Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Электродвижущая сила и напряжение


Если два разноименно заряженных до потенциалов j1 и j2 проводника А и В соединить проводником С, то под действием электрического поля электроны будут перемещаться в направлении АСВ (т.е. в направлении ВСА пойдет ток ) до тех пор, пока потенциалы точек А и В не станут одинаковыми, после чего ток прекратится (рис. 2).

Очевидно, что для поддержания в цепи постоянного тока необходимо, чтобы потенциалы j1 и j2 не менялись со временем, несмотря на то, что каждую секунду определенное число электронов уходит из точки А и приходит в точку В. Для этого необходимо иметь специальное устройство - источник тока, внутри которого происходило бы непрерывное разделение разноименных зарядов и перенос отрицательных зарядов к проводнику А, положительных - к проводнику В. Проводники А и В при этом называются полюсами источника тока.

Источник тока - устройство, внутри которого происходит непрерывное разделение разноименных зарядов и перенос их к соответствующим полюсам источника.

Очевидно, что разъединение разноименных зарядов происходит под действием сил неэлектростатического происхождения (т.к. электростатические силы приводят к соединению разноименных зарядов). Эти силы называют сторонними силами.

Сторонние силы - это силы неэлектростатического происхождения, действующие на заряды внутри источников тока и поддерживающие разность потенциалов между полюсами.

Природа сторонних сил в различных источниках тока различна: в гальванических элементах эти силы возникают за счет энергии химической реакции между электродами и электролитом; в электрических генераторах работа сторонних сил совершается за счет механической энергии, затрачиваемой на вращение ротора генератора и т.д.

Сторонние силы, перемещая электрические заряды, совершают работу.

Физическая величина, равная работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда, называется э.д.с., действующей в цепи или на ее участке:

.

Эта работа производится за счет энергии, затрачиваемой в источнике тока, поэтому величину e называют э.д.с. источника тока.



Э.д.с. - скалярная величина. Если в некоторой цепи действуют несколько э.д.с., то они могут быть положительными и отрицательными, т.е. э.д.с. - алгебраическая величина.

Рассмотрим некоторый участок цепи (рис. 3), содержащий э.д.с. ; - сопротивление участка, и - разность потенциалов между его концами.

Работа по перемещению заряда на этом участке совершается как кулоновскими, так и сторонними силами:

.

Как известно из электростатики, работа кулоновских сил при перемещении заряда из точки с потенциалом j1 в точку с потенциалом j2 определяется выражением .

Т.к. т.е. .

Физическая величина, равная работе, совершаемой электростатическими и сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда по некоторому участку цепи, называется напряжением на данном участке цепи:

.

Участок цепи, на котором действуют сторонние силы, т.е. содержащий э.д.с., называется неоднородным.

- напряжение на неоднородном участке цепи.

Участок цепи, на котором не действуют сторонние силы, т.е. не содержащий э.д.с., называется однородным.

; напряжение на однородном участке цепи равно разности потенциалов между его концами.

 

3. Законы Ома. Сопротивление проводников.

Закон Ома для однородного участка цепи.

В 1826 году немецкий ученый Георг Ом экспериментально установил, что сила тока I, текущего по однородному участку цепи (металлическому проводнику) прямо пропорциональна напряжению на этом участке:

.

Коэффициент пропорциональности обозначается , а величина R называется электрическим сопротивлением проводника.

Сила тока на однородном участке цепи прямо пропорциональна напряжению на этом участке и обратно пропорциональна его сопротивлению.

Поскольку обе части уравнения относятся ко всему участку проводника, это соотношение называют законом Ома в интегральной форме. Закон Ома позволяет установить единицу электрического сопротивления:

1 Ом - сопротивление такого проводника, в котором при напряжении 1 В течет постоянный ток силой 1А. Величина сопротивления зависит от размеров и формы проводника, материала, из которого он изготовлен, и температуры. Для однородного цилиндрического проводника

,

где r - удельное сопротивление вещества.

=Ом×м.

Удельное сопротивление численно равно сопротивлению проводника единичной длины с площадью поперечного сечения, равной единице, изготовленного из данного вещества.

Электрическое сопротивление характеризует способность данного проводника противодействовать упорядоченному движению электрических зарядов.

Современная квантовая теория объясняет это следующим образом. Свободные электроны металлов обладают волновыми свойствами и ведут себя внутри кристаллической решетки подобно волнам. Если кристалл абсолютно лишен искажений и все ионы неподвижны в узлах решетки, то электронная волна, формируясь в этой решетке, «приспосабливается» к ней и проходит через решетку, как бы «не замечая» ее, как через пустое пространство. Зато любые нарушения периодичности решетки - дефекты, примеси, тепловые колебания ионов - являются причиной рассеяния электронных волн, т.е. изменения направления их распространения. Это рассеяние уменьшает упорядоченность движения электронов, т.е. вызывает электрическое сопротивление.

Опыт показывает, что в первом приближении и металлов ~ t0.

, ,

где температурный коэффициент сопротивления для большинства металлов. Следовательно,

, .

В 1911 г. голландский ученый Камерлинг-Оннес обнаружил, что при сопротивление ртути скачком падает до нуля. Сверхпроводимость - это явление, при котором сопротивление ряда металлов и сплавов скачком падает до нуля при температуре, близкой к абсолютному нулю.

У каждого сверхпроводника имеется своя критическая температура , при которой он переходит в сверхпроводящее состояние (рис. 4).

Явление сверхпроводимости находит ряд применений в науке и технике, в частности, для создания очень сильных магнитных полей.



Зависимость металла используется в термометрах сопротивления, представляющих собой металлическую проволоку (чаще всего платиновую), намотанную на слюдяной или фарфоровый каркас. Такой термометр позволяет измерить с точностью до 0,003 К как сверхнизкие, так и сверхвысокие температуры.

 

 

Закон Ома можно представить и в другой форме, называемой дифференциальной, т.е. относящейся к какой-то одной точке внутри проводника (а не ко всему проводнику).

Поскольку электрическое поле внутри цилиндрического проводника однородно,

а сила тока связана с его плотностью,

выражение можно представить в виде:

- закон Ома в дифференциальной форме:

плотность тока в любой точке проводника прямо пропорциональна напряженности электрического поля в данной точке.

- удельная электропроводность (проводимость).

характеризует способность вещества проводить электрический ток.

(сименс на метр).

Закон Ома для неоднородного участка цепи.

Т.к. для неоднородного участка

,

,

где - общее сопротивление участка, включая внутреннее сопротивление э.д.с.

Если цепь замкнута (рис. 5), ,

- закон Ома для замкнутой цепи:

сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна э.д.с. источника тока и обратно пропорциональна сумме сопротивлений внутреннего и внешнего участков цепи.

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Сила и плотность тока | Факторы определяющие уровень внутризаводской специализации

Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 746; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Рекомендуемые страницы:

Читайте также:
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2021) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление
Генерация страницы за: 0.007 сек.