Постійний електричний струм
Умови існування електричного струму
Характеристики електричного струму
Електрорушійна сила (EРC)
Закон Ома. Опір провідників
Елементарні уявлення про механізм провідності металів
Закон Ома для неоднорідної ділянки електричного кола та для замкнутого кола
Розгалужені кола. Правила Кірхгофа
700.50K
Category: physicsphysics

Постійний електричний струм

1.

2. Постійний електричний струм

2

3. Умови існування електричного струму

1. Наявність заряджених частинок, які можуть вільно рухатися, які
називають носіями струму.
Носії струму існують в металах та електролітах – розчинах солей,
луг, чи кислот.
E
E
2. Наявність замкнутого електричного кола
3. Існування в провіднику ділянки, де діють
сторонні сили.
+
E
Е

3

4. Характеристики електричного струму

v
За напрям електричного струму приймають
напрямок руху позитивних зарядів.
v

I
Напрям струму
Cила струму – це відношення заряду, що проходить по
провіднику, до часу його проходження:
I
dq
dt
4

5.

Для постійного струму сила струму
q
I
t
dI
j
.
d Sn
Густина струму
При рівномірному розподілі струму по перерізу провідника
I
j
Sn
I j d Sn j d S
S
S
5

6. Електрорушійна сила (EРC)

E*
B



A
F* +
Напрям струму
Fк Fcn
6

7.

Відношення роботи сторонніх сил до величини
перенесеного заряду, називається
електрорушійною силою (ЕРС) E, що діє в колі,
або на його ділянці:
A*
E
q
F * qE*
A
A
B
B
A
A* F * d l q E * dl
E
EBA E * dl
B
E
*
dl
7

8.

ЕРС є величиною алгебраїчною: якщо напрями
*
векторів E та dl співпадають, то ЕРС додатна, якщо
не співпадають, – то від’ємна.
У випадку хімічного джерела струму його ЕРС
вважається додатна, якщо струм тече так, к
показано на рис. а) і від’ємна, якщо струм тече так,
як на рис. б ).
I
I
а)
б)
8

9.

FE qE
F FE F q E E
*
2
2
1
1
*
A12 q E d l E * d l q 1 2 qE12 .
U Aq
A12
U
1 2 E12
q
За відсутності сторонніх сил U 1 2
9

10. Закон Ома. Опір провідників

Закон Ома, відкритий експериментально, твердить: сила струму,
що протікає по однорідному металевому провіднику,
пропорційна спаду напруги U на цьому провіднику:
1
I U
R
l
R
S
d R dl d S
1
R
R
R R0 1 t
1 l
S
dl
dS
залиш
10

11. Елементарні уявлення про механізм провідності металів

Модель напрямленого руху електронів
При вміщенні провідника в електричне поле на вільні електрони
починає діяти сила F = eE, (e – заряд електрона, Е – напруженість
електричного поля), і вони набувають прискорення в напрямленому
русі. За другим законом Ньютона це прискорення a = F/m = eE/m.
Через певний час відбувається зіткнення електрона з дефектом
кристалічної ґратки, в результаті якого він втрачає набуту
напрямлену складову швидкості. Після цього електрон знову
починає рухатися з прискоренням до наступного зіткнення. Час руху
електрона між двома послідовними зіткненнями називають часом
релаксації, а пройдену відстань – довжиною вільного пробігу.
11

12.

Знайдемо середню швидкість напрямленого руху електронів, яку
називають дрейфовою швидкістю
S
at 2 at Ft eEt
u
t
2 m2 m2
2t
u
u
dN = ndV
dV = Sdl
e t
2m
eE t
2m
E
dt dl u
d q e d N en d V enS d l
I
enS u
dl u
dt
dt
dt
I
j en u
S
u
S
j en u en
eE t
2m
e2 n t
2m
dl
E
e2 n t
2m
j E
12

13. Закон Ома для неоднорідної ділянки електричного кола та для замкнутого кола

j E E*
l
0
l
jdl
l
l
0
0
l
l
E d l E* d l
dl
*
I E dl E dl
S 0
0
0
13

14.

l
dl
R
S
0
l
l
0
0
IR 1 2 E12
IR E d l E * d l
У тому випадку, коли сторонні сили
діють у напрямі руху носіїв струму (як
показано на рис.) ЕРС E > 0, якщо ж
сторонні сили протидіють руху носіїв
струму E < 0.
E
R
1
2
1 2
E
E
1 E
R
2
1
2
I
E
r
r
R
E
I
R r

15. Розгалужені кола. Правила Кірхгофа

Перше правило Кірхгофа
відноситься до вузлів кола, тобто до
точок його розгалуження:
алгебрична сума сил струмів, які
сходяться у вузлі, дорівнює
нулеві:
I2
I1
I3
I4
n
I1 I 2 ... I n I k 0.
k 1
15

16.

Друге правило Кірхгофа стосується будь-якого
замкнутого контуру, виділеного в електричному
колі. Це правило твердить:
алгебраїчна сума напруг (добутків сил
струмів на опори відповідних ділянок)
дорівнює алгебраїчній сумі електрорушійних
сил джерел, що діють у цьому контурі:
n
m
I R E ,
k 1
k
k
j 1
j
де n – кількість ділянок у контурі, m – кількість
джерел, що включені в контур.
16

17.

2
E2
R2
1
E1
+
R3
I3
I2
I 2 R2 1 2 E2 ,
E3
I 3 R3 2 3 E3
I1
R1
3
I1R1 1 3 E1
I1R1 I 2 R2 I 3 R3 E1 E2 E3
17

18.

1) якщо в розгалуженому колі є N вузлів, то
незалежними будуть N – 1 рівнянь, складених за
першим правилом Кірхгофа; рівняння для
останнього вузла буде наслідком попередніх;
2) якщо в розгалуженому колі можна виділити
декілька замкнутих контурів, то незалежні
рівняння за другим правилом Кірхгофа можна
скласти тільки для тих контурів, які не є
результатом накладання вже розглянутих. Як
виявляється, число незалежних контурів
дорівнює кількості розривів у колі, які треба
зробити, щоб зруйнувати всі контури.
18

19.

Для складання системи рівнянь за правилами Кірхгофа слід
робити наступне:
1) Довільно показати стрілками напрями струмів у кожній ділянці
розгалуженого кола (не замислюючись над напрямом стрілок).
2) Задати довільно напрями обходу виділених контурів (не
замислюючись над напрямом обходу).
3) Для вузлів скласти рівняння за першим правилом Кірхгофа:
якщо струм втікає у вузол, він вважається додатним, інакше, –
від’ємним.
4) Для контурів скласти рівняння за другим правилом Кірхгофа:
напруга вважається додатною, якщо напрям обходу контуру
співпадає з напрямом струму, інакше – від’ємною; ЕРС вважається
позитивною, якщо в напрямі обходу вона збільшує потенціал,
інакше – негативною.
5) Після розв’язування системи рівнянь деякі величини можуть
виявитися із знаком мінус, наприклад, струм в певній ділянці. Це
означає, що попередньо довільно заданий напрям струму треба
змінити на протилежний, а величина струму така, як було
одержано в результаті обчислень.
19
English     Русский Rules