1 Электродинамика - раздел учения об электричестве, в котором рассматриваются

и процессы, обусловленные движением электрических зарядов.
Носители тока в проводящей среде:
в

металлах – электроны;
в электролитах - либо ионы.

При отсутствии электрического поля носители тока совершают хаотическое движение.

Поэтому в обе стороны через любую поверхность S проходит в среднем одинаковое число носителей и ток через эту поверхность равен нулю.

При включении электрического поля на хаотическое движение носителей накладывается упорядоченное движение с некоторой средней скоростью -
через поверхность начинает течь ток.

Электрический ток

движения положительных зарядов.

Количественная мера электрического тока сила тока.

Сила тока

- скаляр, равна отношению заряда переносимого сквозь рассматриваемую поверхность за малый промежуток времени, к величине этого промежутка:

Электрический ток называется постоянным, если сила тока и его направление не изменяются с течением времени и для него:

Единица силы тока - ампер (А)

поверхности и распределения силы тока по этой поверхности
служит вектор плотности

тока j.

Плотность электрического тока – вектор, совпадающий с направлением электрического тока в рассматриваемой точке и численно равный отношению силы тока сквозь малый элемент поверхности, ортогональный направлению тока, к площади этого элемента:

Сила тока сквозь произвольную поверхность S определяется как поток вектора плотности тока:

где

заряд:
концентрация, заряд, средняя скорость упорядоченного движения, то
плотность
Если носителями являются

как заряды разных знаков, то:

Единица плотности тока - А/м2.

Поле вектора j можно изобразить графически с помощью линий тока (линий вектора j), которые проводят так же, как и линии вектора Е.

убыль заряда из объема. Это соотношение называется
уравнением неразрывности - является

выражением закона сохранения электрического заряда

В случае постоянного (стационарного) тока распределение зарядов в пространстве остается неизменным - правая часть уравнения равна нулю.

Линии вектора нигде не начинаются и нигде не заканчиваются, в случае постоянного тока поле вектора j не имеет источников.

электрической цепи (закон Ома). Труды по акустике, кристаллооптике, член Баварской

АН (1845), член-корреспондент Берлинской АН, иностранный почетный член Лондонского Королевского общества (1842).
Георг Ом родился 16 марта 1787, Эрланген. Скончался 6 июля 1854, в Мюнхене.

однородному проводнику, пропорциональна разности потенциалов на его концах (напряжению U):

Коэффициент пропорциональности R - электрическое сопротивление проводника.

Единицей сопротивления - ом (Ом): 1 Ом – сопротивление проводника, в котором при напряжении 1 В течет постоянный ток 1А.

Сопротивление зависит от: формы, размеров, материала, температуры.

величина G называется электрической проводимостью проводника.

S - площадь его поперечного сечения;  -удельное электрическое coпротивление.

 выражают в ом • метрах (Ом•м).

Величина обратная удельному сопротивлению называется удельной электрической проводимостью вещества проводника:

Единица удельной электрической проводимости (удельная электропроводность сименс на метр (См/м).

Удельное сопротивление зависит от материала проводника и его температуры.

Удельное сопротивление наиболее хороших проводников (медь, алюминий) при комнатной температуре порядка 10-8 Ом•м

(а значит и сопротивления) с изменением температуры задается:
 -

температурный коэффициент сопротивления.
На зависимости электрического сопротивления металлов от температуры основано действие термометров сопротивления.

Сопротивление многих металлов при низких температурах 0.14 -20 К (шкала Кельвина), называемых критическими, скачкообразно уменьшается до нуля возникает явление - сверхпроводимость.

:
Сопротивление проводника:
Сила тока :
- закон Ома в дифференциальной форме

устанавливает связь между величинами, относящимися к одной и той же точке проводника.

избыточный заряд внутри однородного проводника всюду равен нулю.
Избыточный заряд

может появиться только на поверхности однородного проводника и там, где проводник имеет неоднородности.

Электрическое поле проводника с током
При наличии тока вектор напряженности электрического поля вблизи поверхности проводника составляет некоторый угол с нормалью к поверхности. При отсутствии тока угол равен нулю.

Электрическое поле стационарных токов – потенциальное поле.

В отличие от электростатического поля зарядов, поле стационарных токов и внутри проводника не равно нулю.

Работа и мощность электрического тока

– 11 октября 1889 г.
Английский физик

Джеймс Прескотт Джоуль родился в Солфорде близ Манчестера в семье богатого пивовара.
Получил домашнее образование. В течение нескольких лет его учил математике, физике, началам химии известный физик и химик Джон Дальтон, под влиянием которого Джоуль уже в 19 лет начал экспериментальные исследования.
Среди наград и почестей, которых был удостоен учёный, – золотая медаль Королевского общества (1852), медаль Копли (1866), медаль Альберта (1880). В 1872 и 1877 гг. Джоуль был избран президентом Британской ассоциации по распространению научных знаний.

физик, океанограф и путешественник, профессор, доктор филологии, действительный член Российской

академии наук, участник второго кругосветного плавания О. Е. Коцебу, исследователь Камчатки.
Родился 12 февраля 1804 года в городе Дерпте (в настоящее время Тарту, Эстония) в семье обер-секретаря городского магистрата.
Э. Х. Ленц известен многими открытиями в области физики. Но среди его научных работ особенно известны две. В 1833 году он установил правило определения направления электродвижущей силы индукции (так называемый закон Ленца), а в 1842 году (независимо от Дж. Джоуля) — закон теплового действия электрического тока (известный как закон Джоуля-Ленца). Кроме того, совместно с Б. С. Якоби Эмилий Христианович впервые разработал методы расчета электромагнитов в электрических машинах.

носителей тока между собой и с другими частицами среды. Вся

работа тока dА идет на нагревание проводника - выделяется теплота dQ.

Закон Джоуля-Ленца

Количество теплоты, выделяющееся за промежуток времени постоянным током во всем объеме проводника сопротивлением R равно интегралу:

Закон Джоуля-Ленца (в интегральной форме): количество теплоты, выделяемое постоянным электрическим током на участке цепи, равно произведению квадрата силы тока на время его прохождения и электрическое сопротивление этого участка цепи.

с направлением тока).
По закону Джоуля-Ленца, за время dt в

объеме выделится теплота:

Сопротивление этого объема:

ток

Удельная тепловая мощность тока (w) – количество теплоты выделяющееся за единицу времени в единице объема:

Поскольку

- закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме.

пока потенциалы всех точек не сравняются:
– ток прекращается – электростатическое

поле исчезает.

Для существования в цепи постоянного тока должны существовать участки, на которых перенос положительных носителей происходит в сторону возрастания потенциала - против сил электрического поля,
чтобы компенсировать участки с падением потенциала
для поддержания разности потенциалов.

Эти участки могут существовать лишь с помощью сил не электростатического происхождения - сторонних сил.

Устройства, создающие сторонних силы - источниками тока.


Электрический ток возникает и существует при:
1) наличие свободных носителей тока - заряженных частиц, способных перемещаться упорядоченно;
2) наличии электрического поля, энергия которого должна восполняться.

Сторонние силы

силы, возникают при соприкосновении разнородных проводников (гальванические элементы, аккумуляторы)


физическая (неоднородность проводника) - силы, возникают в проводниках при различной температуре (термоэлементы).

Роль источника тока в электрической цепи такая же как роль насоса, который необходим для поддержания тока жидкости в гидравлической системе

Сторонние силы характеризуются:
полем и его напряженностью E, определяемой как силой, действующей на единичный положительный заряд.

Участок цепи на котором действуют сторонние силы называется неоднородным участком цепи.

Ранее рассматривали законы для однородных участков.

ток плотности:
- обобщенный закон Ома в локальной форме для

неоднородного участка цепи.

при совместным действии поля Е и поля сторонних сил Е

Это выражение проинтегрируем:

Для тонкого проводника плотность тока const, тогда
левая часть:

цепи 1-2.
-закон Ома для неоднородного участка цепи.
При положительном
направление

от 1 к 2 диаграмма потенциала

замкнута (точки 1 и 2 соеденены - их потенциалы одинаковы):
1)

Если на участке цепи источник тока отсутствует , то

Частные случаи:

- закон Ома для однородного участка цепи

3) Если цепь разомкнута, то ток равен нулю

Э.Д.С. источника - разность потенциалов на его клеммах

4) В цепи нет внешнего сопротивления – короткое замыкание.
Сила тока ограничивается только величиной внутреннего сопротивления источника тока: