Тема 2. Законы постоянного тока

1) Сила тока. Плотность тока. Единицы их измерения.

2) Источники тока.

3) Замкнутая электрическая цепь.

4) Закон Ома для участка цепи.

5) Сопротивление проводника и его зависимость от рода вещества, геометрических размеров, температуры.

6) Правила расчета электрических цепей постоянного тока при последовательном соединении потребителей.

7)…….. при параллельном соединении потребителей.

8) Работа и мощность тока.

9) Закон Ома для полной цепи (замкнутой цепи).

1. Сила тока. Плотность тока. Единицы их измерения.

Любое направленное движение заряженных частиц называется ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТОКОМ.

Движения отдельно взятых заряженных частиц называется МИКРОТОКОМ.

Движение большого кол-ва частиц называется МАКРОТОКОМ. В металлах ток представляет собой направленное движение электронов. В жидких проводниках – электролитах, направленное движение

ионов обоих знаков. В газах направленное движение ионов обоих знаков и электронов. В полупроводниках направленное движение электронов и дырок. При направленном движении заряженных частиц в проводниках со стороны частиц проводника на эти заряды действуют силы взаимодействия, т.о. прохождение тока по проводникам сопровождается увеличением внутренней энергии проводников.

Количественно ток характеризуется силой тока, которая определяется величиной заряда переносимого заряженными частицами при их направленном движении через поперечное сечение проводника за единицу времени.

- формула расчета силы тока.

Плотность тока определяется величиной заряда, переносимого заряженными частицами через единицу площади поперечного сечения проводника за единицу времени.

- формула расчета плотности тока

Плотность тока показывает какой ток проходит через единицу площади сечения проводника.

В «СИ»

Сила тока – величина векторная.

Вектор силы тока совпадает по направлению с направлением движения положительных зарядов.

Ток в проводниках направлен от точек большего потенциала, к точкам меньшего потенциала, т.е.

«+» к «-».

2. Источники тока.

Для того, что бы внутри проводника получить электрическое поле, а следовательно ток, на концах проводника необходимо создать разность потенциалов и ее поддерживать. С этой целью используются источники тока. Для того, что бы в замкнутой цепи получить ток необходимо в нее включить участок цепи, на котором на заряды будут действовать сторонние силы, противоположно направленные Кулоновским силам. (уч.АВД)См. рис.1 Участок цепи, на котором на заряд, кроме Кулоновских сил, действуют сторонние силы, называется источником тока. Сторонние силы на этом участке цепи совершают работу в результате которой какой-либо вид энергии превращается в электрическую.

В зависимости от этого существует несколько видов источников тока.

1) Генератор – преобразует механическую энергию в электрическую.

2) Гальванический элемент (химический источник тока) – преобразует энергию химических реакций в электрическую.

3) Солнечные батареи – преобразуют энергию излучения в электрическую.

4) Термобатареи – преобразуют внутреннюю энергию в электрическую.

Основной характеристикой любого источника тока является электродвижущая сила (Э.Д.С.), которая определяется работой сторонних сил по перемещению заряда внутри источника тока.

Зависит ЭДС от конструкции самого источника тока.

3. Замкнутая электрическая цепь.

Любая замкнутая цепь состоит из двух участков:

1) Внутренний - источник тока. В нем происходит преобразование какого-либо вида энергии в электрическую и ток направлен от минуса к плюсу от точек меньшего потенциала к большему.

2) Внешний участок. В него входят соединительные провода, клеммы, пуско - регулирующая аппаратура, потребители. На этих участках цепи происходит преобразование электрической энергии в какой-либо другой вид. Ток направлен от «+» к «-».

4. Закон Ома для участка цепи.

; d – проводимость проводника, зависит от рода вещества, температуры и геометрических размеров проводника. Закон Ома для участка цепи, не содержащего противо-Э.Д.С.

Величина, обратная проводимости проводника называется СОПРОТИВЛЕНИЕМ.

Любое препятствие, направленному движению зарядов в проводнике представляет собой электрическое сопротивление.

- формула закона Ома для участка цепи.

Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого уч-ка и обратно пропорциональна сопротивлению.

Этот закон впервые был установлен опытным путем немецким ученым Омом и является одним из фундаментальных законов физики.

R₁<R₂ Вольтамперная характеристика уч-ка цепи.

И=JR И-напряжение, JR-падение напряжения на уч-ках цепи, не содержащих противоЭДС. Это такие уч-ки, на которых все действия тока сводятся к нагреванию проводов.

К таким уч-кам цепи применим закон Ома в установленном виде. На уч-ках цепи, содержащих противоЭДС напряжение больше падения напряжения. Это такие уч-ки, на которых кроме теплового действия наблюдаются и другие, например, механические (электродвигатели), химические (гальваническая ванна, электролиз). К таким уч-кам цепи закон Ома в данном виде не применим.

5. Сопротивление проводника и его зависимость от рода в-ва, геометрических размеров, температуры.

От напряжения и силы тока сопротивление металлических проводников не зависит.

1 Ом – сопротивление проводника, в котором при напряжении 1В идет ток в1А.

Оно зависит от рода в-ва, его геометрических размеров и температуры.

Удельное сопротивление проводника показывает, каким сопротивлением обладает проводник, длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1м².

При нагревании металлических проводников, их сопротивление увеличивается, т.к. скорость хаотического движения электронов возрастает, а скорость направленного движения уменьшается.

6. Правила расчета электрических цепей постоянного тока при последовательном соединении потребителей.

1) J-одинаковая.

При последовательном соединении потребителей, токи в них одинаковые.

2) При последовательном соединении напряжения и сопротивления отдельных уч-ков цепи находятся в прямой пропорциональной зависимости.

3) При последовательном соединении напряжение на всем уч-ке равно сумме напряжений на отдельных уч-ках этого соединения.

4) -формула расчета эквивалентного (общего) сопротивления.

- при условии равенства сопротивлений.

7. Правила расчета электрических цепей постоянного тока при параллельном соединении потребителей.

1) И- одинаковое.

При параллельном соединении независимо от сопротивлений напряжение одинаковое.

2) При параллельном соединении токи и сопротивления ветвей находятся в обратной пропорциональной зависимости.

3) Сумма токов входящих в электрический узел равна сумме токов, выходящих из него.

4) - формула расчета эквивалентного сопротивления при параллельном соединении.

- при условии равенства сопротивлений ветвей.

МЕТОДИКА РАСЧЕТА ЭЛЕТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА:

1) При необходимости составляем эквивалентную схему, при этом провода можно удлинять, укорачивать, но нельзя их разрывать и резисторы менять местами.

2) Необходимо в схеме выделить параллельный и последовательный участки цепи.

3) Определить токи и напряжения на этих участках.

8. Работа и мощность тока.

Т.к. ток представляет собой направленное движение зарядов в электрическом поле проводника, то совершаемая работа может быть рассчитана по формуле:

A=JИt -формула расчета полной работы тока на любом участке цепи.

формула расчета работы теплового действия тока на любом участке цепи

- формула расчета работы теплового действия тока на участке цепи не содержащем противо ЭДС.

A=EJt - формула расчета полной работы тока в замкнутой цепи.

Мощность – скорость совершения работы, она показывает какая работа совершается за 1 ед. времени.

P=J И - полная мощность тока на любом участке цепи.

- полная мощность теплового действия тока на любом участке цепи.

- мощность теплового действия тока на участке цепи не содержащем противо ЭДС.

P=EJ - мощность тока в замкнутой цепи или мощность источника тока.

9. Закон Ома для полной цепи (замкнутой цепи).

- работа, совершенная зарядом в 1Кл во внешней части цепи.

- работа, совершенная зарядом в 1 Кл внутри источника тока.

- работа сторонних сил по перемещению заряда в 1Кл внутри источника тока.

В результате этой работы заряды внутри источника тока получают энергию численно равную совершенной работе. На основании закона сохранения и превращения энергии можно утверждать, что

-формула закона Ома для замкнутой цепи.

Сила тока в замкнутой цепи прямопропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна сумме сопротивлений внешнего и внутреннего частей цепи.