Постоянный электрический ток

1. Постоянный электрический ток

Лекция №3

2. План:

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Электрический ток. Сила тока. Плотность
тока.
Электродвижущая сила. Напряжение.
Источник тока.
Сопротивление проводника.
Закон Ома.
Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа.
Работа и мощность электрического тока.
Закон Джоуля-Ленца.
Лабораторные работы №1, №2

3. 1. Электрический ток. Сила тока. Плотность тока

Электрический
ток
–
упорядоченное
движение
заряженных частиц (носителей тока)
Постоянный электрический ток – электрический ток, сила
и направление которого с течением времени не
изменяются

4. 1. Электрический ток. Сила тока. Плотность тока

Сила тока – физическая величина, равная
электрическому
заряду,
прошедшему
через
поперечное сечение проводника за единицу времени
dq
I
dt
Плотность тока – векторная физическая величина,
численно равная силе тока, протекающего через
единицу площади поперечного сечения проводника.
Направление совпадает с направлением тока
dI
j
dS

5. 2. Электродвижущая сила. Напряжение. Источник тока

Сторонние силы – любые силы,
действующие на заряженные частицы,
за исключением кулоновских сил.
Сторонние силы действуют внутри
источника тока
1 2

6. 2. Электродвижущая сила. Напряжение. Источник тока

Разность потенциалов – это физическая
величина, численно равная работе кулоновских
сил
по
перемещению
единичного
положительного заряда из точки 1 в точку 2
1 2
Электродвижущая сила – это физическая
величина, численно равная работе сторонних
сил
по
перемещению
единичного
положительного заряда внутри источника тока
Aкул
q
Aст
q
A
A
A
Напряжение – это физическая величина, U кул ст
численно
равная
работе
кулоновских
и
q
q
q
сторонних сил по перемещению единичного
положительного заряда из точки 1 в точку 2
U 1 2

7. 3. Сопротивление проводника

Электрическое сопротивление проводника - основная
электрическая характеристика проводника, определяющая его
противодействие упорядоченному перемещению носителей
тока
l
R
S
Удельное электрическое сопротивление проводника –
физическая величина, численно равная сопротивлению
однородного проводника единичной длины и единичной площади
поперечного сечения
0 ( 1 t )

8. 3. Сверхпроводимость

1911 г. Г. Камерлинг-Оннес
1933 г. Мейсер и Оксенфельд

9. 4. Закон Ома

1826 г. Георг Ом I
U
R
Связь между вектором плотности тока и вектором
напряженности электрического поля в точке проводника
I j dS
E dl
U E dl j dS
dl
dl
dS
R
dS
j E
1
j E E
j ( E E*)
Закон Ома для однородного участка
цепи в дифференциальной форме
Закон Ома для неоднородного участка
цепи в дифференциальной форме

10. 4. Закон Ома

jl ( El El* )
jl
2
I
S
2
1
I
S
El El*
2
dl
I El dl El* dl
S 1
1
1
Закон Ома для неоднородного
участка
цепи
(обобщенный
закон Ома)
I R 1 2
Закон Ома для однородного
участка цепи
I R 1 2
I R 1 2
Закон Ома для замкнутой цепи
I R

11. 5. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа

Неразветвленная цепь
Разветвленная цепь
Ветвь - участок цепи, образованный последовательно соединенными
элементами, заключенными между двумя узлами
Узел - точка цепи, в которой сходится не менее трех ветвей
1947 г. Г. Кирхгоф. Правила Кирхгофа:
1) Алгебраическая сумма сил
токов, сходящихся в любом
узле равна нулю
n
Ii 0
i 1
2)
В
замкнутом
контуре
алгебраическая сумма произведений
сил токов
на соответствующее
сопротивление равна алгебраической
сумме всех ЭДС в контуре
n
I
i 1
m
i
Ri k
k 1

12. 5. Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа

1 правило Кирхгофа для
узла В
I1 I 2 I 3
2 правило Кирхгофа для
контура I
I1 R1 I1 r1 I 2 R2 1
2 правило Кирхгофа для
контура II
I 2 R2 I 3 r2 2
2 правило Кирхгофа для
контура III
I1 R1 I1 r1 I 3 r2 1 2

13. 6. Работа и мощность электрического тока

Работа тока – работа сил электрического поля и
сторонних сил, создающих упорядоченное
движение заряженных частиц в проводнике
A q U I U t
Мощность тока – работа, совершаемая
электрическим током в единицу времени
P
A
I U
t
Мощность потерь (бесполезная мощность) –
тратится на нагревание источника тока
Pб I 2 r
Полезная мощность – выделяется на нагрузке
(доставляется потребителю)
Pп I I 2 r
Закон Джоуля-Ленца
Q I 2 R t

14. Лабораторная работа №1

IR AB A B
I
tg
1
R AB
R AB
V
R AB

15. Лабораторная работа №2

I ( R r ) IR Ir U Ir
P I
Pп I I 2 r I U
Pп I U U Ir
P I
dPп
2I r 0
dI
I
2r
d 2 Pп
2r 0
dI 2