, то мы должны взять интеграл:

(4.3)

Плотность тока j – физическая величина, определяемая силой тока I, проходящего через единицу площади поперечного сечения S проводника, определяется по формуле:

(4.4)

Дрейфовой скоростью зарядов называется средняя скорость упорядоченного движения зарядов в проводнике. Плотность тока j можно выразить через дрейфовую скорость зарядов и концентрацию зарядов в единице объёма n и величину элементарного заряда ????:

(4.5)

Постоянный электрический ток может быть создан только в замкнутой цепи, в которой свободные носители заряда циркулируют по замкнутым траекториям. Электрическое поле в разных точках такой цепи неизменно во времени.

Перемещение зарядов происходит за счёт работы электрического поля. Однако при перемещении заряда по замкнутой траектории работа поля равна нулю. Следовательно, в электрической цепи должно присутствовать устройство, способное создавать и поддерживать разность потенциалов на участках цепи за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Такие устройства называются источниками постоянного тока. Силы неэлектростатического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются сторонними силами.

Природа сторонних сил может быть различной. В гальванических элементах или аккумуляторах они возникают в результате электрохимических процессов, в генераторах постоянного тока сторонние силы возникают при движении проводников в магнитном поле. Под действием сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля, благодаря чему в замкнутой цепи может поддерживаться постоянный электрический ток. При перемещении электрических зарядов по цепи постоянного тока сторонние силы, действующие внутри источников тока, совершают работу.

Физическая величина, равная отношению работы A_ст сторонних сил при перемещении заряда q от отрицательного полюса источника тока к положительному к величине этого заряда

---

, называется электродвижущей силой источника ℇ (ЭДС):

(4.6)

Таким образом, ЭДС численно равна работе, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда. Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).

Цепь постоянного тока можно разбить на отдельные участки. Те участки, на которых не действуют сторонние силы (т. е. участки, не содержащие источников тока), называются однородными. Участки, включающие источники тока, называются неоднородными.

При перемещении положительного заряда по некоторому участку цепи работу совершают как электростатические (кулоновские), так и сторонние силы. Работа электростатических сил равна , где

- разность потенциалов между начальной (1) и конечной (2) точками электрической цепи.

Работа сторонних сил равна , где - электродвижущая сила, действующая на данном участке. Поэтому полная работа на участке цепи 1-2 равна

(4.7)

Напряжением на участке цепи 1–2 называется отношение полной работы к величине перемещённого заряда q:

(4.8)

В случае однородного участка напряжение равно разности потенциалов: . Немецкий физик Г. Ом в 1826 году экспериментально установил, что сила тока I, текущего по однородному металлическому проводнику (т. е. проводнику, в котором не действуют сторонние силы), пропорциональна напряжению U на концах проводника:

, (4.9)

где R - электрическое сопротивление проводника. Данный закон носит название закон Ома для однородного участка цепи. Помимо проводников данный закон справедлив для полупроводников и электролитов. В СИ единицей электрического сопротивления проводников служит Ом. Сопротивлением в 1 Ом обладает такой участок цепи, в котором при напряжении 1 В возникает ток силой 1 А.

---

Сопротивление проводника зависит:

1. 
   От длины проводника l, его сечения S и материала (характеризуется удельным сопротивлением проводника ) и определяется по формуле:
   

(4.10)

2. 
   От температуры t°С и определяется по формуле:
   

(4.11)

где – сопротивление проводника при 0°С, α – температурный коэффициент сопротивления.

Проводники с сопротивлением R могут соединяться последовательно и параллельно. Если проводники соединяются последовательно, то ток в каждом проводнике один и тот же: . Падение напряжения на каждом сопротивлении равно . Общее падение напряжения равно . Тогда сопротивление цепи при последовательном соединении определяется по формуле

(4.12)

Если проводники соединяются параллельно, то напряжение на каждом проводнике одно и тот же: , а сила тока разная. Полный ток в цепи равен . Тогда сопротивление цепи при параллельном соединении определяется по формуле

(4.13)

Для участка цепи, содержащего ЭДС, закон Ома записывается в следующей форме:

, (4.14)

где − полное сопротивление неоднородного участка цепи; - электродвижущая сила, действующая на данном участке. Для замкнутой цепи разность потенциалов: , ????_полн=????+????, где ???? - электрическое сопротивление однородного участка цепи, ???? - электрическое сопротивление источника тока.

---

Рис. 4.1 Схема замкнутой электрической цепи с источником тока.

Для такой цепи закон Ома записывается в следующе форме:

(4.15)

Если точки a и b (Рис. 4.1) замкнуть проводником, сопротивление которого мало по сравнению с внутренним сопротивлением источника , тогда в цепи потечет ток короткого замыкания:

(4.16)

Сила тока короткого замыкания – максимальная сила тока, которую можно получить от данного источника с электродвижущей силой ℰ и внутренним сопротивлением r.

Для измерения напряжений и токов в электрических цепях постоянного тока используются специальные приборы – вольтметры и амперметры.



Рис.4.2 Включение вольтметра и амперметра в цепи постоянного тока

Вольтметр предназначен для измерения разности потенциалов (напряжения), приложенной к его клеммам. Он подключается параллельно участку цепи, на котором производится измерение разности потенциалов. Любой вольтметр обладает некоторым внутренним сопротивлением . Для того, чтобы вольтметр не вносил заметного перераспределения токов при параллельном подключении к измеряемой цепи, его внутреннее сопротивление должно быть велико по сравнению с сопротивлением ???? того участка цепи, к которому он подключен, т.е.: ????. Амперметр предназначен для измерения силы тока в цепи. Амперметр включается последовательно в разрыв электрической цепи, чтобы через него проходил весь измеряемый ток. Амперметр также обладает некоторым внутренним сопротивлением . В отличие от вольтметра, внутреннее сопротивление амперметра должно быть достаточно малым по сравнению с полным сопротивлением всей цепи ????, т.е.: ≪ ????, чтобы при включении амперметра ток в цепи не изменялся.

Электрический ток I, проходя по участку цепи без ЭДС с сопротивлением R, совершает работу

---

А по перемещению электрических зарядов, которую можно рассчитать для постоянного тока по формуле:

, (4.17)

где U – напряжение на участке цепи, t – время пропускания тока.

Мощность Р тока определяется как работа в единицу времени и равна:

, (4.18)

При протекании тока по проводнику он нагревается и в нем выделяется количество теплоты Q, которое без учета потерь для постоянного тока рассчитывается по закону Джоуля-Ленца:

(4.19)

Если ток переменный, то количество теплоты Q за время ???????? = ????₂ −????₁ определяется через интеграл:

(4.20)

5. ТЕРМОДИНАМИКА И МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА
Для описания макроскопических систем в физике существуют два подхода: термодинамический и молекулярно – кинетический.

Термодинамика – наука о закономерностях превращения энергии. В противоположность молекулярно – кинетической теории, которая делает выводы на основе представлений о молекулярном строении вещества, термодинамика исходит из наиболее общих закономерностей тепловых процессов и свойств макроскопических систем. Выводы термодинамики опираются на совокупность опытных фактов и не зависят от наших знаний о внутреннем устройстве вещества, хотя в целом ряде случаев термодинамика использует молекулярно – кинетические модели для иллюстрации своих выводов.

Если термодинамическая система была подвержена внешнему воздействию, то в конечном итоге она перейдет в другое равновесное состояние. Такой переход называется термодинамическим процессом. Если процесс протекает достаточно медленно (в пределе бесконечно медленно), то система в каждый момент времени оказывается близкой к равновесному состоянию. Процессы, состоящие из последовательности равновесных состояний, называются квазистатическими.

В термодинамике широко используется понятие термодинамической системы

---

Смотрите также файлы

• Задание 1 Определять сущность экономической безопасности как научной категории.docx

• Список педагогов мбоу сош 2 с. Самашки, прошедших кпк в 20202022 уч гг.docx

• Определите преимущества и недостатки использования стратегической ориентации на проектную форму организации и оплаты труда производственного персонала, заполнив для этого соответствующие графы таблицы.docx

• Халмуратов Азизбек Халмуратович москва 2023 Практическое занятие.docx

• Отчёт по статьям Статья 2.pdf