Лекция № 2 Основные характеристики электрического тока. Закон Ома

В настоящее время под электрическим током понимают направленное движение электрических зарядов. Для перемещения зарядов требуются их носители и перепад напряжённости электрического поля. Как информация не может передаваться без материальных носителей, так и заряды не могут перемещаться без материальных носителей. В металлах носителями зарядов служат электроны, в электролитах – ионы, в вакууме электромагнитные волны.

В соответствии с электронной теорией электропроводности электроны в металлах могут отделяться от атомов и отправляться в свободное плавание по кристаллической решётке металла. Если в металле нет перепадов напряжённости электрического поля, то свободные электроны хаотически движутся в пространстве решётки между атомами (тепловое движение), сталкиваясь с ними.

Если в пространстве решётки металла создаётся перепад электрического поля, то свободные электроны приобретают направленное движение и начинают двигаться в одном направлении (рис. 1.4.).

Рис.1.4. Направленное движение электронов, имеющих отрицательный потенциал, от сечения bb к сечению aa, имеющему более высокий положительный потенциал

Поскольку в электрическом поле заряженные частицы с положительными или отрицательными зарядами движутся в противоположных направлениях, договорились считать направлением тока направление движения положительно заряженных частиц.

Электроны, имеющие отрицательный заряд, движутся к более высокому положительному потенциалу электрического поля в сечении аа и, следовательно, против направления электрического тока. На рис. 1.4. показан участок металлического проводника длиною l. Стрелками показаны направления движения электронов, направление тока I, напряженности электрического поля Е и напряжения на участке aa → bb.

Постоянный ток I = |Q|/t, где t – время равномерного перемещения суммарного заряда Q через поперечное сечение участка цепи. По Международной системе единиц (СИ) – ток измеряется в амперах и обозначается (А), а заряд – в кулонах (Кл), время - в секундах с. Напряжением U называется скалярная величина, равная линейному интегралу напряжённости электрического поля. Разность потенциалов – разница напряжённости электрического поля в двух отстоящих на некоторое расстояние друг от друга точках, при условии отсутствия межу ними источников ЭДС.

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

ПРИМЕЧАНИЕ: при постоянном токе 1 А в двух параллельных прямолинейных проводниках бесконечной длины и ничтожно малой площади поперечного кругового сечения, расположенных на расстоянии 1 м один от другого в вакууме, сила их взаимодействия равна 2·10^-7 Н/м (ньютон на метр).

------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Постоянное напряжение для участка проводника (рис. 1.4)

или

где F = qE – сила, которая действовала бы на положительный заряд q в однородном постоянном электрическом поле с напряжённостью Е;

- работа сил электрического поля при перемещении положительного заряда вдоль участка проводника; φ_а > φ_{b –} потенциалы однородного постоянного электрического поля в поперечных сечениях a и b участка проводника.

Основные единицы измерения в СИ: напряжения – вольт (В); напряженности электрического поля – вольт на метр (В/м).

Рис. 1.5. Участок цепи с омическим сопротивлением

Положительное направление тока в элементе цепи a→b (с сопротивлением R на рис. 5) или в ветви выбирается от большего потенциала к меньшему потенциалу (несмотря на то, что электроны движется в противоположном направлении). Если направление тока выбрано правильно, то его значение имеет положительное значение, в противном случае – отрицательное значение.

Положительное направление напряжения на элементе схемы цепи (рис. 1.5) при правильном выборе направления также имеет положительное значение и указывается стрелкой →, в противном случае напряжение имеет отрицательное значение.

Для участков цепи, не содержащих источников энергии, направление напряжения совпадает с направлением тока.

Если выводы элемента цепи как на рис. 1.5 и стрелка направлена от а к b, то напряжение будет иметь положительное значение U = U _ab = - U _ba.

Аналогичное обозначение можно принять и для тока. Например, обозначение I _ab указывает на положительное направление тока в элементе цепи или схемы от вывода a к выводу b.

Дата добавления: 2014-01-20