5. Постоянный электрический ток. Условия существования электрического тока. Направление, сила и плотность постоянного электрического тока.

При отсутствии электрического поля в проводнике находящиеся в нем свободные электроны совершают хаотическое (беспорядочное) движение. Если же в проводнике создать электрическое поле, то движение электронов принимает направленный характер, т.е. они начинают двигаться в направлении, противоположном вектору напряженности электрического поля. Через проводник потечет электрический ток. Для протекания тока длительное время в проводнике должно постоянно поддерживаться электрическое поле. Электрическое поле, обеспечивающие силы, заставляющее электроны (или другие виды заряженных частиц) двигаться в заданном направлении, создается внешними источниками энергии. Силу, вызывающую или способную вызывать движение электрических зарядов, приводящее к появлению электрического тока, называют электродвижущей силой или сокращенно э.д.с. и обычно обозначают буквой Е.

Исторически сложилось так, что за направление тока принимают направление, по которому двигались бы положительные заряды, т.е. от + источника э.д.с к -. В действительности электроны движутся от - к +. (рис 1)

Электрическое поле в проводнике распространяется со скоростью света в вакууме (300000 км/с) С такой же скоростью в проводнике течет электрический ток.

За единицу силы тока принят 1 Ампер. При этом через сечение проводника за 1 секунду проходит заряд равный 1 кулону, т.е.

1 ампер = 1 кулон/1 секунду

Отношение силы тока к площади сечения проводника называется плотностью тока. Практически за плотность тока принимают ток, проходящий через 1мм^2 сечения проводника.

Силу тока принято обозначать буквой I, а плотность буквой J ( или i и j).

Ток, не изменяющийся во времени ни по силе ни по направлению называют постоянным током.

Рис. 1

6. Электрическое сопротивление. Единицы измерения сопротивления. Зависимость сопротивления от температуры.

Электроны, двигаясь в проводнике под действием электрического поля, испытывают сопротивление своему движению из-за столкновения с неподвижными атомами и молекулами проводника. Это сопротивление различно для различных проводников и зависит от материала проводника, его длины и поперечного сечения.

За единицу сопротивления принято сопротивление ртутного столбика сечением 1 мм^2, высотой 106,3 см. Эта единица называется Ом.

Производными единицами сопротивления являются:

1 килоом (кОм) = 1000 Ом

1 мегаом (Мом) = 10^6 Ом

1 гигаом (ГОм) = 10^9 Ом

Основной электрической характеристикой проводника является его удельное сопротивление - сопротивление проводника длиной 1 метр и сечением 1 мм^2. Зная удельное сопротивление, можно определить сопротивление любого проводника различной длины и различного сечения по формуле:

R=l/S Ом (1.5)

где: R - сопротивление проводника; - удельное сопротивление этого проводника; l и S - соответственно длина и площадь поперечного сечения проводника.

Удельное сопротивление проводников является справочным материалом и приводится в таблицах, в которых значение - Ом*мм^2/м; l - в метрах; S -в мм^2. При этом значение R - в омах.

ПРИМЕР: Определить сопротивление стального и медного проводников длиной 1 кми диаметром 3,5 мм

Решение

По таблице находим: для стали _ст=0,1 Ом*мм^2/м

для меди _ст=0,017 Ом*мм^2/м

Площадь сечения проводников S=D^2 /4=3,14*(3,5)^2/410 мм^2

R_ст=0,1*1000/10=10 Ом; R_ст=0,017*1000/10=1,7 Ом

Наилучшими проводниками электрического тока (т.е. обладающими наименьшим удельным сопротивлением) являются медь (=0,017 Ом*мм^2/м) и серебро (=0,016 Ом*мм^2/м). Это является причиной применения в электрических цепях медных проводников (серебро значительно дороже меди).

Сопротивление проводников изменяется при изменении температуры. Температурная зависимость проводников определяется формулой:

R_t=R₀(1+t),

где R₀- сопротивление проводника при t=0 C ; t - текущее значение температуры;- температурный коэффициент, являющийся также справочной величиной. Для меди=0,0040.