Постоянный электрический ток. Сила тока. Плотность тока. Закон Ома для однородного участка цепи. Сопротивление

Урок № 35-169 Постоянный электрический ток. Сила тока. Плотность тока. Закон Ома для однородного участка цепи. Сопротивление. Д/з: п.8.1-8.5 [1] или §104-§106 Задачи № 2 № 3 стр.308 [2].

1. Электрический ток.

Электрический ток — упорядоченное движение заряженных частиц.

Электрический ток имеет определенное направление. За направление тока принимают направление движения по­ложительно заряженных частиц.

Если ток образован дви­жением отрицательно заряженных частиц, то направление тока считают противоположным направлению движения частиц (рис.3).

Действие тока.

1. Проводник, по которому течет ток, нагре­вается.

2. Электрический ток может изменять химичес­кий состав проводника, например, выделять его химические составные части (медь из раствора медного купороса и т. д.)

3. Ток оказывает силовое воздействие на со­седние токи и намагниченные тела. Это действие тока на­зывается магнитным.

2. Сила тока (I) – заряд, перенесенный в единицу времени. Если через поперечное сечение проводника за время Δt переносится заряд Δq, то сила тока равна: I=.

Сила тока равна отношению заряда Δq, переносимого через поперечное сечение проводника за ин­тервал времени Δt, к этому интервалу времени. Если сила тока со временем не меняется, то ток называют постоянным.

Пусть проводник имеет поперечное сечение площадью S (рис.4). За положительное направление в проводни­ке примем направление слева направо. Заряд каждой ча­стицы равен q . В объеме проводника, ограниченном попе­речными сечениями 1 и 2, содержится пSΔl частиц, где п — концентрация частиц. Их общий зарядq= q пSΔl.

Если частицы движутся слева направо со средней скоростью , то за время Δt = все частицы, заключенные в данном объеме, пройдут через поперечное сечение 2. Поэтому сила тока I=== qnS. СИ: [I]=[А]

В СИ силу тока выража­ют в амперах (А). Эту единицу устанавливают на осно­ве магнитного взаимодействия токов. Измеряют силу то­ка амперметрами.

3. Плотность тока (Ј)- характеризует распределение силы тока по площади S поперечного сечения проводника, равна по модулю отношению I к S: Ј=; [J]=

Физический смысл: Ј= — j равна отношению заряда, который переносится через поперечное сечение проводника S, к площади сечения и времени прохождения тока (1 = 1∙10 ⁶ )

Условия, необходимые для существования постоянного электрического тока.

1. На­личие свободных заряженных частиц.

2. сила, действующая на них в определенном направлении- электрическое поле.

На заряженные частицы действует эле­ктрическое поле с силой= q.

4. Закон Ома для участка цепи.

Для каждого проводника — твердого, жидкого и газо­образного — существует определенная зависимость силы тока от приложенной разности потенциалов на концах проводника (рис.5). — вольт-амперная характеристика проводника.

Наиболее простой вид имеет вольт-ампер­ная характеристика металлических проводников и рас­творов электролитов.

Впервые (для металлов) ее устано­вил немецкий ученый Георг Ом, поэтому зависимость силы тока от напряжения носит название закона Ома для участка цепи. На участке цепи, изображенной на рисунке 6, ток направлен от точки 1 к точке 2. Разность потенциалов (напряжение) на концах проводника равна: U=φ₁−φ₂. Так как ток направлен слева направо,

то напряженность эле­ктрического поля направлена в ту же сторону и φ₁>φ₂

Согласно закону Ома для уча­стка цепи сила тока прямо пропорциональна приложенному

на­пряжению U и обратно пропор­циональна сопротивлению про­водника R: I=

5. Сопротивление (R) — основная электрическая характери­стика проводника I= : R=; [R]=[]=[Ом] R зависит от материала проводника и его геометрических размеров.

Сопротивление проводника длиной l с постоянной площадью поперечного сечения S равно: R=ρ∙,

где ρ — удельное сопротивлением проводника, численно равно сопротивлению проводника, имеющего форму куба с ребром 1 м, если ток направлен вдоль нормали к двум противоположным граням куба, зависит от рода вещества и его со­стояния (от температуры в первую очередь) —

Проводник имеет R 1 Ом, если при разности потенциалов 1 В сила тока в нем 1А.

Единица удельного сопротивления 1 Ом∙м. ρ=f (t) ρ=ρ₀ ∙(1+α∙t), В СИ [ρ]=[Ом∙м],

где α— температурный коэффициент сопротивления; ρ₀ -удельное сопротивление при 0ºС

Экзаменационные вопросы

25. Какая физическая величина определяется отношением напряжения на участке электрической цепи к силе тока?

А. Сила тока. Б. Напряжение. В. Электрическое сопротивление. Г. Удельное электрическое сопротивление. Д. Электродвижущая сила.

26. Какая физическая величина определяется отношением заряда ∆q переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени∆t к этому интервалу?

А. Сила тока. Б. Напряжение. В. Электрическое сопротивление. Г. Удельное электрическое сопротивление. Д. Электродвижущая сила.

27. Какая из приведенных ниже формул выражает закон Ома для участка цепи?

А. I =; Б. I = ; В. IUΔt; Г. P=UI; Д. ρ = ρ(1+α t).

28. Какова сила тока в цепи, если на резисторе с электрическим сопротивлением 10 Ом напряжение равно 20 В? А. 2 А. Б. 0,5 А. В. 200 Решение: I =;

Задачи

1. Сила тока в цепи, содержащей реостат, I= 3,2 А. Напряжение между клеммами реостата U=14.4 В. Каково сопротивление R той части реостата, в которой существует ток?

2. За какое время по проводнику с током 64 мА через его поперечное сечение пройдёт 2∙10¹⁵ электронов?

3. Обмотка реостата сопротивлением 84 Ом выполнена из никелиновой проволоки с площадью поперечного сечения 1 мм². Какова длина проволоки? ρ_ник.=42∙10^-2

4. Сила тока в медном проводнике 31,4 А. Какого диаметра необходимо взять медный провод при допущенной плотности тока 0,1 А/ мм ²?

5. К концам медного проводника длиной 300 м приложено напряжение 36 В. Найдите среднюю скорость упоря-доченного движения электронов в проводнике, концентрация электронов проводимости в меди 8,5∙10²⁸ м^-3

6. Во сколько раз изменится сопротивление проводника (без изоляции) если его свернуть пополам и скрутить?

7. Плотность тока при физиотерапии равна 0,1 мА/см². Какой заряд пройдёт через человека за 10 мин, если площадь электродов 10 см².

8. К медному проводнику длиной 1м и сечением 0,5мм приложено напряжение 1,2 В. Сколько электронов пройдёт через поперечное сечение проводника за 5 с? Удельное сопротивление меди равно 1,7∙10^-8 Ом∙м.

9. Определите площадь поперечного сечения и длину медного проводника, если его сопротивление 0,2 Ом, а масса 0,2 кг. Плотность меди 8900 кг/ м ³, а удельное сопротивление 1,8·10^-8 Ом·м

https://rusevents.pro/