Электрический ток в металлах и его характеристики

1 2 3 4 5 6 7

ЗАКОНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Утверждено редакционно-издательским советом университета

в качестве методических указаний для решения задач по физике

Омск 2008

УДК 537.3(076.1)

ББК 22.33я73

А84

Законы постоянного тока:Методические указания для решения задач по физике / Т. А. Аронова, О. И. Сердюк; Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2008. 39 с.

Методические указания содержат краткие теоретические сведения по разделу физики «Постоянный ток», рекомендации по его изучению, основные законы и формулы, примеры решения типовых задач и набор задач для индивидуальных заданий, проведения практических занятий и контрольных работ.

Предназначены для студентов первого курса очной формы обучения технических вузов при подготовке к занятиям и экзаменам.

Библиогр.: 4 назв. Табл. 2. Рис. 24. Прил. 1.

Рецензенты: доктор техн. наук, профессор О. А. Сидоров;

канд. техн. наук, доцент В. П. Шабалин.

доктор техн. наук, профессор В. А. Нехаев;

канд. физ.-мат. наук, доцент Г. И. Косенко

________________________

путей сообщения, 2008

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение5

1. Электрический ток. Закон Ома6

1.1. Электрический ток в металлах и его характеристики6

1.2. Закон Ома для однородного участка цепи6

1.3. Пример решения задачи8

1.4. Задачи для самостоятельного решения10

1.5. Закон Ома для замкнутой цепи12

1.6. Пример решения задачи14

1.7. Задачи для самостоятельного решения15

2. Работа, мощность и тепловое действие тока. Закон Джоуля-Ленца17

2.1. Примеры решения задач20

2.2. Задачи для самостоятельного решения25

3. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа28

3.1. Пример решения задачи30

3.2. Задачи для самостоятельного решения32

4. Квазистационарный ток34

4.1. Пример решения задачи36

4.2. Задачи для самостоятельного решения36

Библиографический список37

Приложение. Справочные данные38

ВВЕДЕНИЕ

Успешное изучение общего курса физики в вузе невозможно без умения применять физические закономерности при решении практических задач, однако именно решение задач вызывает наибольшие затруднения у студентов.

Цель данных методических указаний – оказать помощь студентам в освоении методики решения задач и обеспечить практические аудиторные занятия, контрольные работы определенным набором задач по разделу «Постоянный электрический ток».

В каждом разделе методических указаний содержатся краткие теоретические сведения, рекомендации по решению задач, которые помогут подготовиться к занятиям, представлены примеры решения типовых задач по основным темам раздела «Постоянный электрический ток» и задачи для самостоятельного решения.

В приложении приведены значения удельного сопротивления различных металлов при 20°С и плотности некоторых металлов.

В основу каждой физической задачи положен частный случай проявления законов физики, поэтому прежде чем приступить к решению задачи, необходимо изучить теоретический материал по соответствующей теме. Затем требуется записать условие задачи, перевести единицы измерения всех величин в основные единицы СИ и при необходимости сделать схематический рисунок, отражающий условие задачи. Задачу следует решать в общем виде, т. е. сначала определяется формула для расчета искомой величины, затем в нее подставляются численные данные. Такая последовательность решения задачи позволяет лучше понять физические закономерности, в частности, выяснить, как искомая величина зависит от изменения исходных данных.

При изучении темы «Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа» рекомендуется повторить разделы математики, связанные с методами решения систем алгебраических уравнений. Расчеты определителей в электронных таблицах Microsoft Excel значительно упрощают вычисление значений тока в разветвленных цепях.

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК. ЗАКОН ОМА

Электрический ток в металлах и его характеристики

Электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц. В металлических проводниках такими частицами являются свободные электроны.

Скалярной характеристикой электрического тока служит сила тока I. Если за время dt через поперечное сечение проводника переносится заряд dq, то сила тока определяется по формуле, А:

. (1)

Электрический ток может быть распределен по сечению проводника неравномерно, поэтому существует векторная характеристика тока, называемая плотностью тока . Модуль вектора равен силе тока dI, проходящего через расположенную в данной точке проводника и перпендикулярную к направлению движения зарядов площадку , отнесенной к величине этой площадки:

. (2)

За направление вектора принимают направление вектора скорости упорядоченного движения положительных зарядов (направление, противоположное упорядоченному движению электронов в металлическом проводнике).

Зная вектор плотности тока в каждой точке пространства, можно найти силу тока I, проходящего через любую поверхность S:

. (3)