28. Постоянный электрический ток. Законы Ома. Правило Кирхгофа.
Если через некоторую воображаемую поверхность переносится суммарный заряд, отличный от нуля, то говорят, что через эту поверхность течет электрический ток. Для протекания тока необходимы свободные заряды (ионы, электроны) Ток возникает при условии, что внутри тела существует электрическое поле. Электрически ток – упорядоченное движение электрических зарядов. Сила тока – величина заряда, переносимого через рассматриваемую поверхность в единицу времени. I=dq/dt. В общем случае: I=dq+/dt+|dq–|/dt Ток, не изменяющийся со временем, называется постоянным. Для него справедливо I=q/t. ЭДС–электродвижущая сила. Чтобы поддерживать ток, необходимо удалять избыток одноименных зарядов с концов проводника. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля равна нулю. Поэтому в замкнутой цепи на ряду с участками, на которых (+)заряды движутся в сторону убывания потенциала φ, должны иметься и такие участки, на которых перенос (+)зарядов происходит по направлению возрастания φ, то есть против сил электростатического поля. Это возможно только в том случае, если присутствуют сторонние силы не электростатического происхождения. Величина, равная работе сторонних сил над единичным положительным зарядом называется ЭДС. ξ=A/q. Напряжение U12=φ1-φ2+ξ12. Участок цепи, на котором не действуют сторонние силы называют однородным (U12=φ1-φ2). Те участки, на которых действует ЭДС называются неоднородными. Закон Ома: Сила тока, текущего по проводнику, пропорциональна падению напряжения U на проводнике. I=U/R. R – электрическое сопротивление проводника. R=ρ(l/S) ρ–удельное электрическое сопротивление вещества.
Для неоднородного участка: I=(φ1-φ2+ξ12)/R; Для замкнутой цепи (φ1=φ2) получим I=ξ/R. Правила Кирхгофа:
1)Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле равна нулю
2)∑IkRk=∑ξk
29.Работа и мощность тока. Закон Джоуля–Ленца
q=It. Это равносильно тому, что заряд It переносится за время t из одного конца проводника в другой. При этом силы электростатического поля и сторонние силы, действующие на данном участке совершают работу A=Uq=UIt. Разделив работу А на время t, за которое она совершается, получим мощность, развиваемую током на данном участке. P=UI=(φ1-φ2)I+ξ12I. Эта мощность может расходоваться на совершение работы над внешними телами, на протекание химических реакций и на нагревание данного участка цепи. Закон Джоуля–Ленца
Если проводник неподвижен, то вся работа идет на нагревание, поэтому Q=UIt=RI2t
30. Классическая теория электропроводности металлов. Закон Ома в дифференциальной форме.
Проводники в общем случае могут оказаться неоднородными ()разная концентрация свободных носителей зарядов). Разные участки проводников могут оказаться в разном эл.поле сторонних сил. В итоге по выделенной поверхности ток может быть распределен не равномерно. Через равные куски поверхности в одно и то же время будет переходить разное количество зарядов. Чтобы это характеризовать вводится понятие плотности тока.
jср=ΔI/ΔS средняя плотность тока;j=dI/dS – плотность тока в точке
Тогда:I=jS;-однородный случай;I=∫jdS-общий случай;
Q=∫RI2dt (от 0 до t).
dQ=RI2dt=pdl/dS(jdS)2dt=pj2dVdt
Qуд=pj2 (Закон Джоуля-Ленца)
mv2/2=eU
31.Взаимодействие движущихся зарядов. Магнитная сила.
Электрические токи взаимодействуют между собой с силой, приходящейся на единицу длинны Fед=(1/4πε0)*2*I1I2/b, где b расстояние между проводниками. Если токи сонаправленны, то проводники притягиваеются, если противоположны, то отталкиваются. При неподвижных зарядах взаимодействие сводится к Кулоновской силе. При движущихся зарядах сила Кулона умножается на √1-β2, где β=v/c: F’=(1/4πε0)(qQ/r2) √1-β2= =(1/4πε0)(qQ/(r2√1-β2))(1-β2)= (1/4πε0)(qQ/(r2√1-β2)) - (1/4πε0) (qQv2/(r2√1-β2)c2); первая компонента сила электрического характера а вторая – магнитного. Если определить E=(1/4πε0)(Q/(r2√1-β2)), то мы получим силу Кулона F1=qE. Для второй силы введем вектор магнитной индукции B=(μ0/4π)(Qv/(r2√1-β2)), где μ0=1/ε0c2, то вторая сила приобретает вид: F2=qvB. Таким образом для описания взаимодействия двух движущихся зарядов необходимо описать две составляющие этой силы первая из которых не зависит от скорости, а вторая зависит от нее явно Fед=(μ0/4π)*2*I1I2/b μ0 –магнитная постояная. μ0=4π*10-7 Взаимодействие токов осуществляется через магнитное поле. Оно имеет направленный характер и характеризуется векторной величиной B(магнитной индукцией). Поле порождаемое несколькими движущимис зардами равно векторной сумме полей Вi, порождаемых каждым зарядом в отдельности. Сила Лоренца: F=qVB+qE
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.