Постоянный электрический токx

22. Постоянный электрический ток. Сила и плотность тока. Электрическое
сопротивление.
Электрическим током называется направленное (упорядоченное) движение заряженных
частиц.
Электрический ток в проводниках различного рода представляет собой либо
направленное движение электронов в металлах (проводники первого рода), имеющих
отрицательный заряд, либо направленное движение более крупных частиц вещества —
ионов, имеющих как положительный, так и отрицательный заряд — в электролитах
(проводники второго рода), либо направленное движение электронов и ионов обоих
знаков в ионизированных газах (проводники третьего рода).
За направление электрического тока условно принято направление движения
положительно заряженных частиц.
Для существования электрического тока в веществе необходимо:
наличие заряженных частиц, способных свободно перемещаться по проводнику под
действием сил электрического поля:
наличие источника тока, создающего и поддерживающего в проводнике в течение
длительного времени электрическое поле;
Количественными характеристиками электрического тока являются сила тока I и
плотность тока j.
Сила тока — скалярная физическая величина, определяемая отношением заряда Δq,
проходящего через поперечное сечение проводника за некоторый промежуток времени Δt,
к этому промежутку времени.
Единицей силы тока в СИ является ампер (А).
Если сила тока и его направление со временем не изменяются, то ток называется
постоянным. Сила тока в проводнике зависит от заряда, переносимого одной частицей, их
концентрации, средней скорости направленного движения частиц и площади поперечного
сечения проводника.
Плотность тока j — это векторная физическая величина, модуль которой определяется
отношением силы тока I в проводнике к площади S поперечного сечения проводника, т.е.
В СИ единицей плотности тока является ампер на квадратный метр (А/м2).
Чем длиннее проводник, меньше его поперечное сечение и больше его удельное
сопротивление, тем больше сопротивление тем больше сопротивление данного
проводника.
R = Lρп / Sп
где
R - сопротивление проводника;
L - длина проводника;
ρп - удельное сопротивление материала проводника, т.е. сопротивление 1 см3;
Sп - площадь поперечного сечения проводника.
23. Постоянный электрический ток. Законы постоянного тока.
Закон сохранения заряда утверждает, что в замкнутой системе заряд сохраняется. Если
система не замкнута, то заряд может изменяться.
Данное уравнение называется уравнением непрерывности в интегральной форме.
Производная по времени связана с временной зависимостью заряда. Данное уравнение
считается постулатом. По смыслу – это закон изменения заряда.
Закон Ома в дифференциальной форме
Плотность тока и напряженность вдоль проводника взаимосвязаны между собой. Разумно
предположить, что это самая простая связь, т.е. линейная.
где σ – удельная электропроводность.
Данный закон является постулатом.
Закон Ома в интегральной форме.
Наряду с удельной электропроводностью, вводят понятие удельного сопротивления.
Сила тока I вдоль проводника не изменяется.
Интеграл в левой части назовем сопротивлением проводника между точками 1 и 2.
,
– напряжение между точками электрической цепи.
– закон Ома в интегральной форме.
Сопротивление и проводимость.
Сопротивление зависит от геометрии и от вещества, из которого сделан проводник.
Зависимость сопротивления от температуры.
Зависимость сопротивления достаточно сложная, поэтому будем говорить о зависимости
удельного сопротивления от температуры.
Для характеристики этой зависимости вводят понятие температурного коэффициента.
,
,
В небольшом диапазоне температур можно считать, что α=const.
11.Закон Джоуля – Ленца.
При протекании по проводнику электрического тока, совершается работа.
Здесь q – прошедший заряд.
Если нет сторонних потерь энергии, то эта работа полностью переходит в тепло:
(Количество теплоты)
Q – тепло Джоуля – Ленца.
В общем виде это выражение выглядит следующим образом:
Это закон Джоуля – Ленца в интегральной форме.