Ток проводимости. Условия существования тока. Количественные характеристики тока, единицы их измерения . Сопротивление металлов и его зависимость от температуры.
Электрический ток - упорядоченное движение заряженных частиц ( свободных электронов или ионов). При этом через поперечное сечение проводника перносится эл. заряд ( при тепловом движении заряженных частиц суммарный перенесенный эл. зпряд = 0, т.к. положительные и отрицательные заряды компенсируются).
Направление
эл. тока -
условно принято считать направление
движения положительно заряженных частиц
( от + к - ). 
Действия эл. тока ( в проводнике):
тепловое действие тока - нагревание проводника ( кроме сверхпроводников); химическое действие тока - проявляется только у электролитов, На электродах выделяются вещества, входящие в состав электролита; магнитное действие тока ( основное ) - наблюдается у всех проводников (отклонение магнитной стрелки вблизи проводника с током и силовое действие тока на соседние проводники посредством магнитного поля).
Количественная
характеристика эл. тока.
Сила тока - это отношение заряда q, перенесенного через поперечное сечение проводника за интервал времени t к этому интервалу. Постоянный ток - эл. ток, у которого сила тока со временем не меняется.
Сила
тока зависит от заряда частицы,
концентрации частиц, скорости направленного
движения частиц и площади поперечного
сечения проводника.
где S - площадь поперечного сечения проводника, qo - эл. заряд частицы, n - концентрация частиц, v - скорость упорядоченного движения электронов.
Единица
измерения силы тока:
Условия, необходимые для существования электрического тока: - наличие свободных электрически заряженных частиц; - наличие внутри проводника эл.поля действующего с силой на заряженные частицы для их упорядоченного движения ( свободные электроны по инерции , без действия силы, перемещаться не могут из-за тормозящего воздействия на них кристаллической решетки). Если в проводнике существует эл. поле, то между концами проводника есть разность потенциалов. Если разность потенциалов постоянна во времени , в проводнике течет постоянный ток.
Понятия о сторонних силах и эдс. Закон Ома для замкнутой цепи.
Для того, чтобы поддерживать ток достаточно длительное время, необходимо от конца проводника с меньшим потенциалом непрерывно отводить, а к другому концу – с большим потенциалом – подводить электрические заряды. Т.е. необходим круговорот зарядов. Поэтому в замкнутой цепи, наряду с нормальным движением зарядов, должны быть участки, на которых движение (положительных) зарядов происходит в направлении возрастания потенциала, т.е. против сил электрического поля (рис. 7.3).
Перемещение
заряда на этих участках возможно лишь
с помощью сил
неэлектрического происхождения
(сторонних сил): химические процессы,
диффузия носителей заряда, вихревые
электрические поля. Аналогия: насос,
качающий воду в водонапорную башню,
действует за счет негравитационных сил
(электромотор).
Сторонние силы можно характеризовать работой, которую они совершают над перемещающимися по замкнутой цепи или ее участку зарядами.
Величина, равная работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда в цепи, называется электродвижущей силой (ЭДС), действующей в цепи:
|
. |
(7.4.1) |
|
Как видно из (7.4.1), размерность ЭДС совпадает с размерностью потенциала, т.е. измеряется в вольтах.
Стороннюю силу, действующую на заряд, можно представить в виде:
|
|
(7.4.2) |
|
–
напряженность поля
сторонних сил.
Работа сторонних сил на участке 1 – 2:
|
тогда |
(7.4.3) |
|
|||
Для замкнутой цепи: |
|
(7.4.4) |
|
|||
Циркуляция вектора напряженности сторонних сил равна ЭДС, действующей в замкнутой цепи (алгебраической сумме ЭДС).
При этом необходимо помнить, что поле сторонних сил не является потенциальным, и к нему нельзя применять термин разность потенциалов или напряжение.
Закон ома для замкнутой цепи говорит о том что. Величина тока в замкнутой цепи, которая состоит из источника тока обладающего внутренним сопротивлением, а также внешним нагрузочным сопротивлением. Будет равна отношению электродвижущей силы источника к сумме внешнего и внутреннего сопротивлений.
Формула 1 — Закон Ома для замкнутой цепи
где R Сопротивление внешней цепи измеряется в Омах
r внутреннее сопротивление источника тока также измеряется в Омах
I Сила тока в цепи. Измеряется в Амперах
E Электродвижущая сила источника тока измеряется в Вольтах
Иногда возникают ситуации, когда необходимо найти силу тока в цепи, но при этом напряжение на ее концах не задано. Но всё же известно сопротивление цепи и электродвижущая сила источника тока. Применить в этом случае закон Ома для участка цепи невозможно.
В этом случае применяют закон Ома для замкнутой цепи. Для пояснения принципа действия этого закона проведем опыт. Для этого нам понадобится источник тока реостат вольтметр и амперметр.
Формула 2 — закон Ома для замкнутой цепи с n количеством параллельно включенных источников тока.
Закон Ома для неоднородного участка цепи (вывод).
а) неоднородный участок цепи (рис. 2): |
|
.Закон Ома в дифференциальной форме записи можно получить, если рассмотреть бесконечно малый участок проводника длиной dl и поперечным сечением dS (рис. 5).
Рис. 5. К выводу закона
Ома в дифференциальной форме записи
(обозначения в тексте)
Сопротивление этого участка: |
|
(19) |
.Напряжение на концах проводника dU, совпадающее с разностью потенциалов, связано с напряжённостью E электрического поля соотношением:
|
|
(20) |
.Через сечение dS течёт ток, плотность которого согласно соотношению (4):
|
|
(21) |
.Подставляя значения R и U по формулам (19) и (20) в закон Ома (13), получаем:
,откуда:
,или,
с учётом соотношения (21),
|
|
(22) |
,
где
–
удельная проводимость проводника.
Учитывая, что
направления
и
совпадают,
соотношение (22) можно записать в векторном
виде:
|
|
(23) |
.Это и есть дифференциальная форма записи закона Ома для однородного участка проводника. На неоднородном участке, кроме электростатического поля с напряжённостью , действует поле сторонних сил, напряжённость которого – стор; в этом случае:
|
|
(24) |
.Соотношение (24) является законом Ома в дифференциальной форме записи для неоднородного участка проводника.