|
|||||||
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Законы постоянного тока. Законы Ома, закон Джоуля – ЛенцаЗадачи этого раздела посвящены применению законов постоянного электрического тока к расчету электрических цепей. Для решения этих задач используются законы Ома для однородного участка цепи, закон Ома для замкнутой цепи и закон Джоуля – Ленца. Электрическим током называют упорядоченное движение заряженных частиц. За направление тока принимают направление движения положительно заряженных частиц. Количественной характеристикой электрического тока является - сила тока. Сила тока - скалярная физическая величина, численно равная заряду, прошедшему через поперечное сечение проводника в единицу времени . При неравномерном распределении тока по поверхности, через которую переносится заряд, вводится векторная характеристика – плотность тока. Плотность тока - векторная величина. Её модуль численно равен величине заряда, протекающего через единицу поперечного сечения проводника за единицу времени. Направление вектора в каждой точке проводника совпадает с направлением тока, т.е. с направлением скорости упорядоченного движения положительных зарядов на данном участке проводника. , Где dI – сила тока, протекающего в данном месте внутри проводника через элементарную площадку dS, расположенную перпендикулярно к направлению тока. Используя вектор плотности тока, можно найти силу тока, протекающего через любую поверхность S: , где - угол между вектором и вектором нормали к элементарной площадке . Электрический ток существует при наличии свободных зарядов и электрического поля. Такие условия можно создать в различных средах: в твердых телах, жидкостях газах и в вакууме. В различных средах носителями заряда являются различные частицы. В металлах ток проводимости обусловлен движением электронов. В начале 19го века Г.Ом экспериментально установил закон: Сила тока , текущего по однородному участку цепи, прямо пропорциональна напряжению , приложенному к этому участку, и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка . . Однородным участком электрической цепи называют участок, на котором направленное движение зарядов происходит только под действием кулоновских сил, т.е. участок не содержит источника тока. Для такого участка напряжение совпадает с разностью потенциалов между начальной и конечной точками участка цепи . Коэффициент пропорциональности в законе Ома называется электрической проводимостью участка цепи, а величина обратная проводимости называется электрическим сопротивлением. Сопротивление участка проводника зависит от его размеров и формы, материала и физических условий (температуры и др.).Для цилиндрического проводника длиной и площадью поперечного сечения сопротивление можно вычислить по формуле , где r - удельное сопротивление материала проводника, l - длина проводника, S - площадь поперечного сечения проводника. Удельное сопротивление зависит от температуры следующим образом r = r0 (1 + a t), где r0 - удельное сопротивление материала проводника при 0оС. Его численное значение можно взять из справочников или оно приводится в задаче. Величина обратная удельному сопротивлению называется удельной проводимостью. a - температурный коэффициент сопротивления, который численно равен относительному изменению удельного сопротивления при изменении температуры на один градус. - определение температурного коэффициента сопротивления. Расчет сопротивления участка цепи при параллельном и последовательном соединении отдельных проводников ; R = R 1 + R 2 + … (параллельное соединение) (последовательное соединение)
Закон Ома в дифференциальной форме , где - плотность тока на данном участке цепи; σ - удельная проводимость проводника; r - удельное сопротивление проводника; - напряженность электрического поля внутри проводника. Закон Ома для неоднородного участка цепи (участок содержит ЭДС): . (34) а) j1>j2 и j+ > j-- В этом случае j1 - j2 =IR + e или U = (j1 -j2) - e
б) j1 > j2 и > j- < j+, тогда j1 -j2 =IR - e. При таком включении ЭДС падение напряжения на всем участке U = (j1 - j2) + e.
Закон Ома для полной (или замкнутой) цепи: ток в цепи прямо пропорционален ЭДС и обратно пропорционален полному сопротивлению цепи , где - ЭДС источника тока; R - сопротивление внешнего участка цепи; r - внутреннее сопротивление источника тока. При протекании электрического тока по проводнику в проводнике выделяется некоторое количество теплоты Q. При протекании тока по однородному участку цепи работа сил электрического поля по перемещению заряда в проводнике вся расходуется на выделение тепла, поэтому количество выделившегося тепла равняется работе сил электрического поля: . Мощность тока равна Закон Джоуля – Ленца в дифференциальной форме: , где – объёмная плотность тепловой мощности, т.е. количество теплоты, которое выделяется в единице объема проводника в единицу времени.
Закон Фарадея для электролиза , где k - электрохимический эквивалент вещества. КПД электрической цепи , (38) где А n -полезная работа тока на внешнем участке цепи , А 3 – работа затраченная равная полной энергии, вырабатываемой источником тока , (39) где R - сопротивление нагрузки, а r – внутреннее сопротивление источника тока. Плотность тока , средняя скорость < > упорядоченного движения носителей заряда в проводниках и их концентрация n связаны соотношением , где e – элементарный заряд. Удельная проводимость , средняя длина свободного пробега < > и средняя скорость хаотического теплового движения электронов u связаны соотношением , где e и m – заряд и масса электрона, n – концентрация электронов.
Поиск по сайту: |
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.006 сек.) |