Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
16. Постоянный электрический ток. законы Ома и джоуля-Ленца в интегральной форме. Электрическое сопротивление.
законы постоянного тока. прежде всего, констатируем два общих положения. во первых: постоянный ток, как правило, может течь лишь в замкнутых цепях, так как в противном случае на концах разомкнутой цепи происходило бы накопление заряда. это приводило бы к изменению со временем электрического поля в проводниках, что несовместимо со стационарным характером движения носителей тока. во –вторых: сила тока через любое сечение проводника одна и та же, если в цепи нет разветвлений. в самом деле, если бы значение силы тока через два сечения проводника были различны, то на участке проводника , заключенном между этими сечениями, скапливался заряд, что опять таки приводило бы к изменению электрического поля и тем самым нарушало стационарный характер тока. теперь перейдем к основным количественным законам постоянного тока- закону Ома и закону Джоуля-Ленца. как было экспериментально показано Омом, на участке цепи постоянного тока, состоящем из проводников 1 рода (таких, свойства которых не изменяются при протекании по ним электрического тока), при отсутствии на этом участке ЭДС сила тока пропорциональна напряжению:
U=RI.
коэффициент пропорциональности, зависящий от свойств проводника называется его сопротивлением( сопротивление проводника). для однородного цилиндрического проводника сопротивление прямо пропорционально его длине l и обратно пропорциональна площади поперечного сечения S:
R=ро умножить на l/S.
коэффициент пропорциональности ро, численно равный сопротивлению единичного цилиндрического проводника, называется удельным сопротивлением, а обратная величина (сигма=1/ро)- удельной электропроводностью или удельной проводимостью вещества, из которого проводник изготовлен. при не слишком низких температурах удельное сопротивление проводника приблизительно прямо пропорционально температуре.
другой фундаментальный закон Джоуля-Ленца утверждает, что на участке цепи постоянного тока, состоящем из проводников первого рода, непрерывно выделяется теплота, пропорциональная сопротивлению участка, квадрату силы тока и времени:
Q=I^2RT.
За время свободного пробега отдельный носитель приобретает энергию, равную работе, которая совершается за счет электрического поля: w = q0El l. Т.к. общее количество зарядов, проходящее в единицу времени через поверхность единичной площади, определяется плотностью тока j , то для l = 1 количество энергии, переходящей в теплоту, равно W =jE или
W = сигма умножить на Е2.
Последнее выражение носит наименование дифференциального закона Джоуля-Ленца.
Для проводника, имеющего длину l и площадь S, оно преобразуется к известному виду, достаточно лишь обе части этого выражения умножить на объем V =Sl .
WV =W0= U^2/R=I^2R=UI
где в преобразованиях использован закон Ома для участка цепи. Полученная формула описывает закон Джоуля-Ленца в интегральном виде.
Выделяющаяся теплота имеет смысл полезной лишь в нагревательных приборах; во всех других случаях это – потери энергии, снижение этих потерь составляет одну из важнейших задач электротехники. Эта теплота образуется за счет энергии сторонних сил.
Для замкнутой цепи полная работа по перемещению единичного положительного заряда по определению равна E, значит полная мощность, которую может развить источник, равна E I. Величина совершенной работы за время t определится как A =E It.