Электрический ток. 
Электрический ток

Электрический ток

Электрический ток — упорядоченное движение электрических зарядов. За направление тока принято направление движения положительных зарядов.

В проводнике при движении зарядов возникает ток проводимости. Если упорядоченное движение зарядов осуществляется перемещением в пространстве заряженного макроскопического тела, то возникает конвекционный ток.

Условия существования тока: наличие заряженных частиц, наличие электрического поля.

Сила тока — скалярная физическая величина, определяемая электрическим зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника в единицу времени:

(1).

Постоянный ток — ток, сила и направление которого не меняется со временем:

.

Плотность тока — физическая величина, определяемая силой тока, проходящего через единицу площади поперечного сечения проводника, перпендикулярного направлению тока:

. (2).

.

где n — концентрация носителей тока, е — элементарный заряд, v — скорость упорядоченного движения зарядов.

Закон Ома для однородного участка цепи Под однородным понимается участок цепи, не содержащий источников.

Из опыта известно, что I пропорционально (.

I= (3).

Сопротивление R — коэффициент пропорциональности между силой тока и напряжением. Зависит от материала проводника и его формы.

Уравнение (3) — закон Ома для однородного участка цепи.

Сопротивление проводника постоянного поперечного сечения S длины l равно:

R=; (4).

— удельное сопротивление (сопротивление проводника единичной длины и сечения) .

— электрическая проводимость.

Единица измерения — Сименс [См].

— удельная электрическая проводимость.

Зависимость R от температуры для большинства материалов:

R=R₀ (1+), (5).

где R₀ — сопротивление при; - температурный коэффициент сопротивления.

У некоторых материалов наблюдается явление сверхпроводимости.

Это явление было открыто в 1911 году и заключается в резком повышении проводимости при сверхнизких температурах. Для разных материалов эти температуры различны. Например, для алюминия 1,2К, для свинца 7К, для высокотемпературных керамических материалов Т>100K.

Закон Ома в дифференциальной форме Подставим в закон Ома выражение для сопротивления:

Поделим обе части выражения на S:

(6).

закон Ома в дифференциальной форме.

Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца.

Работа тока dA по перемещению заряда dq.

электрический мощность ток заряд.

dA=dq (.

dq=I· dt; =U;

dA=U· I·dt [Дж] (7).

работа тока за время dt;

P= - мощность тока;

P=U· I=I²·R= [Вт]. (8).

Если проводник неподвижен, работа тока идет на нагревание проводника: dA=dQ.

Закон Джоуля-Ленца:

dQ=UIdt== I²· Rdt, (9).

где Q — количество тепла, выделенное в проводнике за время dt.

Электродвижущая сила. Закон Ома для неоднородного участка цепи Для существования постоянного тока необходимо наличие в цепи устройства — источника тока, способного создавать и поддерживать разность потенциалов за счет работы сил неэлекростатического происхождения — сторонних сил. Природа этих сил может быть различной (хим. реакция между электродами и электролитами, механическая энергия вращения ротора генератора и т. д.).

Сторонние силы совершают работу по перемещению электрических зарядов.

Электродвижущая сила — физическая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда:

(В) (10).

Сторонняя сила, действующая на заряд:

Работа по перемещению заряда q на замкнутом участке цепи:

.

Поделим обе части выражения на q:

.

Т.е. ЭДС, действующая в замкнутой цепи может быть определена как циркуляция вектора напряженности поля сторонних сил.

На заряд кроме сторонних сил действуют силы электростатического происхождения, тогда:

(11).

За время t в проводнике выделяется теплота:

(12).

Из (11) и (12) получим:

(13).

(13) — закон Ома для неоднородного участка цепи — обобщенный закон Ома.

Если цепь замкнута, то точки 1 и 2 совпадают, тогда и:

(14).

(14) — закон Ома для полной цепи.