Постоянный электрический ток. Закон Ома

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

Электрический ток в цепи – это направленное движение заряженных частиц в электрическом поле.

ü Положительным направлением тока исторически принято считать направление движения положительного заряда.

Чем сильнее действие электрического поля на эти частицы, тем больше сила тока в цепи. Сила тока – это скалярная величина, равная отношению заряда q, который проходит через поперечное сечение проводника за единицу времени t:

Единицы измерения силы тока : I = 1А (Ампер).

q – электрический заряд, Кл (Кулон).

t – время, с.

Постоянный ток (I = const) – это электрический ток, сила и направление которого с течением времени не изменяются.

Применение: Постоянный ток широко используется в процессе электролиза (гальванопластика – получение легко отделяющихся точных металлических копий), на городском транспорте (электропоезда, трамваи, троллейбусы), в осветительных приборах, устройствах автоматики, связи, промышленной электроники вычислительной техники.

Замкнутая электрическая цепь оказывает противодействие прохождению электрического тока, поскольку направленному движению электрических зарядов в любом проводнике препятствуют молекулы и атомы.

Противодействие проводника электрическому току характеризуют величиной, называемой сопротивлением проводника:

Единицы измерения электрического сопротивления: R= 1 Ом.

ρ – удельное сопротивление проводника, Ом*мм^2/м.

l – длина проводника, м.

S – площадь поперечного сечения проводника, мм^2.

При расчете электрических цепей иногда удобнее пользоваться не сопротивлением, а величиной, обратной сопротивлению, называемой электрической проводимостью: .  Единицы измерения электрической проводимости: g = 1 См (Сименс)= 1

Применение: В электрических цепях широко применяются резисторы – устройства, имеющие сопротивления и включаемые в электрическую цепь для ограничения или регулировки тока. Резисторы бывают регулируемые, нерегулируемые, проволочные и непроволочные.

Для того чтобы ток проходил по замкнутой цепи, необходимо, чтобы в источнике тока зарядам сообщалась дополнительная энергия, она появляется за счет работы по перемещению зарядов, которую производят силы неэлектрического происхождения (сторонние силы) против сил электрического поля. Источник тока характеризуется энергетической характеристикой, которая называется электродвижущая сила источника (ЭДС).

ЭДС численно равна отношению работы сторонних сил по перемещению вдоль замкнутой цепи положительного заряда к величине этого заряда: .

Единицы измерения ЭДС: = 1В (Вольт).

- работа сторонних сил, Дж.

Перемещение зарядов по участку цепи сопровождается затратой энергии. Величина, численно равная работе, которую совершает источник, проводя положительный единичный заряд по данному участку цепи, называется напряжением.

Единицы измерения напряжения: = 1В (Вольт).

- это полная работа, которую совершают сторонние и кулоновские силы, Дж

Так как цепь состоит из внешнего и внутреннего участков, разграничивают понятия напряжений на внешнем   и внутреннем   участках.Из определений, очевидно, что ЭДС источника равна сумме напряжений на внешнем и внутреннем участках цепи:

 - это закон сохранения энергии для электрической цепи.

ü Измерить напряжение на различных участках цепи можно только при замкнутой цепи.

ü Измеряют ЭДС между зажимами источника при разомкнутой цепи.

Закон Ома для участка цепи: Сила тока (А) на участке цепи пропорциональна напряжению (В) на его концах и обратно пропорциональна его сопротивлению (Ом): .

Закон Ома для полной цепи: Сила тока (А) пропорциональна действующей в цепи ЭДС (В) и обратно пропорциональна сумме сопротивлений цепи (Ом) и внутреннего сопротивления источника тока (Ом):

Применение: Закон Ома получил широкое применение в области электроники, электротехники и радиоэлектроники. Например, для расчета электрических цепей постоянного и переменного тока. В настоящее время в электротехнике широко применяются правила Кирхгофа, с помощью которых рассчитывают разветвленные цепи. Второе правило Кирхгофа получено в результате применения закона Ома к различным участкам замкнутой цепи. Первое правило также следует из теоретических рассуждений Ома, изложенных им в работе «Теоретические исследования электрических цепей».

 

Спасибо за работу!