Опытные законы постоянного тока

Закон Ома. Этот закон экспериментально установлен немецким физиком Г. Омом (1826г.) и им же теоретически обоснован.

Силы кулоновского взаимодействия зарядов вызывают такое перераспределение носителей тока (носителей свободных зарядов) в проводнике, что потенциалы во всех его точках выравниваются, и электрическое поле в проводнике исчезает. Для поддержания в цепи постоянного тока нужно, чтобы на свободные заряды действовала помимо кулоновских сил еще иные неэлектростатические силы, называемые сторонними силами.

Кулоновские силы вызывают соединение разноименных зарядов, выравнивание потенциалов и исчезновение электростатического поля в проводнике. Сторонние силы вызывают разделение разноименных зарядов и поддерживают разность потенциалов на концах проводника. Сторонние силы действуют на носители тока внутри источника электрической энергии (гальванические элементы, аккумуляторы, электрические генераторы и др.). Под действием сторонних сил заряды перемещаются от отрицательного заряда к положительному заряду.

Источник сторонних сил в цепи постоянного тока так же необходим, как насос для создания циркуляции жидкости в любой замкнутой гидравлической системе. Роль насоса играет источник электрической энергии. Внутри источника электрической энергии заряды под действием сторонних сил движутся против электрического поля – от отрицательного заряда к положительному заряду. На концах внешней цепи поддерживается постоянная разность потенциалов и в цепи идет постоянный ток. Сторонние силы, перемещая заряды, совершают работу за счет энергии в источнике электрической энергии. Например, в гальванических элементах, аккумуляторах – за счет энергии химических реакций; в генераторах – за счет механической энергии, которая расходуется на вращение ротора. Источник тока характеризуют сопротивлением (сопротивление внутренней части цепи) и электродвижущей силой (ЭДС) .

Запишем уравнение закона Ома для ряда случаев.

- Для однородного участка цепи. Однородный участок – это участок, на котором действуют только кулоновские силы (Рис.2):

, (10.4)

где - сила тока; - сопротивление участка; - разность потенциалов на концах участка, которая в этом случае совпадает с падением напряжения на участке.

- Для неоднородного участка цепи. Неоднородный участок – это участок, на котором действуют одновременно кулоновские и сторонние силы (Рис.3):

, (10.5) где - сила тока; - сопротивление участка; - падение напряжения на участке; - разность потенциалов на концах участка; - электродвижущая сила источника тока.

Падение напряжения на участке цепи равно сумме разности потенциалов на этом участке и электродвижущей силывсех источников электрической энергии, которые включены на данном участке.

- Для замкнутой цепи. (Рис.4):

(10.6) где - сила тока; - внешнее сопротивление цепи; r – внутреннее сопротивление источника; - электродвижущая сила источника тока.

Закон Джоуля - Ленца. Этот закон был экспериментально установлен Д. Джоулем (1841г.) и независимо от него русским физиком Э.Х. Ленцем (1842г.).

При протекании тока по проводнику он нагревается за счет работы источника тока. Причем вся работа источника расходуется на нагрев проводника:

. (10.7)

Количество теплоты, выделяемое постоянным электрическим током в участке цепи, равно произведению квадрата силы тока на электрическое сопротивление участка и время его протекания.

Основные положения классической электронной

Дата добавления: 2014-01-07