Физика - ответы на экзамен 1-29 / Электрический ток, условия его существования. Электрический ток будет существовать если
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:
| магнитным (наблюдается во всех проводниках) | |
| тепловым (наблюдается во всех проводниках, кроме сверхпроводников) | |
| химическим (наблюдается в электролитах). |
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.
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 называетсяпеременным.
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 = + (
studfiles.net
Электрический ток. Условия необходимые для возникновения и существования электрического тока.
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.
| Первое начало термодинамики |
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:
| Рисунок 2.3.1. Если давление газа в процессе совершения работы изменяется, то работа может быть найдена по площади под графиком. |
| Рисунок 2.3.2. Работа газа зависит от пути, по которому газ переходит из состояния 1 в состояние 2. |
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.
| Рисунок 2.3.3. Первое начало термодинамики для изохорного процесса. |
| Рисунок 2.3.4. Первое начало термодинамики для изобарного процесса. |
| Рисунок 2.3.5. Первое начало термодинамики для изотермического процесса. |
| Рисунок 2.3.6. Первое начало термодинамики для адиабатного процесса. |
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 δQ, полученного телом, к соответствующему приращению его температуры δT:
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 (Сμ) — 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)).
lektsia.com
Условия существования постоянного электрического тока.
Для существования постоянного электрического тока необходимо наличие свободных заряженных частиц и наличие источника тока. в котором осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в энергию электрического поля.
Источник тока - устройство, в котором осуществляется преобразование какого-либо вида энергии в энергию электрического поля. В источнике тока на заряженные частицы в замкнутой цепи действуют сторонние силы. Причины возникновения сторонних сил в различных источниках тока различны. Например в аккумуляторах и гальванических элементах сторонние силы возникают благодаря протеканию химических реакций, в генераторах электростанций они возникают при движении проводника в магнитном поле, в фотоэлементах - при действия света на электроны в металлах и полупроводниках.
Электродвижущей силой источника тока называют отношение работы сторонних сил к величине положительного заряда, переносимого от отрицательного полюса источника тока к положительному.
Основные понятия.
Сила тока - скалярная физическая величина, равная отношению заряда, прошедшего через проводник, ко времени, за которое этот заряд прошел.
где I - сила тока, q - величина заряда (количество электричества), t - время прохождения заряда.
Плотность тока - векторная физическая величина, равная отношению силы тока к площади поперечного сечения проводника.
где j -плотность тока, S - площадь сечения проводника.
Направление вектора плотности тока совпадает с направлением движения положительно заряженных частиц.
Напряжение - скалярная физическая величина, равная отношению полной работе кулоновских и сторонних сил при перемещении положительного заряда на участке к значению этого заряда.
где A - полная работа сторонних и кулоновских сил, q - электрический заряд.
Электрическое сопротивление - физическая величина, характеризующая электрические свойства участка цепи.
где ρ - удельное сопротивление проводника, l - длина участка проводника, S - площадь поперечного сечения проводника.
Проводимостью называется величина, обратная сопротивлению
где G - проводимость.
Законы Ома.
Закон Ома для однородного участка цепи.
Сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению при постоянном сопротивлении участка и обратно пропорциональна сопротивлению участка при постоянном напряжении.
где U - напряжение на участке, R - сопротивление участка.
Закон Ома для произвольного участка цепи, содержащего источник постоянного тока.
где φ1 - φ2 + ε = U напряжение на заданном участке цепи, R - электрическое сопротивление заданного участка цепи.
Закон Ома для полной цепи.
Сила тока в полной цепи равна отношению электродвижущей силы источника к сумме сопротивлений внешнего и внутреннего участка цепи.
где R - электрическое сопротивление внешнего участка цепи, r - электрическое сопротивление внутреннего участка цепи.
Короткое замыкание.
Из закона Ома для полной цепи следует, что сила тока в цепи с заданным источником тока зависит только от сопротивления внешней цепи R.
Если к полюсам источника тока подсоединить проводник с сопротивлением R<< r, то тогда только ЭДС источника тока и его сопротивление будут определять значение силы тока в цепи. Такое значение силы тока будет являться предельным для данного источника тока и называется током короткого замыкания.
Электродвижущая сила. Любой источник тока характеризуется электродвижущей силой, или, сокращенно, ЭДС. Так, на круглой батарейке для карманного фонарика написано: 1,5 В. Что это значит? Соедините проводником два металлических шарика, несущих заряды противоположных знаков. Под влиянием электрического поля этих зарядов в проводнике возникает электрический ток (рис.15.7). Но этот ток будет очень кратковременным. Заряды быстро нейтрализуют друг друга, потенциалы шариков станут одинаковыми, и электрическое поле исчезнет.
Сторонние силы. Для того чтобы ток был постоянным, надо поддерживать постоянное напряжение между шариками. Для этого необходимо устройство (источник тока), которое перемещало бы заряды от одного шарика к другому в направлении, противоположном направлению сил, действующих на эти заряды со стороны электрического поля шариков. В таком устройстве на заряды, кроме электрических сил, должны действовать силы неэлектростатического происхождения (рис.15.8). Одно лишь электрическое поле заряженных частиц (кулоновское поле) не способно поддерживать постоянный ток в цепи.
Любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением сил электростатического происхождения (т. е. кулоновских), называют сторонними силами. Вывод о необходимости сторонних сил для поддержания постоянного тока в цепи станет еще очевиднее, если обратиться к закону сохранения энергии. Электростатическое поле потенциально. Работа этого поля при перемещении в нем заряженных частиц вдоль замкнутой электрической цепи равна нулю. Прохождение же тока по проводникам сопровождается выделением энергии - проводник нагревается. Следовательно, в цепи должен быть какой-то источник энергии, поставляющий ее в цепь. В нем, помимо кулоновских сил, обязательно должны действовать сторонние, непотенциальные силы. Работа этих сил вдоль замкнутого контура должна быть отлична от нуля. Именно в процессе совершения работы этими силами заряженные частицы приобретают внутри источника тока энергию и отдают ее затем проводникам электрической цепи. Сторонние силы приводят в движение заряженные частицы внутри всех источников тока: в генераторах на электростанциях, в гальванических элементах, аккумуляторах и т. д. При замыкании цепи создается электрическое поле во всех проводниках цепи. Внутри источника тока заряды движутся под действием сторонних сил против кулоновских сил (электроны от положительно заряженного электрода к отрицательному), а во внешней цепи их приводит в движение электрическое поле (см. рис.15.8). Природа сторонних сил. Природа сторонних сил может быть разнообразной. В генераторах электростанций сторонние силы - это силы, действующие со стороны магнитного поля на электроны в движущемся проводнике. В гальваническом элементе, например элементе Вольта, действуют химические силы. Элемент Вольта состоит из цинкового и медного электродов, помещенных в раствор серной кислоты. Химические силы вызывают растворение цинка в кислоте. В раствор переходят положительно заряженные ионы цинка, а сам цинковый электрод при этом заряжается отрицательно. (Медь очень мало растворяется в серной кислоте.) Между цинковым и медным электродами появляется разность потенциалов, которая и обусловливает ток в замкнутой электрической цепи. Электродвижущая сила. Действие сторонних сил характеризуется важной физической величиной, называемой электродвижущей силой (сокращенно ЭДС). Электродвижущая сила источника тока равна отношению работы сторонних сил при перемещении заряда по замкнутому контуру к величине этого заряда:
Электродвижущую силу, как и напряжение, выражают в вольтах. Можно говорить также об электродвижущей силе и на любом участке цепи. Это удельная работа сторонних сил (работа по перемещению единичного заряда) не во всем контуре, а только на данном участке. Электродвижущая сила гальванического элементаесть величина, численно равная работе сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда внутри элемента от одного полюса к другому. Работа сторонних сил не может быть выражена через разность потенциалов, так как сторонние силы непотенциальны и их работа зависит от формы траектории перемещения зарядов. Так, например, работа сторонних сил при перемещении заряда между клеммами источника тока вне самого источника равна нулю. Теперь вы знаете, что такое ЭДС. Если на батарейке написано 1,5 В, то это означает, что сторонние силы (химические в данном случае) совершают работу 1,5 Дж при перемещении заряда в 1 Кл от одного полюса батарейки к другому. Постоянный ток не может существовать в замкнутой цепи, если в ней не действуют сторонние силы, т. е. нет ЭДС.
ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПРОВОДНИКОВ
Включим в электрическую цепь в качестве нагузки ( потребителей тока) две лампы накаливания, каждая из которых обладает каким-то определенным сопротивлением, и каждую из которых можно заменить проводником с таким же сопротивлением.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
Расчет параметров электрической цепи при последовательном соединении сопротивлений:
1. сила тока во всех последовательно соединенных участках цепи одинакова 2. напряжение в цепи, состоящей из нескольких последовательно соединенных участков, равно сумме напряжений на каждом участке 3.сопротивление цепи, состоящей из нескольких последовательно соединенных участков, равно сумме сопротивлений каждого участка
4. работа электрического тока в цепи, состоящей из последовательно соединенных участков, равна сумме работ на отдельных участках
А = А1 + А2 5. мощность электрического тока в цепи, состоящей из последовательно соединенных участков, равна сумме мощностей на отдельных участка
Р = Р1 + Р2
ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
Расчет параметров электрической цепи при параллельном соединении сопротивлений:
1. сила тока в неразветвленном участке цепи равна сумме сил токов во всех параллельно соединенных участках
2. напряжение на всех параллельно соединенных участках цепи одинаково
3. при параллельном соединении сопротивлений складываются величины, обратные сопротивлению :
( R - сопротивление проводника, 1/R - электрическая проводимость проводника)
Если в цепь включены параллельно только два сопротивления, то:
( при параллельном соединении общее сопротивление цепи меньше меньшего из включенных сопротивлений )
4. работа электрического тока в цепи, состоящей из параллельно соединенных участков, равна сумме работ на отдельных участках: A=A1+A2 5. мощность электрического тока в цепи, состоящей из параллельно соединенных участков, равна сумме мощностей на отдельных участках: P=P1+P2
Для двух сопротивлений: т.е. чем больше сопротивление, тем меньше в нём сила тока.
Закон Джоуля-Ленца - физический закон, который позволяет определить тепловое дествие тока в цепи, по этому закону: , где I - сила тока в цепи, R - сопротивление, t - время. Данная формула была вычесленена путём создания цепи: гальванический эллемент (батарейка), резистор и амперметр. Резистор окунали в жидкость, в которую вставляли термометр и мерили темпиратуру. Вот так они и вывели свой закон и навсегда себя впечатали в историю, но даже без их опытов можно было вывести этот же закон:
U=A/q A=U*q=U*I*t=I^2*R*t но даже не смотря на это честь и хвала этим людям.
Закон Джоуля Ленца определяет выделенное количество тепла на участке электрической цепи обладающей конечным сопротивлением при прохождении тока через нее. Обязательным условием является тот факт, что на этом участке цепи должны отсутствовать химические превращения.
РАБОТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
Работа электрического тока показывает, какая работа была совершена электрическим полем при перемещении зарядов по проводнику.
Зная две формулы: I = q/t ..... и ..... U = A/q можно вывести формулу для расчета работы электрического тока: Работа электрического тока равна произведению силы тока на напряжение и на время протекания тока в цепи.
Единица измерения работы электрического тока в системе СИ: [ A ] = 1 Дж = 1A. B . c
НАУЧИСЬ, ПРИГОДИТСЯ ! При расчетах работы электрического тока часто применяется внесистемная кратная единица работы электрического тока: 1 кВт.ч (киловатт-час).
1 кВт.ч = ...........Вт.с = 3 600 000 Дж
В каждой квартире для учета израсходованной электроэнергии устанавливаются специальные приборы-счетчики электроэнергии, которые показывают работу электрического тока, совершенную за какой-то отрезок времени при включении различных бытовых электроприборов. Эти счетчики показывают работу электрического тока ( расход электроэнергии) в "кВт.ч".
Необходимо научиться рассчитывать стоимость израсходованной электроэнергии! Внимательно разбираемся в решении задачи на странице 122 учебника (параграф 52) !
МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
Мощность электрического тока показывает работу тока, совершенную в единицу времени и равна отношению совершенной работы ко времени, в течение которого эта работа была совершена.
(мощность в механике принято обозначать буквой N, в электротехнике — буквой Р) так как А = IUt, то мощность электрического тока равна:
или
Единица мощности электрического тока в системе СИ:
[ P ] = 1 Вт (ватт) = 1 А . B
Законы Кирхгофа – правила, которые показывают, как соотносятся токи и напряжения в электрических цепях.Эти правила были сформулированы Густавом Кирхгофом в 1845 году. В литературе часто называют законами Кирхгофа, но это не верно, так как они не являются законами природы, а были выведены из третьего уравнения Максвелла при неизменном магнитном поле. Но все же, первое более привычное для них название, поэтому и мы будет их называть, как это принято в литературе – законы Кирхгофа.
Первый закон Кирхгофа – сумма токов сходящихся в узле равна нулю.
Давайте разбираться. Узел это точка, соединяющая ветви. Ветвью называется участок цепи между узлами. На рисунке видно, что ток i входит в узел, а из узла выходят токи i1 и i2. Составляем выражение по первому закона Кирхгофа, учитывая, что токи, входящие в узел имеют знак плюс, а токи, исходящие из узла имеют знак минус i-i1-i2=0. Ток i как бы растекается на два тока поменьше и равен сумме токов i1 и i2 i=i1+i2. Но если бы, например, ток i2входил в узел, тогда бы ток I определялся как i=i1-i2. Важно учитывать знаки при составлении уравнения.
Первый закон Кирхгофа это следствие закона сохранения электричества: заряд, приходящий к узлу за некоторый промежуток времени, равен заряду, уходящему за этот же интервал времени от узла, т.е. электрический заряд в узле не накапливается и не исчезает.
Второй закон Кирхгофа – алгебраическая сумма ЭДС, действующая в замкнутом контуре, равна алгебраической сумме падений напряжения в этом контуре.
Напряжение выражено как произведение тока на сопротивление (по закону Ома).
В этом законе тоже существуют свои правила по применению. Для начала нужно задать стрелкой направление обхода контура. Затем просуммировать ЭДСи напряжения соответственно, беря со знаком плюс, если величина совпадает с направлением обхода и минус, если не совпадает. Составим уравнение по второму закону Кирхгофа, для нашей схемы. Смотрим на нашу стрелку, E2 и Е3совпадают с ней по направлению, значит знак плюс, а Е1 направлено в противоположную сторону, значит знак минус. Теперь смотрим на напряжения, ток I1 совпадает по направлению со стрелкой, а токи I2 и I3 направлены противоположно. Следовательно:
-E1+E2+E3=I1R1-I2R2-I3R3
На основании законов Кирхгофа составлены методы анализа цепейпеременного синусоидального тока. Метод контурных токов – метод основанный на применении второго закона Кирхгофа и метод узловых потенциаловоснованный на применении первого закона Кирхгофа.
studfiles.net
Электрический ток. Условия существования тока. Основные понятия.
Электрический ток - упорядоченное по направлению движение электрических зарядов. За направление тока принимается направление движения положительных зарядов.
Прохождение тока по проводнику сопровождается следующими его действиями:
* магнитным (наблюдается во всех проводниках) * тепловым (наблюдается во всех проводниках, кроме сверхпроводников) * химическим (наблюдается в электролитах).
Для возникновения и поддержания тока в какой-либо среде необходимо выполнение двух условий:
* наличие в среде свободных электрических зарядов * создание в среде электрического поля.
Электрическое поле в среде необходимо для создания направленного движения свободных зарядов. Как известно, на заряд q в электрическом поле напряженностью E действует сила F = q* E, которая и заставляет свободные заряды двигаться в направлении электрического поля. Признаком существования в проводнике электрического поля является наличие не равной нулю разности потенциалов между любыми двумя точками проводника,Однако, электрические силы не могут длительное время поддерживать электрический ток. Направленное движение электрических зарядов через некоторое время приводит к выравниванию потенциалов на концах проводника и, следовательно, к исчезновению в нем электрического поля.
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 = Dq/Dt .
Формула 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 Dq/Dt ,Dt - 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 .
3. Электродвижущая сила источника тока - э.д.с. ( e ), единица измерения - 1 В (Вольт). Э.д.с.- физическая величина, равная работе, совершаемой сторонними силами при перемещении по электрической цепи единичного положительного заряда:e = Аст./q .
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, чтоR = r*l/S ,
гдеl - длина проводника,S - площадь поперечного сечения,r - коэффициент пропорциональности, названный удельным сопротивлением материала.Эта формула хорошо подтверждается на опыте.Взаимодействие частиц проводника с движущимися в токе зарядами зависит от хаотического движения частиц, т.е. от температуры проводника. Известно, чтоr = r0(1 + a t) ,R = R0(1 + a t) .
Коэффициент a называется температурным коэффициентом сопротивления:a = (R - R0)/R0*t .
Для химически чистых металлов a > 0 и равно 1/273 К-1. Для сплавов температурные коэффициенты имеют меньшее значение. Зависимость r(t) для металлов линейная:
В 1911 году открыто явление сверхпроводимости, заключающееся в том, что при температуре, близкой к абсолютному нулю, сопротивление некоторых металлов падает скачком до нуля.
У некоторых веществ (например, у электролитов и полупроводников) удельное сопротивление с ростом температуры уменьшается, что объясняется ростом концентрации свободных зарядов.Величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной электрической проводимостью s s = 1/r .
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 .
Так как Аст./q = e, а Аэл./q = f1-f2, тоU = e + (f1 - f2) .
www.examen.ru
перечислите условия,необходимые для существования электрического тока
Необходимы: 1. источник тока, 2.замкнутая цепь, состоящая из проводников. Источник тока создает электрическое поле в проводниках, под действием поля носители зарядов направлено перемещаются в проводниках.
різниця потенціалів на кінцях провідника (хз как по русски)
Проводник. Замкнутый контур. Раздость потенциалов (или источник питания)
Для возникновения эл. тока необходимо 2 условия : источник эл. энергии и замкнутая цепь проводников. Проводник есть - раствор электролита. А 1-го условия нет. Ток не идёт. Ответ: внешний источник необходим для того, чтобы электролит проводит электрический ток А электролиты - это вещества, в растворах и расплавах которых образуются заряженные частицы - ионы. Для того, чтобы они образовались - внешний источник не нужен. Нужна вода или высокая температура.
В обычном состоянии свободные электроны находятся в беспорядочном движении. Если под действием тех или иных причин заставить свободные электроны перемещаться в одном направлении, то такое упорядоченное движение свободных электронов будет представлять собой электрический ток.
1)для сущесвования электрического тока необходимы 2 условия: наличие свободных электрически заряженных частиц и разность потенциалов, отличная от нуля. 2)для постоянного тока необходимо ещё и третье условие: замкнутая цепь. А постоянная разность потенциалов создаётся источником тока, включённый в эту цепь или меняющимся магнитным потоком, пронизывающий эту цепь. (Ф2-Ф1)\(Т2-Т1)=соnst
Необходимо наличие электрически заряженных частиц и электрического поля, под действием которого частицы приходят в направленное движение.
Источник тока создает электрическое поле в проводниках, под действием поля носители зарядов направлено перемещаются в проводниках. ..1)для сущесвования электрического тока необходимы 2 условия: наличие свободных электрически заряженных частиц и разность потенциалов, отличная от нуля.
touch.otvet.mail.ru
Электрический ток. Необходимые условия существования тока.
Электрическим током называется любое упорядоченное движение электрических зарядов. Если в проводнике создать электрическое поле, то в нем свободные электрические заряды придут в движение – возникает ток, называемый током проводимости. Если в пространстве перемещается заряженное тело, то ток называется конвекционным. За направление тока принимается направление движения положительно заряженных частиц.
Для возникновения и существования тока необходимо с одной стороны, наличие свободных заряженных частиц, а с другой – наличие электрического поля в проводнике. Количественной характеристикой служит величина I называемая силой тока и определяемая зарядом, протекающим через поперечное сечение проводника в единицу времени,
. 4.1
Сила тока величина скалярная, измеряется в амперах.
Электрический ток может быть распределен по поверхности, сквозь которую он протекает, неравномерно. Более детально ток можно характеризовать с помощью вектора плотности тока . Он численно равен силе тока, протекающей через единичную площадку, перпендикулярную к направлению движения зарядов
. 4.2
Зная вектор плотности тока в каждой точке поверхности можно найти силу тока через эту поверхность
. 4.3
Пусть заряд свободной частицы равен , концентрация свободных зарядов равна n, скорость их упорядоченного движения . Тогда за время через поперечное сечение проводника будет переноситься заряд . Учитывая 4.1 и 4.2, для плотности тока получим выражение:
. 4.4
Так как скорость является вектором, то и плотность тока также будет вектором.
2.4.3. Закон Ома для участка цепи. Дифференциальная форма закона Ома.
Г. Ом на опыте установил, что сила тока в однородном проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна его сопротивлению
. 4.5
Величина R называется электрическим сопротивлением проводника и зависит от его геометрических размеров, свойств материала, из которого он изготовлен и температуры
, 4.6
где - удельное сопротивление, величина численно равная сопротивлению куба вещества с ребром 1 м, при условии, что ток течет в направлении перпендикулярном граням куба.
Закон Ома можно записать в дифференциальной форме. Рассмотрим цилиндрический проводник длиной и площадью поперечного сечения . Напряжение приложенное к проводнику , где Е – напряженность поля в проводнике. Наконец, сопротивление проводника по 4.6 равно . Подставляя эти значения в 4.5, получим
. 4.7
Носители заряда движутся в направлении вектора Е и поэтому направление векторов совпадают. Таким образом, окончательно, можно получить:
, 4.8
где - удельная проводимость вещества.
Формула 4.8 выражает закон Ома в дифференциальной форме.
3.4.3. Источники тока. Сторонние силы. ЭДС источника тока.
Если два разноименно заряженных тела соединить проводником, то в нем возникает электрический ток. Возникновение тока приводит к тому, что поле очень быстро исчезает и, следовательно, ток прекращается. Для того, чтобы поддерживать ток достаточно длительное время нужно от тела с меньшим потенциалом непрерывно отводить приносимые заряды, а к телу с большим потенциалом непрерывно их подводить. Иными словами электрическая цепь должна быть замкнутой. Но электрическое поле не может перемещать заряды по замкнутому пути и поэтому наряду с электрическими силами на перемещающиеся заряды должны действовать и силы не электростатического характера, так называемые сторонние силы.
Величину равную работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда называют электродвижущей силой источника (ЭДС)
. 4.9
По аналогии с электрическими силами стороннюю силу можно представить в виде:
, 4.10
где - напряженность поля сторонних сил.
Тогда и, следовательно,
. 4.11
Рассмотрим неоднородный участок цепи 1 – 2 (рис.22). На участке 1-2 на заряды будут действовать две силы: электрическая сила и сторонняя сила и их результирующая . Тогда работа по перемещению заряда между точками 1 и 2 будет определяться по формуле:
. 4.12
Но , а , и тогда . 4.13
Величину называют напряжением между двумя точками электрической цепи
. 4.14
При отсутствии источника тока напряжение совпадает с разностью потенциалов.
4.4.3. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля - Ленца.
При упорядоченном перемещении электрических зарядов электрическое поле совершает работу . Из 4.1 найдем, что и тогда . После интегрирования можно получить
. 4.15
Следовательно, для мощности тока получим:
. 4.16
При прохождении тока по проводнику он нагревается. Джоуль и Ленц установили, что количество теплоты, выделяющееся в проводнике, может быть найдено по формуле:
. 4.17
Если сила тока изменяется во времени, то закон Джоуля-Ленца можно записать в виде:
. 4.18
Закон Джоуля – Ленца можно записать в дифференциальной форме. Выделим в проводнике с током I элементарный объем в форме цилиндра длиной и площадью поперечного сечения . Согласно закону Джоуля – Ленца 4.17 в нем будет выделяться количество теплоты:
. 4.19
Количество теплоты, отнесенное к единице объема и единице времени, называется удельной тепловой мощностью тока
. 4.20
Учитывая 4.19 выражение 4.20 примет вид
. 4.21
Воспользовавшись соотношением 4.8 выражение 4.21 можно записать в виде:
. 4.22
Формулы 4.21 и 4.22 выражают закон Джоуля – Ленца в дифференциальной форме.
Похожие статьи:
poznayka.org
Существование - электрический ток - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Существование - электрический ток
Cтраница 1
Существование электрического тока обнаруживается по его тепловым, химическим и магнитным действиям. [1]
Для существования электрического тока в проводнике необходимо, во-первых, наличие электрических зарядов, которые могли бы перемещаться, и, во-вторых, наличие электрического поля, энергия которого затрачивалась бы на перемещение электрических зарядов. [2]
Для существования электрического тока необходимо наличие свободных носителей зарядов и электрического поля, которое вызывало бы их направленное движение. В отличие от электростатики, где рассматривается равновесие зарядов и поэтому электрическое поле в проводниках отсутствует, при наличии тока напряженность электрического поля внутри проводника отлична от нуля. Для создания такого поля необходим какой-либо внешний источник. [3]
Для существования электрических токов требуется как электрически проводящее вещество, так и электрическое поле или электродвижущие силы. Недра Земли и планет состоят из вещества с металлическими свойствами. Вещество Солнца и нормальных звезд находится в состоянии плазмы Таким образом, во всех этих объектах электрическую проводимость можно считать высокой. [4]
Для возникновения и существования электрического тока необходимо, с одной стороны, наличие свободных носителей тока - заряженных частиц, способных перемещаться упорядочение, а с другой - - наличие электрического поля, энергия которого, каким-то образом восполняясь, расходовалась бы на их упорядоченное движение. За направление тока условно принимают направление движения положительных зарядов. [5]
Для возникновения и существования электрического тока необходимо, с одной стороны, наличие свободных носителей тока - заряженных частиц, способных перемещаться упорядочение, а с другой - наличие электрического поля, энергия которого, каким-то образом восполняясь, расходовалась бы на их упорядоченное движение. За направление тока условно принимают направление движения положительных зарядов. [6]
Для возникновения и существования электрического тока необходимо, с одной стороны, наличие снободных носителей тока заряженных частиц, способных перемещаться упорядочение), а с другой наличие электрического поля, энергия ко торого, каким-то образом восполняясь, расходовалась бы на их упорядоченное движение. За направление тока услонно принимают направление движения положительных зарядов. [7]
При изучении условий существования электрического тока в замкнутой цепи было установлено ( см. § 51), что постоянный ток в ней вызывается стационарным электрическим полем, которое должно непрерывно поддерживаться источником тока. [8]
Какие заряженные частицы обусловливают существование электрического тока в газах. [9]
Таким образом, для существования электрического тока в замкнутой проводящей цепи необходимо, чтобы в эту цепь был включен источник тока. [10]
Какие заряженные частицы обусловливают существование электрического тока в газах. [11]
Добавлю еще, что существование электрических токов в растениях можно считать доказанным и что мысль о превращении солнечной энергии в электричество была уже высказана Балло6, именно в применении к процессу разложения углекислоты в растениях, причем предполагалось, что водород, освобождающийся при электролизе водных растворов, идет на восстановление углекислоты. [12]
Магнитное поле является основным признаком существования электрического тока. [13]
Французский ученый Ампер объяснял намагниченность железа и стали существованием электрических токов, которые циркулируют внутри каждой молекулы этих веществ. [14]
Дело в том, что в этом случае решение (81.1) не связано с существованием электрического тока. [15]
Страницы: 1 2
www.ngpedia.ru
Видеоматериалы
Опыт пилотных регионов, где соцнормы на электроэнергию уже введены, показывает: граждане платить стали меньше
Подробнее...С начала года из ветхого и аварийного жилья в республике были переселены десятки семей
Подробнее...Более 10-ти миллионов рублей направлено на капитальный ремонт многоквартирных домов в Лескенском районе
Подробнее...Актуальные темы
ОТЧЕТ о деятельности министерства энергетики, ЖКХ и тарифной политики Кабардино-Балкарской Республики в сфере государственного регулирования и контроля цен и тарифов в 2012 году и об основных задачах на 2013 год
Подробнее...Предложения организаций, осуществляющих регулируемую деятельность о размере подлежащих государственному регулированию цен (тарифов) на 2013 год
Подробнее...
КОНТАКТЫ
360051, КБР, г. Нальчик
ул. Горького, 4
тел: 8 (8662) 40-93-82
факс: 8 (8662) 47-31-81
e-mail:
Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.
