АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция

Законы постоянного тока. Законы Ома, закон Джоуля – Ленца

Читайте также:
  1. B) Наличное бытие закона
  2. II закон Кирхгофа
  3. II. Законодательные акты Украины
  4. II. Законодательство об охране труда
  5. II.3. Закон как категория публичного права
  6. III. Государственный надзор и контроль за соблюдением законодательства об охране труда
  7. IX. У припущенні про розподіл ознаки по закону Пуассона обчислити теоретичні частоти, перевірити погодженість теоретичних і фактичних частот на основі критерію Ястремського.
  8. IX.3.Закономерности развития науки.
  9. А 55. ЗАКОНОМІРНОСТІ ДІЇ КОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРІВ НА ЖИВІ ОРГАНІЗМИ
  10. А) Закон диалектического синтеза
  11. А) совокупность предусмотренных законодательством видов и ставок налога, принципов, форм и методов их установления.
  12. А. Законодательные (представительные) органы власти республик в составе Российской Федерации

Задачи 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 + at),

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 = R1 + R2 + …

(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

‡агрузка...

,

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 Аn -полезная работа тока на внешнем участке цепи ,

А3 – 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.

 


1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 | 56 | 57 | 58 | 59 |


Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Студалл.Орг (0.013 сек.)