Закон Джоуля—Ленца

2.3.

2.2.

2.1.

Электричество и магнетизм.

Взаимодействие между заряженными частицами называется электромагнитным. Интенсивность электромагнитного взаимодействия определяется физической величиной — электрическим зарядом, который обозначается q. Единица электрического заряда — кулон (Кл). 1 кулон — это такой электрический заряд, который, проходя через поперечное сечение проводника за 1 с, создает в нем ток силой 1 А. Способность электрических зарядов как к взаимному притяжению, так и к взаимному отталкиванию объясняется существованием двух видов зарядов. Один вид заряда назвали положительным, носителем элементарного положительного заряда является протон. Другой вид заряда назвали отрицательным, его носителем является электрон. Элементарный заряд равен Заряд частиц всегда представляется числом, кратным величине элементарного заряда.
Полный заряд замкнутой системы (в которую не входят заряды извне), т. е. алгебраическая сумма зарядов всех тел, остается постоянной: q1 + q2 +... + qn = const. Электрический заряд не создается и не исчезает, а только переходит от одного тела к другому. Этот экспериментально установленный факт называется законом сохранения электрического заряда.

Взаимодействие неподвижных электрических зарядов называют электростатическим или кулоновским взаимодействием. Кулоновские силы можно изобразить графически (рис. 20, 21).

Основной закон электростатики был экспериментально установлен французским физиком Шарлем Кулоном и читается так: модуль силы взаимодействия двух точечных неподвижных электрических зарядов в вакууме прямо пропорционален произведению величин этих зарядов и обратно пропорционален квадрату расстояния между ними.



г — расстояние между ними, k — коэффициент пропорциональности, зависящий от выбора системы единиц, в СИ
Напряженность электрического поля. Физическая величина, равная отношению силы, с которой электрическое поле действует на точечный электрический заряд, к значению этого заряда, называется напряженностью электрического поля. Обозначив напряженность буквой , запишем , (38.1) где q ₁ — заряд, на который действует сила .

Электростатический потенциал — скалярная энергетическая характеристика электростатического поля, характеризующая потенциальную энергию поля, которой обладает единичный заряд, помещённый в данную точку поля.

Электростатический потенциал равен отношению потенциальной энергии взаимодействия заряда с полем к величине этого заряда. Напряжённость электростатического поля и потенциал связаны соотношением:

Здесь — оператор Гамильтона, или набла, то есть в правой части равенства стоит вектор с компонентами, равными частным производным от потенциала по соответствующим координатам, взятый с противоположным знаком.

Воспользовавшись этим соотношением и теоремой Гаусса для напряжённости поля , легко увидеть, что электростатический потенциал удовлетворяет уравнению Пуассона.

где — электростатический потенциал (в вольтах), — объёмная плотность заряда (в кулонах на кубический метр), а — диэлектрическая проницаемость вакуума (в фарадах на метр).

При перемещении пробного заряда q в электрическом поле электрические силы совершают работу. Эта работа при малом перемещении ∆ равна (рис. 1.4.1):

Рис 1.4.1.Работа электрических сил при малом перемещении ∆ заряда q

Связь разности потенциалов с напряженностью электрического поля.

Две характеристики электростатистического поля – силовая (E) и энергетическая (ᵠ) связаны между собой. Вблизи любой точки электростатичечкого поля потенциал изменяется наиболее быстро в направлении силовой линии. Напряженность в произвольной точке электростатистического поля численно равна изменению потенциала, приходящемуся на единицу длины силовой линии Е_l = - , где ∆l – вектор с модулем ∆l, направленный вдоль линии, Е_l = Е*cos a – проекция вектора Е на направлении ∆l. Знак минус показывает. Что вектор напряженности поля всегда направлен в сторону убывания потенциала.

Конденсатор — двухполюсник с определённым значением ёмкости и малой омической проводимостью; устройство для накопления заряда и энергии электрического поля. Конденсатор является пассивным электронным компонентом. Обычно состоит из двух электродов в форме пластин (называемых обкладками), разделённых диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами обкладок.

Электрический конденсатор - это устройство, обладающее относительно большой емкостью при малых размерах.

Он представляет собой два проводника находящихся вблизи и изолированных друг от друга диэлектриком.

Электроемкостью системы из двух проводников называется физическая величина, определяемая как отношение заряда q одного из проводников к разности потенциалов Δφ между ними:

Формулу для электроемкости плоского конденсатора:

Энергия электрического поля. Энергию заряженного конденсатора можно выразить через величины, характеризующие электрическое поле в зазоре между обкладками.

Физическая величина

является электрической (потенциальной) энергией единицы объема пространства, в котором создано электрическое поле. Ее называют объемной плотностью электрической энергии.

Электрическим током называется направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц.

Электрический ток в проводниках представляет собой:

в металлах — направленное движение электронов (проводники первого рода);

в электролитах — направленное движение положительных и отрицательных ионов (проводники второго рода);

в плазме — направленное движение электронов и ионов обоих знаков (проводники третьего рода).

За направление электрического тока условились считать направление движения положительно заряженных частиц.

Количественными характеристиками электрического тока являются сила тока I и плотность тока j.

Сила тока — скалярная физическая величина, равная отношением заряда Δ q, проходящего через поперечное сечение проводника за некоторый промежуток времени Δ t, к этому промежутку:

Единицей силы тока в СИ является ампер (А).

Если сила тока и его направление со временем не изменяются, то ток называется постоянным.

Плотность тока j — это векторная физическая величина, модуль которой равен отношению силы тока I в проводнике к площади S поперечного сечения проводника:

В СИ единицей плотности тока является ампер на квадратный метр (А/м²).

Любой источник тока характеризуют электродвижущей силой — ЭДС.

ЭДС (Электродвижущей силой) ε источника тока называют физическую скалярную величину, численно равную работе сторонних сил A_st по перемещению единичного положительного заряда внутри источника тока:

Единицей электродвижущей силы в СИ является вольт (В).

ЭДС является энергетической характеристикой источника тока.

Напряжением (падением напряжения) U_2-1 на участке цепи 2-1 называется физическая величина, численно равная полной работе. Которая совершается кулоновскими и сторонними силами при перемещении вдоль участка цепи единичного положительного заряда из точки 1 в точку 2: U_{2-1 =}

Электрическим сопротивлением участка цепи 1-2 принято считать одну из характеристик электрических свойств данного участка цепи, определяющую упорядоченное перемещение носителей тока на этом участке.

Данная формула представляет собой закон Ома для полной цепи: , где ε – источник тока с э.д.с., r – внутреннее сопротивление, R – внешнее сопротивление.

Сила тока в полной цепи прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.

Стационарное электрическое поле, перемещающее заряды по проводнику, совершает работу. Эту работу называют работой тока. , где I – сила тока, U – падение напряжения в проводнике.

Количество теплоты (Q), которое выделяется током в проводнике, прямо пропорционально силе тока (I), времени его прохождения по проводнику(t) и падению напряжения (U) на нем. Q = W = IUt

Дата добавления: 2015-06-04