Постоянный электрический ток

Сентябрь 15, 2022

Главная
Физика
Постоянный электрический ток

Содержание

2. Электрический ток Электрический ток – упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов. Ток проводимости ( ток в проводниках)
3. Электрический ток В проводнике под действием приложенного электрического поля свободные электрические заряды перемещаются: положительные – по
4. Таким образом, средняя скорость направленного движения электронов много меньше средней скорости их хаотического движения. Незначительная средняя
5. При движении зарядов нарушается их равновесное распределение. Следовательно, поверхность проводника уже не является эквипотенциальной и вектор
6. Условия появления и существования тока проводимости: 1. Наличие в среде свободных носителей заряда, т.е. заряженных частиц,
7. Условия появления и существования тока проводимости: 2. Наличие в среде электрического поля, энергия которого затрачивалась бы
8. Электрический ток За направление тока условно принято направление движения положительных зарядов. Сила тока – количественная мера
9. – сила тока численно равна заряду, проходящему через поперечное сечение проводника за единицу времени. В СИ:
10. Сила тока Для постоянного тока: Вектор плотности тока j вводится для характеристики распределения заряда по сечению
11. плотность тока численно равна заряду, проходящему через единичную площадку dSn, расположенную перпендикулярно направлению тока, за единицу
13. Рассмотрим проводник сечением dS. e – элементарный заряд. n – концентрация зарядов в объеме проводника ‹v›
15. Сторонние силы. Электродвижущая сила. Напряжение Если в цепи на носители тока действует только сила электростатического поля,
16. Сторонние силы силы неэлектрического происхождения, действующие на заряды со стороны источников тока. За счет поля сторонних
17. Сторонние силы совершают работу по перемещению электрических зарядов. Электродвижущая сила (э.д.с. – E) – физическая величина,
18. Э.д.с. в замкнутой цепи может быть определена как циркуляция вектора напряженности сторонних сил Таким образом, на
19. Напряжение на участке цепи величина, численно равная работе, совершаемой полем электростатических и сторонних сил при перемещении
20. Закон Ома для однородного участка цепи Однородным называется участок цепи не содержащий источника э.д.с. Закон Ома
21. В СИ сопротивление R измеряется в омах [1Ом = 1В / 1А]. Величина R зависит от
22. Сопротивление проводника зависит от его температуры: α – температурный коэффициент сопротивления, для чистых металлов (при не
23. Последовательное соединение проводников
24. Параллельное соединение проводников
25. ● Последовательное соединение. R = R1 +R2 +…+Rn. ● Параллельное соединение.
26. Закон Ома в дифференциальной форме Связывает, как и любое дифференциальное уравнение, величины, относящиеся к одной точке,
27. Закон Ома в дифференциальной форме σ = 1/ρ – удельная электрическая проводимость, [сименс на метр, См/м].
28. Закон Ома в дифференциальной форме В изотропной среде носители тока (положительные) в каждой точке движутся в
29. Закон Ома для неоднородного участка цепи Неоднородный – участок цепи, содержащий источник э.д.с. Замкнутая цепь содержит
30. Закон Ома для неоднородного участка цепи Вектор dl выбрали совпадающим по направлению с вектором плотности тока
31. Интегрируем по длине проводника от сечения 1 до некоторого сечения 2: работа, совершаемая кулоновскими силами по
32. Закон Ома для неоднородного участка цепи Работа, совершаемая кулоновскими и сторонними силами по перемещению единичного положительного
33. Закон Ома для неоднородного участка цепи Если источник э.д.с. включен таким образом, что в направлении протекания
34. Закон Ома для замкнутой цепи Если цепь замкнутая, то φ1 = φ2.
35. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца При соударении свободных электронов с ионами кристаллической решетки они
36. Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца Мощность электрического тока:
37. Закон Джоуля-Ленца Однородный участок цепи
38. Закон Джоуля-Ленца Неоднородный участок цепи
39. Закон Джоуля-Ленца Замкнутая цепь. К.п.д. источника тока:
40. Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме Удельная тепловая мощность тока – количество тепла, выделившееся в единичном объеме
41. Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме
42. Законы Кирхгофа Используются для расчета разветвленных цепей постоянного тока. Неразветвленная электрическая цепь – цепь, в которой
43. Первый закон Кирхгофа (следствие закона сохранения заряда): алгебраическая сумма сил токов, сходящихся в узле, равна нулю.
44. Второй закон Кирхгофа (обобщенный закон Ома): в любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в разветвленной электрической цепи,
45. Второй закон Кирхгофа Ток считается положительным, если его направление совпадает с условно выбранным направлением обхода контура.
47. Скачать презентацию

Слайд 2

Электрический ток
Электрический ток – упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов.
Ток проводимости (

ток в проводниках) – движение микрозарядов в макротеле.
Конвекционный ток – движение макроскопических заряженных тел в пространстве.
Ток в вакууме – движение микрозарядов в вакууме.

Слайд 3

Электрический ток
В проводнике под действием приложенного электрического поля свободные электрические заряды

перемещаются: положительные – по полю, отрицательные – против поля.
Носители зарядов совершают сложное движение:
хаотическое со средней скоростью v~(103 ÷104м/с),
2) направленное со средней скоростью v~Е(доли мм/с).

Слайд 4

Таким образом, средняя скорость направленного движения электронов много меньше средней скорости

их хаотического движения. Незначительная средняя скорость направленного движения объясняется их частыми столкновениями с ионами кристаллической решетки.
В то же время всякое изменение электрического поля передается вдоль проводов со скоростью, равной скорости распространения электромагнитной волны – (3·108 м/с). Поэтому движение электронов под действием внешнего поля возникает на всем протяжении провода практически одновременно с подачей сигнала.

Слайд 5

При движении зарядов нарушается их равновесное распределение. Следовательно, поверхность проводника уже

не является эквипотенциальной и вектор напряженности электрического поля Е не направлен перпендикулярно поверхности, так как для движения зарядов необходимо, чтобы на поверхности Еτ ≠ 0.
По этой причине внутри проводника существует электрическое поле, которое равно нулю только в случае равновесного распределения зарядов на поверхности проводника.

Слайд 6

Условия появления и существования тока проводимости:
1. Наличие в среде свободных

носителей заряда, т.е. заряженных частиц, способных перемещаться.
В металле это электроны проводимости; в электролитах – положительные и отрицательные ионы; в газах – положительные, отрицательные ионы и электроны.

Слайд 7

Условия появления и существования тока проводимости:
2. Наличие в среде электрического

поля, энергия которого затрачивалась бы на перемещение электрических зарядов. Для того чтобы ток был длительным, энергия электрического поля должна все время пополняться, т.е. нужен источник электрической энергии – устройство, в котором происходит преобразование какой-либо энергии в энергию электрического поля.

Слайд 8

Электрический ток
За направление тока условно принято направление движения положительных зарядов.
Сила тока

– количественная мера (характеристика) электрического тока.

Слайд 9

– сила тока численно равна заряду, проходящему через поперечное сечение

проводника за единицу времени.
В СИ: [1А = 1Кл / 1с].
Движение носителей заряда одного знака эквивалентно движению носителей противоположного знака в противоположном направлении.
Если ток создается двумя видами носителей:

Слайд 10

Сила тока
Для постоянного тока:
Вектор плотности тока j вводится для характеристики

распределения заряда по сечению проводника .
В СИ: [А / м2].

Слайд 11

плотность тока численно равна заряду,
проходящему через единичную площадку dSn,
расположенную

перпендикулярно направлению
тока, за единицу времени.

Слайд 12

Слайд 13

Рассмотрим проводник сечением dS.
e – элементарный заряд.
n – концентрация зарядов в

объеме проводника
‹v› – средняя скорость упорядоченного движения
зарядов.

Слайд 14

Слайд 15

Сторонние силы. Электродвижущая сила. Напряжение
Если в цепи на носители тока действует

только сила электростатического поля, то происходит перемещение носителей, которое приводит к выравниванию потенциалов во всех точках цепи и к исчезновению электрического поля.
Следовательно, для существования постоянного тока необходимо наличие в цепи устройства, которое создает и поддерживает разность потенциалов φ за счет работы сил неэлектрического происхождения. Такие устройства называются источниками тока (генераторы – преобразуется механическая энергия; аккумуляторы – энергия химической реакции между электродами и электролитом).

Слайд 16

Сторонние силы силы неэлектрического происхождения, действующие на заряды со стороны источников

тока.

За счет поля сторонних сил электрические заряды движутся
внутри источника тока против сил электростатического поля.
Следовательно, на концах внешней цепи поддерживается
разность потенциалов и в цепи течет постоянный ток.

Слайд 17

Сторонние силы совершают работу по перемещению электрических зарядов.
Электродвижущая сила (э.д.с. –

E) – физическая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда

Слайд 18

Э.д.с. в замкнутой цепи может быть определена как циркуляция вектора напряженности

сторонних сил
Таким образом, на заряды на участке цепи, в котором есть источник тока, действуют кулоновские и сторонние силы.

Слайд 19

Напряжение на участке цепи
величина, численно равная работе, совершаемой полем электростатических

и сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда на этом участке цепи

Слайд 20

Закон Ома для однородного участка цепи
Однородным называется участок цепи не

содержащий источника э.д.с.
Закон Ома в интегральной форме: сила тока прямо пропорциональна падению напряжения на однородном участке цепи и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.

Слайд 21

В СИ сопротивление R измеряется в омах [1Ом = 1В / 1А].
Величина R зависит от

формы и размеров проводника, а также от свойств материала, из которого он сделан.
Для цилиндрического проводника :
где ρ – удельное электрическое сопротивление [Ом·м], для металлов его величина порядка 10–8 Ом·м.

Слайд 22

Сопротивление проводника зависит от его температуры:
α – температурный коэффициент сопротивления, для

чистых металлов (при не очень низких температурах α ≈ 1 / 273 К-1,
ρ0, R0 – соответственно удельное сопротивление и сопротивление проводника при t = 0 oC.
Такая зависимость ρ(t) объясняется тем, что с ростом температуры интенсивность хаотического движения положительных ионов кристаллической решетки увеличивается, направленное движение электронов тормозится .

Слайд 23

Последовательное соединение проводников

Слайд 24

Параллельное соединение проводников

Слайд 25

● Последовательное соединение. R = R1 +R2 +…+Rn.
● Параллельное соединение.

Слайд 26

Закон Ома в дифференциальной форме
Связывает, как и любое дифференциальное уравнение, величины,

относящиеся к одной точке, в отличие от интегральных уравнений, связывающих величины, относящиеся к разным точкам.

Слайд 27

Закон Ома в дифференциальной форме
σ = 1/ρ – удельная электрическая проводимость, [сименс на

метр, См/м].

Слайд 28

Закон Ома в дифференциальной форме
В изотропной среде носители тока (положительные) в

каждой точке движутся в направлении вектора напряженности электрического поля Е.

Слайд 29

Закон Ома для неоднородного участка цепи
Неоднородный – участок цепи, содержащий источник

э.д.с.

Замкнутая цепь содержит
источник э.д.с., который в
направлении 1–2 способствует
движению положительных
зарядов.

Е – напряженность поля кулоновских сил,
Ест – напряженность поля сторонних сил.

Слайд 30

Закон Ома для неоднородного участка цепи
Вектор dl выбрали совпадающим по
направлению

с вектором плотности тока j.

Слайд 31

Интегрируем по длине проводника
от сечения 1 до некоторого сечения 2:
работа,

совершаемая кулоновскими
силами по перемещению q0+ из точки
1 в точку 2.

работа, совершаемая сторонними
силами по перемещению q0+ из точки
1 в точку 2.

Слайд 32

Закон Ома для неоднородного участка цепи
Работа, совершаемая кулоновскими и сторонними силами

по перемещению единичного положительного заряда q0+ – падение напряжения (напряжение).
Так как точки 1, 2 были выбраны произвольно, то полученные соотношения справедливы для любых двух точек электрической цепи:

Слайд 33

Закон Ома для неоднородного участка цепи
Если источник э.д.с. включен таким образом,

что в направлении протекания тока он повышает потенциал электрической цепи, то он берется с плюсом + E.

Слайд 34

Закон Ома для замкнутой цепи
Если цепь замкнутая, то φ1 = φ2.

Слайд 35

Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца
При соударении свободных электронов с ионами

кристаллической решетки они передают ионам избыток кинетической энергии, которую приобретают за время ускоренного движения в электрическом поле. В результате этих соударений амплитуда колебаний ионов около узлов кристаллической решетки увеличивается (тепловое движение ионов становится более интенсивным). Следовательно, проводник нагревается: температура – мера интенсивности хаотического движения атомов и молекул. Выделившееся тепло Q равно работе тока A.

Слайд 36

Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-Ленца
Мощность электрического тока:

Слайд 37

Закон Джоуля-Ленца
Однородный участок цепи

Слайд 38

Закон Джоуля-Ленца
Неоднородный участок цепи

Слайд 39

Закон Джоуля-Ленца
Замкнутая цепь.
К.п.д. источника тока:

Слайд 40

Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме
Удельная тепловая мощность тока – количество тепла,

выделившееся в единичном объеме за единицу времени.

Слайд 41

Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме

Слайд 42

Законы Кирхгофа
Используются для расчета разветвленных цепей постоянного тока.
Неразветвленная электрическая цепь –

цепь, в которой все элементы цепи соединены последовательно.
Элемент электрической цепи – любое устройство, включенное в электрическую цепь.
Узел электрической цепи – точка разветвленной цепи, в которой сходится более двух проводников.
Ветвь разветвленной электрической цепи – участок цепи между двумя узлами.

Слайд 43

Первый закон Кирхгофа (следствие закона сохранения заряда): алгебраическая сумма сил токов,

сходящихся в узле, равна нулю.
Пример: I1 + I2 – I3 – I4 = 0.

Ток, подходящий к узлу – положительный.
Ток, отходящий от узла – отрицательный.

Слайд 44

Второй закон Кирхгофа
(обобщенный закон Ома): в любом замкнутом контуре,

произвольно выбранном в разветвленной электрической цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов Ii на сопротивление соответствующих участков Ri этого контура равна алгебраической сумме э.д.с. в контуре.

Слайд 45

Второй закон Кирхгофа
Ток считается положительным, если его направление совпадает с условно

выбранным направлением обхода контура.
Э.д.с. считается положительной,
если направление обхода
происходит от – к + источника
тока, т.е. э.д.с. создает ток,
совпадающий с направлением обхода.

Постоянный электрический ток

Содержание

Электрический токЭлектрический ток – упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов.Ток проводимости (

Электрический токВ проводнике под действием приложенного электрического поля свободные электрические заряды

Таким образом, средняя скорость направленного движения электронов много меньше средней скорости

При движении зарядов нарушается их равновесное распределение. Следовательно, поверхность проводника уже

Условия появления и существования тока проводимости: 1. Наличие в среде свободных

Условия появления и существования тока проводимости: 2. Наличие в среде электрического

Электрический токЗа направление тока условно принято направление движения положительных зарядов.Сила тока

– сила тока численно равна заряду, проходящему через поперечное сечение

Сила токаДля постоянного тока: Вектор плотности тока j вводится для характеристики

плотность тока численно равна заряду, проходящему через единичную площадку dSn, расположенную

Рассмотрим проводник сечением dS.e – элементарный заряд.n – концентрация зарядов в

Сторонние силы. Электродвижущая сила. НапряжениеЕсли в цепи на носители тока действует

Сторонние силы силы неэлектрического происхождения, действующие на заряды со стороны источников

Сторонние силы совершают работу по перемещению электрических зарядов.Электродвижущая сила (э.д.с. –

Э.д.с. в замкнутой цепи может быть определена как циркуляция вектора напряженности

Напряжение на участке цепи величина, численно равная работе, совершаемой полем электростатических

Закон Ома для однородного участка цепи Однородным называется участок цепи не

В СИ сопротивление R измеряется в омах [1Ом = 1В / 1А].Величина R зависит от

Сопротивление проводника зависит от его температуры:α – температурный коэффициент сопротивления, для

Последовательное соединение проводников

Параллельное соединение проводников

● Последовательное соединение. R = R1 +R2 +…+Rn. ● Параллельное соединение.

Закон Ома в дифференциальной формеСвязывает, как и любое дифференциальное уравнение, величины,

Закон Ома в дифференциальной формеσ = 1/ρ – удельная электрическая проводимость, [сименс на

Закон Ома в дифференциальной формеВ изотропной среде носители тока (положительные) в

Закон Ома для неоднородного участка цепи Неоднородный – участок цепи, содержащий источник

Закон Ома для неоднородного участка цепи Вектор dl выбрали совпадающим по направлению

Интегрируем по длине проводника от сечения 1 до некоторого сечения 2:работа,

Закон Ома для неоднородного участка цепиРабота, совершаемая кулоновскими и сторонними силами

Закон Ома для неоднородного участка цепиЕсли источник э.д.с. включен таким образом,

Закон Ома для замкнутой цепиЕсли цепь замкнутая, то φ1 = φ2.

Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-ЛенцаПри соударении свободных электронов с ионами

Работа и мощность электрического тока. Закон Джоуля-ЛенцаМощность электрического тока:

Закон Джоуля-ЛенцаОднородный участок цепи

Закон Джоуля-ЛенцаНеоднородный участок цепи

Закон Джоуля-ЛенцаЗамкнутая цепь.К.п.д. источника тока:

Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной формеУдельная тепловая мощность тока – количество тепла,