Слайд 1Постоянный электрический ток
Слайд 2Вектор плотности тока j вводится для характеристики распределения заряда по
сечению проводника.
В СИ: [А / м2].
Слайд 3плотность тока численно равна заряду,
проходящему через единичную площадку dSn,
расположенную перпендикулярно направлению
тока, за единицу времени.
Слайд 5Рассмотрим проводник сечением dS.
e – элементарный заряд.
n – концентрация зарядов
в объеме проводника
‹v› – средняя скорость упорядоченного движения
зарядов
-
длина выбранного участка проводника
Слайд 7 В цепи под действием силы электростатического поля
происходит перемещение носителей, которое приводит к выравниванию потенциалов во всех
точках цепи и к исчезновению электрического поля.
Слайд 8Для существования постоянного тока необходимо наличие в цепи устройства, которое
создает и поддерживает разность потенциалов φ за счет работы сил
неэлектрического происхождения. Такие устройства называются источниками тока (генераторы – преобразуется механическая энергия; аккумуляторы – энергия химической реакции между электродами и электролитом).
Слайд 9Сторонние силы – это силы неэлектрического происхождения, действующие на заряды
со стороны источников тока.
Слайд 10За счет поля сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника
тока против сил электростатического поля.
Следовательно, на концах внешней цепи
поддерживается разность потенциалов и в цепи течет постоянный ток.
Слайд 11 Сторонние силы совершают работу по перемещению электрических зарядов.
Электродвижущая сила (э.д.с. – E) – физическая величина, определяемая
работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда
Слайд 12Э.д.с. в замкнутой цепи может быть определена как циркуляция вектора
напряженности сторонних сил
Таким образом, на заряды на участке цепи, в
котором есть источник тока, действуют кулоновские и сторонние силы.
Слайд 13Напряжением на участке цепи-
называется величина, численно равная
работе, совершаемой полем электростатических и сторонних сил при перемещении единичного
положительного заряда на этом участке цепи
Слайд 14Закон Ома для
однородного участка цепи
Однородным называется участок цепи
не содержащий источника э.д.с.
Закон Ома в интегральной форме: сила тока
прямо пропорциональна падению напряжения на однородном участке цепи и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.
Слайд 15Закон Ома не является универсальной связью между током и напряжением.
а)Ток в газах и полупроводниках подчиняется закону Ома только при
небольших U.
б)Ток в вакууме не подчиняется закону Ома.
Закон Богуславского-Лэнгмюра (закон 3/2): I ~ U 3/2.
в) в дуговом разряде – при увеличении тока напряжение падает.
Слайд 16В СИ сопротивление R измеряется в Омах [1Ом = 1В / 1А].
Величина R зависит
от формы и размеров проводника, а также от свойств материала,
из которого он сделан. Для цилиндрического проводника :
где ρ – удельное электрическое сопротивление [Ом·м], для металлов его величина порядка 10–8 Ом·м.
Слайд 17Сопротивление проводника зависит от его температуры:
α – температурный коэффициент сопротивления,
для чистых металлов (при не очень низких температурах α ≈ 1 / 273 К-1,
ρ0,
R0 – соответственно удельное сопротивление и сопротивление проводника при t = 0 oC.
Слайд 18Зависимость ρ(t) объясняется тем, что с ростом температуры интенсивность хаотического
движения положительных ионов кристаллической решетки увеличивается, направленное движение электронов тормозится
.
Слайд 19● Последовательное соединение. R = R1 +R2 +…+Rn.
I = I1 = I 2
=… = In ; U=U1+U2+ … +Un.
● Параллельнoе соединение.
U=U
1 =U 2 = … =Un. ; I=I 1+I 2+ … +In
Слайд 20Закон Ома в
дифференциальной форме
σ = 1/ρ – удельная электрическая проводимость, [сименс
на метр, См/м].
Слайд 21Закон Ома для
неоднородного участка цепи
Неоднородный – участок цепи, содержащий
источник э.д.с.
Е – напряженность поля кулоновских сил,
Ест – напряженность поля
сторонних сил.
Слайд 22работа, совершаемая кулоновскими силами по перемещению q0+ из точки 1
в точку 2.
работа, совершаемая сторонними силами по перемещению q0+
из точки 1 в точку 2.
Интегрируем по длине проводника от сечения 1 до некоторого сечения 2:
Слайд 23Закон Ома для
неоднородного участка цепи
Работа, совершаемая кулоновскими и сторонними
силами по перемещению единичного положительного заряда q0+ – падение напряжения
(напряжение).
Так как точки 1, 2 были выбраны произвольно, то полученные соотношения справедливы для любых двух точек электрической цепи:
Слайд 24Закон Ома для замкнутой цепи
Если цепь замкнутая, то φ1 = φ2.
Слайд 25Закон Ома для
неоднородного участка цепи
Неоднородный – участок цепи, содержащий
источник э.д.с.
Е – напряженность поля кулоновских сил,
Ест – напряженность поля
сторонних сил.
Слайд 26работа, совершаемая кулоновскими силами по перемещению q0+ из точки 1
в точку 2.
работа, совершаемая сторонними силами по перемещению q0+
из точки 1 в точку 2.
Интегрируем по длине проводника от сечения 1 до некоторого сечения 2:
Слайд 27Закон Ома для
неоднородного участка цепи
Работа, совершаемая кулоновскими и сторонними
силами по перемещению единичного положительного заряда q0+ – падение напряжения
(напряжение).
Так как точки 1, 2 были выбраны произвольно, то полученные соотношения справедливы для любых двух точек электрической цепи:
Слайд 28Закон Ома для замкнутой цепи
Если цепь замкнутая, то φ1 = φ2.
Слайд 29Закон Джоуля-Ленца
Однородный участок цепи
Слайд 31Замкнутая цепь.
К.п.д. источника тока:
Слайд 32Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме
Удельная тепловая мощность тока – количество
тепла, выделившееся в единичном объеме за единицу времени.
Слайд 33Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме
Слайд 34Законы Кирхгофа
Используются для расчета разветвленных цепей постоянного тока.
Неразветвленная электрическая цепь
– цепь, в которой все элементы цепи соединены последовательно.
Элемент электрической
цепи – любое устройство, включенное в электрическую цепь.
Слайд 35Узел электрической цепи – точка разветвленной цепи, в которой сходится
более двух проводников.
Ветвь разветвленной электрической цепи – участок цепи между
двумя узлами
Законы Кирхгофа
Слайд 36Первый закон Кирхгофа (следствие закона сохранения заряда): алгебраическая сумма сил
токов, сходящихся в узле, равна нулю.
Пример: I1 + I2 – I3 – I4 = 0.
Ток, подходящий к
узлу – положительный.
Ток, отходящий от узла – отрицательный.
Слайд 37Второй закон Кирхгофа
(обобщенный закон Ома): в любом замкнутом контуре,
произвольно выбранном в разветвленной электрической цепи, алгебраическая сумма произведений сил
токов Ii на сопротивление соответствующих участков Ri этого контура равна алгебраической сумме э.д.с. в контуре.
Слайд 38Второй закон Кирхгофа
Ток считается положительным, если его направление совпадает с
условно выбранным направлением обхода контура.
Э.д.с. считается положительной,
если направление обхода
происходит от – к + источника
тока, т.е. э.д.с. создает ток,
совпадающий с направлением обхода.
Слайд 39Порядок расчета разветвленной цепи:
1. Произвольно выбрать и обозначить на чертеже
направление тока во всех участках цепи.
2. Подсчитать число узлов в
цепи (m). Записать первый закон Кирхгофа для каждого из (m-1) узлов.
Слайд 403. Выделить произвольно замкнутые контуры в цепи, произвольно выбрать направления
обхода контуров.
4. Записать для контуров второй закон Кирхгофа. Если цепь
состоит из р-ветвей и m-узлов, то число независимых уравнений 2-го закона Кирхгофа равно ( p-m+1 ).
Слайд 41Контрольные вопросы
Сторонние силы.
Закон Ома в интегральной и дифференциальной форме для
участка цепи
Закон Ома для неоднородной и для замкнутой цепи
Закон Джоуля-Ленца
Законы
Кирхгофа