Справочный модуль по электрическому току
(для подготовки к зачётам, экзаменам)
Электрический ток – упорядоченное движение электрических зарядов.
Для возникновения электрического тока необходимо наличие:
а) электрического поля;
б) свободных электрических зарядов.
Сила тока (ампер) – величина, определяемая электрическим зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника в единицу времени.
. . A (амперметр).
Плотность тока - величина, численно равная отношению силы тока к площади поперечного сечения проводника, проведенного перпендикулярно направлению тока, и направленную по току.
dS . .
- единичный вектор нормали к площадке .
Для постоянного тока (сила тока и его направление со временем не изменяются): .
.
- заряд одной частицы, - концентрация заряженных частиц, - скорость движения частиц.
Источник тока – устройство, способное создавать и поддерживать разность потенциалов за счёт работы сторонних сил. ℰ
Сторонние силы – силы неэлектростатического происхождения, действующие на электрические заряды.
Электрическая цепь – образующая замкнутую систему совокупность проводников и источников тока.
Электродвижущая сила (ЭДС) источника тока ℰ, - величина, определяемая работой сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутой цепи.
Напряжение (или падение напряжения) на участке цепи U, В – величина, определяемая полной работой электростатических (кулоновских) и сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль участка цепи.
. V (вольтметр).
Понятие напряжения является обобщением понятия разности потенциалов: напряжение на концах участка цепи равно разности потенциалов в том случае, если на этом участке не действует ЭДС, т.е. сторонние силы отсутствует.
Закон Ома для участка цепи (1826): сила тока I, текущего по однородному металлическому проводнику (т.е. проводнику, в котором не действуют сторонние силы), пропорциональна напряжению U на концах проводника. .
- электрическая проводимость проводника (сименс).
- электрическое сопротивление проводника. .
Ω (омметр)
Единица сопротивления в СИ – ом: 1 Ом – сопротивление такого проводника, в котором при напряжении 1В течёт постоянный ток 1А.
. I
R
U
Сопротивление проводников зависит от материала проводника, геометрических размеров формы, а также от температуры.
Для однородного линейного проводника сопротивление прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально площади его поперечного cечения . .
- удельное электрическое сопротивление проводника. .
- удельная электрическая проводимость вещества проводника. .
Удельное сопротивление , а следовательно, и сопротивление линейно зависит от температуры.
;
.
- удельное сопротивление при 00C, - сопротивление при 00C.
- температурный коэффициент сопротивления.
Для чистых металлов равный. .
. .
Последовательное соединение проводников.
R1 R2 .
Параллельное соединение проводников.
R1
.
R2
Закон Ома для участка цепи, содержащей ЭДС. I
. .
Закон Ома в дифференциальной форме.
.
Плотность тока в любой точке внутри проводника пропорциональна напряжённости электрического поля в этой же точке.
Работа и мощность электрического тока
. . .
Закон Джоуля-Ленца.
Если на участке цепи под действием электрического поля не совершается механическая работа и не происходят химические превращения вещества, то работа электрического поля приводит только к нагреванию проводника. При этом количество выделяющегося в проводнике тепла пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению и времени.
.
Закон Ома для замкнутой цепи.
- внешнее сопротивление.
- внутреннее сопротивление
r (сопротивление источника тока)
- полное сопротивление цепи.
Сила тока в электрической цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорционально полному сопротивлению цепи.
Правила Кирхгофа для расчёта электрических цепей.
Узел цепи – точка, в которой сходятся более чем два проводника.
I2 I3
I4
I1
I5
1 правило: алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю.
.
2 правило: в любом произвольно выбранном замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма произведений сил токов на сопротивления соответствующих участков этого контура (падений напряжений) равна алгебраический сумме ЭДС, встречающихся в этом контуре. .
Сверхпроводимость - явление резкого уменьшения сопротивления проводника до нуля при температурах, близких к абсолютному нулю.
Явление сверхпроводимости было открыто в 1911г. голландским физиком Г.Камерлинг – Оннесом на ртути (Ткр=4,12К). Объясняется данное явление на основе квантовой теории.