- •Лекция №11. Законы постоянного тока.
- •I. Ток.Плотность тока.
- •II. Закон Ома для участка цепи.
- •III. Сопротивление проводников.
- •IV. Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца.
- •V. Закон Ома для замкнутой цепи.
- •VI. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа.
- •VII. Работа выхода. Термоэлектронная эмиссия.
- •VIII. Ток в вакууме.
- •IX. Устройство и типы электронных ламп.
Лекция №11. Законы постоянного тока.
I. Ток.Плотность тока.
Электрическим током называется направленное движение электрических зарядов. Токи, в зависимости от характера движения электрических зарядов, подразделяются на виды:
а) конвекционный ток – ток при котором заряды перемещаются вместе с макроскопическими телами, на которых они находятся (проводники и диэлектрики); | |
б) ток проводимости –движение свободных электрических зарядов внутри проводника под действием внешнего поля (проводники); | |
в) ток в вакууме – электрические заряды движутся в пустоте, независимо от макроскопических тел. |
В этой лекции будем рассматривать только ток проводимости. Введем некоторые понятия:
1. Электрический ток измеряется величиной токаилисилой тока(I,i).
Величина тока iчисленно равна зарядуdQ, проходящему через поперечное сечение проводника за единицу времениdt.
– выражение для мгновенного значения тока.
Если ток постоянен, то выражение для постоянного тока.
СИ:
2. Электрический ток вызывается движением как положительных, так и отрицательных зарядов. В связи с этим понятие о направлении электрического тока является условным. Исторически сложилось за направление электрического тока считать направление движения положительных зарядов, или, что то же самое, направление, обратное движению отрицательных зарядов.
|
Если движутся одновременно заряды обоих знаков, то общий ток равен: |
3. Ток характеризуется плотностью тока.
Плотность jопределяется током, приходящимся на единицу сечения проводника. |
Плотность тока – величина векторная , направление совпадает с направлением движения положительных зарядов.
4. Токи в зависимости от их величины и направленности движения делятся на:
а) постоянный ток– величина и направление с течением времени не меняются;
б) переменный ток;
в) пульсирующий ток – меняется по величине в течение времени;
г) квазистационарный ток– медленно меняющиеся токи в цепях ограниченной протяженности (пример: промышленные токи в линиях передач с частотой 50 Гц).
5. Направленное движение зарядов в проводнике непосредственно не поддается наблюдению. Однако электрический ток вызывает различные явления (действия тока), по которым можно судить о его наличии в проводнике, а по интенсивности их проявления судить о величине тока. Наиболее важные действия тока:
a) магнитное (Эрстед, 1820 год) |
| ||
б) химическое |
проводники первого класса проводники второго класса |
нет химических явлений, металлы, полупроводники | |
есть химические явления, электролиты | |||
в) тепловое (световое) |
|
II. Закон Ома для участка цепи.
Чтобы в проводнике шел постоянный ток I, необходимо внутри проводника поддерживать электрическое поле Е.
|
Напряженность Е выражается через градиент потенциала: U= φ1– φ2–падение потенциалана участке 1-2, называетсянапряжением, приложенным к проводнику. |
В 1826 году немецкий ученый Ом экспериментально установил прямую пропорциональность межу током и напряжением U:
I ~ U
Вводя коэффициент пропорциональности , называемыйэлектрическая проводимость(– электрическое сопротивление), получим:
Закон Ома в интегральной форме. |
|
Ток, идущий в проводнике, численно равен отношению приложенного напряжения к сопротивлению проводника. |
Закон Ома можно выразить и через плотность тока j, введя величинуудельной проводимости(электропроводности):
,
где – удельное сопротивление.
Тогда:
Закон Ома в дифференциальной форме. |
или
|
Вывод:
j = γ·E |
Если закон Ома в интегральной форме показывает, что ток в любых сечениях любого по виду проводника одинаков, то закон Ома в дифференциальной форме показывает, что хотя ток и постоянен, его плотность в различных сечениях различна, а, следовательно, поле и вектор меняют свою величину и направление в проводнике от точки к точке. |