Конспект лекций по физике для довузовской подготовки москва -2014
жүктеу/скачать 1,26 Mb. Pdf көрінісі
|
Конспект лекций по физике
- Бұл бет үшін навигация:
- 7.2. Закон Ома . Сопротивление проводников
- 7.3. Соединение проводников и источников тока
- . 7.4 R 1 R 2 R n ...
- Параллельное соединение
- Параллельное и последовательное соединение источников
- 7.4. Закон Джоуля - Ленца . Мощность тока
| Рис
. 7.1. Рис . 7.2 Конспект лекций 98 напряжения U на выделенном участке электрической цепи ( можно и падение напряжения ): U = ( 1 – 2 ) + Е 12 . (7.7) Знак 12 в общем случае зависит от направления действия электродви - жущей силы . Если на рассматриваемом участке цепи 1–2 отсутствуют сто - ронние силы ( Е 12 =0, однородный участок ), то U = 1 – 2 , (7.8) поэтому в формуле электрической емкости С = 2 1 q мы писали С = U q . 7.2. Закон Ома . Сопротивление проводников Немецкий физик Георг Симон Ом экспериментально устано - вил следующий закон ( скорее правило , так как оно применимо лишь к некоторым типам материалов ): сила тока , текущего в металлическом проводнике , прямо пропорциональна напряжению на этом проводни - ке и обратно пропорциональна его сопротивлению R J = R U . (7.9) Берега и дно реки создают сопротивление потоку воды , точно так же электроны тормозятся в результате взаимодействия с ионами металла . Величина сопротивления зависит от свойств материала и определяется формой и размерами проводника . Для однородного ци - линдрического проводника эта зависимость имеет вид : R = S l , (7.10) Е 12 1 2 1 2 Рис . 7.3 В . А . Никитенко , А . П . Прунцев 99 где l – длина проводника , S – площадь его поперечного сечения , – удельное электрическое сопротивление ( определяется свойствами материала ). Единицей измерения электрического сопротивления в СИ яв - ляется ом ( Ом ), таким образом удельное сопротивление измеряется в Ом м . Величина , равная = 1 , называется удельной проводимостью проводника . Удельное сопротивление вещества зависит от температуры . Как правило , удельное сопротивление металлов возрастает с темпе - ратурой по закону = 0 (1+ t) , (7.11) где 0 – удельное сопротивление при t 0 = 0 0 C, – при t 0 C, – темпе - ратурный коэффициент сопротивления . Рост с повышением темпе - ратуры металлов объясняется увеличением размаха колебаний ионов кристаллической решетки , препятствующих движению электронов . В полупроводниках ( рассмотрение полупроводников выносится на практические занятия ) с увеличением температуры обычно растет число свободных носителей заряда , сопротивление полупроводника при этом уменьшается . Закон Ома в форме (7.9) имеет общий характер , для однород - ного участка электрической цепи ( Е = 0) он преобразуется к виду J = R 2 1 , (7.12) для неоднородного участка с учетом (7.7) может быть записан как J = R Е 2 1 . (7.13) При замыкании концов рассматриваемого участка цепи ( 1 = 2 ) получаем закон Ома для замкнутой электрической цепи ( контура ): J = R Е , (7.14) Сопротивление R в формулах (7.13) и (7.14) равно сумме внут - реннего сопротивления источника тока r и внешнего сопротивления це - Е Е Конспект лекций 100 пи вне источника R внеш . : R=r+ R внеш . Для того , чтобы выделить указанные компоненты в законе Ома , он традиционно записывается в виде J = R r Е , (7.15) где под R понимается только внешнее сопротивление неоднородной цепи . Схема рассматриваемой замкнутой цепи представлена на рис . 7.4. Выражение (7.15) можно преобразовать к виду JR + Jr = Е , (7.16) откуда с учетом U = JR ( для одно - родного участка контура ) имеем U = Е – Jr , (7.17) где Jr – падение напряжения внутри источника тока . Таким образом , когда сила тока во внешней цепи отсутствует , напряжение на клеммах источника тока U равно э . д . с . (U = Е ). Если же через источник течет ток , то напряжение на его клеммах уменьшается на величину Jr. Например , свет от фар автомобиля тускнеет в момент запуска двигателя . Это обстоятельство связано с тем , что стартер потребляет от аккумулятора очень большой ток , и напряжение на аккумуляторе резко падает . 7.3. Соединение проводников и источников тока Последовательным называется такое соединение проводни - ков , при котором конец предыдущего проводника соединяется с на - чалом последующего ( рис . 7.5). Сила тока в этом случае на любом участке цепи одинакова J = J 1 = J 2 = ... = J n = const. (7.18) Используя закон Ома легко пока - зать , что при последовательном соединении сопротивлений их эквивалентное ( общее ) сопротив - ление определяется равенством R = R 1 + R 2 + ... + R n = i n 1 R i . (7.19) Е r – + J = R r Е R Рис . 7.4 R 1 R 2 R n ... Рис . 7.5 Е Е В . А . Никитенко , А . П . Прунцев 101 Параллельное__соединение'>Параллельное соединение име - ет место , когда одни концы всех про - водников образуют один узел , а другие – второй ( рис . 7.6). В этом варианте J + J 1 + J 2 + ... + J n , а общее сопротивление разветвлен - ной цепи R определяется по формуле n 2 1 R 1 ... R 1 R 1 R 1 i n 1 i R 1 . (7.20) Параллельное и последовательное соединение источников тока . Рассмотрим на примерах последовательное ( рис . 7.7) и парал - лельное ( рис . 7.8) соединение одинаковых источников тока . В данном случае при последовательном соединении сопро - тивлений имеем : Е общее = n Е , r общее = nr, (7.21) при параллельном Е общее = Е , r общее = n r , (7.22) Если э . д . с . и внутренние сопротивления источников тока от - личаются , то при последовательном соединении Е общее = Е 1 + Е 2 + ... + Е n , r общее = r 1 + r 2 + ... + r n , (7.23) J J 1 J 2 J n R 1 R 2 R n J Рис . 7.6 Е , r ... Е , r 1 2 n 1 2 n Рис . 7.7. Рис . 7.8 Конспект лекций 102 при параллельном – ситуация требует специального рассмотрения , которое выходит за рамки школьной программы . 7.4. Закон Джоуля - Ленца . Мощность тока Мы уже указывали , что при переносе заряда q вдоль провод - ника , имеющего на концах разность потенциалов U = 1 – 2 , сила электрического поля совершает над зарядом работу А = qU. За время t, таким образом , силы поля совершают работу А = qU = JUt . (7.24) С учетом закона Ома (7.9) имеем А = JUt = J 2 Rt = R U 2 t . (7.25) Мощность N = t А , развиваемая током на участке цепи с со - противлением R, в данном случае определяется как N = JU = J 2 R = R U 2 . (7.26) КПД электрогенератора в обычной замкнутой цепи , содержа - щей только сопротивления рассчитывается из соотношений = Е U J Е JU r R R r) (R J R J N N 2 2 затр . пол . . (7.27) Если постоянный электрический ток течет по цепи , которая состоит из неподвижных металлических проводников , то работа тока полностью расходуется на нагревание проводников . Отсюда , с учетом (7.25), получаем жүктеу/скачать 1,26 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|