подобно воде в трубе, перемещаются одновременно во всех сечениях. Поэтому значение тока во всех сечениях проводника одинаково.

Однако в различных сечениях проводника разная плотность тока. Она равна отношению тока в проводнике к площади его поперечного сечения: j = I/S [j] = [1 А/м2 ]

Плотность тока – это вектор, направление которого совпадает с направлением скорости движения заряженных частиц. Для металлических проводников: j = neVср, где Vср - средняя скорость движения электронов.

Сила тока и плотность тока – это количественные характеристики электрического тока и, если они не изменяются с течением времени, то в проводнике течет постоянный ток. Ток, изменяющийся с течением времени, называется переменным.

Для возникновения электрического тока в проводнике необходимо:

1. наличие в проводнике носителей зарядов, которые могут перемещаться;

2. наличие в проводнике электрического поля.

Электрическое сопротивление проводника численно равно падению напряжения на нем, созданному током в 1А и оказывающему противодействие этому току: R = U/I

[R] = [1 Ом ]

1 Ом – это сопротивление проводника, по которому течет ток с силой в 1А при напряжении между его концами в 1В.

Однако, электрическое сопротивление проводника не зависит ни от силы тока, ни от напряжения, а определяется геометрическими размерами проводника и удельным сопротивлением: R = r×l/S [r] = [1 Ом×м]

Удельное сопротивление r – это сопротивление проводника единичной длины с единичной площадью поперечного сечения, изготовленного из данного материала.

Величина, обратная сопротивлению, называется электрической проводимостью:

g = 1/R [g] = [1 См ]

Закон Ома для участка цепи: сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению: I = U/R

Зависимость сопротивления проводника от его температуры:

R = R0×(1 + aDT) = R0×(1 + a[T2T1]), где:

Т1, Т2 – соответственно начальная и конечна температуры проводника, 0С;

R0, R – сопротивления, соответствующие температурам Т1, Т2, Ом;

a - температурный коэффициент сопротивления, показывающий изменение сопротивления величиной в 1 Ом при изменении температуры на 1 0С.

Резистор – это устройство, обладающее сопротивлением и используемое для ограничения силы тока в электрической цепи или приемнике электрической энергии.

Закон Джоуля-Ленца: количество тепла, выделяемое постоянным током в проводнике, пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока по проводнику: Q = I2Rt

В электростатическом поле все точки проводника имеют один и тот же потенциал, который пропорционален заряду проводника, т.е. отношение заряда q к потенциалу j не зависит от заряда. Поэтому оказалось возможным ввести понятие электрической емкости (электроемкости) уединенного проводника: С = q /φ

Электроемкость – это скалярная физическая величина, численно равная заряду, который необходимо сообщить проводнику, чтобы его потенциал изменился на единицу.

За единицу электроемкости в системе СИ принимают емкость такого проводника, потенциал которого изменяется на 1В при сообщении ему заряда в 1Кл. [C] = [1Кл/В] = [1Ф]

Электроемкость служит количественной характеристикой способности проводника накапливать электрический заряд.

Конденсатор – устройство, состоящее из двух проводников (обкладок), расположенных на малом расстоянии друг от друга, разделенных слоем диэлектрика. Электрическое поле заряженного конденсатора сосредоточено практически полностью между обкладками (внутри) конденсатора. Линии вектора напряженности начинаются на одной обкладке и заканчиваются на другой.


Основной характеристикой конденсатора является его емкость, под которой понимают величину, прямо пропорциональную заряду одной из обкладок и обратно пропорциональную разности потенциалов между обкладками: C = q/(j1 - j2) = q/U

Емкость конденсатора зависит от его размеров, формы и диэлектрической проницаемости диэлектрика, находящегося между обкладками. Емкость плоского конденсатора: С = ee0S/d, где S – площадь обкладки, d – расстояние между обкладками конденсатора.

Конденсаторы предназначены для создания электрического поля и хранения его энергии.

Соединения конденсаторов:

1. последовательное: 2. параллельное:


I=I1+I2+…+In

U=U1=U2=…=Un

С=С12+…+Сn

3. смешанное.

Энергия электрического поля: W = CU2/2 – энергия конденсатора. Преобразуем это выражение, считая, что конденсатор плоский, т.е. С = ee0S/d, тогда:

W = CU2/2 = (ee0SU2/2d)×(U/d)2

Т.к. поле плоского конденсатора однородно, то Е = U/d, Sd = V – объем конденсатора, тогда W = ee0VЕ2/2, где Е – напряженность поля между обкладками конденсатора.

Комментариев нет:

Отправить комментарий