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
| Электрическое
напряжение . Электрический ток в проводни - ке создается разностью потенциалов , например 1 – 2 ( см . рис . 7.1), вспоминая прошлую лекцию , разностью потенциальных энергий , ко - торыми обладает носитель заряда в разных точках электрического поля внутри проводника . В данном случае можно провести аналогию с наличием перепада высот на различных участках реки , чем больше перепад , тем сильнее поток воды в реке . В случае реки перепад высот и круговорот воды создает при - рода , в случае электрического тока также необходим какой - либо ис - точник ( обозначим Е ), который бы осуществил круговорот зарядов ( рис . 7.2). Данный источник играет роль своеобразного насоса , который от конца проводника с меньшим потенциалом ( т . 2) перебрасывает проводимые током заряды к концу с большим потенциалом ( т . 1). Пе - ремещение положительных носителей тока ( на самом деле в металли - ческом проводнике , конечно , движутся электроны ) на участке 2 1 происходит против сил электростатического поля и возможно только В . А . Никитенко , А . П . Прунцев 97 при приложении сил неэлектростатического происхождения , назы - ваемых сторонними силами . Эти силы могут быть обусловлены ме - ханическими , химическими , световыми и другими процессами . Вели - чина , равная работе сторонних сил над единичным положительным зарядом , называется электродвижущей силой ( э . д . с ., термин не очень удачен ) Е , действующей на участке ( например , участок 2 1) или в замкнутой цепи ( рис . 7.2). Если работа сторонних сил над зарядом q равна А ст . , то Е = q А ст . . (7.6) Из выражения (7.6) видно , что размерность э . д . с . совпадает с размерностью потенциала ( вольт ). Устройства , которые обеспечивают действие сторонних сил , получили название источников электрического тока и обозначаются в схемах как __ ___ , где длинная вертикальная черта соответствует по - ложительному полюсу источника . Сторонние силы внутри источника тока действуют от отрицательного полюса к положительному , это направление часто называют направлением действия э . д . с . Если на некотором участке электрической цепи , например 1-2, ( рис . 7.3) действуют одновременно электростатические и сторонние силы с электродвижущей силой Е 12 ( неоднородный участок цепи ), то величина , численно равная работе , совершаемой электростатиче - скими ( кулоновскими ) и сторонними силами при перемещении еди - ничного положительного заряда из т . 1 в т . 2 , получила название Е 1 2 1 2 1 2 1 2 J J 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 . жүктеу/скачать 1,26 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|