2.2. Постоянный ток
В этом разделе изучается направленное движение электрических зарядов.
2.2.7. Закон Ома для замкнутой цепи
Для замкнутой цепи  , т. е.  . Полное сопротивление замкнутой цепи равно сумме внешнего сопротивления и внутреннего сопротивления источника тока, т. е.
 .
Тогда из формулы (2.30) следует закон Ома для замкнутой цепи
или
Сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению.
Обычно внутреннее сопротивление мало по сравнению с внешним (r << R). Тогда  , т. е. ЭДС приблизительно равна напряжению на зажимах источника.
При коротком замыкании, когда R → 0, сила тока короткого замыкания равна
Сила тока Ik может оказаться очень большой, провода могут расплавиться, а сам источник - выйти из строя. Поэтому не надо допускать короткого замыкания.
Закон Ома имеет большое значение для расчета электрических цепей. Он представляет собой основу всей электротехники.
2.2.8. Тепловое, химическое и силовое действие тока
О наличии электрического тока можно судить по тем действиям или явлениям, которые его сопровождают.
1. Проводник, по которому течет ток, нагревается. По закону Джоуля - Ленца количество теплоты, выделяющееся в проводнике с током, пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока, т. е.
 .
Тепловая мощность тока равна
 .
Джоулева теплота находит применение в электрообогревателях, лампах накаливания, в устройствах для сварки и плавки и т.д.
2. Электрический ток может изменить химический состав проводника. При электролизе на электродах происходит выделение вещества. По закону электролиза Фарадея масса вещества, выделившегося на электроде, пропорциональна силе тока и времени прохождения тока
 ,
где k - коэффициент, зависящий от природы вещества.
3. Ток оказывает силовое действие на соседние токи. Между двумя участками единичной длины параллельных бесконечных проводников, расположенных на расстоянии b друг от друга, по которым текут токи I 1 и I 2, возникает сила взаимодействия. Модуль силы взаимодействия равен
 ,
где μ 0 - магнитная постоянная, μ - магнитная проницаемость среды, в которой находятся проводники.
Параллельные токи притягиваются, антипараллельные - отталкиваются.
4. Вокруг проводника с током возникает магнитное поле. Это проявляется в том, что магнитная стрелка вблизи проводника с током поворачивается. Магнитное действие тока рассмотрим в следующем разделе.
Квазистационарные токи
    Вот условие квазистационарности для тока:  . О чём говорит это уравнение? Уравнение утверждает, что циркуляция напряжённости магнитного поля равняется полному току, который течёт через поверхность этого контура. А я теперь сделаю вот что: возьму поверхность (пузырь), опирающуюся на контур, а теперь стягиваю горловину. Когда я стягиваю этот контур к точке, вот эта левая часть стремится к нулю, потому что  нигде не может достигать бесконечных значений, а что делается с правой частью? Поверхность становится замкнутой при стягивании контура в точку. Из этих рассуждений мы получаем, что  . Вот это есть условие квазистационарности тока. Физически это означает вот что: какой заряд за единицу времени втекает в замкнутую поверхность, такой заряд и вытекает. Это означает в частности вот что: если имеется три проводника, следствие из утверждения будет, что  . Охватим точку пересечения замкнутой поверхностью, поскольку токи втекающие за единицу времени и вытекающие равны, это и означает, что  .
Задания и вопросы для самоконтроля
1. Что называется силой тока?
2. Сформулируйте закон Ома для однородного участка цепи.
3. Сформулируйтезакон Ома в дифференциальной форме. Для каких цепей он применим?
4. Запишите закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС, и для полной цепи.
5. Опишите взаимодействие параллельных токов.
|
2015-10-22
423
