Пиши Дома Нужные Работы

Обратная связь

НАПРЯЖЕНИЕ. РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ

ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК

Характеристики электрического тока

Электрическим током называется упорядоченное движение электрических зарядов.

 

За направление тока условно принимают направление движения положительных зарядов.

 

Условия возникновения и существования

электрического тока:

 

1) наличие в данной среде свободных носителей тока - заряженных частиц, которые могли бы в ней упорядочение перемещаться (электронов, ионов);

 

2) существование в данной среде внешнего электрического поля, энергия которого должна расходоваться на упорядоченное перемещение электрических зарядов.

 

 

СИЛА ТОКА

Скалярная характеристика электрического т ока.

Силой тока называется скалярная физическая величина численно равная величине заряда, переносимого через рассматриваемую поверхность в единицу времени

где - время, за которое через поверхность переносится заряд .

 

 

Постоянныйэлектрический ток - если сила тока и его направление не изменяются с течением времени

В СИ: .

ПЛОТНОСТЬ ТОКА

Векторная характеристика электрического тока.

Распределение силы тока по поверхности определяется плотностью тока.

 

Модуль вектора плотности тока численно равен силе тока I,проходящегочерез единицу площади поперечного сечения проводника, перпендикулярного направлению тока.

За направление вектора плотности тока j принимается направление вектора скорости упорядоченного движения положительных носителей.

 

Для постоянного тока по всему поперечному сечению S однородного проводника

В СИ:

 

Если в единице объёма содержится носителей тока и каждый носитель имеет элементарный заряд .



- средняя скорость, которую приобретают носители тока под действием поля

Тогда за время через поперечное сечение Sпройдёт n носителей тока, которые перенесут заряд .

Сила тока

Плотность тока

 

Характеристики электрической цепи

СТОРОННИЕ СИЛЫ

 

Для существования постоянного тока необходимо наличие в цепи устройства, способного создавать и поддерживать разность потенциалов за счет работы сил неэлектрического происхождения. Такие устройства называются источниками тока.

 

Силы неэлектростатического происхождения, действующие на заряды со стороны источников тока, называются сторонними.

 

Природа сторонних сил может быть различной:

- в гальванических элементах сторонние силы возникают за счет энергии химических реакций между электродами и электролитами;

- в генераторах – за счет механической энергии вращения ротора генератора;

 

Источник тока в электрической цепи можно сравнить с насосом, перекачивающим жидкость в гидравлической системе.

 

Электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля под действием создаваемого поля сторонних сил, поэтому на концах цепи поддерживается разность потенциалов и в цепи течет постоянный электрический ток.

 

Сторонние силы – силы, разделяющие электрические заряды и поддерживающие постоянную разность потенциалов на концах проводника.

 

Важной характеристикой сторонних сил является работа, которую они совершают над перемещающимися по цепи зарядами.

 

 

ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА (ЭДС)

 

Электродвижущей силой (ЭДС) , действующей в цепи или на её участке, называется физическая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда

 

В СИ: .

 

НАПРЯЖЕНИЕ. РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ

 

Напряжение U на участке цепи 1-2 - физическая величина, численно равная работе, совершаемой электростатическими и сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда на данном участке цепи

 

 

В СИ: .

Участок цепи, на котором действуют сторонние силы, называется неоднородным

Участок цепи, на котором не действуют сторонние силы (т.е. не содержит источника тока), называется однородным.

Для однородного участка цепи напряжение совпадает с разностью потенциалов на концах участка.

 

 

    СОПРОТИВЛЕНИЕ

 

 

Сопротивлением называется способность проводников препятствовать направленному движению носителей электрического тока

(*)

В СИ: .

 

Формула (*) справедлива для цилиндрического проводника,

где - длина проводника;

- площадь поперечного сечения проводника;

- удельное сопротивление, характеризующее материал проводника.

В СИ: .

Сопротивление проводника зависит от его размеров, формы и от материала, из которого сделан проводник.

Применяемые в технике проводники обычно имеют большую длину и малое поперечное сечение. Наименьшими удельными сопротивлениями обладают серебро и медь. На практике электрические провода обычно изготавливают из меди ( 1,7 ·10-8 Ом·м) или алюминия ( 2,6 ·10-8 Ом·м), плотность которого меньше по сравнению с медью.

 

Электрической проводимостью называется величина, обратная сопротивлению проводника

 

В СИ: (сименс); 1 См=1 Ом-1.

 

Удельной электрической проводимостью вещества проводника называется величина обратная удельному сопротивлению проводника

 

Опыт показывает, что сопротивление металлических проводников при нагревании возрастает

,

где - сопротивление проводника при 00 С;

- удельное сопротивление проводника при 00 С;

- температурный коэффициент сопротивления; [ ]=град-1.

Сопротивление растворов солей, кислот, щелочей, а также угля при нагревании уменьшается

Для некоторых металлов и сплавов при определенной характерной для каждого из них температуре вблизи абсолютного нуля наблюдается скачкообразное падение сопротивление практически до нуля. При этом проводник переходит в сверхпроводящее состояние, температуры перехода в которое для разных веществ различны и лежат в интервале примерно от 2 К до 20 К.

 

Сверхпроводимостьюназывается явление, при котором сопротивление некоторых чистых металлов (олово, алюминий, свинец, ртуть) падает до нуля при температурах, близких к абсолютному нулю температур.

 

Если в замкнутом контуре из сверхпроводника создать электрический ток, то он будет течь длительное время в сверхпроводнике, практически не уменьшаясь по величине.

Работа и мощность тока

ИСТОЧНИКИ ТОКА

 

 

Источниками тока называются устройства, обеспечивающие возникновение сторонних сил и поддерживающие постоянную разность потенциалов на своих полюсах.

 

Источниками тока являются, например, гальванические элементы, аккумуляторы, генераторы. В этих устройствах создается запас энергии для совершения работы по перемещению зарядов в электрической цепи.

Внутри источника тока на каждую заряженную частицу действуют две силы: сила электрического поля и сторонняя сила. Эти силы совершают работу против электростатических сил по разделению положительных и отрицательных зарядов, что приводит к поддержанию электрического поля в цепи и разности потенциалов между любыми ее точками. Работа сторонних сил связана с превращением энергии не электрической в энергию электрического тока

Источник тока имеет два электрода. Электрод с более высоким потенциалом, называется положительным полюсом (+), с более низким – отрицательным полюсом (-). Между полюсами образуется разность потенциалов – напряжение. ЭДС численно равна напряжению на полюсах разомкнутого источника: (рис. 39).  

Каждый источник тока имеет внутреннее сопротивление r. В химических источниках тока – это сопротивление электролита, в генераторах - сопротивление медного провода электромагнитов.

 

Током короткого замыкания называется ток, текущий по цепи, полученной при замыкании электродов источника между собой

,

где - ЭДС источника тока;

- внутреннее сопротивление.

Режим короткого замыкания – это аварийный режим, при котором реальные источники тока выходят из строя.

 

    РАБОТА ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

 

Рассмотрим однородный проводник, к которому приложено напряжение . За время через поперечное сечение проводника переносится заряд

,

где - сила тока в проводнике.

Так как ток представляет собой перемещение заряда под действием электрического поля, то работа тока равна

 

Работой электрического тока называется физическая величина численно равная произведению напряжения, силы тока в цепи и промежутка времени, в течение которого измеряется ток

(*)

 

В СИ: = Дж.

На практике применяют внесистемные единицы работы тока: ватт·час (Вт·ч) и киловатт·час (кВт·ч).

1 Вт·ч – работа тока мощностью в 1 Вт в течение 1 часа.

1 Вт·ч=3600 Вт·с=3,6·103Дж.

1 кВт·ч=103Вт·ч=3,6·106 Дж.

Учитывая закон Ома можно выразить работу тока через сопротивление участка цепи

 

(*), так как , то (*),

 

где R – сопротивление проводника.

 

Для постоянного тока имеем:

 

 

Коэффициент полезного действия КПД источника тока можно определить по формуле

Полезная работа - работа электрического тока

Затраченная работа – работа источника электрической энергии

, тогда

Сила тока равна (**)

Из закона Ома для полной цепи

(**)

Напряжение на внешнем участке цепи равно (**)

Тогда формула для КПД источника тока с учетом выражений (**) примет вид

,

где R – сопротивление внешнего участка цепи;

r– сопротивление источника тока.

 

    ТЕПЛОВОЕ ДЕЙСТВИЕ ТОКА

 

Если ток проходит по неподвижному металлическому проводнику, то вся работа тока идет на его нагревание. Тогда по закону сохранения энергии

Учитывая формулы (*), получим

и

 

Закон Джоуля-Ленца в интегральной форме: при прохождении электрического тока по проводнику в нем выделяется количество теплоты, которое прямо пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока

Для постоянного тока = const

 

 

    МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

 

Мощность тока характеризует работу тока, совершаемую за единицу времени.

 

Мощностью электрического тока называется физическая величина, численно равная отношению работы тока ко времени, за которое она совершается

 

В СИ: = Вт

Мощность, выделяемая во внешней цепи, равна

 

(***)

 

Выражения (***) справедливы как для переменного, так и для постоянного тока, причем в случае переменного тока этими формулами определяется мгновенное значение мощности.

 






ТОП 5 статей:
Экономическая сущность инвестиций - Экономическая сущность инвестиций – долгосрочные вложения экономических ресурсов сроком более 1 года для получения прибыли путем...
Тема: Федеральный закон от 26.07.2006 N 135-ФЗ - На основании изучения ФЗ № 135, дайте максимально короткое определение следующих понятий с указанием статей и пунктов закона...
Сущность, функции и виды управления в телекоммуникациях - Цели достигаются с помощью различных принципов, функций и методов социально-экономического менеджмента...
Схема построения базисных индексов - Индекс (лат. INDEX – указатель, показатель) - относительная величина, показывающая, во сколько раз уровень изучаемого явления...
Тема 11. Международное космическое право - Правовой режим космического пространства и небесных тел. Принципы деятельности государств по исследованию...



©2015- 2017 pdnr.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.