Электродинамика. Тема 3.2

1.

3.2 Электродинамика
Электродинамика
явления
и
-
процессы,
электрических зарядов.
раздел
физики,
изучающий
обусловленные
движением

2.

3.2.1 Электрический ток
Любое
направленное
(упорядоченное)
движение
электрических зарядов называется электрическим
током.
За направление электрического тока принимается
направление
движения
Направление
тока
положительных
совпадает
с
зарядов.
направлением
напряженности электрического тока.
В металлах носителями тока являются электроны,
тогда направление тока считается противоположным
направлению их скорости направленного движения.

3.

4.

3.2.2 Сила тока
Количественной характеристикой электрического тока
является сила тока.
Сила
тока
I
-
скалярная
величина,
которая
определяется как производная по времени от заряда,
прошедшего через поперечное сечение проводника в
единицу времени:
dQ
I=
(nqSv)dt
dt
dQ - электрический заряд, проходящий за время dt
через поперечное сечение проводника (Кл),

5.

n - концентрация носителей тока (штук/м3),
q – заряд носителя (Кл),
S - поперечное сечение проводника (м2),
v - скорость упорядоченного движения зарядов (м/с).

6.

Если сила тока и его направление не изменяются во
времени, то ток называется постоянным.
Единица силы тока - ампер (А) - 1А – такая сила тока,
когда через поперечное сечение проводника за 1 с
протекает 1 Кл электричества.

7.

3.2.3 Плотность тока
j nqv

8.

Модуль
этого
вектора
численно
равен
отношению силы тока через элементарную
площадку, расположенную в данной точке
перпендикулярно
направлению
носителей тока, к ее площади:
dI
j
dS
движения

9.

3.2.4 Сторонние силы Электродвижущая
сила
Если бы на носители тока действовали
электростатического
поля,
то
только силы
положительные
заряды
перемещались бы из мест с большим потенциалом в места с
меньшим,
а
отрицательные
носители
двигались
бы
наоборот. Потенциал выравнивался бы в проводниках и ток
прекратился бы. Чтобы этого не произошло, необходимо,
чтобы были не только участки где положительные носители
движутся в сторону уменьшения потенциала, но и участки
где перенос положительных носителей происходит в сторону
возрастания потенциала.

10.

Перенос
носителей
на
таких
участках
возможен
только при помощи сил не электростатического
происхождения,
т.е.
сторонних
сил.
Сторонние
силы непрерывно разделяют электрические заряды и
поддерживают постоянство имеющихся полей.
Чтобы постоянный ток протекал по проводнику,
необходимо на его концах поддерживать разность
потенциалов. Это осуществляется источником тока.
В источнике тока и действуют сторонние силы.

11.

Сторонние
силы
перемещению
совершают
работу
электрических
зарядов
Аист
по
внутри
источника тока против сил электростатического поля.
Aист Q
где
Q - количество перенесенного электрического
заряда,
ε - электродвижущая сила (ЭДС) источника тока.
ЭДС выражается в вольтах [В].

12.

ЭДС источника тока ε - это физическая
величина (скаляр), равная отношению работы
сторонних
сил
положительного
при
заряда
по
величине этого заряда.
А ист
=
Q
перемещении
всей
цепи
к

13.

3.2.5 Напряжение
Работа, совершаемая источником тока (сторонними
силами
в
нем)
при
перемещении
единичного
положительного заряда на участке цепи 1-2, равна
A12 Q 12 Q( 1 2 ) QU12
где
ε12 - ЭДС, действующая на участке 1-2,
(φ1 - φ2) - разность потенциалов на участке 1-2,

14.

U12 = ε12 + (φ1 - φ2)
называется напряжением на участке цепи 1-2.
Напряжение – разность потенциалов между концами
однородного проводника.
Единица измерения напряжения Вольт
[В].
Измерить напряжение можно используя вольтметр.
Вольтметр
обладает
большим
включается в цепь параллельно.
сопротивлением,

15.

3.2.6 Сопротивление R
Электрическое
сопротивление
характеризует
степень
противодействия проводника направленному движению зарядов
в нем под действием приложенной разности потенциалов. Из-за
столкновения с неоднородностями кристаллической решетки или
примесями
в
металле
электроны
движутся
по
сложной
траектории.
Единица измерения сопротивления - Ом:
1 Ом - сопротивление такого проводника, в котором при
напряжении 1 В течет постоянный ток 1 А.

16.

Сопротивление проводника R зависит от его размера,
формы
и
материала,
из
которого
проводник
изготовлен.
l
R
S
где ρ - удельное сопротивление проводника
S - площадь поперечного сечения проводника,
L - длина проводника.
Единица удельного сопротивления ρ – ом∙метр (Ом∙м).

17.

Экспериментально было установлено:
с
ростом
температуры
сопротивление
проводника
линейно возрастает
R=Ro(1+αt),
где
R,
Ro,
ρ,
ρo
-
ρ=ρo (1+αt),
сопротивления
и
удельные
сопротивления проводника при температурах t и 0oC,
t - температура,
α – температурный коэффициент сопротивления .
Температурный
коэффициент
сопротивления
большинства металлов одинаков при разных t.
Он может быть положительным и отрицательным.
для