ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК

Электричество

Учебно-методическое пособие

для выполнения лабораторных работ

Уфа 2013

В учебно-методическом пособии дан теоретический материал, необходимый студенту для выполнения лабораторных работ. Даны примеры обработки результатов и выполнения .

Учебно-методическое пособие рекомендуется для выполнения лабораторных работ студентам очной и очно-заочной форм обучения всех профилей по разделу «ЭЛЕКТРИЧЕСТВО».

Составители: Шулаев Н.С., доктор технических наук, профессор,

Мифтахова Г.М., кандидат техн. наук,доцент

Рецензенты: Боев Е.В., кандидат техн. наук, доцент

© Уфимский государственный нефтяной технический университет, 2013

ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК

В проводниках первого рода при наличии электрического поля происходит упорядоченное движение свободных электронов между узлами кристаллической решетки. Это направленное движение электронов принято называть электрическим током. Электрический ток в проводнике называется током проводимости. За направление тока принято считать направлением движения положительных зарядов. Поэтому направление тока в металлах противоположно направлению движения электронов. Электрический ток характеризуется силой и плотностью тока.

Силой тока J называется скалярная физическая величина, численно равная электрическому заряду dq, проходящему через поперечное сечение проводника за единицу времени ;

J= (1.1)

Плотностью тока j называется векторная физическая величина, численно равная силе тока d j , приходящейся на единицу площадки, поставленную перпендикулярно к направлению тока:

j= (1.2)

Вектор j направлен вдоль тока но направлению вектора напряженности стационарного электрического поля в проводнике.

Если J и j не меняются во времени, то ток в проводнике называется постоянным.

Участок цепи, содержащий источник сторонних сил. называется неоднородным. Схематически он изображен на рис. 1.

Сторонними называются силы, действующие на заряды со стороны источников тока (генераторов, гальванических элементов, аккумуляторов и т.п.).

Рис.1

1 - начало участка, потенциал этой точки ₁ ;

2 - конец участка, потенциал этой точки ₂ ;

R - электрическое сопротивление участка;

J - сила тока в нем;

- электродвижущая сила источника тока, э.д.с.

Э.д.с. численно, равна работе, совершаемой сторонними силами, при перемещении на участке цепи единичного положительного заряда.

Закон Ома для неоднородного участка цепи в интегральной форме записывается в виде

J= (1.3)

где ( ₁ - ₂ ) - разность потенциалов между концами участка, называемая также напряжением U- на участке.

Она численно равна работе электростатических сил по перемещению единичного положительного заряда из точки 1 в точку 2. Величина называется падением напряжения на участке цепи. Она численно равна работе, совершаемой суммарным полем электростатических и сторонних сил при перемещении на участке единичного положительного заряда. Для однородного участка, т.е. участка не содержащего э.д.с, падение напряжения и напряжение U совпадают по смыслу.

Закон Ома для замкнутой цепи. Электродвижущая сила, действующая в замкнутой цепи, равна сумме падения напряжения в этой цепи:

(1.4)

где J_r - падение напряжения внутри источника тока ( r - сопротивление источника);

J R - падение напряжения во внешних участках цепи ( R - сумма всех внешних сопротивлений).

Упорядоченное движение свободных электронов в металле непрерывно тормозится вследствие столкновений этих электронов с ионами решетки. Это является причиной электрического сопротивления проводника. Электрическое сопротивление проводника (или просто сопротивление)

R= (1.5)

где - удельное сопротивление проводника; - длина и площадь поперечного сечения проводника.

Закон Джоуля-Ленца. Количество теплоты Q , выделяемое током в проводнике, пропорционально силе тока J , времени его прохождения t и падению напряжения ;

Q=JUT=J² Rt (1.6)

Правила Кирхгофа. 1. Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю:

J_R = 0 (1.7)

2. В любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в разветвленной электрической цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов J_R на сопротивления R_R соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме э.д.с. в контуре:

J_R R_{R =} (1.8)

Величины силы тока J_R и э.д.с являются алгебраическими и могут быть как положительными, так и отрицательными. Их знак в выражениях (1.3; 1.7; 1.8) определяется правилом знаков:

1. Выбрать произвольное направление токов на всех участках цепи. Токи, входящие в узел, положительны, а выходящие из узла - отрицательны.

2. Выбрать направление обхода контура: произведение J_R R_R положительно, если ток на данном участке совпадает с направлением обхода, и наоборот.

3. Э.д.с. , действующие по выбранному направлению обхода „ считаются положительными, против - отрицательными. За направление действия э.д.с. принято направление повышения потенциала внутри источника тока от его отрицательного полюса к положительному , т.к. работа сторонних сил, перемещающих положительный заряд от отрицательного полюса к положительному, больше нуля.

Поиск по сайту: