Электричество (стр. 2 из 4)

Большинство веществ в природе являются слабомагнитными. К парамагнетикам, к которым относятся:

· кислород;

· алюминий;

· платина и др.

У парамагнетиков магнитная проницаемость чуть больше единицы (на величину

).

К диамагнетикам относятся:

· азот;

· серебро;

· висмут и др.

У диамагнетиков магнитная проницаемость чуть меньше единицы (на величину

).

В диамагнетиках магнитное поле меньше, чем в вакууме. Атомы диамагнетика при отсутствии внешнего поля не создают собственного магнитного поля (магнитные поля «кольцевых токов» электронов в таких атомах компенсируют друг друга). При появлении внешнего поля движение электронов изменяется таким образом, как будто возник дополнительный индукционный ток, создающий в соответствии с правилом Ленца магнитное поле, противоположное внешнему.

Электрический ток. Сила тока.Электродвижущая сила

Электрический ток – это упорядоченное движение электрических зарядов. В металлах носителями заряда являются электроны, в электролитах – ионы, в газах – ионы и электроны.

Силой тока называется физическая величина, численно равная заряду, переносимому за единицу времени через поперечное сечение проводника

.

Силу тока в СИ измеряют в амперах. Один ампер – это основная единица в СИ, она определяется по силе магнитного взаимодействия токов.

За единицу силы принимают силу такого тока, при котором отрезки параллельных проводников длиной 1 м, находящиеся на расстоянии 1 м в вакууме, взаимодействуют с силой

.

Через единицу силы тока определяются другие электрические единицы, например

.

Если сила тока и его направление со временем не меняются, то такой ток называют постоянным.

Для поддержания тока в замкнутой цепи необходимо наличие сил неэлектростатической природы (сторонних сил), способных совершать работу по переносу заряда в замкнутой цепи.

Сторонние силы действуют обычно лишь на части замкнутой цепи – в источнике тока. Происхождение этих сил в разных источниках различно:

· в гальванических элементах и аккумуляторах эти силы имеют химическую природу,

· в фотоэлементах разделение зарядов происходит в результате действия света на полупроводник,

· в генераторах – за счет движения проводников в магнитном поле.

Чем больший заряд перемещается по проводнику, тем большая работа совершается.

Электродвижущая сила (ЭДС) источника – физическая величина, численно равная работе, которую совершают сторонние силы при перемещении единого положительного заряда по замкнутому контуру

.

При движении заряда по проводнику на него могут действовать как силы электростатического происхождения, так и сторонние силы.

Полная работа по перемещению положительного заряда на участке 1,2 отнесенная к величине заряда, называется напряжением U

(3.13а)

Напряжение, как ЭДС и разность потенциалов, измеряется в вольтах.

Рассмотрим частные случаи, вытекающие из (3.13а):

· если на участке цепи отсутствуют источники

, то напряжение равно разности потенциалов на концах участка цепи;

· если ток равен нулю (цепь разомкнута), то разность потенциалов на концах участка цепи равна ЭДС с обратным знаком.

Закон Ома. Сопротивление.Последовательное и параллельное

соединение

Закон Ома для произвольного участка цепи:

сила тока прямо пропорциональна напряжению на участке цепи 1,2 и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка

,(3.14)

где

определяется из (3.13).

Если участок цепи не содержит ЭДС (однородный участок), выражение для закона Ома упрощается

.

Сопротивление проводника – физическая величина, характеризующая электрические свойства проводника. Сопротивление проводника может быть определено с помощью закона Ома через значение тока и напряжения

.

Сопротивление измеряют в омах

.

Сопротивление однородного проводника

,

где l – длина;

S – площадь поперечного сечения проводника;

- удельное сопротивление проводника (сопротивление одного цилиндрического проводника, изготовленного из данного материала, имеющего единичную длину и единичную площадь поперечного сечения).

При последовательном соединении проводников (рис.3.11)

,

,

следовательно из закона Ома получаем

.

При параллельном соединении проводников (рис.3.12)

,

.

поэтому

.

Если участок цепи содержит ЭДС (рис.3.13), закон Ома удобнее применять в следующем виде

(3.15)

Знаки входящих в это выражение величин определяются следующим правилом:

· ток считается положительным, если протекает от точки с потенциалом

к точке с потенциалом ;

· ЭДС принимается положительной, если поддерживает ток в том же направлении.

На рис.3.13, где показана часть цепи, по которой протекает ток, ЭДС

является положительной, а - отрицательной.

Проиллюстрируем применение закона Ома для участка цепи, содержащего ЭДС, на примере схемы .

Дано:

;

;

;

;

;

.

Необходимо определить ток I.

Произвольно выбираем направление тока от точки с потенциалом

к точке с потенциалом . Подставляем данные нам значения в формулу (3.15), учитывая, что полное сопротивление участка равно сумме последовательно соединенных сопротивлений

.

Из этого уравнения находим величину тока

.

Полученный знак минус означает, что ток направлен в направлении, противоположном тому, которое указано на рис. .

Закон Ома для полной цепи.Работа и мощность тока.Правила Кирхгофа

Если цепь замкнута , то разность потенциалов соединенных в одной точке проводников будет равна нулю, и из формулы (3.15) следует: ЭДС, действующая в замкнутой проводящей цепи, равна сумме произведений тока на сопротивления внешней и внутренней частей цепи:

(внутреннее сопротивление источника на рис.3.14 не показано).

Закон Ома для замкнутой цепи:

сила тока прямо пропорциональна ЭДС и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи:

.

При переносе заряда на внешнем участке совершается работа, равная

.

Эту работу называют работой тока.

Мощность постоянного тока равна работе, совершаемой в единицу времени

.

Проводник, по которому идет ток, нагревается и отдает теплоту окружающим телам.

Закон Джоуля-Ленца определяет количество теплоты, выделяемое током в проводнике

.

Для рассмотрения сложных разветвленных цепей используют правила Кирхгофа.