- Постоянный электрический ток:
Электрический ток-упорядоченное движение заряженных частиц.
За направление электрического тока принято считать направление движения положительных зарядов.
Электрические заряды могут двигаться упорядоченно под действием электрического поля. Поэтому достаточным условием для существования электрического тока является наличие электрического поля и свободных носителей электрического заряда.
Электрического поле может быть создано, например, двумя разноименно заряженными телами. Соединяя проводником разноименно заряженные тела, можно получить электрический ток, протекающий в течении короткого интервала времени.
Прохождение электрического тока по проводнику сопровождается следующими его действиями:
- Магнитным (наблюдается во всех проводниках)
- Тепловым (наблюдается во всех проводниках, кроме сверхпроводников)
- Химическим (наблюдается в электролитах)
Сила тока:
Процесс протекания тока в цепи характеризуется силой тока I. Это величина, численно равная заряду, протекающему через поперечное сечение проводника за единицу времени:
I= q/ t
За единицу измерения силы тока в СИ принят- 1 Ампер (А). Эта формула справедлива для постоянного тока, при котором сила тока и его направление не изменяются со временем.
Для описания процессов, происходящих в электрических цепях, иногда используется плотность тока f (единица измерения-1А/м2).
Плотность тока- величина, равная силе тока, протекающего через единичное поперечное сечение проводника:
f=I /S
Работу сторонних сил по перемещению заряженных частиц характеризует электродвижущая сила источника тока-ЭДС (E), ее единица измерения-1В (Вольт).
ЭДС-физическая величина, равная работе, совершаемой сторонними силами при перемещении по электрической цепи единичного положительного заряда:
E(ЭДС)= AСТ/q
Сопротивление проводников:
Сила тока в цепи зависит от того, по каким проводникам идет тока. Способность проводника влиять на величину силы тока в цепи характеризует сопротивление проводника R (единица измерения сопротивления-1 Ом).
Под действием электрического поля в вакуме свободные заряды двигались бы ускоренно. В веществе они движутся в среднем равномерно, т.к. часть энергии отдается частицам при взаимодействии. Из природы электрического сопротивления, следует, что:
R=p*L/S
L-длина проводника;
S-площадь поперечного сечения;
p-коэффициент пропорциональности, названный удельным сопротивлением материала.
Взаимодействие частиц проводника с упорядоченно движущимися зарядами зависит также от скорости хаотического движения частиц, т.е. от температуры проводника. Известно, что:
P=p0*(1+a*t)
R=R0*(1+a*t)
Коэффициент a называется температурным коэффициентом сопротивления. Для химически чистых металлов а больше нуля и равен примерно 1/273 K-1. Для сплавов температурные коэффициенты имеют меньшее значение. Зависимость а от температуры для металлов линейная:
a=(R-R0)/R0*t
У некоторых веществ (например, у электролитов и полупроводников) удельное сопротивление с ростом температуры уменьшается, что объясняется ростом концентрации свободных зарядов. Величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной электрической проводимостью. В 1911 г. Была открыта сверхпроводимость. Это явление заключается в том, что при температуре, близкой к абсолютному нулю, сопротивление некоторых металлов падает скачком до нуля.
Напряжение-физическая величина, равная работе, совершаемой сторонними и электрическими силами при перемещении единичного положительного заряда на данном участке цепи. Единица ее измерения-1 Вольт(1В).
Закон Ома:
Наблюдения показывают, что сила тока I на участке цепи прямо пропорциональна напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению R. Следовательно I=U/R. Это соотношение (закон Ома) для одного участка цепи, не содержащего источника тока, установил в 1827 г. немецкий физик Г. Ом (1787-1854). Ранее (в 1826 г.)Ом опытным путем установил подобную зависимость для полной электрической цепи, которая содержит источник тока, приборы управления (ключ или выключатель), один или несколько потребителей и соединительные провода. Если принять внешнее сопротивление (общее сопротивление устройств и соединительных проводов, включенных в электрическую цепь) равным R; а внутреннее сопротивление самого источника-r, то сила тока в замкнутой цепи будет равна отношению ЭДС (электродвижущая сила) к полному сопротивлению данной цепи:
Таким образом, сила тока в полной цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорционально полному сопротивлению цепи. При разомкнутой цепи ЭДС равна напряжению на зажимах источника и, следовательно, может быть измерена вольтметром. Из закона Ома следует, что
E(ЭДС)=I*R+I*r
Таким образом, ЭДС источника тока равна сумме напряжений во внешней и внутренней частях цепи. Но если полюса источника замкнуты "накоротко", то сила тока в цепи будет максимальной. Очевидно, что
I(max)= E(ЭДС) /r*I(max)
представляет собой ток короткого замыкания.
Работа электрического тока:Прохождение электрического тока по проводнику представляет собой процесс упорядоченного движения зарядов в электрическом поле, существующем в проводнике. При этом силы электрического поля, действующие на электрические заряды, совершают некоторою работу-работу электрического тока (Аэл). Работа тока равна произведению напряжению на силу тока и на единицу времени.
A=U*I *t
Из этой формулы следует еще одна. С помощью закона Ома заменим I на U/R.
A=I2*R*t
Мощность электрического тока:Энергия, получаемая приемником или отдаваемая источником тока в течение 1 секунды, называется мощностью. Мощность N при неизменных значениях U и I равна произведению напряжения U на силу тока I :
N=U *I
Используя закон Ома для определения силы тока и напряжения в зависимости от сопротивления R и проводимости G, можно получить и другие выражения для мощности. Если заменить в формуле напряжениеU=I *R или силу тока I=U/R=U *G, то получим:
P=I2*R
P=U2/R=U2*G
Следовательно, электрическая мощность равна произведению квадрата силы тока на сопротивление, или электрическая мощность квадрату напряжения, поделенному на сопротивление, либо квадрату напряжения, умноженному равна проводимость.
