Koja vrijednost služi kao kvantitativna karakteristika električne struje. Karakteristike električne struje i uvjeti njenog postojanja. Elektromotorna sila, napon. Klasična elektronička teorija električne vodljivosti metala
Elektro šok zove usmjereno (naređeno) kretanje električni naboji(Slika 13.1). Same te čestice nazivamo nositeljima struje.
Struja može teći u čvrstim tvarima, tekućinama i plinovima. Ako je medij vodič s velikim brojem slobodnih elektrona, tada se protok električne struje odvija zahvaljujući driftu tih elektrona. Drift elektrona u vodičima, koji nije povezan s kretanjem materije, naziva se struja provođenja. Struja vodljivosti odnosi se na uređeno kretanje elektrona u vodičima, iona u elektrolitima, elektrona i šupljina u poluvodičima, iona i elektrona u plinovima. Uređeno kretanje električnih naboja povezano s kretanjem nabijenog tijela u prostoru naziva se konvekcijska struja.
Za smjer struje prihvaća se drift pozitivnih naboja (elektroni vodljivosti uvijek se kreću u smjeru suprotnom od smjera struje (od “+” prema “-”)). Ovo se može činiti nezgodno, ali sada više ne morate razlikovati smjer struje u vodiču i elektrostatičko polje, uzrokujući ovu struju: ti se smjerovi uvijek podudaraju.
Snaga struje – skalarna veličina jednaka omjeru količine elektriciteta dq, koja se tijekom vremena dt prenese kroz određeni dio vodiča, i vremena dt:
Istosmjerna struja naziva se električna struja, čija se jakost i smjer ne mijenjaju tijekom vremena. Za istosmjerna struja
gdje je q električni naboj koji prolazi kroz presjek vodiča tijekom vremena t.
Jedinica struje je amper (A).
Odredimo brzinu kojom elektroni lebde u vodiču kroz koji teče struja.
Za vrijeme Δt kroz presjek vodiča S prošlo je N elektrona s ukupnim nabojem Δq = Ne. Ako je brzina usmjerenog kretanja elektrona jednaka υ, tada će u vremenu Δt svi završiti unutar dionice duljine ℓ = υ Δt i volumena V=Sℓ. Tako,
izražavajući ovdje broj nositelja struje kroz njihovu koncentraciju (N = nV= nSℓ)
Omjer struje I i površine poprečnog presjeka vodiča S, okomito na smjer struje, je vektorska veličina naziva se gustoća struje.
Tada se može napisati brzina elektrona u vodiču 
, odavde
Gustoća struje može se izračunati pomoću formule
j = ne‹υ› (13.4)
Tako, gustoća struje u vodiču proporcionalna je koncentraciji slobodnih elektrona u njemu i brzini njihova gibanja.
Vektor j usmjeren je duž smjera struje, tj. poklapa se sa smjerom uređenog kretanja pozitivnih naboja.
Jakost struje kroz proizvoljnu površinu S definirana je kao protok vektora j, tj.
(13.5)
gdje je dS = n∙dS (n = jedinični vektor normale na površinu dS koja s vektorom j zaklapa kut α).
Električno polje istosmjerne struje naziva se stacionarni . Za razliku od elektrostatičkog polja, stacionarno električno polje nastalih pomicanjem naboja. Međutim, raspodjela ovih naboja u vodiču s istosmjernom strujom ne mijenja se tijekom vremena: novi električni naboji stalno zamjenjuju izlazne električne naboje. Stoga se pokazuje da je električno polje koje stvaraju ti naboji gotovo isto kao polje stacionarnih naboja.
Razlikuju se po tome što unutar vodiča nema elektrostatskog polja, dok unutar vodiča postoji i stacionarno polje istosmjernih struja (inače kroz njih ne bi tekla struja).
ISTOSMJERNA ELEKTRIČNA STRUJA
Plan
Karakteristike električne struje i uvjeti njenog postojanja. Elektromotorna sila, napon.
Klasična elektronička teorija električne vodljivosti metala.
Izvođenje Ohmovog i Joule-Lenzovog zakona iz elektroničkih prikaza.
Poteškoće klasične elektroničke teorije.
Kirchhoffovi zakoni.
1. Značajke električne struje i uvjeti njenog postojanja.
U elektrostatika pojave uzrokovane stacionarni naboji. Ako iz bilo kojeg razloga nastaje uređeno kretanje naboja i naboj različit od nule prenosi se kroz površinu, onda to kažu javlja se električna struja.
Kvantitativna karakteristika električne struje je jakost struje – količina naboja prenesena kroz razmatranu površinu po jedinici vremena. Ako se naboj tijekom vremena prenosi kroz površinu 
, tada je jakost struje:
Jedinica struje je amper (A). Iza smjer struje prihvaća se smjer kretanja pozitivnih naboja ili smjer suprotan smjeru kretanja negativnih naboja. Slobodni naboji koji se gibaju u sredstvu nazivaju se nosioci struje.
Struja može se distribuirati nejednako duž površine kroz koju teče. Struja se može detaljnije karakterizirati pomoću vektora gustoće struje 
. Neka se nabijene čestice gibaju u određenom smjeru brzinom 
. Vektor gustoće struje naziva se vektor čiji se smjer podudara sa smjerom brzine pozitivnih naboja (ili protiv smjera brzine negativnih naboja), a u apsolutna vrijednost jednak trenutnom omjeru 
kroz elementarnu platformu 
, koji se nalazi u određenoj točki prostora okomito na smjer kretanja nosača, na njegovo područje.
Broj nositelja struje po jedinici volumena 
nazvao gustoća nositelja struje. Bit će naznačena cijena pojedinog prijevoznika 
.
Ako su slobodni naboji npr. elektroni, a pozitivni naboji stacionarni (ovo je slučaj u metalima), To Gustoća nositelja će se podudarati s brojem slobodnih elektrona po jedinici volumena.
U 
Riža. 20.1
Vektor gustoće struje može se izraziti preko gustoće nositelja struje i brzine njihovog kretanja. Količina naboja prenesena tijekom vremena kroz određenu površinu 
, okomito na vektor brzine (sl. 20.1), jednako je 
. Za to vrijeme područje će preći svi slobodni naboji u paralelopipedu s bazom i duljinom 
. Ako je područje dovoljno malo, tada se gustoća struje unutar njegovih granica može smatrati konstantnom i tada: 
.
U vektorskom obliku:
Jačina struje kroz proizvoljnu površinu
Električni struja zbog kretanja slobodnih naboja u vodičima različite prirode naziva se struja provođenja.
Slobodni naboji u vodiču doživljavaju sudare s atomima vodiča. Tijekom "slobodnog trčanja" 
između dva sudara dobiva naboj u vodiču smjerna brzina uz vanjsku električno polje:
Gdje 
jakost električnog polja u vodiču. Nakon sljedećeg sudara brzina se gubi. Zatim, do sljedećeg sudara, dolazi do novog povećanja smjerne brzine.
Iz navedenog proizlazi da uvjeti za postojanje struje je:
A) Prisutnost besplatnih naboja;
B) Prisutnost električnog polja unutar vodiča koje podržava kretanje naboja.
Elektromotorna sila, napetost .
Kad bi na nositelj struje djelovale samo sile elektrostatskog polja, tada bi se pod utjecajem tih sila pozitivni nositelji kretali s mjesta s većim potencijalom na mjesto s nižim potencijalom, a negativni bi se kretali u suprotnom smjeru. . Ovaj dovelo bi do izjednačavanja potencijala, te bi uslijed toga struja prestala. Da se to ne bi dogodilo, moraju postojati područja u kojima se prijenos pozitivnih naboja odvija u sve većem smjeru 
, tj. protiv sila elektrostatičkog polja. Prijenos medija u ovim područjima moguć je samo pomoću sile neelektrostatskog podrijetla, koje se nazivaju vanjskim silama. Fizička priroda vanjskih sila može varirati. Na primjer, kemijski (kao u baterijama), mehanički, magnetski i drugi.
Vrijednost jednaka omjeru rada vanjskih sila za prijenos naboja prema veličini ovog naboja naziva se elektromotorna sila(EMF).
EMF se mjeri u istim jedinicama kao i potencijal, tj. u voltima (V).
Vanjska sila koja djeluje na naboj može se prikazati kao 
, Gdje 
- jakost polja vanjskih sila. Rad vanjskih sila na naboju u određenom području 1-2:
Podijelivši oba dijela prema definiciji emf-a nabojem, dobivamo:
Za zatvoreni krug:
EMF koji djeluje u zatvorenom krugu, Može biti definiran kao kruženje vektora napetosti vanjskih sila.
Osim vanjskih sila na naboj djeluju sile elektrostatskog polja 
. Rezultantna sila, koji djeluje na naboj u svakoj točki kruga jednak je:
Rad ove sile na naboju 
na odsječku lanca 1-2, određuje se izrazom 
. Jer 
, A 
, tada je rad jednak .
R 
Podijelimo obje strane s . Na lijevoj strani relacija 
označimo 
. Vrijednost brojčano jednaka omjeru rada i elektrostatičkih sila i sila trećih strana za pomicanje naboja na vrijednost ovog naboja naziva se pad napona ili jednostavno napon u danom dijelu kruga .
Stoga (Sl. 20.2),
Riža. 20.2
Bilješka, da ako u tom području nema EMF-a, onda 
. (Za zatvoreni krug, točke 1 i 2 se podudaraju, 
i onda 
.) Može se pokazati da 
, Gdje 
- impedancija lanci i zatim
Ova jednadžba izražava Ohmov zakon za nejednolik dio kruga (s EMF).
2. Klasična elektronička teorija električne vodljivosti metala i njezina nedostatnost.
Unutarnja struktura metala okarakteriziran kristalna rešetka. U čvorovima kristalne rešetke nalaze se pozitivni ioni; U prostoru između njih, socijalizirani elektroni kreću se gotovo slobodno. Njemački fizičar P. Drude predložio je da elektroni vode sebe kao čestice idealnog plina, I predloženo korištenje opisati njihovo ponašanje poznate formule kinetičke teorije plinova.
Besplatni sustav socijalizirani u kristalnoj rešetki elektrona naziva se elektronski plin. Za razliku od molekula plina, čiji je domet određen međusobnim sudarom molekula, elektroni sudarati se uglavnom ne među sobom, i s ionima tvoreći metalnu kristalnu rešetku. ove uzrokovanih sudara posebno, otpornost metala na električnu struju.
Kaotično toplinsko gibanje elektroni u metalima mogu se karakterizirati prosječnom brzinom 
(za sobnu temperaturu 
). U prisutnosti vanjskog polja, elektroni još uvijek imaju nešto prosječna smjerna brzina. Obično 
, to je 
.
3. Izvođenje Ohmovih i Joule-Lenzovih zakona iz elektroničkih prikaza.
Ohmov zakon.
Prosječni put koji prijeđu elektroni koji se slobodno kreću između dva uzastopna sudara s ionima rešetke naziva se prosječno slobodan put 
. Prosječno vrijeme između dva sudara 
(određeno brzinom kaotičnog kretanja). Ako postoji polje smjerna brzina elektroni nakuplja se tijekom slobodnog rada i do trenutka sljedećeg sudara dostigne maksimalnu vrijednost:
.
Brzina se mijenja tijekom trčanja linearni. Stoga joj prosjek po kilometraži vrijednost je pola najveće vrijednosti.
Gustoća struje:
Koeficijent proporcionalnosti između i označava se sa 
(
- vodljivost). Kao rezultat dobivamo Ohmov zakon u lokalnom obliku(parametri se odnose na zadanu točku presjeka vodiča).
Gustoća struje u vodiču proporcionalna je jakosti električnog polja. Faktor proporcionalnosti je vodljivost. (Napomena: Usporedimo dobivenu formulu s poznatom 
. Vodljivost je obrnuto proporcionalna otporu 
. Gustoća struje 
. Snaga polja 
(
- duljina vodiča). Zatim 
, ili 
, što je i bilo potrebno.)
Joule–Lenzov zakon.
Do kraja slobodnog puta elektron dobiva dodatnu kinetičku energiju čija je prosječna vrijednost jednaka:
(Zapamtiti: 
).
Sudar s atomom, elektronom, po pretpostavci, potpuno prenosi kupio on energija kristalne rešetke. Energija predana rešetki odlazi za povećanje unutarnje energije metala, očitujući se u svom grijanje.
Svaki elektron prolazi u sekundi prosjek 
sudari. Označimo, dakle, broj elektrona vodljivosti po jedinici volumena ukupna energija koju prenose elektroni po jedinici vremena po jedinici volumena bit će jednako:
Znajući da 
Kao rezultat, dobivamo Joule-Lenzov zakon u lokalnom obliku:
Toplinska snaga koja se oslobađa po jedinici volumena tijekom protoka električne struje proporcionalna je kvadratu jakosti polja.
Krećući se od i 
Do 
I 
: (, 
), dobivamo 
, ili
dobio drugi oblik Joule-Lenz zakona. (Nasipna gustoća toplinska snaga jednaka je umnošku otpora i kvadrata gustoće struje).
4. Poteškoće klasične elektroničke teorije električne vodljivosti metala.
Klasična teorija je mogla objasniti prethodno dobivenih eksperimentalnim putem Ohmov i Joule-Lenzov zakon, ali postoje i značajne poteškoće. Glavni su sljedeći: 
Postoje i druge poteškoće i to je nedostatnost klasične teorije.
Moderna kvantna teorija električna vodljivost metala pokazuje da su sve poteškoće klasične teorije povezane s činjenicom da ideja o elektroni poput idealni plin je gruba aproksimacija. Zapravo, elektroni unutar metala nisu tako slobodni kao što sugerira klasična teorija.
Moderna kvantna teorija pokazuje da elektroni unutar metala, poput elektrona u atomu, ne mogu imati nikakvu energiju, već samo potpunu diskretne vrijednosti energije – energija elektrona je kvantizirana.
5. Kirchhoffovi zakoni
Imajte na umu da je čvor točka u kojoj tri ili više struja konvergiraju. Na primjer, za sl. 20.3 prvi zakon bit će napisan ovako:
.
2. Drugi Kirchhoffov zakon(odnosi se na bilo koji izolirani zatvoreni krug u krugu):
Algebarski zbroj umnožaka jakosti struja u pojedinim dionicama proizvoljne zatvorene petlje i njihovog otpora(zbroj padova napona) jednaka algebarskoj sumi emf koja djeluje u ovom krugu.
Primjena U nastavku ćemo razmotriti ove zakone primjer. Dat je električni krug (Sl. 20.4)
 | S obzirom:
Potreban pronaći struje Za čvor A, sastavimo jednadžbe prema prvom Kirchhoffovom zakonu:
Za krug I, jednadžbu napišemo u skladu s 2. Kirchhoffovim zakonom. |
| Riža. 20.4 |
U, 
U, 
U,
om, 
Om…. 
Ohm.
.
Štoviše, padovi napona i EMF uzimaju se sa znakom "+" ako se struje i EMF podudaraju sa smjerom premosnice (za krug I odabrali smo smjer premosnice "u smjeru kazaljke na satu". Smjer EMF-a prikazan je na dijagramu strijelama
). Tako: Neka se drugi krug podudara s vanjskom premosnicom kruga i smjer premosnice je također u smjeru kazaljke na satu. Zatim Kirchhoffov 2. zakon za krug II:
Dakle, dobili smo sustav jednadžbi:
Ovaj sustav linearnih jednadžbi rješavamo pomoću determinanti (Cramerova metoda).
,
,
.
(A); 
(A).
Negativni rezultati znače da je stvarni smjer struja 
I 
suprotno od onih prikazanih na sl. 20.4.
Pitanja za samokontrolu.
Što se naziva električna struja i koji su uvjeti za postojanje struje provođenja?
Navedite karakteristike električne struje.
Na kojim se idejama temelji klasična elektronička teorija metala?
Koja je razlika između lokalnog i integralnog oblika Ohmovog i Joule-Lenzovog zakona?
Što je sila treće strane? Navedite primjere izvora EMP u kojima djeluju različite vanjske sile.
Formulirajte generalizirani Ohmov zakon za dio kruga s EMF-om.
Što znače EMF, razlika napona i potencijala?
Formulirajte Kirchhoffova pravila. Kako se odabiru znakovi u Kirchhoffovim pravilima?Oba dijela eliminiramo tako da
Električna struja je uređeno kretanje slobodnih električki nabijenih čestica pod utjecajem električnog polja. Takve čestice mogu biti: u vodičima - elektroni,
u elektrolitima - ioni (kationi i anioni), u poluvodičima - elektroni i šupljine (vodljivost elektron-rupa).
Prilikom proučavanja električne struje otkrivena su mnoga njegova svojstva, što je omogućilo njegovo pronalaženje praktičnu upotrebu u raznim područjima ljudske djelatnosti.
Povijesno je prihvaćeno da se smjer struje podudara sa smjerom kretanja pozitivnih naboja u vodiču. Štoviše, ako su jedini nositelji struje negativno nabijene čestice (primjerice, elektroni u metalu), tada je smjer struje suprotan smjeru kretanja elektrona.
Brzina usmjerenog kretanja čestica u vodičima ovisi o materijalu vodiča, masi i naboju čestica, okolnoj temperaturi i primijenjenoj razlici.
Postoje izmjenične, istosmjerne i pulsirajuće struje, kao i njihove različite kombinacije.
1) Istosmjerna struja- struja čiji se smjer i veličina neznatno mijenjaju tijekom vremena.
2) Izmjenična struja je struja čija se veličina i (ili) smjer mijenja tijekom vremena. Među izmjeničnim strujama glavna je struja čija se vrijednost mijenja po sinusoidnom zakonu. U tom se slučaju potencijal svakog kraja vodiča mijenja u odnosu na potencijal drugog kraja vodiča naizmjenično od pozitivnog do negativnog i obrnuto, prolazeći kroz sve međupotencijale (uključujući nulti potencijal). Rezultat je struja koja neprestano mijenja smjer. Vrijeme tijekom kojeg se odvija jedan takav ciklus (vrijeme uključujući promjenu struje u oba smjera) naziva se periodom naizmjenična struja. Broj perioda koje struja izvrši u jedinici vremena naziva se frekvencija. Frekvencija se mjeri u hercima, jedan herc je jednak jednom ciklusu u sekundi.
Jačina struje naziva se fizička količina, jednaka omjeru količine naboja koja prolazi kroz poprečni presjek vodiča tijekom određenog vremenskog razdoblja prema vrijednosti ovog vremenskog razdoblja.
Jakost struje mjeri se u amperima.
Kada postoji struja u vodiču, rad se vrši protiv sila otpora. Ovaj rad se oslobađa u obliku topline. Snaga gubitka topline je vrijednost jednaka količini topline koja se oslobađa u jedinici vremena. Snaga se mjeri u vatima.
Ljudsko tijelo je vodič električne struje. Ljudski otpor sa suhom i netaknutom kožom kreće se od 3 do 100 kOhm.
Struja koja prolazi kroz tijelo čovjeka ili životinje proizvodi sljedeće učinke:
Toplinska (opekline, grijanje);
Elektrolitička (razgradnja krvi);
Biološki.
Glavni čimbenik koji određuje ishod strujnog udara je količina struje koja prolazi kroz ljudsko tijelo. Sef Razmatra se struja čija vrijednost ne prelazi 50 μA.
Što ćemo učiniti s primljenim materijalom:
Ako vam je ovaj materijal bio koristan, možete ga spremiti na svoju stranicu na društvenim mrežama:
| Cvrkut |
Elektro šok naziva se uređeno kretanje nabijenih čestica ili nabijenih makroskopskih tijela. Postoje dvije vrste električne struje– provodne struje i konvekcijske struje.
Provodna struja naziva se uređeno kretanje u tvari ili vakuumu slobodnih nabijenih čestica - vodljivih elektrona (u metalima), pozitivnih i negativnih iona (u elektrolitima), elektrona i pozitivnih iona (u plinovima), vodljivih elektrona i šupljina (u poluvodičima), elektronskih zraka ( u vakuumu). Ova struja je posljedica činjenice da se slobodni električni naboji kreću u vodiču pod utjecajem primijenjene jakosti električnog polja (slika 2.1, A).
Konvekcijska električna struja zove se struja uzrokovana kretanjem u prostoru nabijenog makroskopskog tijela (sl. 2.1, b).
Za nastanak i održavanje električne vodljive struje potrebni su sljedeći uvjeti:
1) prisutnost slobodnih strujnih nosača (besplatni troškovi);
2) prisutnost električnog polja koje stvara uređeno kretanje slobodnih naboja;
3) slobodni naboji, osim Coulombovih sila, moraju djelovati vanjske sile neelektrična priroda; te sile stvaraju razni strujni izvori(galvanske ćelije, baterije, električni generatori itd.);
4) krug električne struje mora biti zatvoren.
Smjer električne struje konvencionalno se uzima kao smjer kretanja pozitivnih naboja koji tvore tu struju.
Kvantitativna mjera električna struja je struja I- skalarna fizikalna veličina određena električnim nabojem koji prolazi poprečnim presjekom S vodič po jedinici vremena:
Naziva se struja čija se jakost i smjer ne mijenjaju tijekom vremena trajnog(Sl. 2.2, A). Za DC
Električna struja koja se mijenja tijekom vremena naziva se varijable. Primjer takve struje je sinusna električna struja koja se koristi u elektrotehnici i elektroenergetici (sl. 2.2, b).
Jedinica struje – amper(A). U SI, definicija jedinice struje je formulirana na sljedeći način: 1 A- to je jakost takve istosmjerne struje koja, kada teče kroz dva paralelna ravna vodiča beskonačne duljine i zanemarivo malog presjeka, smještena u vakuumu na udaljenosti 1m jedan od drugog, stvara silu između ovih vodiča jednaku svakom metru duljine.
Za karakterizaciju smjera električne vodljive struje u različitim točkama na površini vodiča i raspodjelu jakosti struje preko ove površine, uvodi se gustoća struje.
Gustoća struje vektorska fizikalna veličina koja se podudara sa smjerom struje u promatranoj točki i brojčano je jednaka omjeru jakosti struje dI prolazeći kroz elementarnu površinu okomito na smjer struje na područje ove površine:
Jedinica gustoće struje – amper po četvorni metar (A/m 2).
Gustoća istosmjerne električne struje jednaka je po cijelom presjeku homogenog vodiča. Stoga za istosmjernu struju u homogenom vodiču s površinom presjeka S struja je jednaka
Kraj posla -
Ova tema pripada odjeljku:
TEČAJ OPĆE FIZIKE FIZIKALNE OSNOVE
država obrazovna ustanova... viši strukovno obrazovanje... Državno sveučilište Vladimir...
Ako trebaš dodatni materijal na ovu temu, ili niste pronašli ono što ste tražili, preporučamo pretragu u našoj bazi radova:
Što ćemo učiniti s primljenim materijalom:
Ako vam je ovaj materijal bio koristan, možete ga spremiti na svoju stranicu na društvenim mrežama:
| Cvrkut |
Sve teme u ovom odjeljku:
Osnovni zakon elektrostatike
Zakon međudjelovanja stacionarnih točkastih električnih naboja eksperimentalno je 1785. godine utvrdio francuski fizičar C. Coulomb pomoću torzijskih vaga. Prema tome, električne sile
Elektrostatičko polje. Snaga polja
Ako se drugi naboj unese u prostor koji okružuje električni naboj, tada će između njih nastati Coulombova interakcija. Posljedično, u prostoru koji okružuje električnu
Polja. Potencijal polja
Ako se u elektrostatičkom polju točkasti naboj kreće se od točke 1 do točke 2 po proizvoljnoj putanji
Elektrostatičko polje
Napetost i potencijal – razne karakteristike ista točka u polju. Stoga među njima mora postojati nedvosmislena veza. Rad na pomicanju jedinice
Gaussov teorem za elektrostatičko polje u vakuumu
Proračun jakosti polja velikog sustava električnih naboja primjenom principa superpozicije elektrostatičkih polja
Gaussov teorem za elektrostatsko polje u dielektriku
Dielektrici su tvari koje u normalnim uvjetima praktički ne provode električnu struju. Prema konceptima klasične fizike, u dielektricima, naprotiv
Vodiči u elektrostatičkom polju. Kondenzatori
Ako stavite vodič u vanjsko elektrostatsko polje, tada će to polje djelovati na slobodne naboje vodiča, zbog čega će se oni početi kretati - pozitivno
Energija elektrostatskog polja
Elektrostatske međudjelovanje su konzervativne, stoga sustav naboja ima potencijalnu energiju. Neka postoji usamljeni vodič, kapacitivni naboj
1. Udaljenost između naboja i jednaka je 10 cm.Odredite silu koja djeluje na
Ohmov zakon u diferencijalnom obliku
Ako u strujnom krugu na nositelje struje djeluju samo sile elektrostatskog polja, tada se naboji kreću od točaka s visokim potencijalom do točaka s nižim potencijalom. Ovo je kada
Električni mjerni instrumenti
Električni krug je skup različitih vodiča i izvora struje. Općenito, krug je razgranat i sadrži dijelove u kojima se vodiči mogu spojiti
Rad i strujna snaga. Joule-Lenzov zakon
Razmotrimo homogeni vodič, duž čijih se krajeva primjenjuje napon. Za vrijeme dt kroz presjek žice
Ohmov zakon u integralnom obliku
+ Za homogeni dio lanca, tj. za područje na kojem ne djeluju stranke
Proračun razgranatih istosmjernih krugova
Ohmov zakon u integralnom obliku omogućuje vam izračunavanje gotovo bilo kojeg strujni krug. Međutim, dovoljan je izravan izračun razgranatih krugova koji sadrže zatvorene petlje
Problemi koje treba samostalno riješiti
1. Koliki će naboj proći kroz presjek vodiča u vremenu od 5 s do 10 s, ako se jakost struje mijenja s vremenom prema zakonu
Magnetsko polje i njegove karakteristike
Iskustvo pokazuje
Biot-Savart-Laplaceov zakon
Nakon Oerstedovih pokusa započela su intenzivna istraživanja magnetsko polje istosmjerna struja. Francuski fizičari Biot i Savard u prvoj četvrtini 19. stoljeća. proučavao stvorena magnetska polja
Magnetsko polje pokretnog naboja. Lorentzova sila
Svaki vodič kroz koji teče struja stvara magnetsko polje u okolnom prostoru. Zauzvrat, struja je uređeno kretanje električnih naboja. Iz toga proizlazi da su svi useljeni
Vodič sa strujom u magnetskom polju. Amperov zakon
Sumirajući rezultate djelovanja magnetskog polja na razne vodiče sa strujom, A. Ampere je ustanovio da sila kojom magnetsko polje djeluje
Kruženje vektora indukcije magnetskog polja u vakuumu
Slično kruženju vektora jakosti elektrostatskog polja u magnetskom polju, uvodi se pojam kruženja vektora magnetske indukcije
Gaussov teorem za magnetsko polje u vakuumu
Tok vektora magnetske indukcije ili magnetski tok kroz malu površinu površine dS je skalarna fizikalna veličina jednaka
Magnetska svojstva tvari
Ne vode sve tvari jednako električni vodovi magnetsko polje. Na primjer, magnetske linije sile mnogo puta lakše prolaze kroz željezo nego kroz zrak. Drugim riječima, sposobnost želea
Problemi koje treba samostalno riješiti
1. Dugom ravnom žicom teče struja jakosti 60 A. Odredite indukciju magnetskog polja u točki udaljenoj 5 cm od vodiča (odgovor: 0,24 mT).
Zakon elektromagnetske indukcije
Kao što je navedeno, magnetsko polje nastaje oko svakog vodiča kroz koji teče električna struja. Engleski fizičar M. Faraday smatrao je da postoji uska veza između električnih i magnetskih pojava.
Fenomen samoindukcije. Induktivitet petlje
Električna struja koja teče u zatvorenom krugu stvara oko sebe magnetsko polje čija je indukcija B, prema Bio-Savart-Laplaceovom zakonu, proporcionalna jakosti struje (B~I
Uzajamna indukcija
Ako se dva strujna kruga nalaze jedan pored drugog i jakost struje u svakom od njih se mijenja, tada će oni međusobno utjecati jedan na drugog. Promijeniti
Energija magnetskog polja
Magnetsko polje je, kao i električno polje, nositelj energije. Prirodno je pretpostaviti da je energija magnetskog polja jednaka radu koji električna struja utroši da stvori
Praktična primjena elektromagnetske indukcije
Fenomen elektromagnetske indukcije prvenstveno se koristi za pretvaranje mehaničke energije u električnu. U tu svrhu koriste se varijabilni generatori.
Problemi koje treba samostalno riješiti
1. U jednoličnom magnetskom polju s indukcijom, vodič duljine giba se okomito na polje
Vrtložno električno polje
U 60-im godinama XIX stoljeća. Engleski znanstvenik J. Maxwell (1831-1879) generalizirao je eksperimentalno utvrđene zakone električnog i magnetskog polja i stvorio cjelovitu jedinstvenu teoriju elektromagnetskog polja.
Prednaponska struja
Struju pomaka uveo je Maxwell kako bi ustanovio kvantitativne odnose između izmjeničnog električnog polja i uzrokovanog
Maxwellove jednadžbe za elektromagnetsko polje
Jedinstvena makroskopska teorija elektromagnetskog polja koju je stvorio Maxwell omogućila je s jedinstvenog gledišta ne samo objašnjenje električnih i magnetskih pojava, već i predviđanje novih
Neki značajni događaji u povijesti razvoja elektrodinamike
Godina Događaj Znanstvenik Počeli su eksperimenti koji su doveli do otkrića električne struje (eksperimenti su opisani u
Divergencija vektorskog polja
Divergencija vektorskog polja (označeno) je sljedeća derivacija
Bibliografija
1. Saveljev I.V. Tečaj opće fizike: U 3 sveska - M.: Nauka, 1989. 2. Detlaf A.A., Yavorsky B.M. Tečaj fizike. – M.: Viša. škola, 1989. – 608 str. 3. Kolegij fizike: Udžbenik. za sveučilišta: U 2 sveska /
Sažetak predavanja
1. Električna struja. Karakteristike električne struje
2. Ohmovi zakoni za dio strujnog kruga
2.1. Ohmov zakon u integralnom obliku
2.2. Ohmov zakon u diferencijalnom obliku
3. Primjer proračuna jakosti struje u vodljivom mediju
4. Joule-Lenzov zakon u diferencijalnom i integralnom obliku
Struja. Karakteristike električne struje
Električna struja je uređeno kretanje nabijenih čestica, tijekom kojeg dolazi do prijenosa električnog naboja.
U metalnom vodiču, na primjer, takve su čestice slobodni elektroni. Oni su u stalnom toplinskom gibanju. To se kretanje događa velikom prosječnom brzinom, ali zbog svoje kaotičnosti nije popraćeno prijenosom naboja. Odaberimo mentalno površinski element u vodiču dS: za bilo koji vremenski period, broj elektrona koji su prešli ovu površinu slijeva nadesno bit će točno jednak broju čestica koje su prošle kroz tu površinu u suprotnom smjeru. Stoga će naboj prenesen kroz tu površinu biti jednak nuli.
Situacija će se promijeniti ako se u vodiču pojavi električno polje. Sada će nositelji naboja sudjelovati ne samo u toplinskom, već iu uređenom, usmjerenom gibanju. Pozitivno nabijeni nositelji kretat će se u smjeru polja, a negativni u suprotnom smjeru.
Općenito, prijenos naboja može uključivati nositelje oba predznaka (na primjer, pozitivne i negativne ione u elektrolitu).
Brzina kretanja takvih čestica bit će zbroj brzina njihovih toplinskih i usmjerenih kretanja:
Prosječna vrijednost brzina čestice ispada da je jednaka prosječnoj brzini usmjerenog kretanja:
Slučajnost toplinskog gibanja dovodi do toga da prosječna vrijednost vektor brzina ovog kretanja je nula. Još jednom naglasimo da je riječ o prosječnoj vrijednosti vektor, ali ne modul brzina toplinskog kretanja nabijenih čestica.
Glavna kvantitativna karakteristika električne struje je jakost struje. Jakost struje u vodiču brojčano je jednaka količini naboja koji se prenese punim presjekom vodiča u jedinici vremena:
Struja u SI sustavu mjeri se u amperima. Ovo je skalarna karakteristika. Jakost struje može biti pozitivna ili negativna. Ako se smjer struje podudara s konvencionalno prihvaćenim pozitivnim smjerom duž vodiča, tada je jakost takve struje ja> 0. Inače je struja negativna.
Često se pozitivni smjer duž vodiča uzima kao smjer u kojem se kreću (ili bi se kretali) nositelji pozitivnog naboja.
Drugi važna karakteristika električna struja je gustoća struje. Odaberimo mentalno površinu u vodiču S, okomito na brzinu usmjerenog kretanja nositelja naboja. Konstruirajmo paralelepiped na ovoj površini čija je visina brojčano jednaka brzini V n (slika 6.1.). Sve čestice koje se nalaze unutar ovog paralelopipeda proći će kroz površinu u jednoj sekundi S. Broj takvih čestica:
Gdje n- koncentracija čestica, odnosno broj čestica po jedinici volumena. Naboj koji će te čestice nositi kroz površinu S, odredit će snagu struje:
.
Ovdje q 1 - zaduženje jednog prijevoznika. Dijeljenje struje s površinom presjeka S, dobivamo naboj koji teče u jedinici vremena kroz površinu jedinice površine. Ovo je gustoća struje:
, . (6.2)
Budući da je brzina usmjerenog kretanja nabijenih čestica vektorska veličina, ovaj izraz je zapisan u vektorskom obliku:
Smanjenje površine S, dolazimo do lokalne karakteristike električne struje - gustoće struje u točki:
To je modul gustoće struje, a smjer vektora gustoće struje u danoj točki poklapa se sa smjerom brzine čestice, odnosno sa smjerom jakosti električnog polja u danoj točki. Jakost struje koja teče kroz elementarno područje dS sada se može napisati kao skalarni produkt dvaju vektora (slika 6.2.):
Da bi se izračunala jakost struje kroz presjek S, morate zbrojiti sve struje koje teku kroz elemente ovog odjeljka, odnosno uzeti integral:
. (6.6)
Integral predstavlja tok vektora gustoće struje, stoga se dvije glavne karakteristike električne struje ponekad povezuju s tako lako pamtljivim izrazom : jakost struje jednaka je fluksu vektora gustoće struje.
Nastavimo govoriti o vektorskom toku. Sada odabiremo vodljivi medij zatvoreno površinski S(Sl. 6.3.). Ako je poznat vektor gustoće struje u svakoj točki ove površine, tada je lako izračunati naboj koji napušta volumen ograničen tom površinom po jedinici vremena:
Neka unutar površine S postoji naplata q, zatim po jedinici vremena t= 1 smanjit će se za iznos 
. Promjena naboja povezana je s njegovim odljevom iz volumena, odnosno:
Ova se jednadžba naziva jednadžba kontinuiteta. To predstavlja matematički zapis zakon održanja električnog naboja.