Постоянный ток -1

1.

Постоянный ток -1

2. 1. Эл. ток, сила и плотность тока

Эл. ток - упорядоченное движ-е эл. зар.
В проводниках носители тока–свободные
+q
электроны е.
I
-е
Fк
φ1
Е
При приложении Δφ=U в пр-ке
φ2 возникает эл. поле Е, которое
силой Fк = e·E действует на е.
Св. е перемещ-ся – течет эл. ток.
За направление тока I принимают
направл-е движ. +q.
Перенос рис.

3.

+q
Ток (+q) течет вдоль напр. E
I
-е
Fк
φ1
Е
φ2
или в сторону убывания
потенциала: E grad .
При этом через ΔS пр-ка течёт заряд
Сила тока – физ. величина,
равная q, протекающему через
попереч. сечение пр-ка за ед. t
q
I
t
Если I с течением t измен-ся, то:
dq мгновенное знач-е силы тока
I
dt
[I ] = Кл/с = [А] (Ампер)

4.

При силе тока 1А через попереч.
сечение пров-ка за 1 с переносится
заряд, равный 1 Кл.
q
I
t
q I t
Если ток I изм-ся с t:
t2
q Idt
(Для пост. тока)
dq I dt
где I=I(t).
t1
Плотность тока

5.

Плотность
тока, вектор.
dI
j
dS
S
м
Вектор j численно равен
j
dI j dS
I j dS
S
j А
2
току, протекающ. через ед.
площади попереч. сечения
пр-ка, направл. тока.
Вектор jнаправлен вдоль
направления тока
Сила тока опред-ся
как
поток вектора j через S.
где j=j(s).
Чем опред-ся плотность тока

6.

2. Закон Ома для участка цепи
Ом (Германия) установил: в пр-ке I ~ U
1
I U
R
Закон Ома для
участка цепи
U I R
R – омическое сопротивление пр-ка. [Ом]
R
S
ρ – удельное сопр-ние, ℓ - длина,
S – площадь попер. сеч. пр-ка.
Для меди ρ = 1,7·10-8 Ом·м
σ -удельная проводимость пр-ка.
1
[σ] =[Ом-1·м-1] (сименс/метр)
Закон Ома в дифф. форме

7.

3. Сопротивление пр-ков и п/пр-ков
Омическое сопр. пр-ков:
R
S
ρ и R пр-ков увел-ся c ростом темп. измен.t из-за
тепловых колеб. решётки, число е не измен-ся
R R0 (1 t )
0 (1 t )
и
ρ и ρ0, R и R0 –уд. сопр-е и R при t и 0оС, соотв.
1 273 K
1
R
- темпер-ный
коэфф. сопротив-я
Сопр-ние п/пр-ков от Т
сверхпроводимость
0
тKр
т
ТКр ≈ 5-100 К

8.

В полупр-ках носители тока -е и дырки (+)
С повышением Т в п/пр-ках концентрация
(n) носителей тока возрастает по закону:
E
ΔЕ – энергия активации,
kT
kT– энергия тепл. движ. е
n n0 e
Из-за роста n сопр-ние R
полупр-ков с повышен. Т
падает по закону:
R
Ro
ТКОМН.
Т
R R 0e
E
kT
Включение cопр-ний

9.

R1
R2
4. Включение сопр-ний
RБ
RБ = R1 + R2 +..+ Rn
R1
R2
RБ
1
1
1
1
..
RБ R1 R2
Rn

10. 5. Сторонние силы и ЭДС

Чтобы ток в цепи шел долго, надо к концу
пр-ка с большим φ1 подводить, а от
конца пр-ка с малым φ2 -отводить эл.
заряды (q).
В эл. цепи это делает источник тока,
создающий Δφ за счет сил неэлектростатической природы, т.е. за счет
сторонних сил.
Природа сторонних сил - химическая,
механическая, магнитная и т.д.
Аналог: на высоте бак - вода – насос.

11.

Пусть ток течет в замкнутой эл. цепи,
содерж-й источн. тока.
EЭЛ
I
В эл. цепи с источн. тока
электр-кие
F
через
поле
ЭЛ
+
ЕЭЛ переносят заряд по
внешн. цепи.
EЭЛ
Перенос рис.

12.

Внутри источн тока действ.
/
поле
Е
ЭЛ против напр. тока
+
EЭЛ
dℓ
Ток в цепи поддерживает
ЭЛ
поле сторонних сил ЕСТ,
напр. по направл. тока.
I
Выделим отрезок dℓ и найдем
EЭЛ
работу А по перемещ-ю q по замкнутой цепи.
dA Fd qEd ;
0
A q E d q ( EЭЛ ЕСТ ) d q ЕЭЛ d q ЕСТ d
Работа по перемещению q в
ACТ q ЕСТ d
эл. цепи обеспеч-ся сторон-ними силами не электростатич-ой природы.
Е/
ЕСТ
Перенос рис.

13.

EЭЛ
Е/ЭЛ
I
Сторонние силы создают в
источн. тока ЭДС – электро+ ЭДС движущую силу, которая
ЕСТ
действует в цепи.
Направл-е ЭДС совпадает с
направ-ем эл. тока в цепи.
EЭЛ
AСТ
;
q
ξ, ε (эбсилон)
ЭДС (ξ)-физ. величина, равная
работе сторонних сил по
перемещ-ию в источ. тока
единичного +q.

14.

AСТ
;
q
Дж
В (Вольт)
Кл

15.

6. Закон Ома для замкнутой цепи
U
I
R
r
I
R r
UR
- ЭДС источ. тока,
R – сопр. внешней цепи,
r – внутреннее сопр.
источн. тока.
I ( R r ) IR Ir ;
UR I R
U r Ir
- падение
Ur
напряж. на R.
-падение напряж. внутри источ. тока
Схема.

16.

Тест 1.
Б
А
R
R
В
R
Г
R
По какой схеме вольтметр правильно
измеряет напряж. на резисторе R?
По какой схеме амперметр правильно
измеряет силу тока, текущего через резистор R