Физика на 03.02.2016 Преподаватель: Гавриш Л.А.

Физика на 03.02.2016
Преподаватель:
Гавриш Л.А.
Для группы: 2 пара - 115 ЭВТ
Сделать конспект урока № 34 и ответить письменно в рабочей тетради на вопросы в конце
лекции. Оценки в журнал будут выставлены по окончании карантина.
Урок № 34
Тема: Постоянный электрический ток. Сила тока. Плотность тока
План:
1. Электрический ток и его характеристики
2. Условия существования электрического тока
3. Сила и плотность тока
Если проводник поместить в электрическое поле то на свободные заряды Q в
проводнике будет действовать сила F=Q·E. В результате в проводнике возникает
кратковременное перемещение свободных зарядов. Этот процесс закончится тогда, когда
собственное электрическое поле зарядов, возникших на поверхности проводника,
скомпенсирует полностью внешнее поле. Результирующее электростатическое поле
внутри проводника будет равно нулю. Однако в проводниках при определенных условиях
может возникнуть непрерывное упорядоченное движение свободных носителей
электрического заряда. Такое движение называется электрическим током. За направление
электрического тока принято направление движения положительных свободных зарядов.
Для существования электрического тока в проводнике необходимо выполнение двух
условий:
1) наличие свободных зарядов в проводнике – носителей тока;
2) наличие электрического поля в проводнике.
Количественной мерой электрического тока служит сила тока I – скалярная физическая
величина, равная отношению заряда ΔQ, переносимого через поперечное сечение
проводника (рис. 11.1) за интервал времени Δt, к этому интервалу времени:
Упорядоченное движение свободных носителей тока в
проводнике характеризуется скоростью упорядоченного движения носителей. Эта
скорость называется скоростью дрейфа носителей тока. Пусть цилиндрический проводник
(рис. 11.1) имеет поперечное сечение площадью S. В объеме проводника, ограниченном
поперечными сечениями 1 и 2 с расстоянием ∆х между ними содержится число носителей
тока N = nS∆х, где n – концентрация носителей тока. Их общий заряд ∆q = q0N = q0nS∆х.
Если под действием электрического поля носители тока движутся слева направо со
скоростью дрейфа vдр, то за время ∆t=∆x/vдрвсе носители, заключенные в этом объеме,
пройдут через поперечное сечение 2 и создадут электрический ток. Сила тока равна:
Плотностью тока называется величина электрического тока, протекающего через единицу
площади поперечного сечения проводника:
. (11.3)
В металлическом проводнике носителями тока являются свободные электроны металла.
Найдем скорость дрейфа свободных электронов. При силе тока I = 1А, площади
поперечного сечения проводника S = 1мм2 , концентрации свободных электронов
(например, в меди) n = 8,5·1028м--3 и q0 = e = 1,6·10–19 Кл получим:
vдр=
.
Видим, что скорость направленного движения электронов очень мала, гораздо меньше
скорости хаотичного теплового движения свободных электронов.
Если сила тока и его направление не изменяются со временем, то такой ток называется
постоянным. В Международной системе единиц СИ сила тока измеряется в амперах (А).
Единица измерения тока 1 А устанавливается по магнитному взаимодействию двух
параллельных проводников с током.Постоянный электрический ток может быть создан в
замкнутой цепи, в которой свободные носители заряда циркулируют по замкнутым
траекториям. Но при перемещении электрического заряда в электростатическом поле по
замкнутой траектории, работа электрических сил равна нулю. Поэтому для существования
постоянного тока необходимо наличие в электрической цепи устройства, способного
создавать и поддерживать разности 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.
Вопросы:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Что называется электрическим током?
Что принято за направление электрического тока?
Сформулируйте условия существования электрического тока
Действия электрического тока на проводник
Определение силы и плотности тока
Единица измерения силы тока
Какой ток называется постоянным?