Лекция 16. Постоянный электрический ток



Скачать 36.04 Kb.
Дата24.12.2012
Размер36.04 Kb.
ТипЛекция
ЛЕКЦИЯ 16. Постоянный электрический ток.

16.1. Основные уравнения

При написании уравнений для постоянного тока в металлах следует, все производные по времени в уравнениях Максвелла положить равными нулю. Таким образом, приходим к уравнениям

(16.1)

или

. (16.2)

Для проводников (металлов) первые уравнения в формулах (16.1) и (16.2) не имеют особого физического смысла. На самом деле, в данном случае между неизвестными величинами и не имеется связи в виде уравнений подобных материальным уравнениям и поле (поляризованность - ) не имеет физического смысла. Данные уравнения в рассматриваемом случае заменяются на уравнение , которое является выражением закона сохранения электрического заряда для стационарных процессов. Таким образом, в качестве основных уравнений для постоянного тока в металлах принимаются следующие уравнения:

(16.3)

. (16.4)

Первое уравнение показывает, что поле является потенциальным и

. (16.5)

Система уравнений (16.3) и (16.4) является неопределенной, так как четыре уравнения содержат шесть неизвестных. Для того чтобы система стала определенной, ее необходимо дополнить уравнением связи между неизвестными величинами и . В простейшем, но важном для проводников случае, эта связь выражается следующим образом:

, (16.6)

где величина называется проводимостью. Для однородного проводника . Уравнение связи (16.6) называется законом Ома в дифференциальной форме. Этот закон имеет достаточно широкую применимость, но не является фундаментальным, т.к.
заведомо носит приближенный характер.

Для однозначного решения систему уравнений следует дополнить граничными условиями

. (16.7)

Для границы проводник – диэлектрик

. (16.8)

Для однородного проводника

.

Поскольку , то объемная плотность заряда внутри проводника равна нулю. У границы с диэлектриком

. (16.9)

Силовые линии поля внутри проводника являются касательными к его поверхности.

Работа поля в единичном объеме за единицу времени определяется формулой

. (16.10)

С учетом закона Ома данная формула представляется в виде:

. (16.11)

Рассматриваемая работа численно равна теплоте, которая выделяется в проводнике с током, т.е.

. (16.12)

Формула (16.12) называется законом Джоуля – Ленца в дифференциальной форме.

16.2. Законы Ома и Джоуля – Ленца в интегральной форме

Рассмотрим участок проводника с током (рис.16.1).








1 2
Рис. 16.1
Пусть на концах участка проводника поддерживаются потенциалы . Тогда

, (16.13)

где

(16.14)

- удельное сопротивление,

(16.15)

- сопротивление участка цепи.

Поскольку

, (16.16)

то

(16.17)

- закон Ома для участка цепи в интегральной форме.

Найдем теплоту, которая выделяется на данном участке проводника:

,

(16.18)

- закон Джоуля - Ленца в интегральной форме.

16.3. Законы Ома и Джоуля – Ленца при наличии источников тока

Для существования тока на участке проводника необходимо на его концах поддерживать разность потенциалов. В случае замкнутой цепи и ток . Таким образом, для существования тока недостаточно существования только потенциального поля . Необходимо действие не потенциального поля, работа сил которого по замкнутому контуру отлична от нуля. Такое поле называется сторонним полем . Закон Ома при наличии сторонних сил (поля) в дифференциальной форме теперь записывается так:

. (16.19)

Закон Джоуля – Ленца приобретает вид:

. (16.20)

Рассмотрим участок проводника (рис.16.1), на котором действует стороннее поле. Действие стороннего поля на участке проводника характеризуется электродвижущей силой

. (16.21)

Проводя преобразования аналогичные тем, которые были использованы при получении формул (16.17) и (16.18), используя при этом формулы (16.19) и (16.21), получим:

, (16.22)

(16.23)

- законы Ома и Джоуля – Ленца в интегральной форме для участка цепи при наличии электродвижущей силы.

Для замкнутой цепи:

, (16.24)

, (16.25)

где - электродвижущая сила источника, - сопротивление внешней части цепи, - сопротивление источника тока.




Похожие:

Лекция 16. Постоянный электрический ток iconПостоянный электрический ток § 96. Электрический ток, сила и плотность тока
Если же упорядоченное движение электрических зарядов осуществляется перемещением в пространстве заряженного макроскопи
Лекция 16. Постоянный электрический ток icon«Постоянный электрический ток»

Лекция 16. Постоянный электрический ток iconЭлектрический ток. Сила тока. Закон Ома
Электрический ток в полупроводниках. Электронная проводимость полупроводников при наличии примесей
Лекция 16. Постоянный электрический ток iconЭкзаменационные вопросы по физике для студентов специальности ВиВ, пг и сб по разделам: «Электростатика. Постоянный электрический ток. Электромагнетизм. Колебания и волны.» Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда
Электрический заряд. Закон сохранения электрического заряда. Закон взаимодействия точечных зарядов. Единицы заряда
Лекция 16. Постоянный электрический ток iconВопросы по теме «Электрический ток в различных средах»
Какими электрическими зарядами создается электрический ток в металлах, электролитах, полупроводниках, газах, вакууме?
Лекция 16. Постоянный электрический ток icon«Электрический ток»
Представить ученикам цельную мировоззренческую картину по теме «Электрический ток»
Лекция 16. Постоянный электрический ток icon«Его величество электричество»
Электрический ток бежит по проводам и заставляет электрические приборы работать. Электрический ток чем-то похож на реку, только в...
Лекция 16. Постоянный электрический ток iconПостоянный электрический ток – упорядоченное направленное перемещение (перенос, движение) электрических зарядов в вакууме или средах. Электрические заряды: электроны, ионы, макроскопические частицы и др
Электрические заряды: электроны, ионы, макроскопические частицы и др., несущие на себе избыточный электрический заряд
Лекция 16. Постоянный электрический ток iconУрок обобщение темы: " Электрический ток в различных средах". Автор: Пеганова Елена Викторовна, учитель физики высшей категории Оборудование Компьютерная программа. "
Как протекает электрический ток в различных средах, т е в металлах, электролитах, газе, ваккуме и проводниках?
Лекция 16. Постоянный электрический ток iconКонтрольная работа №1 электростатика. Постоянный электрический ток. Магнитостатика. Электромагнтное поле вариант 1 Начальный уровень
Электростатическое поле создают заряды, которые в данной системе отсчета Выберите правильное утверждение
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org