Энергия электростатического поля - это энергия системы неподвижных точечных зарядов, энергия уединенного заряженного проводника и энергия заряженного конденсатора.

Если имеется система двух заряженных проводников (конденсатор), то полная энергия системы равна сумме собственных потенциальных энергий проводников и энергии их взаимодействия:

Энергия электростатического поля системы точечных зарядов равна:

· Постоянный ток. Закон Ома в интегральной и дифференциальной форме. Сопротивление проводников.

Постоянный электрический ток это непрерывное направленное движение электрических зарядов. Постоянный электрический ток может идти в твердых телах, жидкостях и газах. Если среда является проводником с большим количеством свободных электронов, то течение постоянного электрического тока осуществляется за счет дрейфа этих электронов. Дрейф электронов в проводниках, не связанный с перемещением вещества, называют током проводимости.

Постоянный электрический ток это ток, сила и направление которого с течением времени не изменяются. Для постоянного электрического тока: I = Q/t.

Закон Ома в интегральной форме: I = , где I - сила тока на участке цепи, U - напряжение на участке, R - сопротивление участка. Закон Ома можно записать в дифференциальной форме, введя понятие вектора плотности тока. Плотность тока , - это векторная величина, численно равная отношению силы тока через поверхность, расположенную в данной точке, перпендикулярную к направлению движения носителей заряда, к площади этой поверхности dS. По направлению совпадает с направлением вектора скорости упорядоченного движения положительных носителей заряда.

Выделим в окрестности некоторой точки внутри проводника элементарный цилиндрический объем с образующими, параллельными вектору . Через поперечное сечение dS этого цилиндра идет ток di = j dS. Но если на участке нет источников тока, то j = = = , где

- удельная электрическая проводимость ( ).

Закон Ома в дифференциальной форме:

Такую форму удобно использовать для бесконечно малых участков проводника, что важно при анализе неоднородных полей.

Величина R называется электрическим сопротивлением проводника. Единицей сопротивления служит Ом, равный сопротивлению такого проводника, в котором при напряжении 1В течет ток в 1 А.Величина сопротивления зависит от формы и размеров проводника, а также от свойств материала, из которого он сделан. Для однородного цилиндрического проводника.

где - длина проводника, S - площадь поперечного сечения, - зависящий от свойств материала коэффициент, называемый удельным электрическим сопротивлением вещества.

Величина обратная сопротивлению называется проводимостью

Для большинства металлов удельное сопротивление растет с температурой приблизительно по линейному закону.

где - удельное сопротивление при 0°С, t - температура в градусах Цельсия, - постоянный коэффициент, численно равный примерно 1/273.

· Закон Ома для замкнутой цепи. ЭДС.

	]
Сила тока в замкнутой цепи, состоящей из источника тока с внутренним сопротивление и нагрузки с сопротивлением, равна отношению величины ЭДС источника к сумме внутреннего сопротивления источника и сопротивления нагрузки.

Электродвижущая сила (ЭДС) — физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источникахпостоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура.

ЭДС можно выразить через напряжённость электрического поля сторонних сил (E_ex). В замкнутом контуре (L) тогда ЭДС будет равна:

, где dl — элемент длины контура.

ЭДС так же, как и напряжение, измеряется в вольтах. Можно говорить об электродвижущей силе на любом участке цепи. Это удельная работа сторонних сил не во всем контуре, а только на данном участке. ЭДС гальванического элемента есть работа сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда внутри элемента от одного полюса к другому. Работа сторонних сил не может быть выражена через разность потенциалов, так как сторонние силы непотенциальны и их работа зависит от формы траектории. Так, например, работа сторонних сил при перемещении заряда между клеммами тока вне самого источника равна нулю.

ЭДС индукции

Причиной электродвижущей силы может стать изменение магнитного поля в окружающем пространстве. Это явление называетсяэлектромагнитнойHYPERLINK " http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BC%D0%B0%D0%B3%D0%BD%D0%B8%D1%82%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B8%D0%BD%D0%B4%D1%83%D0%BA%D1%86%D0%B8%D1%8F" индукцией. Величина ЭДС индукции в контуре определяется выражением

где Φ — поток магнитного поля через замкнутую поверхность S, ограниченную контуром. Знак «− » перед выражением показывает, что индукционный ток, созданный ЭДС индукции, препятствует изменению магнитного потока в контуре

· Недостатки классической теории электропроводности металлов.

Классическая теория смогла объяснить законы Ома и Джоуля-Ленца, а также дала качественное объяснение закона Видемана-Франца. Однако, как выяснилось позднее, хорошее совпадение результатов эксперимента и данных электронной теории в законе Видемана-Франца оказалось случайным. Лоренц провел расчеты с учетом распределения электронов по скоростям, которое хуже согласуется с данными опыта.

Кроме этого встретились и другие трудности:

Неверна зависимость электропроводности от температуры для металлов. Из электронной теории следует , но , следовательно, , но по данным эксперимента Т.

Неверно значение теплоемкости металлов. Электронный газ должен обладать молярной теплоемкостью С = , кристаллическая решетка имеет теплоемкость 3R. Т.о. теплоемкость металлов должна быть в 1, 5 раза больше теплоемкости диэлектриков. Эксперимент показывает, что это не так.

Трудности классической теории можно разрешить на основе квантовых представлений.

· Зависимость сопротивления от температуры. Сверхпроводимость.

Удельное сопротивление проводников и непроводников зависит от температуры.

Сопротивление металлических проводников увеличивается с повышением температуры. У полупроводников сопротивление сильно уменьшается при повышении температуры

Сверхпроводи́ мость — свойство некоторых материалов обладать строго нулевым электрическим сопротивлением при достижении ими температуры ниже определённого значения (критическая температура). Известны несколько десятков чистых элементов, сплавов икерамик, переходящих в сверхпроводящее состояние. Сверхпроводимость — квантовое явление. Оно характеризуется также эффектом HYPERLINK " http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82_%D0%9C%D0%B5%D0%B9%D1%81%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B0" Мейснера, заключающемся в полном вытеснении магнитного поля из объема сверхпроводника.

· Законы Кирхгофа.

Первый закон гласит, что если рассмотреть любой узел цепи (то есть точку разветвления, где сходятся три или более проводов), то сумма поступающих в цепь электрических токов будет равна сумме исходящих, что, вообще говоря, является следствием закона сохранения электрического заряда. Например, если вы имеете Т-образный узел электрической цепи и по двум проводам к нему поступают электрические токи, то по третьему проводу ток потечет в направлении от этого узла, и равен он будет сумме двух поступающих токов. Физический смысл этого закона прост: если бы он не выполнялся, в узле непрерывно накапливался бы электрический заряд, а этого никогда не происходит.

Второй закон не менее прост. Если мы имеем сложную, разветвленную цепь, ее можно мысленно разбить на ряд простых замкнутых контуров. Ток в цепи может различным образом распределяться по этим контурам, и сложнее всего определить, по какому именно маршруту потекут токи в сложной цепи. В каждом из контуров электроны могут либо приобретать дополнительную энергию (например, от батареи), либо терять ее (например, на сопротивлении или ином элементе). Второй закон Кирхгофа гласит, что чистое приращение энергии электронов в любом замкнутом контуре цепи равно нулю. Этот закон также имеет простую физическую интерпретацию. Если бы это было не так, всякий раз, проходя через замкнутый контур, электроны приобретали или теряли бы энергию, и ток бы непрерывно возрастал или убывал. В первом случае можно было бы получить вечный двигатель, а это запрещено первым началом термодинамики; во втором — любые токи в электрических цепях неизбежно затухали бы, а этого мы не наблюдаем.

Самое распространенное применение законов Кирхгофа мы наблюдаем в так называемых последовательных и параллельных цепях. В последовательной цепи (яркий пример такой цепи — елочная гирлянда, состоящая из последовательно соединенных между собой лампочек) электроны от источника питания по серии проводов последовательно проходят через все лампочки, и на сопротивлении каждой из них напряжение падает согласно закону Ома.

В параллельной цепи провода, напротив, соединены таким образом, что на каждый элемент цепи подается равное напряжение от источника питания, а это означает, что в каждом элементе цепи сила тока своя, в зависимости от его сопротивления. Пример параллельной цепи является — ламп «лесенкой»: напряжение подается на шины, а лампы смонтированы на поперечинах. Токи, проходящие через каждый узел такой цепи, определяются по второму закону Кирхгофа.

⇐ Предыдущая123456

Поделиться: