Кинематика. Кинематика-ядерная. Кинематика материальной точки и поступательного движения твердого тела
 Скачать 1.4 Mb.
|
носители зарядов перемещаютсяих количество ограниченополе внутри проводника исчезнетток прекратитьсяДля поддержания тока необходимо от конца проводника с меньшим потенциалом непрерывно отводить приносимые током заряды;к концу с большим потенциалом непрерывно их подводить. Циркуляция вектора напряженности электростатического поля, равна нулю в замкнутой цепи должны быть участки, на которых перенос положительных зарядов происходит в направлении возрастания , т.е. против сил электростатического поля. Перемещение, зарядов на этих участках возможно лишь с помощью сил не электростатического происхождения, называемых сторонними силами. Для поддержания тока необходимы сторонние силы 2< 1 Сторонние силы могут быть обусловлены: химическими процессами, диффузией носителей заряда в неоднородной среде или через границу двух разнородных веществ, электрическими (но не электростатическими) полями, порожденными меняющимися во времени магнитными полями и т.д. Сторонние силы можно охарактеризовать работой, которую они совершают над перемещающимися по цепи зарядами. Работа сторонних сил = работа, совершаемая против электрического поля внутри источника тока (Аист ) + работа, совершаемой против сил сопротивления среды (А’): Аст=Аист+А’ Величина, равная работе сторонних сил, отнесенной к единице положительного заряда называется электродвижущей силой (э.д.с.), действующей в цепи или на участке: Работа против сил электрического поля, по определению равна Если полюсы источника разомкнуты, то и тогда т.е. э.д.с. источника тока при разомкнутой внешней цепи равна разности потенциалов, которая создается на его полюсах. В СИ [ξ] = размерность потенциала = Вольт (В) Стороннюю силу Fст, действующую на заряд, можно представить в виде: Fст=E*q Векторную величину Е* называют напряженностью поля сторонних сил. Работу сторонних сил над зарядом q на всём протяжении замкнутой цепи можно выразить следующим образом: Разделим эту работу на q , получим э.д.с., действующую в цепи: э.д.с. , действующая в замкнутой цепи, может быть определена как циркуляция вектора напряженности поля сторонних сил Для участка цепи электродвижущая сила, действующая на некотором участке 1 -2: Кроме сторонних сил на заряд действуют силы электростатического поля: Результирующая сила, действующая в каждой точке цепи на заряд q, равна: Полная работа, совершаемая этой силой над зарядом q на участке цепи 1-2, дается выражением: Для замкнутой цепи работа электростатических сил равна нулю: Величина, численно равная работе, совершаемой электростатическими и сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда, называется падением напряжения или просто напряжением U на данном участке цепи: Если Fст=0, то Немецкий физик Г. Ом экспериментально установил закон Ома для участка цепи: сила тока, текущего по однородному (отсутствуют сторонние силы) металлическому проводнику, пропорциональна падению напряжения на проводнике: Однородным называется участок цепи, в котором не действуют сторонние силы (нет источников тока). Величина R называется электрическим сопротивлением проводника В СИ [R] - Ом, 1 Ом равен сопротивлению такого проводника, в котором при напряжении 1В течет ток в 1 А. где l - длина проводника; S - площадь его поперечного сечения; - коэффициент, зависит от свойств материала, называется удельным электрическим сопротивлением. В СИ [] = Ом*м; Коэффициент электропроводимости – проводимость материала: Для большинства металлов удельное сопротивление растет с температурой приблизительно по линейному закону: где 0- удельное сопротивление при 0°С, t - температура в градусах Цельсия, - постоянный коэффициент, численно равный примерно 1/273. Выделим в проводнике элементарный цилиндрический объем dV dl параллельна вектору плотности тока J - ток через поперечное сечение dS - напряжение, приложенное к цилиндру Е - напряженность поля в данном месте Сопротивление цилиндра: Используя закон Ома: Носители заряда в каждой точке движутся в направлении вектора Е направления векторов Е и j совпадают. Закон Ома в дифференциальной форме: Пусть в проводнике течет постоянный ток; Электростатическое поле и внешние силы совершают работу по перемещению электрического заряда от одного конца проводника к другому; при этом проводник остается неподвижный и внутри него не происходят химические превращения работа сторонних сил расходуется на увеличение внутренней энергии проводника, на его нагревание. Пусть на концах участка пров-ика разность потенциалов: Работа по переносу q на этом участке равна: По определению I= q/t. откуда q= I t. Тогда: Так как работа идет на нагревание проводника, то выделяющаяся в проводнике теплота = работе электростатических сил: Q=А - закон Джоуля-Ленца (интегральная ф.) Если сила тока изменяется со временем: Закон Ома для замкнутой цепи: если необходимо найти силу тока в цепи, но при этом напряжение на ее концах не задано; известно сопротивление цепи и электродвижущая сила источника тока; То применить закон Ома для участка цепи невозможно; В этом случае применяют закон Ома для замкнутой цепи: где R -сопротивление внешней цепи; r - внутреннее сопротивление источника тока; I - сила тока в цепи;ξ -электродвижущая сила источника тока Мощность электрического тока равна отношению работы тока ΔA к интервалу времени Δt, за которое эта работа была совершена: СИ [P]= Ватт (Вт) |