Конспект по начертательной геометрии Инженерная графика Архитектура ЭВМ Информатика и информационные технологии

Предыдущая страница !Физические основы механикиСледующая страница !


10. Постоянный электрический ток

Электрический ток - это упорядоченное движение электрических зарядов, в металле - электронов. Бесконечная прямолинейная тонкая лента шириной см заряжена с поверхностной плотностью
Ток, не изменяющийся со временем, называют постоянным.

10.1. Сила тока

.

За время dt переносится заряд dq.

.

Единица силы тока - ампер. Кинематика – раздел механики, в котором изучается механическое движение материального тела без рассмотрения причин, по которым это движение происходит. Введем основные понятия, которыми необходимо будет пользоваться в дальнейшем. Будем рассматривать движение тела, пользуясь декартовой прямоугольной системой координат. Линия, которую описывает движущаяся точка в пространстве, называется траекторией.

10.2. Плотность тока
  ,

dI - сила тока, проходящего через площадку dS1.

10.2.1. Связь плотности тока и скорости упорядоченного движения зарядов

  За время dt через площадку dS пройдут заряды, отстоящие от нее не дальше чем на vdt.
Заряд dq, прошедший за dt через dS:

,

     где q0 - заряд одного носителя;
     n - число зарядов в единице объема;
     dS·v·dt - объем.


Сила тока:

.


Плотность тока (10.2):

.

Вектор направлен как и вектор .

10.3. ЭДС источника
Для поддержания постоянного замкнутого тока при наличии сил, тормозящих движение носителей, необходимо компенсировать носителям заряда потери энергии, т.е. совершать над ними работу.
Работа электростатического поля   (9.6.2)  по замкнутой траектории:

.

φ1 = φ2, если траектория замкнута.
Следовательно, эту работу должны совершать силы неэлектрического происхождения, сторонние силы.
ЭДС - это

.

где q - заряд, над которым сторонние силы совершили работу Aст.сил.

.

Единица ЭДС - такая же, как и единица потенциала - вольт.

10.4. Закон Ома для участка цепи

    ,


R - сопротивление проводника.

.


Единица сопротивления - Ом.
Для однородного проводника длиной l и сечением S:

,

ρ - удельное сопротивление (из таблиц).

.

10.5. Закон Ома в дифференциальной форме

Закон Ома (10.4) для элементарного объема проводника.

См. (9.7)

Используя (10.2) получим:
  , где .
  Закон Ома в дифференциальной форме   Удельная проводимость

10.6. Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме

Количество тепла, выделяемое в элементарном объеме с сопротивлением R при прохождении тока I в течении времени dt:
Найдем - закон Джоуля-Ленца.
- плотность мощности.

  - закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме.
См. (10.2),   (10.4), (10.5).

      10.7. Закон Ома для неоднородного участка цепи

Неоднородный участок - участок, содержащий ЭДС.
  Работа при перемещении заряда dq из точки 1 в точку 2:

,

где dq(φ12) - работа сил поля (9.6.2),
dq ε12 - работа сторонних сил (10.3).
dA12 переходит в джоулево тепло I2Rdt (10.6):

,
   (10.1),
.

Закон Ома для неоднородного участка цепи:

.

Начертательная геометрия и инженерная графика, перспектива