Постоянный электрический ток – это упорядоченное движение носителей заряда, скорость направленного движения которых неизменна. Условились, что направление тока совпадает с направлением упорядоченного движения положительных зарядов, образующих данный ток. Количественно электрический ток характеризуют с помощью силы тока.
Сила тока – это скалярная величина, равная заряду dq, переносимому носителями через некоторую поверхность за единицу времени dt
Т.к. в общем случае электрический ток может быть неравномерно распределен по поверхности, через которую он течет, то для описания такого распределения необходима соответствующая физическая величина. Такой величиной является плотность тока .
Плотность тока – это векторная физическая величина, численно равная отношению тока dI через расположенную перпендикулярно направлению тока площадку dS┴ к величине этой площадки
Поток плотности тока через данную поверхность равна силе тока через данную поверхность. Этот факт отражает взаимосвязь данных физических величин
ЭДС в замкнутой цепи запишется как
Отсюда, ЭДС равна циркуляции вектора напряженности сторонних сил по замкнутой электрической цепи.
Данная сила совершает работу над зарядом q на участке цепи, что выражается как
Напряжение U (падение напряжения) на участке электрической цепи 1-2 – это величина, численно равная работе, совершаемой электрическими и сторонними силами над единичным положительным зарядом на данном участке
где R – электрическое сопротивление проводника постоянному току (еще называют активное или омическое сопротивление).
Электрическое сопротивление – это физическая величина, характеризующая противодействие проводника электрическому току. Единицей измерения электрического сопротивления в системе СИ является Ом. В случае однородного проводника постоянного сечения электрическое сопротивление равно
где ρ 0 – удельное сопротивление проводника при 0 ºС; α – температурный коэффициент сопротивления; tº - температура проводника по шкале Цельсия. При переходе к шкале Кельвина получим
Удельное сопротивление ряда металлов и сплавов при некоторой ненулевой температуре TK обращается в ноль (кривая 2). Данное явление называется сверхпроводимостью и впервые было обнаружено Камерлинг-Оннесом для ртути в 1911 г.
Применим для данного объема закон Ома. Сила тока запишется как I=jdS. Напряжение, приложенное к обозначенному цилиндру, будет U=Edl. Электрическое сопротивление проводника равно Значит
Учитывая, что движение носителей заряда происходит вдоль линий напряженности электрического поля, можно прийти к выражению
Как поле электростатическое, так и поле сторонних сил выполняет работу над носителями заряда на участке электрической цепи 12, что записывается в виде
Проинтегрировав данное выражение для участка 12 а также, учитывая, что A12 = j1 – j2 и A12 СТОР = ε12, получим
Последнее выражение и есть закон Ома для неоднородного участка цепи. Данную формулу часто представляю в виде
где ε – ЭДС, действующая в замкнутой цепи; R – омическое электросопротивление цепи.
где I – сила тока в проводнике; R – электросопротивление проводника; t – время протекания тока.
Проводник нагревается за счет работы сил электрического поля над носителями заряда. Данная работа также равна Заметим, что используя закон Ома для однородного участка цепи и понятие силы тока приведенным выражениям можно придать вид
Разделив выражение на dV dt получим удельную мощность тока – количество теплоты, выделяющейся за единицу времени в единице объема проводника
Это закон Джоуля – Ленца в дифференциальной форме.
называется магнитным моментом контура с током, который в СИ измеряется в А∙м2.
Поле вектора можно представить с помощью силовых линий. Магнитная индукция в СИ измеряется в теслах. 1 Тесла равен магнитной индукции однородного поля, в котором на плоский контур с током с магнитным моментом 1 А∙м2, действует максимальный вращающий момент, равный 1 Н м.
- магнитное поле любого тока может быть вычислено, как суперпозиция полей, создаваемых отдельными элементарными участками тока;
- магнитная индукция поля элементарного участка проводника с может быть вычислена как
Для модуля можно записать:
Магнитное поле кругового тока
Используя данное выражение можно получить, что сила взаимодействия двух бесконечных параллельных прямолинейных проводников с током в вакууме равна
Исходя из последнего соотношения устанавливается единица силы тока в СИ.
Ампер – это такая сила постоянного тока, который проходя по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малого сечения, расположенным на расстоянии 1 м друг от друга в вакууме, вызывал бы между данными проводниками силу взаимодействия 2∙10-7 Н.
Заметим, что токи считают положительными, если их направление связано с направлением обхода контура правилом правого винта. В противном случае токи считаются отрицательными. Положительные токи I1, I2, I3 и отрицательный I4.
Т.к. циркуляция вектора магнитной индукции по замкнутому контуру не всегда равна нулю, то магнитное поле не является потенциальным. Поля, для которых
называются вихревыми или соленоидальными.
Если не удалось найти и скачать презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:
Email: Нажмите что бы посмотреть