Направление движения положительных зарядов icon

Направление движения положительных зарядов


Смотрите также:
Решения, калибровки и компенсация продольных волн...
Электростатика древнейший раздел физики с обилием экспериментальных данных о положительных и...
Электрическое поле точечных зарядов...
Задачи на движение. При решении этих задач принимают следующие допущения...
Лекция 11. Излучение электромагнитных волн. Запаздывающие потенциалы...
Анализ работы ветеринарных лабораторий Ульяновской области по итогам 2009 год...
Краткое содержание: Установившийся режим движения машины...
Исследование размерностей физических величин выявило...
Учебно-методический комплекс по дисциплине «развитие кооперативного движения в поволжье в конце...
Феноменология Танатотерапии...
Природа магнитных сил. Взаимодействие движущихся зарядов. Сила Лоренца...
1. Формировать культуру общения в коллективе: высказывать свое мнение и уметь отстоять свою...



Загрузка...
скачать

Лекция 5

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ПРОВОДНИКАХ


Характеристики электрического тока. Классическая теория электропроводности металлов. Законы Ома и Джоуля-Ленца в дифференциальной форме. Законы постоянного тока в интегральной форме. Характеристики электрической цепи, э.д.с. Соединения сопротивлений и э.д.с. Правила Кирхгофа.


  1. Электродинамика – раздел учения об электричестве, в котором рассматриваются явления и процессы, связанные с движением электрических зарядов или заряженных тел.

  2. Электрический ток – всякое упорядоченной движение электрических зарядов.

    1. Электрический ток в проводящих средах под действием электрического поля – ток проводимости.

    2. Механическое движение в пространстве макроскопических объектов – конвекционный ток.

    3. Направление электрического тока – направление движения положительных зарядов.

    4. Условия существования электрического тока в проводниках:

  • - наличие свободных носителей тока;

  • - существование в проводящей среде электрического поля, энергия которого расходуется на перемещение зарядов и восполняется от источников электрической энергии.

  1. Силой электрического тока называется скалярная величина, равная отношению зарядя dq, переносимого сквозь рассматриваемую поверхность за малый промежуток времени dt, к величине этого промежутка



Для постоянного тока



  1. Направление электрического тока определяется вектором плотности тока j, который направлен вдоль вектора напряженности электрического поля и численно равен отношению силы тока dI сквозь малый элемент поверхности dS, нормальный к направлению движения заряженных частиц, к величине площади этого элемента



В общем виде вектор плотности тока определяется из соотношения



    1. Сила тока через произвольную поверхность S определяется



Для постоянного тока



    1. Плотность электрического тока пропорциональна напряженности Е электрического поля в проводнике и совпадает с ней по направлению (закон Ома в дифференциальной форме)



где γ – удельная проводимость среды (удельная электропроводность); ρ – удельное эектрическое сопротивление среды.

    1. Закон Ома основан на двух предположениях:

а) концентрация электронов проводимости не зависит от напряженности электрического поля в проводнике;

б) средняя скорость упорядоченного движения электронов во много раз меньше средней скорости их теплового движения



где – средняя длина свободного пробега электронов; е – заряд электрона.

  1. Электропроводность металлов обеспечивается большим количеством свободных носителей заряда – электронов проводимости – коллективизированных электронов.

    1. В классической теории Друде-Лоренца электроны проводимости рассматриваются как электронный газ, обладающий свойствами идеального газа.

    2. Концентрация электронов проводимости пропорциональна концентрации атомов

(1028 ÷ 1029 м3)

где NA – постоянная Авогадро, А – атомная масса металла, ρ – его плотность.

    1. Средняя кинетическая энергия теплового (хаотического) движения электронов

vкв ~ 105 м/с

    1. Электрическое поле вызывает упорядоченное движение (дрейф) электронов. Плотность тока определяется



где – средняя скорость дрейфа электронов (< 10-4 м/с)

    1. Электрический ток в цепи устанавливается за время



где L – длина цепи, с – скорость света.

    1. В соответствии с классической теорией получается

и

где m – масса электрона; u – средняя скорость теплового движения электронов.

  1. На длине свободного пробега электрон под действием электрического поля приобретае скорость vmax. При соударении с ионом электрон теряет эту энергию, которая переходит во внутреннюю энергию проводника (проводник нагревается).

    1. Величина, численно равная энергии, выделяющейся в единице объема проводника за единицу времени, называется объемной плотностью тепловой мощности электрического тока.

    2. Объемная плотность тепловой мощности электрического тока равна скалярному произведению векторов плотности тока и напряженности электрического поля (закон Джоуля-Ленца)



  • объемная плотность тепловой мощности электрического тока не зависит от характера соударений электрона;

  • из законов сохранения энергии и импульса следует, что при столкновении иону передается только малая часть энергии электрона

- при неупругом столкновении;

- при упругом столкновении.

  1. Для всех металлов отношение коэффициента теплопроводности λ к удельной электрической проводимости γ прямо пропорционально температуре Т (закон Видемана-Франца)



  1. Недостатки классической теории электропроводности металлов:

    1. Невозможно объяснить экспериментально наблюдаемую линейную зависимость удельного электросопротивления от температуры.

    2. Неправильное значение молярной теплоемкости металлов, которавя должна складываться из теплоемкости кристаллической решетки (3R) и теплоемкости электронного газа (3R/2). Однако в соответствии с законом Дюлонга-Пти молярная теплоемкость металлов мало отличается от 3R.

    3. Экспериментальные значения удельного электросопротивления и теоретические значения средней скорости движения электронов приводят к значению длины свободного пробега, на два порядка превышающего период кристаллической решетки металла.

  2. Силы кулоновского взаимодействия вызывают такое перераспределение зарядов в проводнике, при котором потенциалы во всех точках проводника выравниваются и напряженность поля внутри проводника становится равной нулю.

    1. Для поддержания в цепи постоянного тока нужно, чтобы на носители тока действовали не только кулоновские силы, но и неэлектростатические силы, поддерживающие заданное значение напряженности электрического поля в проводнике. Такие силы называются сторонними силами.

    2. Сторонние силы действуют внутри источников электрической энергии на носители тока, которые движутся против сил электростатического поля.

  3. Если проводник содержит источник электрической энергии, то в произвольной точке проводника существует электростатическое поле кулоновских сил с напряженностью Екул и поле сторонних сил с напряженностью Естор=Fстор/q, а напряженность результирующего поля



    1. По закону Ома плотность тока



    1. Домножим обе части на ρ и на длину dl малого участка цепи. Для участка цепи между точками 1 и 2 (с учетом I=jS)



    1. Интеграл численно равен работе, которую совершают кулоновские силы по перемещению единичного положительного заряда из точки 1 в точку 2



    1. Второй интеграл численно равен работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда из точки 1 в точку 2. Этот интеграл определяет понятие электродвижущей силы



    1. Напряжением U12 на участке цепи 1 – 2 называется физическая величина, численно равная работе, совершаемой кулоновскими и сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда из точки 1 в точку 2



    1. Сопротивлением R12 участка цепи между точками 1 и 2 называется интеграл



Для однородного проводника постоянного сечения



    1. Обобщенный закон Ома (закон Ома в интегральной форме) для произвольного участка цепи



    1. В неразветвленной замкнутой электрической цепи сила тока во всех сечениях одинакова, а сама цепь является участком с совпадающими концами.



где ξ – алгебраическая сумма всех ЭДС, приложенных в цепи.

    1. Если замкнутая цепь состоит из источника электрической энергии с ЭДС ξ и внутренним сопротивлением r, а сопротивление внешней части цепи равно R, то закон Ома имеет вид



а разность потенциалов на клеммах источника равна напряжению на внешней части цепи



    1. Если цепь разомкнута, то в ней тока нет и



    1. При прохождении тока по проводнику в соответствии с законом Джоуля-Ленца выделяется теплота



  1. Расчет разветвленных цепей состоит в отыскании токов в различных участках таких цепей по заданным значениям сопротивления участков цепи и приложенным в них ЭДС.

    1. Узлом называется точка разветвленной цепи, в которой сходится более двух проводников.

    2. Первое правило Кирхгофа (правило узлов): алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю.



    1. Второе правило Кирхгофа (правило контуров): в любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в разветвленной цепи, алгебраическая сумма произведений токов Ii на сопротивления Ri соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме ЭДС в контуре



    1. Второе правило Кирхгофа позволяет рассчитывать величины токов и сопротивлений в сложных участках электрических цепей

      1. При последовательном соединении проводников с сопротивлениями R1, R2 и R3 можно записать



но для неразветвленной цепи и



Это означает, что при последовательном соединении проводников сопротивление цепи равно сумме сопротивлений проводников, составляющих цепь.



      1. При параллельном соединении проводников с сопротивлениями R1, R2 и R3 можно записать



но, применяя первое правило Кирхгофа для любого узла, получим



и тогда



Это означает, что при параллельном соединении проводников сопротивление цепи равно сумме обратных величин сопротивлений проводников, составляющих цепь.





Скачать 75,02 Kb.
оставить комментарий
Дата17.10.2011
Размер75,02 Kb.
ТипЛекция, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Загрузка...
Документы

Рейтинг@Mail.ru
наверх