Силы неэлектростатического происхождения, действующие на заряды со стороны источников тока, называются сторонними.
Тема 2. Постоянный электрический ток.
Лекция №4
Электрический ток, сила и плотность тока.
Сторонние силы, электродвижущая сила и напряжение.
Закон Ома, сопротивление проводников.
1.Электрический ток, сила и плотность тока
Определение 1.
Электрическим током называется любое упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов.
Определение 2.
Током проводимости называется ток свободных электрических зарядов в проводнике под действием приложенного электрического поля Е (рисунок слева,а).
Определение 3.
Конвекционным током называется ток упорядоченного движения электрических зарядов, которое осуществляется перемещением в пространстве
заряженного макроскопического тела (рисунок слева, б).
Количественной мерой электрического тока служит сила тока I.
Определение 4.
Силой тока называется скалярная физическая величина, определяемая электрическим зарядом, проходящим через поперечное сечение проводника в единицу времени:
Определение 5.
Если сила тока и его направление не изменяются со временем, то такой ток называется постоянным. Для постоянного тока
|
|
|
где Q — электрический заряд, проходящий за время t через поперечное сечение проводника.
Единила силы тока — Ампер (А).
Определение 6.
Физическая величина, определяемая силой тока, проходящего через единицу площади поперечного сечения проводника, перпендикулярного направлению тока, называется плотностью тока:
Выразим силу и плотность тока через скорость «среднюю» 
упорядоченного движения зарядов в проводнике.
Если концентрация носителей тока равна n и каждый носитель имеет элементарный заряд равен – е, то за время – dt через поперечное сечение проводника – S переносится заряд 
.
Сила тока будет равна
а плотность тока, соответственно определению, – 
Плотность тока — это вектор, ориентированный по направлению тока, т. е. направление вектора jсовпадает с направлением упорядоченного движения положительных зарядов.
Единица плотности тока — Ампер на метр в квадрате (А/м2).
|
|
|
Сторонние силы, электродвижущая сила и напряжение .
Если в цепи на носители тока действуют только силы электростатического поля, то происходит перемещение носителей (они предполагаются положительными) от точек с большим потенциалом к точкам с меньшим потенциалом.
Это приводит к выравниванию потенциалов во всех точках цепи и к исчезновению электрического поля.
Определение 1.
Устройства, способные создавать и поддерживать разность потенциалов за счет работы сил неэлектростатического происхождения, называются источниками тока.
Определение 2.
Силы неэлектростатического происхождения, действующие на заряды со стороны источников тока, называются сторонними.
Природа сторонних сил может быть различной.
Например, в гальванических элементах они возникают за счет энергии химических реакций между электродами и электролитами; в генераторе — за счет механической энергии вращения ротора генератора и т. п.
Примечание. Роль источника тока в электрической цепи, образно говоря, такая же, как роль насоса, который необходим для перекачивания жидкости в гидравлической системе.
Сторонние силы совершают работу по перемещению электрических зарядов.
|
|
|
Определение 3.
Физическая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда, называется электродвижущей силой (э.д.с.), действующей в цепи:
Эта работа производится за счет энергии, затрачиваемой в источнике тока, поэтому величину 
можно также называть электродвижущей силой источника тока, включенного в цепь.
Э.д.с., как и потенциал, выражается в Вольтах.
Сторонняя сила Fст, действующая на заряд Q0, может быть выражена как
где Ест — напряженность поля сторонних сил.
Работа же сторонних сил по перемещению заряда Q0 на замкнутом участке цепи равна
Разделив выражение для А на Q0, согласно определению, получим выражение для э. д. с., действующей в цепи, а именно,
|
|
|
Из полученного выражения следует, что э.д.с., действующая в замкнутой цепи, может быть определена как циркуляция вектора напряженности поля сторонних сил.
Э.д.с., действующая на каком-то произвольном не замкнутом участке 1—2, будет равна
На заряд Q0 помимо сторонних сил действуют также силы электростатического поля Fe=Q0·E. Таким образом, результирующая сила, действующая в цепи на заряд Q0, будет равна
Работа, совершаемая результирующей силой над зарядом Q0 на участке 1—2, будет равна
Используя определение э.д.с. и выражение для работы в потенциальном электростатическом поле, можно записать, что
Для замкнутой цепи работа электростатических сил (как работа сил потенциального поля!) будет равна нулю, поэтому в данном случае 
Определение 4.
Напряжением U12 на участке 1—2 называется физическая величина, определяемая работой, совершаемой суммарным полем электростатических (кулоновских) и сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда на данном участке цепи.
Таким образом,
Примечание. Понятие напряжения является обобщением понятия разности потенциалов. Напряжение на концах участка цепи равно разности потенциалов в том случае, если на этом участке не действует э.д.с., т. е. сторонние силы отсутствуют.
Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 45; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!