Что такое электрический ток, виды и условия его существования

Главная | Физика 11 класс | Условия существования электрического тока

Дальнейшее развитие науки об электричестве связано с изучением процессов, наблюдаемых при движении заряженных частиц. Первые работы в этом направлении связаны с именами итальянских учёных Луиджи Гальвани (1737—1798) и Алессандро Вольты (1745—1827). Гальвани обнаружил так называемое «животное электричество», а Вольта правильно истолковал его опыты и изобрёл первый в истории науки источник постоянного тока. В начале XIX в. электричество и магнетизм рассматривались как различные физические явления, хотя неоднократно высказывалась мысль об их взаимосвязи. В 1820 г. датский учёный Ханс Эрстед (1777—1851) обнаружил действие электрического тока на магнитную стрелку. В том же году французский физик Андре Мари Ампер (1775—1836) экспериментально обнаружил магнитное взаимодействие проводников с токами. Результаты опытов Эрстеда и Ампера наглядно продемонстрировали связь между электрическими и магнитными явлениями.

Основополагающий вклад в развитие электродинамики внёс английский физик Майкл Фарадей (1791—1867). В 1831 г. он экспериментально открыл явление электромагнитной индукции. Кроме того, Фарадей предложил концепцию поля, открыл законы электролиза, исследовал магнитные свойства вещества и др. Обобщая экспериментальные исследования Фарадея по электромагнитной индукции, британский физик Джеймс Клерк Максвелл (1831—1879) создал теорию электромагнитного поля. В её рамках изменяющееся магнитное поле порождает электрическое поле, а изменяющееся электрическое поле, в свою очередь, порождает магнитное поле. Эти изменяющиеся поля существуют нераздельно и представляют собой единое электромагнитное поле. Возмущения электромагнитного поля (электромагнитные колебания) распространяются в пространстве в виде электромагнитных волн.

Продолжение изучения электродинамики связано с рассмотрением законов постоянного тока, протекания электрического тока в различных средах, магнитных явлений, явления электромагнитной индукции, электромагнитных колебаний и волн.

Опасность электрического тока и другие опасные свойства электричества и техника безопасности

Электрический ток нагревает проводник, по которому течёт. Поэтому:

1.

Если бытовая электрическая сеть испытывает перегрузку, изоляция постепенно обугливается и осыпается. Возникает возможность короткого замыкания, которое очень опасно.

2.

Электрический ток, протекая по проводам и бытовым приборам, встречает сопротивление, поэтому «выбирает» путь с наименьшим сопротивлением.

3.

Если происходит короткое замыкание, сила тока резко возрастает. При этом выделяется большое количество тепла, способное расплавить металл.

4.

Короткое замыкание может произойти и из-за влаги. Если в случае с коротким замыканием происходит пожар, то в случае с воздействием влаги на электроприборы в первую очередь страдает человек.

5.

Удар электричеством очень опасен, вероятен смертельный исход. При протекании электрического тока через организм человека, сопротивление тканей резко уменьшается. В организме происходят процессы нагревания тканей, разрушения клеток, отмирания нервных окончаний.

Как обезопасить себя от поражения электрическим током

Чтобы обезопасить себя от воздействия электрического тока, используют средства защиты от поражения электрическим током: работают в резиновых перчатках, используют резиновый коврик, разрядные штанги, устройства заземления аппаратуры, рабочих мест. Автоматические выключатели с тепловой защитой и защитой по току, так же являются не плохим средством защиты от поражения током, способным сохранить жизнь человека. Когда я не уверен в отсутствии опасности поражения электрическим током, при выполнении не сложных операций в электрощитовых, блоках аппаратуры, я как правило работаю одной рукой, а другую руку ложу в карман. Тем самым исключается возможность поражения током по пути рука-рука, в случае случайного прикосновения к корпусу щита, или другим массивным заземлённым предметам.

Для тушения пожара, возникшего на электрооборудовании используют только порошковые или углекислотные огнетушители. Порошковые тушат лучше, но после засыпания аппаратуры пылью из огнетушителя, эту аппаратуру не всегда возможно восстановить.

Условия существования постоянного электрического тока

Электрический ток. Закон Ома

Если изолированный проводник поместить в электрическое поле то на свободные заряды q

в проводнике будет действовать сила В результате в проводнике возникает кратковременное перемещение свободных зарядов. Этот процесс закончится тогда, когда собственное электрическое поле зарядов, возникших на поверхности проводника, скомпенсирует полностью внешнее поле. Результирующее электростатическое поле внутри проводника будет равно нулю (см. § 1.5).

Однако, в проводниках при определенных условиях может возникнуть непрерывное упорядоченное движение свободных носителей электрического заряда. Такое движение называется электрическим током. За направление электрического тока принято направление движения положительных свободных зарядов. Для существования электрического тока в проводнике необходимо создать в нем электрическое поле.

Количественной мерой электрического тока служит сила тока I

–
скалярная физическая величина, равная отношению заряда Δq
, переносимого через поперечное сечение проводника (рис. 1.8.1) за интервал времени Δ
t
, к этому интервалу времени:

Если сила тока и его направление не изменяются со временем, то такой ток называетсяпостоянным.

В Международной системе единиц СИ сила тока измеряется в амперах (А). Единица измерения тока 1 А устанавливается по магнитному взаимодействию двух параллельных проводников с током (см. § 1.16).

Постоянный электрический ток может быть создан только в замкнутой цепи, в которой свободные носители заряда циркулируют по замкнутым траекториям. Электрическое поле в разных точках такой цепи неизменно во времени. Следовательно, электрическое поле в цепи постоянного тока имеет характер замороженного электростатического поля. Но при перемещении электрического заряда в электростатическом поле по замкнутой траектории, работа электрических сил равна нулю (см. § 1.4). Поэтому для существования постоянного тока необходимо наличие в электрической цепи устройства, способного создавать и поддерживать разности потенциалов на участках цепи за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Такие устройства называются источниками постоянного тока. Силы неэлектростатического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются сторонними силами.

Природа сторонних сил может быть различной. В гальванических элементах или аккумуляторах они возникают в результате электрохимических процессов, в генераторах постоянного тока сторонние силы возникают при движении проводников в магнитном поле. Источник тока в электрической цепи играет ту же роль, что и насос, который необходим для перекачивания жидкости в замкнутой гидравлической системе. Под действием сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника токапротив сил электростатического поля, благодаря чему в замкнутой цепи может поддерживаться постоянный электрический ток.

При перемещении электрических зарядов по цепи постоянного тока сторонние силы, действующие внутри источников тока, совершают работу.

Физическая величина, равная отношению работы A

ст сторонних сил при перемещении заряда
q
от отрицательного полюса источника тока к положительному к величине этого заряда, называется
электродвижущей силой источника
(ЭДС):

Таким образом, ЭДС определяется работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда. Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).

При перемещении единичного положительного заряда по замкнутой цепи постоянного тока работа сторонних сил равна сумме ЭДС, действующих в этой цепи, а работа электростатического поля равна нулю.

Цепь постоянного тока можно разбить на отдельные участки. Те участки, на которых не действуют сторонние силы (т. е. участки, не содержащие источников тока), называютсяоднородными. Участки, включающие источники тока, называются неоднородными.

При перемещении единичного положительного заряда по некоторому участку цепи работу совершают как электростатические (кулоновские), так и сторонние силы. Работа электростатических сил равна разности потенциалов Δφ12 = φ1 – φ2 между начальной (1) и конечной (2) точками неоднородного участка. Работа сторонних сил равна по определению электродвижущей силе 12, действующей на данном участке. Поэтому полная работа равна

Электрический ток: условия существования электрического тока

Электрический ток – это?

Электрический ток обычно рассматривается как поток электронов. Когда два конца батареи соединены друг с другом с помощью металлической проволоки, эта заряженная масса через провод попадает из одного конца (электрода или полюса) батареи на противоположный. Итак, назовем условия существования электрического тока:

1. Заряженные частицы.
2. Проводник.
3. Источник напряжения.

Однако не все так просто. Какие условия необходимы для существования электрического тока? На этот вопрос можно ответить более подробно, рассмотрев следующие характеристики:

Разность потенциалов (напряжение). Это одно из обязательных условий. Между 2 точками должна быть разница потенциалов, означающая, что отталкивающая сила, которая создается заряженными частицами в одном месте, должна быть больше, чем их сила в другой точке. Источники напряжения, как правило, не встречаются в природе, и электроны распределяются в окружающей среде достаточно равномерно. Все же ученым удалось изобрести определенные типы приборов, где эти заряженные частицы могут накапливаться, тем самым создавая то самое необходимое напряжение (например, в батарейках).

Электрическое сопротивление (проводник)

Это второе важное условие, которое необходимо для существования электротока. Это путь, по которому перемещаются заряженные частицы

В качестве проводников выступают только те материалы, которые дают возможность электронам свободно перемещаться. Те же, у которых этой способности нет, называются изоляторами. Например, проволока из металла будет отличным проводником, в то время как ее резиновая оболочка будет превосходным изолятором.

Тщательно изучив условия возникновения и существования электрического тока, люди смогли приручить эту мощную и опасную стихию и направить ее на благо человечества.

Электрический ток и условия его существования.

17в век О.Ремер астрономическим методом получил скорость света примерно 214,3 км/с

19 век. Физо скорость света примерно 313тыс.км/с

Природа света – квантовая.

примерно 500 лет до н/э Пифагор: свет — поток частиц.

17 век Исак Ньютон придерживался этой же теории. Карпускула(от лат.) – частица.

Карпускулярная теория Ньютона: 1) прямолинейное распространение свет 2) закон отражения 3) образование тени от предметов

19 в Генрих Герц открыл явление фотоэффекта.

20 век.Свет имеет двойственную

природу — обладает корпускулярно-волновым
дуализмом
: при распространении — как волна, а при излучении и поглощении — как поток частиц.

связь между длинной иволны лямда и частотой ню

лямда=с/ню с — скорость света в вакууме [м/с] лямда [м] ню [Гц]

Законы отражения

1.Падающий луч, отражающий луч и перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости.

2Угол отражения γ равен углу падения α: γ = α

Зеркальное отражение — если шероховатости меньше лямды и дифузное шероховатости сравнимы с лямда

Диффузное отражение света. Зеркальное отражение света.

Законы преломления света.

Закон преломления света: падающий и преломленный лучи, а также перпендикуляр к границе раздела двух сред, восстановленный в точке падения луча, лежат в одной плоскости. Отношение синуса угла падения α к синусу угла преломления γ есть величина, постоянная для двух данных сред:

Постоянную величину n называют относительным показателем преломления второй среды относительно первой. Показатель преломления среды относительно вакуума называют абсолютным показателем преломления.

Относительный показатель преломления двух сред равен отношению их абсолютных показателей преломления:

n = n2/n1.

Физический смысл показателя преломления – это отношение скорости распространения волн в первой среде υ1 к скорости их распространения во второй среде υ2:

Абсолютный показатель преломления равен отношению скорости света c

в вакууме к скорости света υ в среде:

Природа света из 26.

Интерференция волн– это явление наложения когерентных волн; свойственно волнам любой природы (механическим, электромагнитным и т.д.)

Когерентные волны — это волны, испускаемые источниками, имеющими одинаковую частоту и постоянную разность фаз.

При наложении когерентных волн в какой-либо точке пространства амплитуда колебаний (смещения ) этой точки будет зависеть от разности расстояний от источников до рассматриваемой точки. Эта разность расстояний называется разностью хода. При наложении когерентных волн возможны два предельных случая:

Условие максимума:

где

Разность хода волн равна целому числу длин волн ( иначе четному числу длин полуволн).

В этом случае волны в рассматриваемой точке приходят с одинаковыми фазами и усиливают друг друга – амплитуда колебаний этой точки максимальна и равна удвоенной амплитуде.

Условие минимума:

, где

Разность хода волн равна нечетному числу длин полуволн.

Волны приходят в рассматриваемую точку в противофазе и гасят друг друга. Амплитуда колебаний данной точки равна нулю.

В результате наложения когерентных волн (интерференции волн) образуется интерференционная картина.

При интерференции волн амплитуда колебаний каждой точки не меняется во времени и остается постоянной.

При наложении некогерентных волн нет интерференционной картины, т.к. амплитуда колебаний каждой точки меняется со временем.

Интерференция света

1802г. Английский физик Томас Юнг поставил опыт, в котором наблюдалась интерференция света.

Опыт Томаса Юнга

От одного источника через щель А формировались два пучка света ( через щели В и С), далее пучки света падали на экран Э. Так как воны от щелей В и С были когерентными, на экране можно было наблюдать интерференционную картину: чередование светлых и темных полос.

Светлые полосы – волны усиливали друг друга (соблюдалось условие максимума). Темные полосы – волны складывались в противофазе и гасили друг друга (условие минимума).

Если в опыте Юнга использовался источник монохроматического света (одной длины волны, то на экране наблюдались только светлые и темные полосы данного цвета.)

Если источник давал белый свет (т.е. сложный по своему составу), то на экране в области светлых полос наблюдались радужные полосы. Радужность объяснялась тем, что условия максимумов и минимумов зависят от длин волн.

Интерференция в тонких пленках

Явление интерференции можно наблюдать, например:

— радужные разводы на поверхности жидкости при разливе нефти, керосина, в мыльных пузырях;

Толщина пленки должна быть больше длины световой волны.

При проведении своего опыта Юнгу впервые удалось измерить длину световой волны.

В результате опыта Юнг доказал, что свет обладает волновыми свойствами.

Применение интерференции: — интерферометры – приборы для измерения длины световой волны — просветление оптики ( в оптических приборах при прохождении света через объектив потери света составляют до 50%) – все стеклянные детали покрывают тонкой пленкой с показателем преломления чуть меньше, чем у стекла; перераспределяются интерференционные максимумы и минимумы и потери света уменьшаются.

Природа света из 26.

ДИФРАКЦИЯ СВЕТА

Дифракция — это явление, присущее волновым процессам для любого рода волн.

Дифракция света– это отклонение световых лучей от прямолинейного распространения при прохождении сквозь узкие щели, малые отверстия или при огибании малых препятствий.

Явление дифракции света доказывает, что свет обладает волновыми свойствами.

Для наблюдения дифракции можно:

— пропустить свет от источника через очень малое отверстие или расположить экран на большом расстоянии от отверстия. Тогда на экране наблюдается сложная картина из светлых и темных концентрических колец. — или направить свет на тонкую проволоку, тогда на экране будут наблюдаться светлые и темные полосы, а в случае белого света – радужная полоса.

Дифракционная решетка

— это оптический прибор для измерения длины световой волны.

Дифракционная решетка представляет собой совокупность большого числа очень узких щелей, разделенных непрозрачными промежутками.

Если на решетку падает монохроматическая волна . то щели (вторичные источники) создают когерентные волны. За решеткой ставится собирающая линза, далее – экран. В результате интерференции света от различных щелей решетки на экране наблюдается система максимумов и минимумов.

Разность хода между волнами от краев соседних щелей равна длине отрезка АС. Если на этом отрезке укладыается целое число длин волн, то волны от всех щелей будут усиливать друг друга. При использовании белого света все максимумы (кроме центрального) имеют радужную окраску.

Итак, условие максимума:

где k – порядок (или номер) дифракционного спектра

Чем больше штрихов нанесено на решетке, тем дальше друг от друга находятся дифракционные спектры и тем меньше ширина каждой линии на экране, поэтому максимумы видны в виде раздельных линий, т.е. разрешающая сила решетки увеличивается.

Точность измерения длины волны тем больше, чем больше штрихов приходится на единицу длины решетки.

ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА

Поляризация волн

Свойство поперечных волн – поляризация.

Поляризованной волной называется такая поперечная волна, в которой колебания всех частиц происходят в одной плоскости. Поляризация света

Опыт с турмалином – доказательство поперечности световых волн.

Кристалл турмалина – это прозрачный, зеленого цвета минерал, обладающий осью симметрии.

В луче света от обычного источника присутствуют колебания векторов напряженности электрического поля Е и магнитной индукции В всевозможных направлений, перпендикулярных направлению распространения световой волны. Такая волна называется естественной волной.

При прохождении через кристалл турмалина свет поляризуется. У поляризованного света колебания вектора напряженности Е происходят только в одной плоскости, которая совпадает с осью симметрии кристалла.

Поляризация света после прохождения турмалина обнаруживается, если за первым кристаллом (поляризатором) поставить второй кристалл турмалина (анализатор). При одинаково направленных осях двух кристаллов световой луч пройдет через оба и лишь чуть ослабнет за счет частичного поглощения света кристаллами.

Схема действия поляризатора и стоящего за ним анализатора:

Если второй кристалл начать поворачивать, т.е. смещать положение оси симметрии второго кристалла относительно первого, то луч будет постепенно гаснуть и погаснет совершенно, когда положение осей симметрии обоих кристаллов станет взаимно перпендикулярным.

Применение поляризованного света:

— плавная регулировка освещенности с помощью двух поляроидов — для гашения бликов при фотографировании (блики гасят, поместив между источником света и отражающей поверхностью поляроид)

— для устранения слепящего действия фар встречных машин.

Поляроид, поляризационный светофильтр, один из основных типов оптических линейных поляризаторов; представляет собой тонкую поляризационную плёнку, заклеенную для защиты от механических повреждений и действия влаги между двумя прозрачными пластинками (плёнками).

ДИСПЕРСИЯ

Луч белого света, проходя через трехгранную призму не только отклоняется, но и разлагается на составляющие цветные лучи. Это явление установил Исаак Ньютон, проведя серию опытов.

Опыты Ньютона

Опыт по разложению белого света в спектр:

или

Ньютон направил луч солнечного света через маленькое отверстие на стеклянную призму. Попадая на призму, луч преломлялся и давал на противоположной стене удлиненное изображение с радужным чередованием цветов – спектр.

Опыт по синтезу (получению) белого света:

Сначала Ньютон направил солнечный луч на призму. Затем, собрав вышедшие из призмы цветные лучи с помощью собирающей линзы, Ньютон на белой стене получил вместо окрашенной полосы белое изображение отверстия.

Выводы Ньютона:

— призма не меняет свет, а только разлагает его на составляющие — световые лучи, отличающиеся по цвету, отличаются по степени преломляемости; наиболее сильно преломляются фиолетовые лучи, менее сильно – красные

— красный свет, который меньше преломляется, имеет наибольшую скорость, а фиолетовый — наименьшую, поэтому призма и разлагает свет. Зависимость показателя преломления света от его цвета называется дисперсией.

Запомни фразу, начальные буквы слов которой дают последовательность цветов спектра:

«Каждый Охотник Желает Знать, Где Сидит Фазан».

Спектр белого света:

Выводы:

— призма разлагает свет — белый свет является сложным (составным) — фиолетовые лучи преломляются сильнее красных.

Цвет луча света определяется его частотой колебаний.

При переходе из одной среды в другую изменяются скорость света и длина волны, а частота, определяющая цвет остается постоянной.

Границы диапазонов белого света и его составляющих принято характеризовать их длинами волн в вакууме. Белый свет – это совокупность волн длинами от 380 до 760 нм.

Где можно наблюдать явление дисперсии?

— при прохождении света через призму — преломление света в водяных каплях, например, на траве или в атмосфере при образовании радуги — вокруг фонарей в тумане.

Как объяснить цвет любого предмета?

— белая бумага отражает все падающие на нее лучи различных цветов — красный предмет отражает только лучи красного цвета, а лучи остальных цветов поглощает — Глаз воспринимает отраженные от предмета лучи определенной длины волны и таким образом воспринимает цвет предмета.

Спектральный анализ — совокупность методов качественного и количественного определения состава объекта, основанная на изучении спектров взаимодействия материи с излучением, включая спектры электромагнитного излучения, акустических волн, распределения по массам и энергиям элементарных частиц и др.

Электрический ток и условия его существования.

Электрический ток – это упорядоченное, направленное, движение свободных зарядов в проводнике.

Постоянный ток – это эл.ток, характеристики которого со временем не меняются.

Условия существования электрического тока Для возникновения и поддержания тока в какой-либо среде необходимо выполнение двух условий: -наличие в среде свободных электрических зарядов -создание в среде электрического поля. В разных средах носителями электрического тока являются разные заряженные частицы.

Сила тока I скалярная величина, характеризующая заряд Q, проходящий через поперечное сечение проводника за единицу времени. Q=q*N I=Q/t

Сила тока измеряется в амперах, а заряд в кулонах. I=[A], Q=[Кл]

Плотность тока – j векторная величина j Vq , показывает силу тока на единицу Sсеч.

j=I/Sсеч Площадь сечения Sсеч. измеряется в квадратных метрах

1Следующая ⇒

Рекомендуемые страницы:

Определение

Электрическим током является направленное движение носителей зарядов – это стандартная формулировка из учебника физики. В свою очередь носителями заряда называются определенные частицы вещества. Ими могут быть:

• Электроны – отрицательные носители заряда.
• Ионы – положительные носители заряда.

Но откуда берутся носители заряда? Для ответа на этот вопрос нужно вспомнить базовые знания о строении вещества. Всё что нас окружает – вещество, оно состоит из молекул, мельчайших его частиц. Молекулы состоят из атомов. Атом состоит из ядра, вокруг которого движутся электроны на заданных орбитах. Молекулы также хаотично движутся. Движение и структура каждой из этих частиц зависят от самого вещества и влияния на него окружающей среды, например температуры, напряжения и прочего.

Ионом называют атом, у которого изменилось соотношение электронов и протонов. Если изначально атом нейтрален, то ионы в свою очередь делят на:

• Анионы – положительный ион атома, потерявшего электроны.
• Катионы – это атом с «лишними» электронами, присоединившиеся к атому.

Единица измерения тока – Ампер, согласно закону Ома он вычисляется по формуле:

I=U/R,

где U – напряжение, , а R – сопротивление, .

Или прямопропорционален количеству заряда, перенесенному за единицу времени:

I=Q/t,

где Q – заряд, , t – время, .

Электрический заряд в движении

Электрический ток

Каковы условия существования электрического тока? Он может принимать форму внезапного разряда статического электричества, такого как молния или искра от трения с шерстяной тканью. Однако чаще, когда мы говорим об электрическом токе, мы имеем в виду более контролируемую форму электричества, благодаря которой горит свет и работают приборы. Большая часть электрического заряда переносится отрицательными электронами и положительными протонами внутри атома. Однако вторые в основном иммобилизованы внутри атомных ядер, поэтому работа по переносу заряда из одного места в другое проделывается электронами.

Электроны в проводящем материале, таком как металл, в значительной степени свободны для перехода от одного атома к другому вдоль их зон проводимости, которые являются высшими электронными орбитами. Достаточная электродвижущая сила или напряжение создает дисбаланс заряда, который может вызвать движение электронов через проводник в виде электрического тока.

Если провести аналогию с водой, то возьмем, к примеру, трубу. Когда мы открываем клапан на одном конце, чтобы вода попала в трубу, то нам не нужно ждать, пока эта вода проложит весь путь до ее конца. Мы получаем воду на другом конце почти мгновенно, потому что входящая вода толкает воду, которая уже находится в трубе. Это то, что происходит в случае электрического тока в проводе.

«Условия существования постоянного тока»(10 класс)

Урок № Дата:

Тема: Условия существования постоянного тока. Электродвижущая сила источника электрической энергии.

Цель урока:

организация деятельности учащихся по обобщению знаний о постоянном токе; об электродвижущей силе источника электрической энергии; и совершенствование способов деятельности по решению задач.

Задачи урока:

Образовательная:

повторить, обобщить и закрепить знания о постоянном токе; об электродвижущей силе источника электрической энергии; и совершенствование способов деятельности по решению задач.

Развивающая:

развитие внимания, логического мышления, сообразительности, интерес к физике.

Воспитательная:

воспитание трудолюбия; доброжелательного отношения друг другу; культуру общения.

Тип урока:

обобщение и систематизация знаний и способов деятельности.

Форма организации урока:

словесно-наглядная, решение задач.

Дидактическое обеспечение урока:

«Физика 10 класс»: Н.Койшыбаев, Б.Кронгарт, В.Кем, .«Дидактические материалы»: Г.З.Байжасарова, У.К.Токбергенова, А.А.Медетбекова, М.Ж.Жубанов, «Сборник задач»: С.Т.Туякбаев, Ш.Б.Тынтаева, Ж.О.Бакынов.

План:

1.
Орг момент:
приветствие, подготовка учащихся к уроку.

2.
Актуализация новых знаний: (
проверка домашнего задания
)
фронтальный опрос:

А) почему заряженный конденсатор обладает энергией? Как она называется? По какой формуле можно вычислить эту энергию?

Б) в чем состоит отличие конденсатора как источник электрической энергии от обычного источника тока?

В) что называется объемной плотностью энергии электрического поля? По какой формуле она рассчитывается?

Г) каковы единицы измерения объемной плотности энергии электрического поля?

3.
Обобщение и систематизация знаний и способов деятельности
Мы с вами достаточно подробно разобрали, как ведет себя заряженная частица в электрическом поле. Под действием сил электрического поля заряженная частица будет перемещаться в определенном направлении.

Рассмотрим поведение большого числа свободных заряженных частиц в однородном электрическом поле. Под действием сил этого поля они начнут перемещаться в одном направлении, сохраняя тепловое движение, которое носит хаотический характер и зависит от температуры. Такое направление, или еще говорят, упорядоченное движение электрически заряженных частиц, называется электрическим током.

Электрический ток, возникающий в проводящих средах в результате упорядоченного движения свободных зарядов под действием электрического поля, созданного в этих средах, называется током проводимости.

Примерами тока проводимости являются: ток в металлах и полупроводниках, связанный упорядоченным движением свободных электронов; ток в электролитах, представляющий собой упорядоченное перемещение ионов противоположных знаков.

Условия, необходимые для появления и существования электрического тока

1)

Наличие
в данной среде свободных носителей тока – заряженных частиц, которые могли бы в ней упорядоченно перемещаться.
Такими частицами в металлах являются электроны проводимости; в полупроводниках – электроны проводимости и дырки; в жидких проводниках (электролитах) – положительные и отрицательные ионы; в газах – положительные и отрицательные ионы и электроны.

2) Существование в данной среде внешнего электрического поля, энергия которого должна расходоваться на упорядоченное перемещение электрических зарядов. Для поддержания электрического тока энергия электрического поля должна непрерывно пополняться, т.е. необходим источник электрической энергии – устройство, в котором осуществляется преобразование какого – либо вида энергии в энергию электрического поля.

Для того чтобы выполнить эти два условия, собирают электрическую цепь. Основными компонентами электрической цепи являются: источник тока

– устройство, преобразующее любой вид энергии в электрическую;
соединительные провода; элементы, замыкающие и размыкающие цепь; потребительные тока
– устройства, преобразующие электрическую энергию в тепловую, механическую и т.д.

Ток, проходя по элементам цепи, оказывает тепловое, химическое и магнитное действие, причем магнитное действие оказывается им всегда.

Для того чтобы оценить действие тока, количественно вводят особую физическую величину – силу тока . Силой тока называется физическая величина, которая показывает, какой заряд проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени, т.е.

Электрический ток называется постоянным, если сила тока не изменяется ни по величине, ни по направлению. Для постоянного тока

где — электрический заряд, переносимый через поперечное сечение проводника за время .

Для полной характеристики электрического тока вводят еще одну физическую величину: плотность тока , которая показывает, какой ток проходит в единичном сечении проводника:

Направлением электрического тока считается направление упорядоченного движения положительных электрических зарядов.

Однако в действительности в металлических проводниках ток осуществляется упорядоченным движением электронов, которые движется в направлении, противоположном направлению тока.

В предыдущей главе мы с вами установили, что работу электрического поля по перемещению заряда можно вычислить по формуле , где — величина перемещенного заряда; — напряжение (разность потенциалов). Отсюда можно дать определение электрическому напряжению: электрическое напряжение – это физическая величина, определяемая работой электрического поля по перемещению единично электрического заряда, т.е.

В то же время работа сил электрического поля при перемещении заряда по замкнутому контуру равна нулю. Это означает, что если в замкнутой цепи на заряды действуют одни только электрические силы, то работу с помощью тока получить нельзя. Следовательно, в электрической цепи должен быть хотя бы один такой участок, в котором на подвижные носители зарядов, кроме сил электрического поля, действовали бы еще какие – либо другие силы, способные совершить работу по перемещению этих зарядов в сторону, противоположную действию электрических сил. Такие силы называют сторонними (рассмотрим рис. 9.1).

Величину, характеризующую зависимость электрической энергии, приобретенной зарядом в источнике от внутреннего устройства последнего. Называют электродвижущей силой источника (ЭДС) и обозначают . Электродвижущая сила источника характеризуется работой сторонних сил, выполненной при перемещении единичного положительного заряда:

Из вышесказанного следует, что сторонние силы должны иметь природу неэлектрического происхождения. В источниках тока в качестве сторонних сил могут выступать силы, возникающие за счет энергии химической реакции (аккумуляторы, гальванические элементы), или тепловой (термопары),

или световой
(солнечные батареи)
и т.д (рассмотрим рис. 9.2).

4.
Закрепление:
А) что называется электрическим током? какие условия необходимо выполнить, чтобы в цепи шел электрический ток?

Б) как направлен электрический ток? что называется электрической цепью? Каковы ее составные части?

В) какие действия оказывает электрический ток?

Г) какая физическая величина называется силой тока? Какую физическую величину называют плотностью тока?

Д) какие силы называются сторонними? Что представляет собой источник тока?

Е) объясните принцип действия источника тока? Какие виды источников тока вы знаете?

Ж) что вы понимаете под внутренним сопротивлением источника тока?

5.
Дом. зад.
§9.1 (1, 3, 5, 7) 9.2 (1, 3, 5, 7)

6.
Итог урока
(выставление оценок)

7.
Рефлексия:
«Сегодня на уроке я понял (а) . . . Сегодня на уроке я не понял (а) . . .»

5

Необходимые условия для существования электрического тока в металлах

Формула силы тока

Металлы являются наиболее распространенными веществами, которые используются в качестве проводников электричества. Особенностью этих материалов является кристаллическая решетка, присущая их твердому состоянию. Эта конструкция состоит из атомов, на внешней оболочке которых присутствует некоторое количество валентных электронов.

При формировании кристаллической решетки в ее узлах остаются атомы с положительными ионами, а часть электронов утрачивает связь и начинает совершать хаотичное движение внутри материала. Именно они и будут являться теми носителями заряда, которые позволят существовать электрическому току, если создать требуемые условия для его возникновения.

Таким образом, наблюдаются носители заряда, которые перемещаются хаотично и бессистемно, что само по себе не может гарантировать возникновение электрического тока. Вторым условием существования которого является наличие некой дополнительной силы, способной привести к упорядоченному перемещению электронов. К появлению такой силы приводит электрическое поле, возникающее при подключении проводника к источнику электричества. Пока такое поле существует, будет выполняться условие существования электрического тока.

При разрыве цепи электроны перестают двигаться упорядочено, хотя хаотичное движение их внутри металла будет продолжаться. Но при этом электрическое поле будет равно нулю и существование тока станет невозможным в принципе. Необходимо отметить, что по модулю суммарный заряд свободных электронов в данном случае равен общему заряду положительных ионов, но имеет противоположный знак. Этим и объясняется то, что металлический проводник при отсутствии поля остается в электрически нейтральном состоянии.

Если немного обобщить и расширить вышесказанное, то к необходимым условиям существования электрического тока в металлах, кроме свободных электронов и поля, можно добавить наличие источника электричества и требование неразрывности соединения в цепи.

Урок 4. Условия существования электрического тока

Главная » Электроника для начинающих » Урок 4. Условия существования электрического тока

И снова доброго времени суток вам, уважаемые. Без лишних прелюдий начнём наш сегодняшний разговор. Казалось бы, с причинами возникновения тока в проводнике мы давно разобрались. Поместили проводник в поле – побежали электроны, возник ток. Что еще надо. Но оказывается, чтобы этот ток существовал в проводнике постоянно, необходимо соблюдать некоторые условия. Для более ясного понимания физики процесса протекания электрического тока в проводнике рассмотрим пример. Предположим, что у нас имеется некоторый проводник, который мы поместим в электрическое поле как показано на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Проводник в электрическом поле

Условно обозначим величину напряженности на концах проводника как E1и E2, причем E1>E2. Как мы выяснили ранее, свободные электроны в проводнике начнут двигаться в сторону большей напряженности поля, то есть в точку А. Однако со временем потенциал, образованный скоплением электронов в точке А станет таким, что создаваемое им собственное электромагнитное поле E0 сравняется по модулю с внешним полем, причем направления полей будут противоположными, поскольку потенциал точки В – более положительный (недостаток электронов, вызванный воздействием внешнего поля).

Поскольку результирующее действие двух одинаковых противоположных сил равно нулю: |E|+|(E0)|=0, электроны прекращают упорядоченное движение, электрический ток прекращается. Для того, чтобы поток электронов был непрерывный необходимо: во-первых, приложить дополнительную силу не потенциального характера, которая бы компенсировала влияние собственного электрического поля проводника и, во-вторых, создать замкнутый контур, поскольку перемещение электронов может происходить только в проводниках (ранее мы указали, что диэлектрики хоть и имеют некоторую электропроводность, но не пропускают электрический ток) и для обеспечения постоянства компенсирующей силы необходимо постоянство полей: как внешнего так и собственного.

Начнём разбираться со второго пункта. Будем рассматривать проводник, помещенный в поле, как показано на рисунке 4.2. Предположим, что после того, как взаимодействие внешнего и собственного электромагнитных полей было скомпенсировано, мы приложили дополнительно к внешнему полю еще одно такое же поле. Суммарное действие внешнего поля составит 2•|E|. Ток в проводнике продолжит течь в том же направлении, однако ровно до того момента, пока 2•|E|>|E0|, после чего электрический ток вновь прекратиться. То есть внешнее воздействие должно увеличиваться непрерывно для обеспечения протекания тока в разомкнутом проводнике, что невозможно. Если замкнуть проводник так, чтобы одна его часть лежала вне поля, тогда за счет работы дополнительной силы помимо внешнего поля (эта сила в таком случае должна быть не потенциальной, поскольку работа потенциальной силы в замкнутом контуре равна нулю и не зависит от формы траектории), то в проводнике возникнет электрический ток, обусловленный влиянием только внешнего поля, поскольку собственно поле проводника будет полностью скомпенсировано. Именно поэтому любая электрическая цепь всегда должна быть замкнутой.

Можно попробовать объяснить необходимость введения дополнительной силы из такого соображения: если бы мы могли заряды с конца В проводника частично перебрасывать на конец А проводника, электрический ток бы так же не прекращался. Однако, на такое «десантирование» так же требуется энергия. Значит, введение дополнительной силы всё равно необходимо. Не потенциальные силы так же называют сторонними силами. А их источники – источниками или генераторами тока.

Рисунок 4.2 – Возникновение собственного электромагнитного поля в проводнике

Так где же взять дополнительную силу, которая, притом, не должна быть создана полем, ведь без нее тока мы не получим? Оказывается, во время протекания химической восстановительно-окислительной реакции, например, взаимодействие диодксида свинца и разбавленной серной кислоты, происходит высвобождение свободных электронов: Для того, чтобы «притянуть» все электроны, высвобожденные в процессе реакции к одной точки пространства, в раствор серной кислоты помещается несколько свинцовых решёток, называемых электродами. Одна часть электродов изготавливается из свинца и называется катод, другая – анод – изготавливается из диоксида свинца. Катод является источником свободных электродов для внешней цепи, а анод – приемником.

Приведённый пример соответствует известному всем автомобилистам (да и не только) устройству – свинцово-кислотному аккумулятору. Конечно, приведенный пример мало совпадает с тем, что происходит внутри аккумулятора в действительности, однако, суть возникновения тока отражает хорошо. Таким образом, между положительным анодом (мало электронов) и отрицательным катодом (много электронов) возникает электрическое поле, которое формирует сторонние силы и создаёт ток в проводнике. Эта сила зависит только от протекания химической реакции, то она практически постоянная до того момента, пока существуют элементы этой реакции – кислота и оксид свинца. Следовательно, если мы уберём электрическое поле и подключим проводник к аноду и катоду, электрический ток всё равно будет протекать из-за того, что аккумулятор создаёт стороннюю силу. Проводник будет иметь вокруг себя собственное электрическое поле, которое нужно преодолеть аккумулятору, чтобы перенести электрон от катода к аноду. В этом и есть суть сторонней силы.

Теперь рассмотрим ситуация с аккумулятором и подключенным к нему проводником.Электрическое поле совершает положительную работу по перемещению положительного заряда (мы говорим именно о положительных зарядах, так как направлению их движения соответствует направление тока) в направлении уменьшения потенциала поля. Источник тока проводит разделение электрических зарядов – на одном полюсе накапливаются положительные заряды, на другом отрицательные. Напряженность электрического поля в источнике направлена от положительного полюса к отрицательному, поэтому работа электрического поля по перемещению положительного заряда будет положительной при его движения от «плюса» к «минусу». Работа сторонних сил, наоборот, положительна в том случае, если положительные заряды перемещаются от отрицательного полюса к положительному, то есть от «минуса» к «плюсу».В этом принципиальное отличие понятий разности потенциалов и ЭДС, о котором всегда необходимо помнить.

На рисунке 4.3 показано направление протекания тока Iв проводнике, подключенному к аккумулятору – от положительного анода к отрицательному катоду, однако внутри аккумулятора сторонние силы химической реакции производят «десантирование» электронов, пришедших из внешней цепи с анода на катод и положительных ионов с катода на анод, то есть действуют против направления движения тока и направления поля.

Рисунок 4.3 – Демонстрация сторонних сил при возникновении электрического тока

Из сделанных выше соображений можно сделать следующий вывод: силы, действующие на заряд внутри источника тока отличны от сил, действующий внутри проводника. Соответственно, необходимо эти силы отличать друг от друга. Для характеристики сторонних сил была введена величина электродвижущей силы (ЭДС) – работы, совершаемой сторонними силами по перемещению единичного положительного заряда.Обозначается латинской буквой &#949 («эпсилон») и измеряется так же, как и разность потенциалов – в вольтах. Поскольку разность потенциалов и ЭДС являются силами различного типа, можно говорить о том, что ЭДС вне выводов источника равно нулю. Хотя в обычной жизни этими тонкостями пренебрегают и говорят: «Напряжение на батарее 1.5В», хотя строго говоря напряжение на участке цепи – суммарная работа электростатических и сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда. В будущем мы еще будем сталкиваться с этими понятиями и они пригодятся нам при расчете сложных электрических цепей.

На этом, пожалуй всё, потому что урок получился чересчур нагруженным… Но понятия напряжение и ЭДС нужно уметь отличать.

• Для существования электрического тока необходимо два условия: 1)замкнутая электрическая цепь; 2)наличие источника сторонних непотенциальных сил.
• Электродвижущая сила (ЭДС) – работа, совершаемая сторонними силами по перемещению единичного положительного заряда.
• Источники сторонних сил в электрической цепи называются так же источниками тока.
• Положительный вывод аккумулятора называется анод, отрицательный – катод.

Задачек на этот раз не будет, лучше лишний повторить этот урок, чтобы понимать всю физику протекания тока в проводнике. Как всегда любые возникшие вопросы, предложения и пожелания можете оставлять в комментариях ниже! До новых встреч!

← Урок 3: Закон Ома | Содержание | Урок 5: Источники питания →

Электрическая энергия

Большая часть электроэнергии, которую мы используем, поступает в виде переменного тока из электрической сети. Он создается генераторами, работающими по закону индукции Фарадея, благодаря которому изменяющееся магнитное поле может индуцировать электрический ток в проводнике.

Генераторы имеют вращающиеся катушки провода, которые проходят через магнитные поля по мере их вращения. Когда катушки вращаются, они открываются и закрываются относительно магнитного поля и создают электрический ток, меняющий направление на каждом повороте. Ток проходит через полный цикл вперед и назад 60 раз в секунду.

Генераторы могут питаться от паровых турбин, нагретых углем, природным газом, нефтью или ядерным реактором. Из генератора ток проходит через ряд трансформаторов, где растет его напряжение. Диаметр проводов определяет величину и силу тока, которую они могут переносить без перегрева и потери энергии, а напряжение ограничено только тем, насколько хорошо линии изолированы от земли.

Электрический ток.

Электрический ток – это направленное движение заряженных частиц. Носителями заряда, при этом, могут быть электроны, ионы, протоны и дырки. Для возникновения и существования электрического тока необходимо наличие свободных заряженных частиц и наличие электрического поля. В зависимости от наличия или отсутствия заряженных частиц в веществах, они могут быть проводниками, полупроводниками и диэлектриками. Условно направлением движения тока считается направление от положительно заряженного полюса к отрицательному. На практике направление движения зараженных частиц зависит от знака их заряда: отрицательно заряженные электроны движутся от минуса к плюсу, положительно заряженные ионы – от плюса к минусу.

Количественной характеристикой электрического тока является сила тока. Сила тока обозначается буквой I и измеряется в Амперах (А). Сила тока в 1 А возникает при прохождении через поперечное сечение проводника заряда в 1 К за 1 сек.

Вернемся к примеру, с водой в емкости. Возьмем два резервуара с одинаковым уровнем воды, но разными диаметрами труб на выходе.

Сравним характер вытекания воды из обоих резервуаров: уровень воды в левом баке уменьшается быстрее, чем в правом. Т. е. интенсивность истечения воды зависит от диаметра трубы. Попробуем уравнять два потока: добавим в правый бак воду, таким образом увеличив высоту столба жидкости. Это повысит давление в правом баке и, соответственно, увеличит интенсивность истечения воды. Аналогично и в электрических цепях: с увеличением напряжения тока, увеличивается и его сила. Аналогом диаметра трубы в цепи является электрическое сопротивление проводника.

Приведенные примеры с водой наглядно демонстрируют связь между электрическим током, напряжением тока и сопротивлением.

Электрический ток. Условия существования постоянного тока. ЭДС

Электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц. Электрический ток возникает при упорядоченном перемещении свободных электронов или ионов.

Конвекционный ток- ток движения заряженного тела. Ток проводимости — ток движения свободных носителей в проводнике под действием электрического поля. Полный заряд, переносимый через любое сечение проводника равен нулю, так как заряды разных знаков перемещаются с одинаковой средней скоростью. Электрический ток имеет определенное направление. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц.

Условия существования постоянного тока:

1) Наличие свободных носителей заряда

2) цепь постоянного тока проводимости должна быть замкнутой;

3) Наличие сторонних сил

Сторонними силами называются любые силы, действующие на заряды не электростатической природы.

Заряд, перенесенный в единицу времени, служит основной количественной характеристикой тока, называемой силой тока. Если через поперечное сечение проводника за время Δt переносится заряд Δq , то сила тока равна: I= . Сила тока равна отношению заряда Δq, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени Δt, к этому интервалу времени. Если сила тока со временем не меняется, то ток называют постоянным. I=q0nVS

Сила тока зависит от:

1. заряда, переносимого каждой частицей (q0);

2. концентрации частиц (n);

3. скорости направленного движения частиц (v);

4. площади поперечного сечения проводника (S).

Электродвижущей силой источника тока называют отношение работы сторонних сил к величине положительного заряда, переносимого от отрицательного полюса источника тока к положительному. . Таким образом, ЭДС определяется работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда. Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах (В). При перемещении единичного положительного заряда по замкнутой цепи постоянного тока работа сторонних сил равна сумме ЭДС, действующих в этой цепи, а работа электростатического поля равна нулю.

Электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц. Электрический ток возникает при упорядоченном перемещении свободных электронов или ионов.

Конвекционный ток- ток движения заряженного тела. Ток проводимости — ток движения свободных носителей в проводнике под действием электрического поля. Полный заряд, переносимый через любое сечение проводника равен нулю, так как заряды разных знаков перемещаются с одинаковой средней скоростью. Электрический ток имеет определенное направление. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц.

Условия существования постоянного тока:

1) Наличие свободных носителей заряда

2) цепь постоянного тока проводимости должна быть замкнутой;

3) Наличие сторонних сил

Сторонними силами называются любые силы, действующие на заряды не электростатической природы.

Заряд, перенесенный в единицу времени, служит основной количественной характеристикой тока, называемой силой тока. Если через поперечное сечение проводника за время Δt переносится заряд Δq , то сила тока равна: I= . Сила тока равна отношению заряда Δq, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени Δt, к этому интервалу времени. Если сила тока со временем не меняется, то ток называют постоянным. I=q0nVS

Сила тока зависит от:

1. заряда, переносимого каждой частицей (q0);

2. концентрации частиц (n);

3. скорости направленного движения частиц (v);

4. площади поперечного сечения проводника (S).

Электродвижущей силой источника тока называют отношение работы сторонних сил к величине положительного заряда, переносимого от отрицательного полюса источника тока к положительному. . Таким образом, ЭДС определяется работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда. Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах (В). При перемещении единичного положительного заряда по замкнутой цепи постоянного тока работа сторонних сил равна сумме ЭДС, действующих в этой цепи, а работа электростатического поля равна нулю.

Условия существования электрического тока в жидкостях

В данных веществах ситуация будет несколько отличаться от вышеперечисленных условий. Необходимо оговориться, что речь пойдет о жидкостях проводниках т.н. второго рода. Это такие вещества, которые обладают ионным типом проводимости. К ним не относятся расплавы металлов, для которых характерен электронный вариант.

Жидкими проводниками второго типа считаются растворы солей, оснований и кислот. Отметим, что в данном перечне отсутствует вода. Дело в том, что в чистом виде молекулы в воде имеют полярность, что присуще диэлектрикам. Таким образом для создания условий существования электрического тока в жидкости необходимо привнести извне вещество, которое и предоставит свободные носители для перемещения заряда.

Рассмотрим простой практический пример. Если замкнуть электрическую цепь с встроенной лампочкой через емкость с дистиллированной водой нечего не произойдет. Лампа не загорится. Но достаточно добавить в жидкость шепотку поваренной соли (NaCl) и можно будет наблюдать работу источника освещения в обычном режиме. Объясняется это следующим – при внесении соли вода вступают во взаимодействие с молекулой NaCl и разъединяет ее на пары разноименно заряженных ионов.

Таким образом, создается одно из основных условий существования электрического тока в жидкостях, т.е. обеспечивается наличие свободных носителей заряда. Ион ионы хлора обладают отрицательным зарядом, а ионам натрия свойственен положительный заряд. Именно эти ионы и будут двигаться между электродами под действием электрического поля.

Давайте подведем итог. Для возникновения и существования электрического тока в металлах и жидкостях, обязательным условием является наличие свободных носителей заряда. Электроны или ионы – это не меняет сути. Второй момент – необходимо электрическое поле, с помощью которого возникает сила обеспечивающая перемещение носителей заряда между катодом и анодом.

§ 1. Условия существования электрического тока. Электрический ток в проводниках

Действия электрического тока.

Движение заряженных частиц в проводнике мы не наблюдаем. Однако о существовании электрического тока можно судить по различным явлениям, которые он вызывает. Такие явления называют действиями электрического тока.

1. Проводник, по которому протекает электрический ток, нагревается. Это тепловое действие тока. Именно благодаря тепловому действию тока нагреваются спирали в электроплитке, утюге, раскаляется добела вольфрамовая нить в электрической лампочке.

2. Электрический ток может изменять химический состав проводника. В этом проявляется химическое действие тока. Например, при прохождении тока через раствор медного купороса из раствора выделяется медь, а при прохождении тока через подкислённую воду она разлагается на водород и кислород. Химическое действие имеет место лишь при прохождении тока через растворы или расплавы электролитов.

3. Электрический ток оказывает магнитное действие. Расположенная вдоль проводника с током магнитная стрелка поворачивается перпендикулярно проводнику (рис. 1.1).

Рис. 1.1

Это явление было обнаружено Эрстедом в 1820 г. Если изолированную проволоку намотать на железный гвоздь, то он становится магнитом и притягивает железные опилки (рис. 1.2).

Рис. 1.2

Магнитное действие тока, в отличие от теплового и химического действий, является основным, так как оно сопровождает ток всегда.

Что такое электрический ток?

Дадим строгое определение тому, что называют электрическим током.

Упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц называют электрическим током.

Электрический ток существует лишь тогда, когда происходит перенос электрических зарядов с одного места в другое. Если заряженные частицы совершают беспорядочное тепловое движение, как, например, свободные электроны в куске металла, то переноса заряда не происходит (рис. 1.3, а).

Рис. 1.3

Электрический заряд перемещается через поперечное сечение проводника в определённую сторону, если наряду с беспорядочным движением электроны участвуют в упорядоченном движении заряженных частиц (рис. 1.3, б). В этом случае в проводнике устанавливается электрический ток.

Электрический ток возникает при упорядоченном движении свободных электронов в металле, положительных и отрицательных ионов в водных растворах и расплавах электролитов (солей, кислот, щелочей), ионов и электронов в газах, при падении заряженных капель дождя, при движении заряженного эбонитового стержня и т. д.

Электрический ток имеет определённое направление. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц. Поэтому если ток образован движением отрицательно заряженных частиц, то направление тока считают противоположным направлению движения частиц.

Сила тока.

Электрический ток в проводнике характеризуется физической величиной — силой тока.

Силой тока называют скалярную физическую величину, равную отношению заряда Δq, переносимого через поперечное сечение проводника за промежуток времени Δt, к величине этого промежутка.

Формула (1) выражает среднее за промежуток времени Δt значение силы тока. Если за любые равные промежутки времени через любое поперечное сечение проводника проходят одинаковые заряды, т. е. если сила тока и его направление не изменяются с течением времени, то электрический ток называют постоянным. Сила постоянного тока численно равна заряду, проходящему через поперечное сечение проводника за 1 с:

Силу тока удобно иногда считать положительной или отрицательной величиной в зависимости от выбора положительного направления вдоль проводника. Если направление тока совпадает с условно выбранным положительным направлением, то I > 0, в противном случае I < 0. Часто под силой тока понимают её абсолютное значение, дополнительно указывая направление тока.

В СИ единица силы тока ампер (А) является основной. Её устанавливают на основе магнитного взаимодействия двух проводников с токами. Согласно формуле (1) можно записать: 1A = 1 Кл/1 с.

Условия возникновения и существования электрического тока.

Рассмотрим условия, которые необходимы для возникновения и существования электрического тока.

1. Наличие свободных заряженных частиц (носителей заряда). Такими носителями заряда в металлах и полупроводниках являются электроны, в растворах электролитов — положительные и отрицательные ионы, в газах — электроны и ионы.

2. Наличие силы, действующей на заряженные частицы (носители заряда) в определённом направлении. На заряженные частицы, как мы знаем, действует электрическое поле с силой = q. Обычно именно электрическое поле внутри проводника является причиной, вызывающей и поддерживающей упорядоченное движение заряженных частиц.

Только в статическом случае, когда заряды покоятся, электрическое поле внутри проводника отсутствует.

Если внутри проводника имеется электрическое поле, то между концами проводника существует разность потенциалов (напряжение). Если она не изменяется с течением времени, то в проводнике устанавливается постоянный ток.

Для того чтобы ток существовал непрерывно в проводнике AB (рис. 1.4), необходимо поддерживать на его концах разные потенциалы.

Рис. 1.4

Это можно осуществить разными способами. Например, можно было бы непрерывно заряжать тело А и разряжать тело В. Можно заряжать тело А от электрофорной машины, а тело В заземлить (рис. 1.4, а). Но можно поддерживать непрерывный ток в проводнике, перенося обратно заряды с тела В на тело А по другому проводнику, образуя для этого замкнутую цепь (рис. 1.4, б).

Однако под действием сил этого же электрического поля такой перенос зарядов невозможен, так как потенциал тела В меньше потенциала тела А. Перенос зарядов с тела В на тело А может быть совершён только с помощью сил неэлектрического происхождения — сторонних сил.

Любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением электростатических (кулоновских) сил, называют сторонними силами.

Наличие таких сил обеспечивает источник тока, включаемый в электрическую цепь. Силы, действующие в источнике тока, переносят заряд от тела с меньшим потенциалом к телу с большим потенциалом, т. е. источник тока обладает энергией. Источниками тока являются электрические машины, гальванические элементы, аккумуляторы, генераторы и др. Ряд соединённых между собой проводников вместе с источником тока составляют замкнутую электрическую цепь.

На рисунке 1.4, в приведена схема электрической цепи, в которой находится источник тока. Клеммы А и В источника имеют избыточные заряды — положительный и отрицательный. На внешнем участке цепи положительные заряды движутся под действием сил электрического поля от точек с большим потенциалом к точкам с меньшим потенциалом. На внутреннем участке цепи BA перенос зарядов от В к А осуществляется сторонними силами, действующими в источнике тока.

Каким образом возникает электрическое поле внутри проводника при наличии источника тока? Когда проводник присоединяют к клеммам источника, свободные заряды проводника, находящиеся вблизи клемм, смещаются и действуют своим электрическим полем на соседние заряды. Со скоростью, близкой к скорости света, это взаимодействие передаётся по всей цепи, в результате чего вдоль поверхности проводника появляются заряды, создающие внутри него электрическое поле, обеспечивающее существование постоянного тока. Это поле потенциально, как и электростатическое поле.

Скорость упорядоченного движения электронов в металлическом проводнике.

Рассмотрим, как связана сила тока в однородном проводнике с величинами, характеризующими движение заряженных частиц. Выделим в среде, в которой существует электрический ток, очень малый объём в форме прямого цилиндра с площадью поперечного сечения S (рис. 1.5).

Рис. 1.5

Цилиндр ориентирован так, что его основания перпендикулярны скорости упорядоченного движения частиц . Под скоростью упорядоченного движения частиц 1 в малом объёме ΔV (но содержащем много частиц) мы понимаем отношение геометрической суммы скоростей частиц к числу их в этом объёме:

1 Эту скорость также называют скоростью дрейфа частиц.

Средняя скорость хаотически движущихся частиц равна нулю.

Пусть высота цилиндра равна пути υΔt, проходимому частицами за время Δt. Здесь υ — модуль скорости упорядоченного движения частиц. Тогда все заряженные частицы, находящиеся внутри цилиндра, за время Δt пересекут сечение цилиндра с площадью В. Если концентрация заряженных частиц в среде n, то за время Δt через сечение с площадью S будет перенесён заряд где q0 — заряд отдельной частицы.

Используя формулу (1), найдём силу тока в проводнике:

Таким образом, сила тока в проводнике прямо пропорциональна модулю заряда, переносимого каждой частицей, концентрации частиц, модулю скорости их упорядоченного движения и площади поперечного сечения проводника.

Из формулы (2) следует, что скорость упорядоченного движения частиц в проводнике равна

Для металлического проводника заряд q0, переносимый каждой частицей, — это заряд электрона: q0 = е. Следовательно,

Скорость упорядоченного движения электронов в проводнике достаточно мала. Расчёты показывают, что в медном проводнике, площадь поперечного сечения которого равна 1 мм2, при силе тока 10A эта скорость составляет примерно 7 ∙ 10 -4 м/с. Она в сотни миллионов раз меньше средней скорости их теплового движения.

Вопросы:

1. Приведите примеры действий электрического тока.

2. Что представляет собой электрический ток?

3. Что называют силой тока?

4. Какие условия необходимы для возникновения и существования электрического тока?

5. От каких физических величин зависит скорость упорядоченного движения электронов в металлическом проводнике?

Вопросы для обсуждения:

1. Электроны в металлах движутся под действием электрического поля, напряжённость которого равна . При этом оно действует на электроны с силой = q. Почему же электроны не движутся равноускоренно?

2. В проводнике переменного сечения (S1 > S2) протекает электрический ток. Сила тока равна I. Одинакова ли напряжённость электрического поля на участках проводника 1 — 2 и 2 — 3 (рис. 1.6)?

Рис. 1.6

Одинакова ли сила тока на этих участках?

3. Почему, наступая на трамвайный рельс, по которому течёт ток, мы не подвергаем себя опасности поражения током?

Пример решения задачи

Сила тока в однородном металлическом проводнике изменяется по закону I = kt, где коэффициент пропорциональности k = 10 А/с. Определите модуль заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника, в интервале времени от 2 до 5 с.

Площадь фигуры под графиком (в данном случае трапеции) численно равна модулю заряда, прошедшего через поперечное сечение проводника.

Подставляя числовые данные, получим

Ответ: q = 105 Кл.

Прямой и переменный ток

Сегодня широко используются два разных типа тока — постоянный и переменный. В первом электроны движутся в одном направлении, с «отрицательной» стороны на «положительную». Переменный ток толкает электроны назад и вперед, изменяя направление потока несколько раз в секунду.

Генераторы, используемые на электростанциях для производства электроэнергии, предназначены для производства переменного тока

Вы, наверное, никогда не обращали внимание на то, что свет в вашем доме на самом деле мерцает, поскольку текущее направление меняется, но это происходит слишком быстро, чтобы глаза смогли это распознать

Каковы условия существования постоянного электрического тока? Зачем нам нужны оба типа и какой из них лучше? Это хорошие вопросы. Тот факт, что мы все еще используем оба типа тока, говорит о том, что они оба служат определенным целям. Еще в XIX веке было понятно, что эффективная передача мощности на большие расстояния между электростанцией и домом была возможна лишь при очень высоком напряжении. Но проблема заключалась в том, что отправка действительно высокого напряжения была чрезвычайно опасной для людей.

Решение этой проблемы состояло в том, чтобы уменьшить напряжение вне дома, прежде чем отправлять его внутрь. И по сей день постоянный электрический ток используется для передачи на большие расстояния, в основном из-за его способности легко преобразовываться в другие напряжения.

Прямой и переменный ток

Сегодня широко используются два разных типа тока — постоянный и переменный. В первом электроны движутся в одном направлении, с «отрицательной» стороны на «положительную». Переменный ток толкает электроны назад и вперед, изменяя направление потока несколько раз в секунду.

Генераторы, используемые на электростанциях для производства электроэнергии, предназначены для производства переменного тока

Вы, наверное, никогда не обращали внимание на то, что свет в вашем доме на самом деле мерцает, поскольку текущее направление меняется, но это происходит слишком быстро, чтобы глаза смогли это распознать

Каковы условия существования постоянного электрического тока? Зачем нам нужны оба типа и какой из них лучше? Это хорошие вопросы. Тот факт, что мы все еще используем оба типа тока, говорит о том, что они оба служат определенным целям. Еще в XIX веке было понятно, что эффективная передача мощности на большие расстояния между электростанцией и домом была возможна лишь при очень высоком напряжении. Но проблема заключалась в том, что отправка действительно высокого напряжения была чрезвычайно опасной для людей.

Решение этой проблемы состояло в том, чтобы уменьшить напряжение вне дома, прежде чем отправлять его внутрь. И по сей день постоянный электрический ток используется для передачи на большие расстояния, в основном из-за его способности легко преобразовываться в другие напряжения.

Транскрипт

1 I вариант Тест по теме «Постоянный электрический ток». 1. Для возникновения тока в проводнике необходимо, чтобы… А — на его свободные заряды в определенном направлении действовала сила. Б — на его свободные заряды действовали силы. В — на его свободные заряды действовала постоянная сила. 2. На заряды в каждой точке проводника действует сила, если в нем… А — имеются электрические диполи. Б — имеется электрическое поле. 3. Собрана цепь из источника тока, амперметра и лампы. Изменится ли показание амперметра, если в цепь включить последовательно еще такую же лампу? А — Не изменится, так как при последовательном соединении сила тока на всех участках цепи одинакова. Б — Увеличится, так как сопротивление цепи уменьшилось. В — Уменьшится, так как сопротивление цепи уменьшилось. Г — Уменьшится, так как сопротивление цепи возросло. 4. В цепи из источника тока, амперметра и лампы параллельно лампе подключают еще одну, обладающую таким же сопротивлением. Изменится ли при этом показание амперметра? А — Увеличится в два раза. Б — Показание не изменится. В — Уменьшится в два раза. 5. Чему равно общее сопротивление электрической цепи, если сопротивление каждого резистора равно 4 Ом? А — 10 Ом, Б — 16 Ом,

2 В — 12 Ом, Г Ом 6. Какой буквой обозначается сила тока и в каких единицах измеряется? А — I; вольт (В). Б — U; ампер (А). В — I; ампер (А). 7. Каким прибором можно измерить силу тока участка электрической цепи и как этот прибор включается в электрическую цепь? А — Амперметр, последовательно. Б — Амперметр, параллельно. В — Вольтметр, последовательно. 8. Под действием каких сил движутся электрические заряды внутри источника тока? А — Под действием электрических сил. Б — Под действием неэлектрических сил. 9. Выразите значение силы тока 2 ка в микроамперах А 0, ка Б мка В мка 10. Проводниковые материалы используются для изготовления А — корпусов бытовых приборов Б — проводов В — якорей электрических машин Г — контактных зажимов

3 II вариант Тест по теме «Постоянный электрический ток». 1. Какой буквой обозначается разность потенциалов (напряжение) и в каких единицах измеряется? А — U; вольт (В). Б — I; вольт (В). В — R; ом (Ом). 2. Каким прибором можно измерить разность потенциалов в электрической цепи и как этот прибор включается в электрическую цепь? А — Амперметр, последовательно. Б — Вольтметр, параллельно. В — Вольтметр, последовательно. 3. При увеличении температуры металлического проводника его сопротивление электрическому току… А — увеличивается. Б — уменьшается. В — не изменяется. 4. Под действием каких сил движутся электрические заряды во внешней электрической цепи? А — Под действием сторонних сил. Б — Под действием магнитных сил. В — Под действием сил электрического поля.

4 5. Как практически определить ЭДС источника тока? А — При помощи вольтметра, присоединенного к полюсам источника тока при разомкнутой внешней цепи. Б — При помощи вольтметра, присоединенного параллельно резистору во внешней цепи. В — При помощи вольтметра и амперметра, присоединенными к резистору во внешней цепи. 6. Выберите определение постоянного тока: А — это ток, который не изменяет величину с течением времени Б — это ток, который всегда протекает в электрической цепи В — это ток, который не изменяет величину и направление с течением времени 7. Выберите определение параллельного соединения резисторов: А — это такое соединение, при котором ко всем резисторам приложено одинаковое напряжение Б — это такое соединение, при котором ко всем резисторам приложено одно и то же напряжение В — это такое соединение, при котором резисторы включены друг над другом 8.Чему равна сила тока, протекающая через резистор R1, если его сопротивление равно R1 = 100 Ом, сопротивление резистора R2 = 500 Ом, если сила тока, протекающего через резистор R2, составляет I2 = 0,1 А. А 0,5 А Б- 0,1 А В 0,02 А 9. В сеть с напряжением U = 24 В подключили два последовательно соединенных резистора. При этом сила тока стала равной I 1 = 0,6 А.

5 Когда резисторы подключили параллельно, суммарная сила тока стала равной I 2 = 3,2 А. Определите сопротивление резисторов. 10.Если напряжение в сети равно 220 в, сопротивление лампы — 20 ом, тогда сила тока в цепи равна… А А Б — 11 А В А

Конспект по теме «Условия для возникновения электрического тока»

№ 40. Условия, необходимые для возникновения и поддержания электрического тока. Сила тока и плотность тока.

Мы знаем о носителях заряда, поэтому определим электрический ток как движение заряженных частиц.

Вы помните из молекулярно-кинетической теории, что частицы, из которых состоит вещество, в том числе электроны, постоянно пребывают в тепловом хаотическом движении , но это не является электрическим током, как и тепловое движение молекул воды не создает течения. Все направления такого движения равновероятны, и суммарное перемещение при этом равно нулю (рис 107 а). Течение наблюдается, когда движение направлено. Хаотическое движение при этом не прекращается, но оно складывается с направленным, и суммарное перемещение уже не равно нулю, система частиц в целом движется. Электрический заряд перемещается через поперечное сечение проводника лишь в том случае, если наряду с беспорядочным движением электроны учувствуют в упорядоченном движении (рис 106, б). В этом случае говорят, что в проводнике устанавливается электрический ток.

Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц.

Увидеть, например, электроны в проводнике невозможно.

Как же можно обнаружить электрический ток? Ток обнаруживается по действию, которое он производит:

а) тепловое (проводник, по которому течет ток нагревается).

б) магнитное (ток оказывает силовое воздействие на соседние токи и намагниченные тела);

в) химическое (электрический ток может менять химический состав проводника);

г) физиологическое (ток, при прохождении через живой организм, вызывает сокращение мышц).

Стр 133

Стр 134 сила тока

I =

Δt =

I = = = qnvS

Для возникновения и существования постоянного электрического тока в веществе необходимо, во-первых, наличие свободных заряженных частиц.

Если положительные и отрицательные заряды связаны друг с другом в атомах или молекулах, то их перемещение не приведет к появлению электрического тока. Но наличия свободных зарядов еще недостаточно для возникновения тока.
Для создания и поддержания упорядоченного движения, заряженных частиц необходима, сила, действующая на них в определенном направлении.
Если эта сила перестанет действовать, то упорядоченное движение заряженных частиц прекратится из-за электрического сопротивления, оказываемого их движению ионами кристаллической решетки металлов или нейтральными молекулами электролитов. На заряженные частицы, как мы знаем, действует электрическое поле с силой

Обычно именно электрическое поле внутри проводника служит причиной, вызывающей и поддерживающей упорядоченное движение заряженных частиц.

Только в статическом случае, когда заряды покоятся, электрическое поле внутри проводника равно нулю.
Если внутри проводника имеется электрическое поле, то между концами проводника, в соответствии с формулой (E=), существует разность потенциалов.
Когда разность потенциалов не меняется во времени, в проводнике устанавливается постоянный электрический ток. Вдоль проводника потенциал уменьшается от максимального значения на одном конце проводника до минимального на другом, так как положительный заряд под действием сил поля перемещается в сторону убывания потенциала. Электрический ток, как известно, может быть получен только в таком веществе, в котором имеются свободные заряженные частицы. Чтобы эти частицы пришли в упорядоченное движение, нужно создать в проводнике электрическое поле.

Стр. 136

Домашнее задание

§ 45-46, вопросы.

Задачи:

1. Найти скорость упорядоченного движения электронов в проводе сечением 5 мм2 при силе тока 10А, если концентрация электронов проводимости 5 .10 28 м 3

Дано:

S=5мм2 =5·10 -6м2 Решение: I=q0nSv; v= I/q0nS; v=2,5 .10 -4м/с

I=2A

n= 5 .1028 м 3

q0= 1,6. 10 -19 кл

v=?

Ответ: v=0,5 . 10 -4м/с

2. Сколько электронов проходит через поперечное сечение проводника за 1с при силе тока 32 мкА.

Дано:

q0= 1,6.10 -19 Кл

t=1c

I=32мкА=32. 10 -6 А

n=?

Решение:

I=q
/t. выразим заряд:q=I*t.
Заряд= заряду одного электрона (
e), умноженному на их число (N) :q=e*N. e*N=I*t.
N=I*t
/e. (e=1,6*10^(-19)Кл) ( величины силы тока и времени перевести в систему СИ) .N=2*10^5. ( 200000 электронов).
Ответ :N=2 . 10 14

Понятие об электрическом токе

Подобно речному течению, потоку молекул воды, электрический ток — это поток заряженных частиц. Что это такое, что его вызывает, и почему он не всегда идет в одном направлении? Когда вы слышите слово «течет», о чем вы думаете? Возможно, это будет река. Это хорошая ассоциация, потому что именно по этой причине электрический ток получил свое название. Он очень похож на поток воды, только вместо молекул воды, движущихся по руслу, заряженные частицы движутся по проводнику.

Среди условий, необходимых для существования электрического тока, есть пункт, предусматривающий наличие электронов. Атомы в проводящем материале имеют много этих свободных заряженных частиц, которые плавают вокруг и между атомами. Их движение является случайным, поэтому поток в каком-либо заданном направлении отсутствует. Что же нужно, чтобы существовал электрический ток?

Условия существования электрического тока включают в себя наличие напряжения. Когда оно применяется к проводнику, все свободные электроны будут двигаться в одном направлении, создавая ток.

Физика — ответы на экзамен 1-29 / Электрический ток, условия его существования

Электрический ток

— упорядоченное по направлению движение электрических зарядов. За направление тока принимается направление движения
положительных
зарядов.

Прохождение тока по проводнику сопровождается следующими его действиями:

УСЛОВИЯ СУЩЕСТВОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Для возникновения и поддержания тока в какой-либо среде необходимо выполнение двух условий:

В разных средах носителями электрического тока являются разные заряженные частицы.

Для поддержания тока в электрической цепи

на заряды кроме кулоновских сил должны действовать силы
неэлектрической
природы (сторонние силы).

Устройство, создающее сторонние силы, поддерживающее разность потенциалов в цепи и преобразующее различные виды энергии в электрическую энергию, называется источником тока.

Для существования электрического тока в замкнутой цепи необходимо включение в нее источника тока

основные характеристики

1.

Сила тока — I, единица измерения — 1 А (Ампер).

Силой тока называется величина, равная заряду, протекающему через поперечное сечение проводника за единицу времени.

I = q/t.(1)

Формула (1) справедлива для постоянного тока,

при котором сила тока и его направление не изменяются со временем. Если сила тока и его направление изменяются со временем, то такой ток называется
переменным.
Для переменного тока:

I = lim q/t , (*) t — 0

т.е. I = q’, где q’ — производная от заряда по времени.

2.

Плотность тока — j, единица измерения — 1 А/м2.

Плотностью тока называется величина, равная силе тока, протекающего через единичное поперечное сечение проводника:

j = I/S.(2)

3.

Электродвижущая сила источника тока — э.д.с. (  ), единица измерения — 1 В (Вольт). Э.д.с.- физическая величина, равная работе, совершаемой сторонними силами при перемещении по электрической цепи единичного положительного заряда:

 = Аст./q .(3)

4.

Сопротивление проводника — R, единица измерения — 1 Ом.

Под действием электрического поля в вакууме свободные заряды двигались бы ускоренно. В веществе они движутся в среднем равномерно, т.к. часть энергии отдают частицам вещества при столкновениях.

Теория утверждает, что энергия упорядоченного движения зарядов рассеивается на искажениях кристаллической решетки. Исходя из природы электрического сопротивления, следует, что

R = *l/S , (4)

где

l — длина проводника,
S — площадь поперечного сечения, — коэффициент пропорциональности, названный удельным сопротивлением материала.
5.

Напряжение — U , единица измерения — 1 В.Напряжение — физическая величина, равная работе, совершаемой сторонними и электрическими силами при перемещении единичного положительного заряда.

U = (Aст.+ Аэл.)/q .(8)

Так как Аст./q = , а Аэл./q = , то

U =  + (



Понятие об электрическом токе

Подобно речному течению, потоку молекул воды, электрический ток — это поток заряженных частиц. Что это такое, что его вызывает, и почему он не всегда идет в одном направлении? Когда вы слышите слово «течет», о чем вы думаете? Возможно, это будет река. Это хорошая ассоциация, потому что именно по этой причине электрический ток получил свое название. Он очень похож на поток воды, только вместо молекул воды, движущихся по руслу, заряженные частицы движутся по проводнику.

Среди условий, необходимых для существования электрического тока, есть пункт, предусматривающий наличие электронов. Атомы в проводящем материале имеют много этих свободных заряженных частиц, которые плавают вокруг и между атомами. Их движение является случайным, поэтому поток в каком-либо заданном направлении отсутствует. Что же нужно, чтобы существовал электрический ток?

Условия существования электрического тока включают в себя наличие напряжения. Когда оно применяется к проводнику, все свободные электроны будут двигаться в одном направлении, создавая ток.

Электрический ток. Условия необходимые для возникновения и существования электрического тока.

⇐ ПредыдущаяСтр 8 из 9Следующая ⇒

Если к изолированному проводнику приложить электрическое поле , то на свободные заряды q в проводнике будет действовать сила =q. В результате в проводнике возникает упорядоченное перемещение свободных зарядов, возникает электрический ток.

Непрерывное упорядоченное движение свободных носителей электрического заряда называется электрическим током.За направление электрического тока принято направление движения положительных свободных зарядов.

Условия, необходимые для существования электрического тока:

—наличие свободных заряженных частиц;

— наличие электрического поля;

– замкнутость цепи.

Действие тока, сопровождающие его протекание:

1) Тепловое.Проводник, по которому течет ток, нагревается. Тепловое действие проявляется практически всегда. Исключение составляет явление сверхпроводимости, тепловое действие тока не проявляется также при протекании тока в вакууме.

2) Химическое. Электрический ток изменяет химический состав проводника. Наблюдается при протекании тока в электролитах.

3) Магнитное.Ток оказывает силовое воздействие на соседние токи и на магнитные тела. Магнитное воздействие на соседние точки и на магнитные тела. Магнитное действие в отличие от химического и от теплового явления является основным, так как проявляется у всех без исключения проводников(наблюдается всегда).

4)

Электрический ток всегда в проводниках (металлах) обусловлен наличием свободных электронов.

Положительно заряженные ионы металла образуют кристаллическую решетку. “Газ свободных электронов” образуется за счет одного или нескольких электронов, отданных каждым атомом. Свободные электроны способны блуждать по всему объему кристалла.

Силой токаназывается скалярная физическая величина, численно равная электрическому заряду, проходящему через поперечное сечение проводника за единицу времени:

I=.

Если величина силы тока и его направление не меняются с течением времени, то ток называется постоянным и I=const=.

Единица силы тока-1 Ампер. Ампер в системе СИ является основной единицей и определяется из магнитного взаимодействия двух параллельных прямолинейных проводников, по которым в одном направлении течёт ток силой 1 А, расположенных на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, вызывает между этими проводниками силу взаимодействия, равную 2*10-7 Н на каждый метр длины.

Сила тока зависит от заряда частицы e, концентрации n, скорости частиц v и площади сечения проводника S:

I===, где q=eN; n-концентрация частиц; V=vtS содержится N=nV частиц.

Плотностью тока называется векторная величина, численно равная силе тока, приходящегося на единицу площади, ориентированной перпендикулярно току: .

Вектор j направлен вдоль тока по вектору напряженности электрического поля в проводнике. В системе СИ плотность тока измеряется в А/м2 . Для постоянного тока

Билет 25.1

Первое начало термодинамики — один из трёх основных законов термодинамики, представляет собой закон сохранения энергии для термодинамических систем.

Первое начало термодинамики было сформулировано в середине XIX века в результате работ немецкого учёного Ю. Р. Майера, английского физика Дж. П. Джоуля и немецкого физика Г. Гельмгольца[1]. Согласно первому началу термодинамики, термодинамическая система может совершать работу только за счёт своей внутренней энергии или каких-либо внешних источников энергии. Первое начало термодинамики часто формулируют как невозможность существования вечного двигателя первого рода, который совершал бы работу, не черпая энергию из какого-либо источника.

В термодинамике широко используются понятия молярной теплоемкости при постоянном объеме CV и молярной теплоемкости при постоянном давлении Cp. В идеальном газе они удовлетворяют уравнению Майера:

Теплоемкость одного моля одноатомного идеального газа при постоянном объеме равна , двухатомного – , многоатомного – 3R.

Внутренняя энергия идеального газа прямо пропорциональна его абсолютной температуре:

Работа ΔA, совершаемая газом, определяется давлением газа и изменением его объема:

Первое начало термодинамики. Количество теплоты, полученное системой, идет на изменение ее внутренней энергии и на совершение работы над внешними телами:

В изохорном процессе газ работы не совершает, и ΔU = Q. В изобарном процессе A = pΔV = p (V2 – V1). В изотермическом процессе ΔU = 0, и A = Q; вся теплота, переданная телу, идет на работу над внешними телами. Графически работа равна площади под кривой процесса на плоскости p, V.

Адиабатным называется квазистатический процесс, при котором системе не передается тепло из окружающей среды: Q = 0. В адиабатном процессе вся работа совершается за счет внутренней энергии газа.

Теплоёмкость тела (обычно обозначается латинской буквой C

) — физическая величина, определяющая отношение бесконечно малого количества теплоты δ
Q
, полученного телом, к соответствующему приращению его температуры δ
T
:

Единица измерения теплоёмкости в системе СИ — Дж/К.

Удельная теплоёмкость

Удельной теплоёмкостью

называется теплоёмкость, отнесённая к единичному количеству вещества. Количество вещества может быть измерено в килограммах, кубических метрах и молях. В зависимости от того, к какой количественной единице относится теплоёмкость, различают массовую, объёмную и молярную теплоёмкость.

Массовая теплоёмкость (С

) — это количество теплоты, которое необходимо подвести к единице массы вещества, чтобы нагреть его на единицу температуры. В СИ измеряется в джоулях на килограмм на кельвин (Дж·кг−1·К−1).

Объёмная теплоёмкость (С′

) — это количество теплоты, которое необходимо подвести к единице объёма вещества, чтобы нагреть его на единицу температуры. В СИ измеряется в джоулях на кубический метр на кельвин (Дж·м−3·К−1).

Молярная теплоёмкость (С

μ) — это количество теплоты, которое необходимо подвести к 1 молю вещества, чтобы нагреть его на единицу температуры. В СИ измеряется в джоулях на моль на кельвин (Дж/(моль·К)).

⇐ Предыдущая8Следующая ⇒

Рекомендуемые страницы: