73707

Постоянный электрический ток, Электрический ток, плотность тока, сила тока

Лекция

Физика

Электрический ток плотность тока сила тока. Основными характеристиками электрического тока являются плотность тока векторная характеристика и сила тока скалярная величина. Плотность электрического тока заряд проходящий через единичную площадку перпендикулярную потоку за единицу времени. Сила электрического тока через поверхность с заранее выбранным направлением нормали это заряд протекающий через единицу времени.

Русский

2015-01-16

323.5 KB

3 чел.

Постоянный электрический ток.

Электрический ток, плотность тока, сила тока.

Электрический ток – макроскопически упорядоченное перемещение заряженных частиц (зарядов).

Нас интересует случай, когда причиной является электрическое поле.

Основными характеристиками электрического тока являются плотность тока (векторная характеристика) и сила тока (скалярная величина).

Пусть есть большое количество зарядов , число таких частиц в единице объема (концентрация) - . Пусть все они движутся с одинаковой скоростью  (скорость упорядоченного движения ).

Поместим в это пространство маленькую прямоугольную рамочку, ориентированную перпендикулярно потоку. Посчитаем заряд, прошедший через эту рамку в единицу времени. – заряд, прошедший через рамку за время  . пересекут рамку те заряды, которые пресекут воображаемую поверхность , натянутую на рамку. . За время  эту поверхность пересекут частицы, заключенные в параллелепипеде с площадью основания  и высотой .

.

 Плотность электрического тока – заряд, проходящий через единичную площадку, перпендикулярную потоку, за единицу времени.

Пусть у нас есть в пространстве, в проводящей среде некоторая произвольная поверхность  с заранее выбранным направлением нормали.

Сила электрического тока через поверхность с заранее выбранным направлением нормали – это заряд, протекающий через единицу времени.

.

Подсчитаем . Пусть в окрестности выбранной точки известна плотность тока. Очевидно, что через  за единицу времени пройдут все частицы, лежащие в косом параллелепипеде с высотой .

СИ: .

Ток в  означает, что за единицу времени протекает заряд в .

Гауссова система: .

Если у нас разные частицы, то понятие плотности тока можно обобщить.

.

Замечания.

  1.  Реально скорость каждой частицы складывается из двух скоростей: теплового движения и упорядоченного.

Поэтому в определении плотности тока  – средняя скорость упорядоченного движения частиц.

  1.  Плотность тока описывает более детально поток электрического

тока. Плотность тока описывает ток  в окрестности выбранной точки. Это локальная характеристика. Сила тока же – это интегральная характеристика.

В общем случае .

Если плотность тока является только функцией точки, то ток – постоянный.

Оценим скорость упорядоченного движения электронов в металлическом проводнике площадью поперечного сечения в  при прохождении через него тока в .

Уравнение непрерывности. Условие стационарности.

Заряд в замкнутом объеме может изменяться, только втекая или вытекая из заданного объема через ограничивающие его поверхности.

Пусть в этом пространстве существует электрический ток. Пусть в каждой точке этого пространства определены  и .  – не перемещается и не деформируется с течением времени. Найдем убыль зарядов в данном объеме. Заряд может убыть только при пересечении площадки .

– уравнение непрерывности в интегральной форме.

Уравнение непрерывности – это следствие из закона сохранения заряда.

По формуле Остроградского-Гаусса:

Поскольку это равенство справедливо для сколь угодно малой поверхности, то мы можем записать:

 – уравнение непрерывности в дифференциальной форме.

Выведем при каком условии ток будет постоянным(стационарным).

Плотность в каждой токе не меняется с течением времени: .

Постоянные токи можно изобразить с помощью линий тока.

Линия тока – кривая, касательные к которой в каждой точке – вектор плотности тока в данной точке. Поверхность, образованная линиями тока – трубка тока.  – ток не имеет источника.

Линии постоянного тока всегда замкнуты. Заряд через боковую поверхность трубки не проходит, так как скорость к ней касательная. В выделенном объеме трубки тока ток должен оставаться постоянным. Сила тока, проходящего через произвольное сечение, не зависит от его положения в трубке тока.

Условие существования постоянного тока.

Потенциал первого сечения больше потенциала второго сечения, значит между этими сечениями течет ток. Если течет ток, то потенциал между этими сечениями будет выравниваться, то есть ток будет нестационарным. Для поддержания постоянного тока, необходимо заряды, прошедшие по пути , перенести обратно по пути . Для этого надо совершить работу против поля. Таким образом, необходимым условием замкнутости линий тока является действие неэлектростатических сил(сторонних) на трубки тока.

Однородный участок цепи. Закон Ома.

Однородный участок – участок, на котором не действуют сторонние силы.

– напряжение.

Напряжение всегда пропорционально силе тока:

, где  – коэффициент пропорциональности(сопротивление).

Закон Ома:.

Для цилиндрических проводников справедливо:

, где  – удельное сопротивление.

.  .

Удельное сопротивление зависит от химического строения проводника, температуры и т.д.

Перейдем от конечной площади сечения к элементарной трубке тока.

Закон Ома в дифференциальной форме для однородного участка цепи:

,

где  – электропроводимость.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

78752. Я люблю українську мову 74.5 KB
  Мета: узагальнити знання студентів з рідної мови; удосконалювати навики колективної роботи; розвивати творчі здібності, навики виразного читання, виробляти сталий інтерес до рідної мови, плекати почуття національної гідності, віри у творчі сили народу, формувати внутрішню потребу постійного удосконалення мовної культури.
78753. Літературна розважальна програма для учнів 10-х класів 35 KB
  Кожна пара повинна представити себе: від першої особи розповісти про тих літературних героїв імена яких вони носитимуть до кінця гри. Чи була ця пара щасливою чи хтось став на заваді цьому щастю. Кожна пара повинна написати про автора та твір героями якого вони є роки життя місце...
78754. Сценарій святкового заходу, присвяченого Т.Г. Шевченку 60 KB
  Мета: виховання любові до рідної мови, скарбів поетичного слова, України, вшанування пам’яті видатного художника слова, патріота України - Т.Г.Шевченка, формування культури мовлення через красу й багатство рідної мови, пропагування творчості обдарування рідного краю.
78755. ВОНИ ПЕРШИМИ РИНУЛИСЬ В БІЙ... 85 KB
  Мета: навчальна – закріпити знання студентів про чорнобильську трагедію, ознайомити з біографіями пожежників, ліквідаторів наслідків аварії на ЧАЕС, впроваджувати елементи екологічного виховання...
78756. Сражаюсь, верую, люблю! 100 KB
  На сцене в противоположних углах стоят стулья с участниками со стороны Э. Асадова и Б. Окуджавы, а так же два юноши и две девушки в стилизованых костюмах. На экране появляються первые слайды презентации Под музику «Как здорово, что все мы здесь сегодня собрались» выходят ведущие вечера.
78757. Я люблю Україну 144 KB
  Мета: навчальна – поглибити знання учнів про Україну, її символи, традиції, впроваджувати елементи естетичного виховання культури спілкування; розвивальна – розвивати українське мовлення учнів, культуру поведінки; уміння приймати рішення в нестандартних ситуаціях, колективну творчість...
78758. Сценарий выступления 11 класса на выпускном вечере 70.5 KB
  Есть за домами за лесами Маленькая страна. Маленькая страна Маленькая страна Каждый расскажет и покажет Вот она вот она На сцену поднимается ещё одна выпускница девочки берутся за руки и вместе поют вторую часть припева.
78759. ИЗ СВЕТЛЯНДИИ ПРИВЕТ – ЭТО СКАЗКА ПРО БЮДЖЕТ 38 KB
  Голос ребёнка: За горами, за лесами есть чудесная страна! И Светляндским королевством называется она. И живут в том королевстве человечки – светлячки: Дети, тётеньки и дяди, бабушки и старички! Во главе же государства стоит дяденька король. И зовут его Светлун, а фамилия Второй!
78760. Книга та комп’ютер – наші друзі 112 KB
  Адже це дійсно так. Особливо ці слова, сказані англійським прем’єр міністром у минулому столітті, є актуальними сьогодні. У наш час стрімкого розвитку інноваційних технологій дуже важливо володіти своєчасною та актуальною інформацією. З кожним роком обсяг інформації зростає, також скорочується час для пошуку інформації.