Постоянный ток
Непрерывное упорядоченное движение свободных носителей электрического заряда называется электрическим током.
Условие существования электрического тока:
- свободные заряды,
- электрическое поле,
- замкнутая цепь.
За направление электрического тока принято направление движения положительных свободных зарядов, поэтому направление тока в металлах противоположно направлению движения электронов.
Сила тока I– скалярная физическая величина, характеризует заряд, прошедший через поперечное сечение проводника в единицу времени:
Δq - количество электричества
Если сила тока и направление тока 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.
Действия электрического тока: Тепловое, Магнитное, Химическое
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 - источника постоянного тока.
Силы неэлектростатического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются сторонними силами.
Под действием сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля, благодаря чему в замкнутой цепи может поддерживаться постоянный электрический ток.
Физическая величина, равная отношению работы Aст сторонних сил при перемещении заряда q от отрицательного полюса источника тока к положительному к величине этого заряда, называется электродвижущей силой (ЭДС):
В таких случаях говорят, что мы имеем дело с полной цепью которая состоит из
На внешнем участке электроны движутся под действием кулоновских сил, а на внутреннем помимо кулоновских сил действуют еще сторонние силы.
Сторонние силы - любые силы, действующие на заряженные частицы, за исключением электростатических (кулоновских сил).
В источниках электрического тока происходит перемещение заряженных частиц под действием сторонних сил, против сил электростатического поля. В результате между клеммами источника появляется разность потенциалов.
Сторонние силы, перемещая заряды внутри источника, совершают работу, которую называют работой сторонних сил. Действие сторонних сил характеризуется физической величиной – электродвижущей силой (ЭДС). ЭДС – физическая величина, численно равная отношению работы сторонних сил по перемещению заряда внутри источника к величине этого заряда.
Она находится по формуле:
При перемещении единичного положительного заряда по замкнутой цепи постоянного тока работа сторонних сил равна сумме ЭДС, действующих в этой цепи, а работа электростатического поля равна нулю.
Закон Ома
Закон Ома для участка цепи
Величину U принято называть напряжением на участке цепи. В случае однородного участка напряжение равно разности потенциалов: U = φ1 – φ2. Измеряется в вольтах (В)
Немецкий физик Г. Ом в 1826 году экспериментально установил, что сила тока I, текущего по однородному металлическому проводнику (т. е. проводнику, в котором не действуют сторонние силы), пропорциональна напряжению U на концах проводника:
Величину R принято называть электрическим сопротивлением. Величину, обратную сопротивлению называют электрической проводимостью.
Вольт – амперная характеристика изображается графиком:
Электрическое сопротивление обусловлено тем, что электроны при своем движении взаимодействуют с ионами кристаллической решетки, поэтому сопротивление зависит от строения кристаллической решетки и температуры проводника.
Проводник, обладающий электрическим сопротивлением, называется резистором.
ρ – удельное сопротивление проводника (сопротивление однородного цилиндрического проводника, имеющего единичную длину и единичную площадь поперечного сечения), зависит от вещества, температуры.
l – длина проводника
S – площадь поперечного сечения
Зависимость удельного сопротивления от температуры выражается формулой: ρ=ρ0∙(1+α∙Δt)
Где ρ0 – удельное сопротивление при 0оС, α – температурный коэффициент сопротивления, характеризующий относительное изменение сопротивления проводника при нагревании его на 1оС
В 1911 году датским физиком Х. Каммерлинг-Оннесом открыта сверхпроводимость.
Согласно классической электронной теории Друде, удельное сопротивление металлов должно монотонно уменьшаться при охлаждении, оставаясь конечным при всех температурах (верхняя часть графика). Опыты показали, что при некоторой определенной температуре T кр, различной для разных веществ, удельное сопротивление скачком уменьшается до нуля (нижняя часть графика).
Вещества в сверхпроводящем состоянии способны длительное время (многие годы) поддерживать без затухания электрический ток, возбужденный в сверхпроводящей цепи.