Электротехника -1

ЛЕКЦИЯ№3

ТЕМА: ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ И ВЕЛИЧИНЫ ИХ ХАРАКТЕРИЗУЮЩИЕ.

В источнике электрической энергии в результате действия сил неэлектромагнитной природы - химических, механических, тепловых, атомных, называемых сторонними силами, создается электрическое поле, которое характеризуется напряженностью электрического поля.

Напряженность электрического поля Е - векторная величина, определяющая силу, с которой поле действует на зараженные частицы.

Она численно равна отношению силы, действующей на заряженную частицу, к величине ее заряда, и направлена также, как и сила, действующая на положительно заряженную частицу.

Под действием сил стороннего поля положительные и отрицательные заряды внутри источника разделяются.

На электроде источника, обозначенного знаком “ + ” , накапливается избыток положительных зарядов, на электроде, обозначаемом знаком “ - ” - избыток отрицательных зарядов. Заряды внутри источника создают свое поле, которое при отключении источника уравновешивает стороннее поле. При подключении к выводам источника внешней части электрической цепи в ней также создается электрическое поле, направленное от положительного электрода источника к отрицательному. Под действием сил этого поля носители отрицательных зарядов - электроны перемещаются вдоль внешней части цепи от отрицательного электрода к положительному, нейтрализуя недостаток отрицательных зарядов на положительном электроде. В цепи наступает динамическое равновесие: в источнике непрерывно происходит разделение зарядов, а через внешнюю часть цепи - их соединение.

Физические процессы в электрической цепи описываются следующими величинами :

1. Cила тока. Электрический ток - это явление направленного движения свободных носителей электрического заряда. Такими носителями заряда в металлах являются электроны, в плазме и электролитах - ионы.

Электрический ток количественно описывается величиной, которая называется силой тока.

Значение электрического тока сквозь некоторую поверхность в данный момент времени равно пределу отношения электрического заряда q, переносимого заряженными частицами сквозь эту поверхность в

течение промежутка времени, к длительности этого промежутка, когда последний стремится к нулю, то есть

I = lim q/ t = dq/dt

Под постоянным током понимают электрический ток не изменяющийся со временем. Переменным называют ток, изменение которого по величине и направлению повторяется периодически через равные промежутки времени.

В случае постоянного тока, когда в течение каждого одинакового промежутка времени переносится одинаковый заряд, сила тока определяется:

I = q/t ,

q - заряд переносимый за время t.

Сила тока измеряется в Амперах : [ I ] = А.

Условно за направление тока во внешней цепи принято направление, обратное направлению движения носителей заряда - электронов, то есть от положительно заряженного электрода к отрицательно заряженному, а внутри источника от отрицательного к положительному.

Если направление тока неизвестно, то для каждой ветви выбирают произвольно и указывают на схемах стрелкой так называемое положительное направление. Если в результате расчета для тока получается отрицательное значение, то это означает, что действительное направление тока обратно указанному стрелкой.

Ток возникает под влиянием электрического поля, которое, действуя на электроны, приводит их в движение. Электрическое поле обладает свойством распространяться вдоль провода с огромной скоростью, близкой к скорости света, то есть 300.000 км/с. Поэтому такое же большое значение имеет скорость распространения тока в проводе. Когда на одном конце провода под действием электрического поля возникнет ток, то почти мгновенно на другом конце провода также пойдет ток. Но электроны, которые пришли в движение у начала провода, очень не скоро достигнут его конца. Скорость перемещения электронов в проводнике весьма мала и измеряется лишь долями миллиметра в секунду.

Ток в проводнике напоминает движение воды в длинной трубе, наполненной водой, к одному концу которой присоединен насос. Если накачивать насосом воду в трубу, то давление весьма быстро передается вдоль трубы от одних частиц воды к другим и из открытого конца трубы потечет вода. Однако вода, добавленная насосом, двигается гораздо медленнее, чем передается давление, и дойдет до конца трубы через значительный промежуток времени.

2.Электродвижущая сила. Характеризует способность стороннего поля вызывать электрический ток. Численно равна работе, совершаемой источником электрической энергии при переносе единичного положительного заряда во всей замкнутой цепи. Измеряется она в Вольтах : [ ] = В.

3.Напряжение. Часть э.д.с., которая расходуется на преодоление сопротивления внешней части цепи, называется падением напряжения или просто напряжением во внешней цепи. Часть э.д.с., которая расходуется на преодоление сопротивления источника тока, называется падением напряжения внутри источника тока. За положительное направление напряжения принято направление, совпадающее с выбранным положительным направлением тока. Напряжение, как и э.д.с. измеряется в Вольтах : [U]

= В.

4.Электрическое сопротивление. Электрическое сопротивление проводника объясняется соударениями электронов проводимости с атомами проводника. При этих соударениях часть энергии электронов переходит к атомам проводника. Вследствие этого интенсивность колебаний атомов возрастает. Повышение температуры проводника указывает на усиление колебаний атомов.

Электрическим сопротивлением называется величина, характеризующая противодействие атомов проводника движению электронов, то есть электрическому току. Сопротивление внешнего участка цепи равно отношению постоянного напряжения на участке к току в нем:

R = U/I.

Элемент электрической цепи, предназначенный для ограничения тока в цепи, параметром которого является его электрическое сопротивление, называется резистором.

Сопротивление измеряется в [R] = Ом.

Величину обратную сопротивлению называют проводимостью:

G = 1/R ( [G] = 1/ Ом = См ).

Контрольные задания:

1.Внимательно изучить предложенную тему.

2.Составить конспект по изученному материалу.

3.Углубленно изучить материал, используя Интернет-ресурсы.

4.Написать отчет о проделанной работе .