Лекция 25Постоянный электрический ток.

Сила и плотность тока.Закон Ома для однородного участка

цепи.Работа и мощность тока.

Закон Джоуля – Ленца.Закон Ома для неоднородного участка

цепи.Правила Кирхгофа.

Электрический ток

Электрический ток – направленное движение заряженных частиц.

Виды тока:üток проводимости – движение микроскопических зарядов всреде;üконвекционный ток – движение макроскопическихзаряженных тел;üток в вакууме – движение свободных заряженных частиц ввакууме.

Условия существования тока проводимости:üналичие свободных зарядов;üналичие электрического поля (разности потенциалов).

E EI

Сила тока – количество электричества (заряд), протекающегочерез поперечное сечение проводника в единицу времени.

dqIdt

=

dIjdS

=r

За направление токапринимают направлениедвижения положительныхзарядов.

Плотность тока – сила тока, проходящего через единицу площадипоперечного сечения проводника.

Единица измерения – ампер, [А]=[Кл/с].

Единица измерения – [А/м2].

Источник тока

Источник тока – устройство, способное создавать иподдерживать разность потенциалов за счет работысторонних сил неэлектрического происхождения.

Источник тока преобразует механическую, световую,тепловую, ядерную, химическую и другие виды энергии вэлектрическую.

Электрофорная машина

Электрофорная машина – механический источник тока. Зарядвозникает за счет электризации и накапливается в лейденскихбанках.

Химический источник тока

Химический источник тока –устройство, в котором энергияхимических реакций превращается в электрическую энергию.Первый химический источник тока – вольтов столб.

Химический источник тока

На отрицательном электроде восстановитель окисляется.Образующиеся свободные электроны, пройдя по электрическойцепи, участвуют в реакции восстановления окислителя.В процессе работы элемента происходит растворениецинкового электрода и осаждение меди из раствора на медномэлектроде.

Электродвижущая сила

Электродвижущая сила (ЭДС) – работасторонних сил по перемещению единичногоположительного заряда.

Разность потенциалов на участке цепи – работакулоновских сил по перемещению единичногоположительного заряда.

Падение напряжения – работа кулоновских исторонних сил по перемещению единичногоположительного заряда.

0

стAq

e =

1 20

кулAq

j j- =

1 2U j j e= - +

Единица измерения – вольт, [В].

Неразветвленная электрическая цепь

Ток, сила и направление которого не изменяются с течениемвремени, называется постоянным.

Закон Ома для однородного участка цепи

Участок цепи, на котором не действуют сторонние силы,называется однородным.

Сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональнанапряжению.

UI GUR

= =

G – проводимость, [См], R – сопротивление, [Ом]

ВАХ

Сопротивление

Сопротивление зависит от металла, формы и размеров,температуры.

Температурная зависимость сопротивления металлов –линейная.

lRS

r=

Однородный линейный проводник

ρ – удельное электрическоесопротивление

Вещество Ом×мМедь 1,72×10-8

Золото 2,2×10-8

Алюминий 2,7×10-8

Нихром 1,12×10-6

Стекло 1011

Последовательное и параллельное соединениепроводников

1 2R R R= +

1 2

1 1 1R R R= +

1 2I I I= + 1 2U U U= =

1 2

1 2

U UUR R R= +

Закон Джоуля - Ленца

При протекании электрического тока по проводнику в немвыделяется количество теплоты, прямо пропорциональноеквадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени, втечение которого электрический ток протекал по проводнику.

2Q I R tD = D

U IRjD = = dq Idt= dA dqj= D dA dQ=

2dQ IUdt I Rdt= =

dQP IUdt

= =Мощность тока Единица измерения – ватт, [Вт].

Закон Ома для неоднородного участка цепи

12R R r= +

( )1 2A q qe j j= + -

212Q I R t= D

( )212 12 12I R t IR I t IR qD = D =

A Q=

( )1 2IR r

e j j+ -=

+

( )1 2IR r

e j j+ -=

+

1 2j j=

IR re

=+

0I = 2 1e j j= -

Цепь замкнута

Цепь разомкнута

закон Ома для замкнутой цепи

( )1 2IR r

e j j+ -=

+ 0R = КЗIre

=

Короткое замыкание - состояние электрической цепи, прикотором сопротивление нагрузки равно нулю, а источник токазамкнут накоротко.

Сила тока короткого замыкания – максимальная сила тока,которую можно получить от данного источника. Ток короткогозамыкания может быть очень велик и вызывать разрушениеэлектрической цепи или источника.

Короткое замыкание

Мощность

2 2ИСТP I R I r Ie= + =

2P I R=

2ПP I r=

П

PP P

h =+

RR r

h =+

полезная мощность

мощность потерь

мощность источника

Коэффициент полезного действия

2P I I re= -

2I

re

=

R r=

2 0dP IrdI

e= - =

Максимальная полезная мощность

h =+

11 r R

Режим «холостого хода» R ® ¥ I ® 0 h® 1

Короткое замыкание R ® 0 0h ®

Максимальная полезная мощность R r=12

h =

Правила Кирхгофа для разветвленных электрических цепей

Первое правило

Узел – точка в цепи, в которойсходится не менее трех проводников.

Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю.

10

N

ii

I=

=å

Ток, входящий в узел, считается положительным, выходящий –отрицательным.

Правила Кирхгофа для разветвленных электрических цепей

Второе правило

В любом замкнутом контуре, произвольно выделенном вразветвленной электрической цепи, алгебраическая суммападений напряжений на участках контура, равна алгебраическойсумме ЭДС.

Контур – непрерывная замкнутаяпоследовательность, состоящаяиз сопротивлений и ЭДС.

Падение напряжения считают положительным, если направление обхода контурасовпадает с направлением тока, отрицательным — в противном случае.

1 1

N M

i i ki k

I R e= =

=å å

ЭДС, создающая ток в контуре, направление которого совпадает с направлением обходаучитывается со знаком плюс, в противном случае — со знаком минус.