Постоянный электрический ток.

ФИЗИКА, ГРУППА № 36, 23.10.2020 г.

Занятие № 24

Тема: Повторение программного материала по теме «Основы электродинамики».

Цель : повторить основные понятия, законы электростатики и постоянного тока .

План:

1. Электростатика.

2. Постоянный электрический ток.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

Электростатика.

В определенных условиях на телах могут накапливаться электрические заряды.

Электрический заряд – физическая величина, определяющая свойство частиц или тел вступать в электромагнитные силовые взаимодействия. Опытным путем установлено, что существуют электрические заряды двух типов; один из них условно назван положительным, а второй – отрицательным. Тела, имеющие электрические заряды одного знака, отталкиваются, а разноименно заряженные тела – притягиваются.

Электризация тел тесно связана со строением молекул и атомов, из которых состоят вещества. В частности, атомы состоят из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов; электризация тел объясняется избытком или недостатком электронов в наэлектризованном теле.

Протоны и нейтроны входят в состав атомных ядер, электроны образуют электронную оболочку атомов. Электрические заряды протона и электрона по модулю в точности одинаковы и равны элементарному заряду e:

e = 1,602177·10^–19 Кл ≈ 1,6·10^–19 Кл.

Масса электрона:

m = 9,1·10^–31 кг.

Проводниками называют тела, через которые заряды могут переходить от заряженного тела к незаряженному. Диэлектриками называют тела, препятствующие такой передаче заряда.

Одним из фундаментальных законов природы является закон сохранения электрического заряда. В изолированной системе сумма всех зарядов – постоянная величина:

q₁ + q₂ + q₃ + … + q_n = const.

Каждое заряженное тело создает вокруг себя в окружающем пространстве электрическое поле.

Электрическое поле – это векторное поле, действующее вокруг частиц обладающих электрическим зарядом.

Электрическое поле оказывает силовое действие на другие заряженные тела. Таким образом, электрический заряд q – это физическая величина, определяющая способность тела вступать в электромагнитные силовые взаимодействия (измеряется в кулонах - Кл).

Силы взаимодействия неподвижных зарядов прямо пропорциональны произведению модулей зарядов и обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними:

(в системе СИ). Это соотношение выражает закон Кулона. Предполагается, что размеры заряженных взаимодействующих тел много меньше расстояния r между ними.

Здесь ε₀ – электрическая постоянная, равная ε₀ = 8,854·10^–12 Кл²/(Н·м²).

Основной характеристикой электрического поля является напряженность, равная электрической силе, действующей на единичный положительный заряд:

Для напряженностей полей от нескольких зарядов справедлив принцип суперпозиции:

Напряженность электрического поля – векторная физическая величина. Направление вектора Е в каждой точке пространства совпадает с направлением силы, действующей на положительный пробный заряд.

Электрическое поле неподвижных и не меняющихся со временем зарядов называется электростатическим.

Важной характеристикой электрического поля является потенциал. Потенциал поля в данной точке определяется как работа, которую совершает электрическое поле при перемещении единичного положительного заряда из этой точки в некоторую фиксированную (опорную) точку. Обычно потенциал определяют относительно бесконечно удаленной точки. В электротехнике часто бывает удобнее определять потенциал относительно Земли. Потенциал – скалярная величина. Возможность введения понятия потенциала обусловлена тем, что работа электрического поля не зависит от траектории перемещения заряда, а зависит только от положения начальной и конечной точек. Таким же свойством обладает гравитационное поле. Силовые поля, обладающие этим свойством, называются консервативными.

Потенциал поля, создаваемого точечным зарядом q, на расстоянии r от заряда равен:

При r → ∞ φ → 0.

Потенциал определен с точностью до постоянной. Физическое значение имеет разность потенциалов, называемая напряжением U. Напряжение электрического поля измеряется в вольтах (В).

Под электрическим напряжением понимают работу, совершаемую электрическим полем для перемещения заряда напряженностью в 1 Кл (кулон) из одной точки проводника в другую.

где

A – это работа электрического поля по перемещению заряда по участку цепи, Джоули

q – заряд, Кулон

U – напряжение на участке электрической цепи, Вольты

Потенциал электростатического поля — скалярная величина, равная отношению потенциальной энергии заряда в поле к этому заряду:

*Разность потенциалов :*

Напряжение — разность значений потенциала в начальной и конечной точках траектории.

Связь между напряженностью и напряжением.

Напряженность равна градиенту потенциала (скорости изменения потенциала вдоль направления d).

Единица напряженности:

Работа электрического поля по перемещению заряда из точки A в точку B пропорциональна напряжению между этими точками:

A = Uq.

Работа электрического поля при перемещении заряженного тела равна убыли потенциальной энергии тела:

A = –ΔW.

Существуют такие конфигурации проводников, при которых электрическое поле оказывается сосредоточенным (локализованным) лишь в некоторой области пространства. Такие системы называются конденсаторами, а проводники, составляющие конденсатор, называются обкладками. Электроемкость конденсатора равна:

где q – заряд положительной обкладки, U – напряжение между обкладками. Электроемкость конденсатора зависит от его геометрической конструкции и электрической проницаемости заполняющего его диэлектрика и не зависит от заряда обкладок. В СИ электроемкость измеряется в фарадах.

Электроемкость плоского конденсатора равна:

где S – площадь каждой из обкладок, d – расстояние между ними, ε – диэлектрическая проницаемость вещества между обкладками.

Энергия электрического поля внутри конденсатора равняется:

Постоянный электрический ток.

Электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц. Такими заряженными частицами в проводниках – веществах, проводящих электрический ток, – являются электроны, а в жидкостях и газах – еще и заряженные ионы – атомы, лишенные одного или нескольких электронов (либо наоборот, имеющие лишние электроны). Для возникновения электрического тока в проводнике, необходимо создать электрическое поле, которое поддерживается источниками электрического тока.

Сила тока I равна отношению электрического заряда q, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения:

Сила тока в СИ измеряется в амперах (А). 1А = 1Кл/1с.

Сила тока направлена в сторону, противоположную направлению движения электронов.

Для широкого класса проводников (в т. ч. металлов) сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению (закон Ома):

Коэффициент пропорциональности R называется электрическим сопротивлением и измеряется в омах (Ом). Причиной электрического сопротивления является взаимодействие электронов при их движении по проводнику с ионами кристаллической решетки.

Электрическое сопротивление металлов прямо пропорционально длине проводника и обратно пропорционально площади его поперечного сечения:

Коэффициент пропорциональности ρ – удельное сопротивление – зависит только от вида металла.

Общее сопротивление R последовательно соединенных проводников R₁ и R₂ равно сумме их сопротивлений:

R = R₁ + R₂.

Общее сопротивление R параллельно соединенных проводников рассчитывается по формуле:

Физическая величина, равная работе сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда q от отрицательного полюса источника тока к положительному, называется электродвижущей силой источника (ЭДС):

Суммарная ЭДС батареи последовательно соединенных источников равняется сумме ЭДС этих источников:

Напряжение на участке цепи, содержащем источник тока, определяется формулой:

U =

– Ir,

где r – внутреннее сопротивление источника.

Закон Ома для полной цепи – эмпирический (полученный из эксперимента) закон, который устанавливает связь между силой тока, электродвижущей силой (ЭДС) и внешним и внутренним сопротивлением в цепи.

Сила тока в полной цепи прямо пропорциональна ЭДС и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи, где под полным сопротивлением понимается сумма внешних и внутренних сопротивлений (сумма сопротивлений цепи и внутреннего сопротивления источника).

R – внешнее сопротивление [Ом];
r – сопротивление источника ЭДС (внутреннее) [Ом];
I – сила тока [А];
ε– ЭДС источника тока [В].

Работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка на силу тока и на время, в течение которого совершалась работа:

A = UIt.

Работа электрического тока измеряется в джоулях.

Мощность электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на силу тока:

P = UI.

Мощность в системе СИ измеряется в ваттах (Вт).

Опыты показывают, что в неподвижных проводниках вся работа тока идет на увеличение их внутренней энергии. Количество теплоты Q, выделяющееся в проводнике с сопротивлением R при протекании тока I в течение времени t равно:

Эта формула выражает закон Джоуля–Ленца.

Основная литература по теме урока:

1) Учебник «Физика 10» Г.Я. Мякишев, Б.Б.Буховцев, М. «Просвещение»

2) интернет ресурсы

Домашнее задание: изучить материал, сделать краткий конспект.

Дата добавления: 2020-11-23; просмотров: 52; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!