Источники тока. Сторонние силы. Понятия ЭДС, напряжения и падения напряжения. Контактная разность потенциалов. ТермоЭДС.

⇐ ПредыдущаяСтр 18 из 28Следующая ⇒

Если в проводнике создать электрическое поле и не принять мер для его поддержания, то перемещение носителей тока приведет очень быстро к тому, что потенциалы всех точек цепи выравниваются и поле внутри проводника исчезнет а ток прекратится. Для того чтобы поддерживать ток достаточно длительное время, нужно от конца проводника с меньшим потенциалом непрерывно отводить приносимые сюда заряды, а к концу с большим потенциалом непрерывно их подводить, т.е. необходимо наличие в цепи устройства, способного создавать и поддерживать разность потенциалов за счет сил не электростатического происхождения. Устройства, способные создавать и поддерживать разность потенциалов за счет сил не электростатического происхождения называются источниками тока. Силы не электростатического происхождения, действующие на заряды со стороны источников тока называются сторонними силами.

Количественной характеристикой сторонних сил является поле сторонних сил и его напряженность , которая определяется сторонней силой, действующей на единичный положительный заряд. Сторонние силы можно охарактеризовать работой, которую они совершают над перемещающимися по цепи зарядами. Физическая величина, равная работе сторонних сил над единичным положительным зарядом называется электродвижущей силой (ЭДС), действующей в цепи или на её участке: . Эта работа совершается за счет энергии, затрачиваемой в источнике тока.

Работа сторонних сил по перемещению заряда на замкнутом участке цепи равна:

Отсюда ЭДС, действующая в замкнутой цепи – это циркуляция вектора напряженности поля сторонних сил .Следовательно, для поля сторонних сил циркуляция его напряженности по замкнутому контуру не равна нулю.Поэтому поле сторонних сил –непотенциально.

Если на заряд кроме сторонних сил, действуют силы электростатического поля, то результирующая сила, действующая в каждой точке цепи на заряд равна: . Тогда работа, совершаемая этой силой на участке цепи 1→2, определяется выражением: .

Величина, численно равная работе, совершаемой электрическими и сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда, называется падением напряжения или просто напряжением на данном участке цепи(Контактная разность потенциалов), т.е. .

Участок цепи, на котором не действуют сторонние силы, называется однородным, и напряжение на концах участка цепи равно разности потенциалов

Мощность тока. Закон Джоуля-Ленца в интегральной и дифференциальной формах.

В случае, когда проводник неподвижен,а эл.ток постоянен и химически превращений в нем не совершается, работа сторонних сил затрачивается на увеличение внутренней энергии проводника, в результате чего проводник нагревается. Принято говорить, что при протекании тока в проводнике выделяется тепло

Q = UIt. Количество теплоты, выделяемой током в проводнике, пропорционально силе тока, времени его прохождения и падению напряжения. Заменив в соответствии с законом Ома U через RI, получим формулу Q = RI²t.(38.1) Соотношение (38.1) было установлено экспериментально Джоулем и, независимо от него, Ленцем и носит название закона Джоуля - Ленца.

Если сила тока изменяется со временем, то количество тепла, выделяющееся за время t, вычисляется по формуле Q = RI²dt. (38.2)

Удельная мощность тока Р_удчисленно равна кол-ву теплоты,выделившейся за 1с в ед. объёма пр-ка:

Р_уд= dQ/(dV*dt). Р_уд=Q, V=1м², t=1с

От формулы (38.1), определяющей тепло, выделяющееся во всем проводнике, можно перейти к выражению, характеризующему выделение тепла в различных местах проводника. Выделим в проводнике элементарный объем в виде цилиндра. Согласно закону Джоуля - Ленца за время dt в этом объеме выделится теплоdQ = RI²dt = ρdl(jdS)²dt / dS = ρj²dVdt (38.3)

(dV = dS dl — величина элементарного объема).

Разделив выражение (38.3) на dV и dt, найдем количество тепла, выделяющееся в единице объема в единицу времени:Q_уд = ρj².или Р_уд= j*Е (38.4)( j— плотность тока прводимости)

По аналогии с наименованием величины (37.3), величину Q_уд можно назвать удельной тепловой мощностью тока. Формула (38.4) представляет собой дифференциальную форму закона Джоуля - Ленца. Ее можно получить из соотношения P_уд = j(E_кул + E_стор*),заменив которое через j / σ = ρj, придем к выражениюP_уд = ρj², которое совпадает с (38.4). E_кул—напр-ть поля кулоновских сил; E_стор—напр-ть поля сторонних сил.

[Q]=Дж; [P_уд]=Вт/м³

Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 960; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 13 14 15 16 171819 20 21 22 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!