Постоянный электрический ток презентация

существования электрического тока необходимо:
наличие зарядов, способных перемещаться в пределах тела;
в проводнике должно существовать электрическое поле.

заданную поверхность S (или через поперечное сечение проводника), в единицу времени, т.е.:



За направление тока принято направление движения положительных зарядов.

детальной характеристики тока вводят вектор плотности тока
Модуль плотности тока численно равен заряду, переносимому через единичную площадку, расположенную в данной точке перпендикулярно направлению движения носителей, за единицу времени

- объемные плотности положительного и отрицательного зарядов.
Плотность тока и сила тока связаны соотношением

помощью линий тока, которые проводятся так же как и линии напряженности

поверхность Для замкнутых поверхностей положительной нормалью считается внешняя нормаль, поэтому

дает заряд, выходящий за единицу времени наружу из объема , охваченного поверхностью

Из закона сохранения заряда следует, что этот интеграл равен убыли заряда в единицу времени внутри объема

тока


так как

- уравнение непрерывности в дифференциальной форме.
Для постоянного тока

вектора не имеет источников(линии замкнуты).

поля в проводнике.
Воспользуемся законом Ома
для участка цепи

называется законом Ома в дифференциальной форме для участка цепи.

необходимо наличие таких участков, но которых положительные заряды переносились бы в сторону увеличения потенциала. Перенос носителей заряда на таких участках возможен лишь с помощью сил не электростатического происхождения, которые получили название сторонних сил. Для количественной характеристики поля сторонних сил вводят напряженность

и
запишется в виде


Это обобщенный закон Ома.
Выполним преобразования

для неоднородного участка цепи

ведут себя также как молекулы идеального газа. В промежутках между соударениями электроны движутся свободно, пробегая в среднем некоторый путь . В отличие от молекул газа, которые сталкиваются между собой, электроны сталкиваются с узлами кристаллической решетки.

теплового движения электронов



При включении поля на тепловое движение накладывается упорядоченное движение электронов с некоторой скоростью
Так как то

по предположению Друде передается при
соударении решетке, и скорость упорядоченного
движения электрона обращается в ноль.

электрон,
ускоренный внешним однородным электрическим полем, приобретает скорость

получаем выражение


Закон Ома в дифференциальной форме

пробега


Таким образом сопротивление металлов обусловлено соударением свободных электронов с ионами решетки.

и упорядоченного движения . Среднее значение квадрата результирующей скорости равно

с ионом решетки, электрон отдает ему всю дополнительную энергию.

соударений. Поэтому в единице объема в
единицу времени будет выделяться количество теплоты


Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме

следует, что

, так как

На самом деле

Теплоемкость решетки (закон Дюлонга и Пти) равна Следовательно, молярная теплоемкость металла должна быть равной


На самом деле она равна Наличие электронов не сказывается на теплоемкости, что может быть объяснено только с точки зрения квантовой механики.