Меню

Электричество законы постоянного тока

Электричество законы постоянного тока

Раздел 8 ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

Если в проводнике создать электрическое поле, то носители зарядов начнут двигаться упорядоченно: носители положительных зарядов в направлении поля, отрицательных — в противоположную сторону. Упорядоченное движение зарядов называют электрическим током. Его характеризуют силой тока — скалярной величиной, численно равна электрическому заряду, который проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени:

где dq — электрический заряд, проходящий через сечение проводника за бесконечно малый промежуток времени dt .

В общем случае электрический ток может вызываться движением как положительных, так и отрицательных зарядов. При этом перенос положительного заряда в одном направлении эквивалентно переносу такого же по значению отрицательного заряда в противоположном направлении. Если за время dt через некоторое сечение проводника положительные носители переносят заряд dq + , а отрицательные в противоположном направлении dq _ , то

За направление тока принимают направление движения положительных зарядов. Электрический ток называют постоянным, если со временем остаются постоянными сила тока и его направление.

Единица силы тока в СИ — ампер (А) — определяется на основе электромагнитного взаимодействия двух параллельных прямолинейных проводников, по которым проходит постоянный ток.

Различают ток проводимости и конвекционный ток. Ток проводимости обусловлено перемещением напрямленим заряженных частиц (электронов, ионов) внутри неподвижного проводника (твердого, жидкого или газообразного) при наличии в нем электрического поля. Однако упорядоченное движение электрических зарядов можно осуществить и другим способом — перемещением в пространстве заряженного макроскопического тела (проводника или диэлектрика). Такой ток называют конвекционным. Примером конвекционного тока может быть орбитальный движение Земли, которая имеет избыток отрицательных зарядов.

Ограничимся изучением тока проводимости, поскольку он самый простой и имеет большое практическое значение. Для появления и существования тока проводимости нужны такие условия:

1) наличие в определенной среде электрических зарядов, которые бы имели возможность в нем двигаться. Такими зарядами в случае металлических проводников являются свободные электроны, в полупроводниках — электроны и «дырки», в электролитах — положительные и отрицательные ионы, в газах — преимущественно положительные ионы и электроны;

2) наличие в определенной среде электрического поля, энергия которого расходуется на перемещение зарядов. Следовательно, имеет быть разность потенциалов между двумя точками проводника. Для того чтобы ток был длительным, энергию электрического поля нужно пополнять, т.е. поддерживать разность потенциалов на концах проводника. Для этого к концам проводника подсоединяют специальное устройство — источник тока. Следовательно, для образования непрерывного электрического тока нужно создать электрическую цепь.

Электрической цепью называют совокупность источников тока, потребителя электрической энергии, измерительных и регулировочных приборов, выключателей и других элементов, соединенных проводниками. Простейшая электрическая цепь состоит из проводника, концы которого подключен к источника тока. В таком электрической цепи ток будет проходить по внешней его части — проводнике и внутренний — источнику тока. Источник тока имеет два полюса: положительный и отрицательный. При розімкненому внешнем круге на отрицательном полюсе источника тока будет избыток электронов, а на положительном их не хватать. Понятно, что такое разделение зарядов в пределах источника тока происходит под действием сил, имеющих некулонівську природу, поскольку под воздействием силы кулоновского разноименные заряды притягиваются. Эти дополнительные силы неэлектрического происхождения, которые действуют в пределах источника тока, называются посторонними. Природа сторонних сил может быть химической (гальванические элементы, аккумуляторы), тепловой (термоэлементы) и т.п.

Разделения и переноса зарядов в внутри источника тока тормозится его внутренним электрическим полем и сопротивлением с стороны среды источника тока. Поэтому в случае замкнутого электрического круга сторонние силы источника тока будут выполнять работу А, которая состоит из работы Ау, что выполняется против сил электрического поля источника тока, и работы А’, которая осуществляется против механических сил сопротивления среды этого источника:

Работу, которую выполняют сторонние силы при перемещении единичного положительного электрического заряда, называют електрорушійною силой (ЭДС) и определяют так:

Электродвижущая сила в единицах СИ выражается в вольтах. Термин «электродвижущая сила» является неудачным, поскольку ЭДС характеризует источник тока с энергетического стороны.

Если полюса источника тока разомкнутые, то А’ = 0, так как при этом сторонняя сила не перемещает зарядов, а только поддерживает распределение их. Тогда

Однако, по определению, работа против сил электрического поля будет

Следовательно, электродвижущая сила равна разности потенциалов на полюсах разомкнутой источника тока.

В случае замкнутого электрического круга на любом участке его внешней части есть некоторая разность потенциалов φ ‘ — φ’ ‘ = U , ее называют напряжением, или спадом напряжения на этом участке цепи.

В 1826 г. немецкий физик Г. Ом опытно установил, что сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению на концах проводника и обратно пропорциональна сопротивлению этого проводника

Соотношение (8.50) называют законом Ома для участка цепи.

Пользуясь им, можно достать единицу сопротивления. В СИ сопротивление проводника выражается в омах. Ом — сопротивление такого проводника, в котором возникает сила тока в один ампер, когда разность потенциалов на его концах составляет один вольт.

Если замкнутый круг состоит из источника тока с ЭДС и внутренним сопротивлением г и внешней части с сопротивлением R , то силу тока в цепи определяют по соотношению

Соотношение (8.51) называют законом Ома для полной цепи.

Опыт показывает, что сопротивление проводника зависит от его геометрических размеров, материала, внешних условий (особенно температуры). Согласно экспериментальным исследованиям Г. Ома сопротивление однородного проводника прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально площади поперечного сечения:

Коэффициент пропорциональности ρ , характеризующий материал, из которого изготовлен проводник, называют удельным сопротивлением вещества проводника.

Удельное сопротивление, а следовательно, и сопротивление проводника зависят от температуры. В общем случае такая зависимость довольно сложная. Однако для металлических проводников при небольших интервалов температур можно пользоваться приближенными формулами

где ρ и R — соответственно удельное сопротивление при температуре 0 °С; а — температурный коэффициент сопротивления; t — температура, °С. При точных расчетах надо учитывать зависимость а от температуры.

При очень низких температурах, близких до абсолютного нуля (0,5. 8 К), сопротивление некоторых металлов (алюминий, цинк, свинец и др.) скачкообразно уменьшается почти до нуля. Такое явление называют надпровідністю. Его открыл в 1911 г. Г. Камерлинг-Оннес. Природа явления сверхпроводимости раскрывается в квантовой теории.

Читайте также:  От действия эдс составляющую тока

В 1986 и 1987 гг . были открыты высокотемпературные сверхпроводники — металлооксидные соединения с температурой сверхпроводящего перехода около 100 К, что значительно выше температуры кипения жидкого азота (77 К) — дешевого и доступного холодоагенте, что выпускается промышленностью в больших количествах.

В 1987 г. вышла в свет статья ученых из г. Цюриха И. Беднорца и К. Мюллера под названием «Возможность высокотемпературной сверхпроводимости в системе Ba — La — Cu — О», в которой сообщалось об обнаружении резкого уменьшения сопротивления керамики этого типа при температурах 30. 35 К. Исследована керамика была смесью нескольких фаз. Было установлено, что уменьшение сопротивления сопровождается діамагнітною аномалией и отвечает сверхпроводящем переходе.

В январе 1987 г. были опубликованы сообщение из Хьюстонского университета и лаборатории Белла, в которых уже называлась фаза, ответственное за сверхпроводимость. Эта фаза описывается химическими формулами La 2- x BaxCuO 4 для бариевой керамики и La 2- x SrCuO 4 для стронцієвої. Важно, что для керамики La 2- x Sr 0,2 CuO 4 наблюдается очень узкий сверхпроводящий переход при Тс = 36 К, что на 13 градусов выше предыдущего рекорда за Тс (23,2 K для Nb 3 G ).

После этого успеха все ведущие лаборатории мира, которые изучали сверхпроводимость, начали поиск и исследования новых металооксидних сверхпроводников. В марте 1987 г. сделано новое открытие в Алабамському и Хьюстонському университетах на керамике Y — Ва — Cu — О, где была достигнута температура сверхпроводящего перехода Тс = 92 К. Так было преодолено азотный барьер за Тс на пути широкого практического использования сверхпроводников, и это еще больше привлекло внимание исследователей к новым высокотемпературных сверхпроводников.

Итак, физика высокотемпературной сверхпроводимости находится на начальной стадии. Сейчас в ней интенсивно накапливаются экспериментальные данные, характеризующие свойства металооксидних соединений в нормальной и надпровідній фазах.

Прохождение тока через проводник, если он не находится в состоянии сверхпроводимости, сопровождается его нагревом. Это объясняется тем, что электрические заряды, двигаясь направленно, испытывают сопротивления в среде проводника. Изучая тепловое действие тока, английский физик Дж. Джоуль (1818-1889) и российский физик Э. X. Ленц (1804-1865) независимо друг от друга пришли к такому выводу: количество теплоты Q , выделяемое на определенном участке проводника, прямо пропорциональна силе тока, проходящего через проводник, напряжении на его концах U и времени t прохождения тока:

Этот вывод называется законом Джоуля — Ленца. Если силу тока взято в амперах, напряжение в вольтах, а время в секундах, то количество теплоты, которое выделяется, выражается в джоулях.

Кроме нагрев проводников энергия электрического тока может подвергаться самых разнообразных преобразований. Так, за наличии во внешнем круге электродвигателя часть электрической энергии источника тока превращается в механическую энергию. Прохождение электрического тока через проводник второго рода — электролит — сопровождается преобразованием части источники энергии в химическую. Если внешняя часть электрической цепи состоит только из металлических проводников, то при больших температур энергия электрического тока частично тратиться на излучение.

Источник

Основные законы постоянного тока

date image2015-06-10
views image3921

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Сила постоянного тока

где q — количество электричества, прошедшее через сечение проводника за время t.

Плотность электрического тока есть векторная величина, равная отношению силы тока I к площади S поперечного сечения проводника

где — единичный вектор, по направлению совпадающий с направлением движения положительных носителей заряда.

Сопротивление однородного проводника

где ρ — удельное сопротивление вещества проводника; l — его длина.

Проводимость G проводника и удельная проводимость γ вещества

Зависимость удельного сопротивления от температуры

где ρ и ρ — удельные сопротивления соответственно при t и 0 ˚С;

t -температура (по шкале Цельсия); α- температурный коэффициент сопротивления.

Сопротивление соединения проводников

Здесь Ri — сопротивление i-гопроводника; п — число проводников.

а) для неоднородного участка цепи

б) для однородного участка цепи

в) для замкнутой цепи

Здесь (φ12) — разность потенциалов на концах участка цепи; ε12 — ЭДС источников тока, входящих в участок; U — напряжение на участке цепи; R — сопротивление цепи (участка цепи); ε — ЭДС всех источников тока цепи.

Правила Кирхгофа. Первое правило: алгебраическая сумма сил токов, сходящихся в узле, равна нулю

где n — число токов, сходящихся в узле.

Второе правило:в замкнутом контуре алгебраическая сумма напряжений на всех участках контура равна алгебраической сумме электродвижущих сил

где Ii — сила тока на i-мучастке; Ri — активное сопротивление на i-мучастке; εi— ЭДС источников тока на i-мучастке; п — число участков, содержащих активное сопротивление; k- число участков, содержащих источники тока.

Работа, совершаемая электростатическим полем и сторонними силами в участке цепи постоянного тока за время t

Закон Джоуля — Ленца

Q=I 2 Rt,

где Q — количество теплоты, выделяющееся в участке цепи за время t.

Закон Джоуля — Ленца справедлив при условии, что участок цепи неподвижен и в нем не совершаются химические превращения.

Источник

Законы Постоянного Тока

Законы Постоянного Тока

В 1800 г. произошло событие огромного значения. Алессандро Вольта (1745-1827) изобрел электрическую батарею и впервые получил с ее помощью устойчивый поток зарядов. Это открытие знаменовало начало новой эпохи, полностью преобразившей нашу цивилизацию, — вся современная электротехника основана на использовании электрического тока.

Электрическим током называют упорядоченное движение электрических зарядов. В различных средах электрический ток обусловлен движением различных зарядов, но за направление электрического тока условно выбрано направление движения положительных зарядов.

Постоянный ток в проводниках создается благодаря особым устройствам — источникам тока. Проводники — это такие тела, в которых имеются свободные частицы, обладающие электрическим зарядом, способные ускоряться и перемещаться под действием приложенных к ним электрических сил. Возьмем два тела, заряженных противоположными зарядами (рис. 44). Если их соединить проводником, то по нему пойдет ток. В результате выравнивания потенциалов ток прекращается.

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_2981.jpg

Для того чтобы движение зарядов не прекратилось, необходимо каким-то образом положительные заряды с тела В перенести снова на тело А. Такой перенос силы электростатической природы сделать не могут. Следовательно, для поддержания тока должны существовать силы не кулоновской природы. Силы неэлектростатического происхождения, способные разделить электрические заряды, называются сторонними силами .

Источник тока — это устройство, в котором происходит разделение электрических зарядов под действием сторонних сил.

Читайте также:  Как управлять транзистором для коммутации тока

Сторонние силы могут быть различной природы (магнитной, химической и др.).

Количественно электрический ток характеризуется силой тока. Сила тока (I) равна отношению заряда дельта q, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени At, к этому интервалу времени. Сила тока — величина скалярная. При решении задач она может быть положительной или отрицательной. Знак силы тока зависит от того, какое из направлений обхода вдоль проводника принять за положительное. Сила тока I > О, если направление тока совпадает с условно выбранным положительным направлением обхода.

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_26614.jpg

В Международной системе единиц силу тока измеряют в амперах (А). Эту единицу устанавливают на основе магнитного взаимодействия токов.

ГОСТ 8.417-81 дает такое определение единицы силы тока:

«Ампер равен силе неизменяющего тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м один от другого, вызвал бы на каждом участке проводника длины 1 м силу взаимодействия, равную 2 • 10 -7 Н».

Немецкий физик Г. Ом в 1826 г. обнаружил, что отношение разности потенциалов между концами проводника, являющегося участком электрической цепи, к силе тока в цепи есть величина постоянная:

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_18580.jpg

Эту величину R назвали электрическим сопротивлением. Единицей электрического сопротивления в СИ является ом (1 Ом). За единицу электрического сопротивления 1 Ом принято сопротивление такого проводника, в котором при разности потенциалов между его концами в 1 В течет ток силой в 1 А.

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_19717.jpg

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_15528.jpg

Удельное сопротивление р — величина, численно равная сопротивлению проводника длиной 1 м и поперечным сечением 1 м 2 . Единица удельного электрического сопротивления ом • метр (Ом • м).

Для металлов и сплавов зависимость удельного сопротивления от температуры в небольшом интервале температур вблизи комнатной выражается формулой:

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_14781.jpgгде р 0 — удельное сопротивление при температуре t = 0 °С, а — температурный коэффициент сопротивления.

Температурный коэффициент сопротивления а — величина, равная отношению относительного изменения сопротивления участка цепи к изменению его температуры, вызвавшему это изменение сопротивления.

Выражение (3.10) есть закон Ома для участка цепи.

Сила тока прямо пропорциональна приложенному напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению R:

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_24164.jpg

Для создания постоянного тока в цепи необходим источник тока. Условно источник тока изображен на рис. 45. Сторонние силы, разделяя электрические заряды внутри источника, создают накопление их на полюсах. Если замкнуть полюсы источника проводами с нагрузкой, то по ней потечет ток. Участок цепи abed называют внешней частью цепи, участок ad — внутренней (рис. 46).

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_20040.jpg

Отношение работы, совершаемой сторонними силами при перемещении положительного заряда по всей замкнутой цепи, к значению этого заряда называется электродвижущей силой источника (сокращенно ЭДС):

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_6501.jpg

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_1650.jpg

Участок электрической цепи, не содержащей источников ЭДС, называется однородным. Участок электрической цепи, который содержит источники ЭДС, называется неоднородным.

В однородном участке цепи движение электрических зарядов обусловлено действием на них электрической силы. Электрическое поле, обусловливающее движение электрических зарядов в цепи, называется стационарным. Стационарное электрическое поле создается во внешней цепи зарядами полюсов источника тока и обусловливает движение зарядов в электрической цепи. Отличается от электростатического поля неподвижных зарядов тем, что оно существует внутри проводников.

Примером неоднородного участка цепи является схема зарядки аккумулятора, представленная на рис. 47.

В этой цепи «+» и «-» — полюса источника тока, реостат, регулирующий ток и аккумулятор (be). Участок цепи abc — неоднородный, так как содержит источник сторонних сил — аккумулятор. Уточним понятие «напряжение».

За напряжение принимается физическая величина, равная отношению работы всех сил, действующих на данном участке, к значению переносимого заряда:

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_18448.jpg

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_20758.jpg

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_27591.jpg

где А — работа всех сил, действующих на данном участке цепи (электростатических и сторонних).

Если на участке действуют только электростатические силы, то е = 0, при этом понятие напряжения и разность потенциалов совпадают.

Закон Ома (3.11) можно для неоднородного участка цепи записать в виде:

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_26647.jpg

Составим электрическую цепь по схеме (рис. 48). Для внешней части цепи АВ:

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_20374.jpg

Внутренний участок цепи ВСА является неоднородным, следовательно, согласно (3.12):

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_1224.jpg

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_1650.jpg

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_11480.jpg

где r — внутреннее сопротивление источника тока. Сложив оба равенства (3.13) и (3.14), получим

Формула (3.15) выражает закон Ома для полной цепи: сила тока в полной цепи равна электродвижущей силе источника, деленной на сумму сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи.

Из формулы (3.15) следует, что если R = 0, то напряжение между полюсами уменьшается до нуля, а сила тока достигает максимального значения (короткое замыкание).

r, то измеряя напряжение на полюсах источника, получим приближенное значение ЭДС источника.

При последовательном соединении проводников общее сопротивление равно сумме сопротивлений всех отдельных проводников: R = R 1 + R 2 + R 3 (рис. 49).

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_11667.jpg

При параллельном соединении проводников величина, обратная сопротивлению всего разветвленного участка цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлению каждого из параллельно соединенных проводников (рис. 50):

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_29647.jpg

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_2395.jpg

Измерение силы тока производится амперметрами. Для расширения пределов измерения силы тока параллельно амперметру присоединяют шунт. Если амперметр рассчитан на измерения тока I 0 , а необходимо измерить ток, равный пI 0 , то параллельно амперметру присоединяют сопротивление в (п — 1) меньше сопротивления амперметра:

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_11512.jpg

Для увеличения пределов измерения напряжения вольтметром последовательно с вольтметром включают дополнительное сопротивление. Если вольтметр рассчитан для измерения напряжения U 0 , а необходимо измерить nU 0 , то дополнительное сопротивление в (п — 1) больше сопротивления вольтметра:

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_5959.jpg

Для расчета электрических величин (I, U, R, r) в разветвленных электрических цепях, содержащих источники ЭДС, справедливы правила Кирхгофа.

Первое правило Кирхгофа относится к узлам: алгебраическая сумма всех токов, приходящих в точку разветвления (узел) и выходящих их нее, равна нулю.

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_10695.jpg

Принято считать токи, подходящие к узлу, положительными, выходящие — отрицательными. I 1 и I 2 — величины положительные, I 3 и I 4 — величины отрицательные (рис. 51).

Второе правило относится к отдельным замкнутым контурам цепи: при обходе любого замкнутого контура в сложной электрической цепи алгебраическая сумма падений напряжения на элементах цепи (включая и внутреннее сопротивление источника тока) равна алгебраической сумме ЭДС источников тока, имеющихся в этом контуре.

Направление обхода каждого контура (по часовой стрелке или против нее) произвольное. Падение напряжения считается положительным, если выбранное заранее направление тока на этом участке между двумя узлами совпадает с направлением обхода контура, и отрицательным, если направление тока противоположно направлению обхода.

Читайте также:  Д 20 2 электродвигатель постоянного тока для авиации

ЭДС считается положительной, если при обходе по контуру источник тока проходится от отрицательного полюса к положительному, и отрицательной — в противоположном направлении.

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_29316.jpg

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_16604.jpg

Если в результате решения задачи получают отрицательное значение для силы тока на каком-то участке, то это означает, что ток на этом участке идет в направлении, противоположном выбранному обходу контура.

Мостик Уитстона — одна из распространенных схем, предназначенная для точного измерения сопротивлений. Электрическая схема представлена на рис. 52.

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_27788.jpg

Четыре резистора с сопротивлениями R 1 , R 2 , R 3 , R 4 составляют «плечи» схемы. Участок цепи, содержащий гальванометр, сопротивление которого r г , представляет собой некий мостик, соединяющий точки D и С цепи.

Из первого закона Кирхгофа для узлов A, D, С следует:

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_31073.jpg

Уравнение для узла В не даст ничего нового; в него войдут те же величины.

Из второго правила для контуров ADBMNA, ADCA, DBCD, приняв направление их обхода по часовой стрелке за положительное, получим

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_26958.jpg

Правые части двух последних уравнений равны нулю, так как последние два контура не содержат источников тока. Если известны ЭДС источника и все шесть сопротивлений участков цепи, то составленная система из шести уравнений позволяет вычислить все шесть значений сил токов в цепи.

Система этих уравнений существенно упростится, если, изменяя сопротивление резисторов, добиться, чтобы ток в мостике отсутствовал (I Г = 0). Это можно сделать, изменяя, например, сопротивление R 3 так, чтобы разность потенциалов на участках цепи BD и ВС была одинаковой. Тогда разность потенциалов между точками D и С будет равна нулю, а значит, будет равна нулю сила тока в мостике I Г . а В этом случае

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_22283.jpg

Разделив последние два уравнения друг на друга и учитывая написанные выше равенства для сил токов, получим

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_1510.jpg

Такую мостиковую схему применяют для измерения одного из неизвестных сопротивлений, входящих в «плечи» мостика, например R 4 . Тогда

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_25207.jpg

Видим, что для измерения неизвестного сопротивления R 4 достаточно знать лишь сопротивление R 3 и отношение R 1 /R 2 .

Обычно отношение R 1 /R 2 остается постоянным, а изменяем эталонное сопротивление R 3 . Точность измерения неизвестного сопротивления с помощью мостика определяется точностью эталонного сопротивления R 3 и точностью отношения R 1 /R 2 . Этот способ определения сопротивления дает меньшую погрешность, чем определение сопротивления резистора путем измерения силы тока и напряжения.

Работа сил электрического поля (или работа электрического тока) при протекании через проводник с электрическим сопротивлением R в течение времени t постоянного электрического тока I будет равна:

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_21956.jpg

Мощность Р электрического тока равна:

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_10796.jpg

Единицей работы электрического тока в СИ является джоуль (1 Дж), единицей мощности — ватт (Вт):

zakoni_postoyannogo_toka_renamed_8813.jpg

Для расчета работы и мощности тока пригодны любые выражения из соотношений (3.16) и (3.17).

Если электрический ток протекает в цепи, где энергия электрического поля превращается только во внутреннюю энергию проводника (и его температура возрастает), то на основании закона сохранения энергии:

zakoni_postoyannogo_toka.jpg

Этот закон независимо друг от друга установили опытным путем Дж. Джоуль и X. X. Ленц. Он называется законом Джоуля-Ленца.

Источник



ПОСТОЯННЫЙ ТОК

Электрический ток это упорядоченное движение заряженных частиц (электронов и ионов). За направление тока условно принято направление движения положительных зарядов, т.е. от « + » к « — ».

Условия, необходимые для существования электрического тока:

  • Наличие свободных заряженных частиц;
  • Наличие электрического поля, действующего на заряженные частицы с силой в определённом направлении;
  • Наличие замкнутой электрической цепи.

Действия тока:

  1. Тепловое: проводник по которому течет ток нагревается.
  2. Химическое: электрический ток может изменять химический состав проводника (электролита).
  3. Магнитное: ток оказывает силовое воздействие на соседние токи и намагниченные тела. Вокруг проводника с током существует магнитное поле.

Постоянный ток

Электродвижущая сила.

Если два заряженных тела соединить проводником, то через него пойдет кратковременный ток. Избыточные электроны с отрицательно заряженного тела перейдут на положительно заряженное. Потенциалы тел окажутся одинаковыми, значит, напряжение на концах проводника станет равно нулю, и ток прекратится. Для существования длительного тока в проводнике нужно поддерживать разность потенциалов на его концах неизменной. Этого можно достичь, перенося свободные электроны с положительного тела на отрицательное так, чтобы заряды тел не менялись со временем.

Силы электрического взаимодействия сами по себе не способны осуществлять подобное разделение зарядов. Они вызывают притяжение электронов к положительному телу и отталкивание от отрицательного. Поэтому внутри источника тока должны действовать сторонние силы, имеющие неэлектрическую природу и обеспечивающие разделение электрических зарядов.

Сторонние силы — любые силы, действующие на электрические заряженные частицы, за исключение сил, электростатического происхождения (т.е. кулоновских).

ЭДС – электродвижущая сила – физическая величина, определяемая работой , совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда от «+» полюса к «-» полюсу внутри источника тока. Является энергетической характеристикой источника тока.

Основные характеристики электрического тока

Виды соединений источников тока

Шунтирование амперметра.

Важным примером применения последовательного и параллельного соединения проводов являются различные схемы включения электроизмерительных приборов. Допустим, что имеется некоторый амперметр, рассчитанный на максимальный ток Imax, а требуется измерить большую силу тока. В этом случае параллельно к амперметру присоединяют малое сопротивление r, по которому направится большая часть тока. Его называют обычно шунтом. Сопротивление амперметра – R, и пусть R/r=n. Сила тока в цепи, амперметре и в шунте равны соответственно I, Iа и Iш

Параллельное присоединение шунта к измерительному прибору с целью изменения его чувствительности называют шунтированием. Схема шунтирования амперметра добавочным малым сопротивлением r.

Постоянный ток. Работа и мощность. Закон Джоуля – Ленца.

Работа электрического поля по перемещению заряда ∆ q из одной точки в другую равна произведению напряжения U между этими точками на величину заряда Dq: A=DqU

Учитывая, что Dq = IDt получаем: A= IUDt = I 2 RDt = Dt

При прохождении тока через проводник происходит его нагревание, значит электрическая энергия переходит в тепловую.

Закон Джоуля – Ленца гласит: количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивлению проводника и времени.

Q = I 2 R t – закон Джоуля – Ленца.

Закон открыт экспериментально независимо друг от друга Дж.Джоулем и Э.Х.Ленцем. Q = А – по закону сохранения энергии.

Мощность электрического тока равна работе, которая совершается током за единицу времени.

Дополнительные материалы по теме

пост эл ток

закон ома

соединение проводников

закон ома для полной цепи

Конспект урока «Постоянный ток. Формулы и схемы».

Источник