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 I_k 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 I₁ и I₂, возникает сила взаимодействия. Модуль силы взаимодействия равен

,

где μ₀ - 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.

2.3. Магнетизм

Это раздел физики, изучающий магнитные явления.

 

2.3.1. Характеристики магнитного поля

Опыт показывает, что вокруг проводников с током и вокруг намагниченных тел существует магнитное поле. Это поле обнаруживается по действию на магнитную стрелку или на другие проводники с током. Токи, протекающие в проводниках, называются макротоками. Токи, циркулирующие в магнитах, называются микротоками. С современной точки зрения микротоки создаются движением электронов вокруг ядра в атомах. Поскольку током называется упорядоченное движение электрических зарядов, то можно сделать вывод, что магнитное поле порождается движущимися электрическими зарядами.

В качестве основной характеристики магнитного поля вводится вектор магнитной индукции. Вектор магнитной индукции описывает поле, созданное макро- и микротоками. Его используют для описания поля как в вакууме, так и в веществе.

В качестве характеристики магнитного поля, созданного макротоками, вводится векторная величина, называемая напряженностью магнитного поля. Напряженность магнитного поля используется для описания магнитного поля в вакууме. Это вспомогательная характеристика.

Для однородной изотропной среды вектор магнитной индукции связан с вектором напряженности магнитного поля следующим соотношением

где μ₀ - магнитная постоянная.

В системе СИ:  ,   где генри (Гн) - единица индуктивности.

Магнитная проницаемость, μ, безразмерная величина. Эта величина показывает, во сколько раз магнитное поле макротоков изменяется за счет микротоков среды (т. е., во сколько раз магнитная индукция в веществе отличается от магнитной индукции в вакууме). Для вакуума μ = 1.

Единица магнитной индукции - тесла (Тл),

,

т. е. 1 Тл - магнитная индукция такого однородного магнитного поля, которое действует с силой 1 Н на каждый метр длины прямолинейного проводника, расположенного перпендикулярно направлению поля, если по этому проводнику проходит ток 1 А.

Единица напряженности магнитного поля  .