Milyen érték szolgál az elektromos áram mennyiségi jellemzőjeként. Az elektromos áram jellemzői és létezésének feltételei. Elektromotoros erő, feszültség. A fémek elektromos vezetőképességének klasszikus elektronikai elmélete
Áramütés irányított (rendezett) mozgásnak nevezzük elektromos töltések(13.1. ábra). Ezeket a részecskéket áramhordozóknak nevezzük.
Az áram szilárd anyagokban, folyadékokban és gázokban áramolhat. Ha a közeg nagy számú szabad elektront tartalmazó vezető, akkor az elektromos áram áramlása ezen elektronok sodródása miatt történik. Az elektronok sodródását a vezetőben, amely nem kapcsolódik az anyag mozgásához, ún vezetési áram. A vezetési áram a vezetőben lévő elektronok, az elektrolitokban az ionok, a félvezetőkben az elektronok és a lyukak, a gázokban az ionok és az elektronok rendezett mozgására utal. A töltött test térbeli mozgásával összefüggő elektromos töltések rendezett mozgását ún konventív áramlás.
Az áram irányára a pozitív töltések sodródása elfogadott (a vezetési elektronok mindig az áram irányával ellentétes irányba mozognak ("+"-ról "-"-ra)). Ez kényelmetlennek tűnhet, de most már nem kell különbséget tennie a vezetőben lévő áram iránya és elektrosztatikus mező, ami ezt az áramot okozza: ezek az irányok mindig egybeesnek.
Áramerősség – skaláris mennyiség, amely egyenlő a dt idő alatt a vezető adott szakaszán áthaladó dq elektromosság mennyiségének a dt időhöz viszonyított arányával:
Egyenáram elektromos áramnak nevezzük, amelynek erőssége és iránya idővel nem változik. Mert egyenáram
ahol q a vezető keresztmetszetén t idő alatt áthaladó elektromos töltés.
Az áram mértékegysége az amper (A).
Határozzuk meg azt a sebességet, amellyel az elektronok sodródnak egy áramvezetőben.
A Δt idő alatt N Δq = Nе össztöltésű elektron haladt át az S vezető keresztmetszetén. Ha az elektronok iránymozgási sebessége egyenlő υ-vel, akkor Δt időben mindannyian egy ℓ = υ Δt hosszúságú és V=Sℓ térfogatú szakaszon belülre kerülnek. És így,
itt kifejezve az áramhordozók számát koncentrációjukon keresztül (N = nV = nSℓ)
Az I áram és az S vezető keresztmetszeti területének aránya az áram irányára merőlegesen vektormennyiség áramsűrűségnek nevezzük.
Ekkor felírható az elektronok sebessége a vezetőben 
, innen
Az áramsűrűség a képlet segítségével számítható ki
j = ne‹υ› (13,4)
És így, pillanatnyi sűrűség egy vezetőben arányos a benne lévő szabad elektronok koncentrációjával és mozgásuk sebességével.
A j vektor az áram iránya mentén irányul, azaz. egybeesik a pozitív töltések rendezett mozgásának irányával.
Egy tetszőleges S felületen átmenő áramerősséget a j vektor áramlásaként határozzuk meg, azaz.
(13.5)
ahol dS = n∙dS (n = a dS terület normálisának egységvektora, amely α szöget zár be a j vektorral).
Az egyenáramú elektromos teret ún helyhez kötött . Az elektrosztatikus térrel ellentétben az álló elektromos mező mozgó töltések által létrehozott. Ezeknek a töltéseknek az eloszlása azonban az egyenáramú vezetőben nem változik az idő múlásával: folyamatosan új elektromos töltések helyettesítik a kimenő elektromos töltéseket. Ezért az ilyen töltések által létrehozott elektromos tér majdnem megegyezik az álló töltések mezőjével.
Abban különböznek egymástól, hogy a vezető belsejében nincs elektrosztatikus tér, míg a vezetők belsejében egyenáramok stacioner mezője is létezik (különben nem folyna át rajtuk áram).
DC ELEKTROMOS ÁRAM
Terv
Az elektromos áram jellemzői és létezésének feltételei. Elektromos erő, feszültség.
A fémek elektromos vezetőképességének klasszikus elektronikai elmélete.
Az Ohm és Joule–Lenz törvények levezetése elektronikus ábrázolásokból.
A klasszikus elektronikai elmélet nehézségei.
Kirchhoff törvényei.
1. Az elektromos áram jellemzői és létezésének feltételei.
BAN BEN elektrosztatikaáltal okozott jelenségek álló töltések. Ha bármilyen okból felmerül a töltések rendezett mozgása és a nullától eltérő töltés kerül át a felületen, akkor azt mondják elektromos áram keletkezik.
Az elektromos áram mennyiségi jellemzője az áramerősség – az egységnyi idő alatt a vizsgált felületen áthaladó töltés mennyisége. Ha egy töltés idővel áthalad egy felületen 
, akkor az áramerősség:
Az áram mértékegysége az amper (A). Mögött az áram iránya a pozitív töltések mozgási iránya vagy a negatív töltések mozgási irányával ellentétes irány elfogadott. A közegben mozgó szabad töltéseket ún jelenlegi szolgáltatók.
Elektromosság terjeszthető egyenetlenül azon a felületen, amelyen keresztül folyik. Az áramot az áramsűrűségvektor segítségével részletesebben jellemezhetjük 
. Hagyja, hogy a töltött részecskék sebességgel mozogjanak egy bizonyos irányba 
. Áramsűrűség vektor olyan vektornak nevezzük, amelynek iránya egybeesik a pozitív töltések sebességének irányával (vagy a negatív töltések sebességének irányával ellentétes), és abszolút érték egyenlő az aktuális aránnyal 
az elemi platformon keresztül 
, amely a hordozók mozgási irányára merőleges tér adott pontjában helyezkedik el, annak területére.
Az aktuális hordozók száma egységnyi térfogatra 
hívott áram vivő sűrűsége. Az egyéni fuvarozó díja feltüntetésre kerül 
.
Ha a szabad töltések például elektronok, a pozitív töltések pedig állók (ez a helyzet fémekben), Ez A hordozósűrűség egybeesik az egységnyi térfogatú szabad elektronok számával.
BAN BEN 
Rizs. 20.1
Az áramsűrűségvektor az áramhordozók sűrűségével és mozgásuk sebességével fejezhető ki. Az idő múlásával egy bizonyos felületen áthaladó töltés mennyisége 
, merőleges a sebességvektorra (20.1. ábra), egyenlő 
. Ezalatt a területet az összes szabad töltés egy talppal és hosszúságú paralelepipedonnal szeli át 
. Ha a terület elég kicsi, akkor a határain belüli áramsűrűség állandónak tekinthető, majd: 
.
Vektoros formában:
Áramerősség tetszőleges felületen keresztül
Elektromos ingyenes díjak mozgása miatt áram különböző természetű vezetőkben az ún vezetési áram.
A vezetőben lévő szabad töltések ütközést tapasztalnak a vezető atomjaival. A „szabadfutás” alatt 
két ütközés között a vezetőben lévő töltés felveszi iránysebesség a külső mentén elektromos mező:
Ahol 
elektromos térerősség egy vezetőben. A következő ütközés után a sebesség elveszik. Ezután a következő ütközésig az iránysebesség újabb növekedése következik be.
A fentiekből az következik az áram létezésének feltételei ez:
A) Ingyenes díjak jelenléte;
B) Elektromos mező jelenléte a vezető belsejében, amely támogatja a töltések mozgását.
Elektromotoros erő, feszültség .
Ha csak az elektrosztatikus tér erői hatnak az áramhordozóra, akkor ezen erők hatására a pozitív hordozók nagyobb potenciállal rendelkező helyről egy alacsonyabb potenciállal rendelkező helyre, a negatív hordozók pedig az ellenkező irányba. . Ez a potenciálok kiegyenlítéséhez vezetne, és ennek eredményeként az áram leállna. Hogy ez ne történhessen meg, olyan területeknek kell lenniük, ahol a pozitív töltések átvitele növekvő irányban történik 
, azaz az elektrosztatikus mező erőivel szemben. Az adathordozók átvitele ezeken a területeken csak a használatával lehetséges nem elektrosztatikus eredetű erők, úgynevezett külső erők. A külső erők fizikai természete változhat. Például vegyi (mint az akkumulátorokban), mechanikus, mágneses és mások.
Azt az értéket, amely megegyezik a külső erők töltés átvitelére fordított munkájának a töltés nagyságához viszonyított arányával elektromos erő(EMF).
Az EMF-t a potenciállal azonos mértékegységekben mérik, pl. voltban (V).
A töltésre ható külső erőt úgy ábrázolhatjuk 
, Ahol 
- külső erők térereje. Külső erők munkája egy töltésre egy bizonyos területen 1-2:
Ha mindkét részt az emf definíciója szerint elosztjuk töltéssel, a következőt kapjuk:
Zárt áramkör esetén:
Zárt áramkörben működő EMF, Lehet a külső erők feszültségvektorának körforgásaként definiálva.
A töltetre ható külső erők mellett elektrosztatikus térerők hatnak 
. Eredményes erő, az áramkör minden pontján a töltésre ható hatása egyenlő:
Az erő által a tölteten végzett munka 
az 1-2 láncszakaszon, a kifejezés határozza meg 
. Mert 
, A 
, akkor a munka egyenlő a .
R 
Mindkét oldalt osszuk el -vel. A bal oldalon a reláció 
jelöljük 
. Azt az értéket, amely számszerűen megegyezik a munka és az elektrosztatikus, valamint a külső erők arányával, amelyek a töltést ennek a töltésnek az értékére mozgatják, feszültségesésnek vagy egyszerűen feszültségnek nevezzük az áramkör egy adott szakaszában. .
Így (20.2. ábra),
Rizs. 20.2
jegyzet, hogy ha nincs EMF a környéken, akkor 
. (Zárt kör esetén az 1. és 2. pont egybeesik, 
és akkor 
.) Kimutatható, hogy 
, Ahol 
- impedancia láncok, majd
Ez az egyenlet az Ohm-törvényt fejezi ki az áramkör nem egyenletes szakaszára (EMF esetén).
2. A fémek elektromos vezetőképességének és elégtelenségének klasszikus elektronikai elmélete.
A fémek belső szerkezete jellemzett kristályrács. A kristályrács csomópontjaiban pozitív ionok vannak; A köztük lévő térben a szocializált elektronok szinte szabadon mozognak. P. Drude német fizikus azt javasolta elektronok vezetnek magukat egy ideális gáz részecskéiként, És használatát javasolta viselkedésük leírására a gázok kinetikai elméletének ismert képletei.
Ingyenes rendszer a kristályrácsban szocializálódott az elektronokat elektrongáznak nevezzük. Ellentétben a gázmolekulákkal, amelyek tartományát a molekulák egymással való ütközése határozza meg, elektronok összeütközik főként nem egymás között, és ionokkal fémkristályrácsot képezve. Ezek okozott ütközéseket különösen, fém ellenállás az elektromos árammal szemben.
Kaotikus hőmozgás a fémekben lévő elektronok átlagos sebességgel jellemezhetők 
(szobahőmérsékletre 
). Külső tér jelenlétében az elektronok még mindig rendelkeznek valamennyivel átlagos iránysebesség. Általában 
, vagyis 
.
3. Ohm és Joule-Lenz törvényeinek levezetése elektronikus ábrázolásokból.
Ohm törvénye.
A szabadon mozgó elektronok által megtett átlagos út két egymást követő ütközés között rácsos ionokkal ún átlagos szabad út 
. Átlagos idő két ütközés között 
(a kaotikus mozgás sebessége határozza meg). Ha van mező iránysebesség elektronok felhalmozódik a szabad futás soránés mire a következő ütközés eléri maximális értékét:
.
A sebesség futás közben változik lineáris. Ezért őt átlagos kilométerenként az érték a maximális érték fele.
Pillanatnyi sűrűség:
A és közötti arányossági együtthatót jelöli 
(
- vezetőképesség). Ennek eredményeként azt kapjuk Ohm törvénye lokális formában(a paraméterek a vezeték keresztmetszetének adott pontjára vonatkoznak).
A vezetőben lévő áramsűrűség arányos az elektromos térerősséggel. Az arányossági tényező a vezetőképesség. (Megjegyzés: Hasonlítsuk össze a kapott képletet az ismert képletekkel 
. A vezetőképesség fordítottan arányos az ellenállással 
. Pillanatnyi sűrűség 
. Térerősség 
(
- a vezető hossza). Akkor 
, vagy 
, ami kellett.)
Joule–Lenz törvény.
A szabad út végére az elektron további kinetikus energiát szerez, amelynek átlagos értéke egyenlő:
(Emlékezik: 
).
Egy atommal, egy elektronnal ütközik, feltételezés szerint teljesen továbbítjaáltala vásárolt a kristályrács energiája. A rácsnak átadott energia elmegy a belső energia növelésére fém, megnyilvánulva annak fűtés.
Minden elektron átesik egy másodperc alattátlagos 
ütközések. Jelöljük ekkor az egységnyi térfogatra jutó vezetési elektronok számát Az elektronok által egységnyi idő és térfogategység alatt átadott teljes energia egyenlő lesz:
Ennek tudatában 
Ennek eredményeként megkapjuk a Joule–Lenz törvényt helyi formában:
Az elektromos áram áramlása során térfogategységenként felszabaduló hőteljesítmény arányos a térerősség négyzetével.
Költözés a és 
Nak nek 
És 
: (, 
), kapunk 
, vagy
Kapott a Joule–Lenz törvény egy másik formája. (Testsűrűség hőteljesítmény egyenlő az ellenállás és az áramsűrűség négyzetének szorzatával).
4. A fémek elektromos vezetőképességének klasszikus elektronikai elméletének nehézségei.
A klasszikus elmélet meg tudta magyarázni korábban kísérleti úton kapott Ohm és Joule–Lenz törvényei, de vannak jelentős nehézségek is. A főbbek a következők: 
Vannak más nehézségek is, és ez a klasszikus elmélet elégtelensége.
Modern kvantumelmélet a fémek elektromos vezetőképessége azt mutatja, hogy a klasszikus elmélet minden nehézsége összefügg azzal a ténnyel, hogy ötlet arról elektronok, mint ideális gáz van durva közelítés. Valójában a fémben lévő elektronok nem olyan szabadok, mint azt a klasszikus elmélet sugallja.
A modern kvantumelmélet azt mutatja, hogy a fémben lévő elektronoknak, akárcsak az atom elektronjainak, nem lehet energiájuk, csak teljesen diszkrét energiaértékek – az elektronenergiát kvantáljuk.
5. Kirchhoff törvényei
Vegye figyelembe, hogy a csomópont egy olyan pont, ahol három vagy több áram konvergál. Például a 3. ábrához. 20.3 az első törvény így lesz leírva:
.
2. Kirchhoff második törvénye(az áramkör bármely elszigetelt zárt áramkörére vonatkozik):
Egy tetszőleges zárt hurok egyes szakaszaiban lévő áramerősségek és ellenállásuk szorzatának algebrai összege(feszültségesések összege) egyenlő az ebben az áramkörben ható emf algebrai összegével.
Alkalmazás A továbbiakban ezeket a törvényeket fogjuk megvizsgálni példa. Adott egy elektromos áramkör (20.4. ábra)
 | Adott:
Kívántáramlatokat találni Az A csomóponthoz állítsunk össze egyenleteket Kirchhoff első törvénye szerint:
Az I. körhöz az egyenletet Kirchhoff 2. törvényének megfelelően írjuk fel. |
| Rizs. 20.4 |
BAN BEN, 
BAN BEN, 
BAN BEN,
ó, 
Ó…. 
Ohm.
.
Ezenkívül a feszültségeséseket és az EMF-et „+” jellel veszik, ha az áramok és az EMF egybeesik a bypass irányával (az I. áramkörnél a bypass irányát az óramutató járásával megegyező irányban választottuk. Az EMF iránya a diagramon látható nyilak által
). És így: Legyen a második kör egybeesve az áramkör külső bypassával, és a bypass iránya is az óramutató járásával megegyező irányban. Aztán Kirchhoff 2. törvénye a II. körhöz:
Tehát egy egyenletrendszert kaptunk:
Ezt a lineáris egyenletrendszert determinánsok segítségével oldjuk meg (Cramer-módszer).
,
,
.
(A); 
(A).
A negatív eredmények azt jelentik, hogy az áramok tényleges iránya az 
És 
ábrán láthatóakkal ellentétben. 20.4.
Kérdések az önkontrollhoz.
Mit nevezünk elektromos áramnak, és mik a feltételei a vezetési áram létezésének?
Nevezze meg az elektromos áram jellemzőit!
Milyen elképzeléseken alapul a fémek klasszikus elektronikai elmélete?
Mi a különbség az Ohm- és a Joule-Lenz-törvény lokális és integrált alakja között?
Mi az a harmadik fél erő? Mondjon példákat olyan EMF-forrásokra, amelyekben különféle külső erők hatnak!
Fogalmazzon meg egy általánosított Ohm-törvényt az áramkör EMF-es szakaszára.
Mit jelent az EMF, a feszültség és a potenciál különbség?
Fogalmazd meg Kirchhoff szabályait! Hogyan választják ki a jeleket a Kirchhoff szabályaiban?
Az elektromos áram a szabad elektromosan töltött részecskék rendezett mozgása elektromos tér hatására. Ilyen részecskék lehetnek: vezetőben - elektronok,
elektrolitokban - ionok (kationok és anionok), félvezetőkben - elektronok és lyukak (elektron-lyuk vezetőképesség).
Az elektromos áram tanulmányozása során számos tulajdonságát felfedezték, ami lehetővé tette a megtalálását gyakorlati használat az emberi tevékenység különböző területein.
Történelmileg elfogadott volt, hogy az áram iránya egybeesik a vezetőben lévő pozitív töltések mozgási irányával. Ezenkívül, ha az egyetlen áramhordozó negatív töltésű részecskék (például elektronok egy fémben), akkor az áram iránya ellentétes az elektronok mozgási irányával.
A részecskék irányított mozgásának sebessége a vezetőben függ a vezető anyagától, a részecskék tömegétől és töltésétől, a környező hőmérséklettől és az alkalmazott különbségtől.
Vannak váltakozó, egyen- és pulzáló áramok, valamint ezek különféle kombinációi.
1) Egyenáram- olyan áram, amelynek iránya és nagysága idővel kissé változik.
2) Váltakozó áram olyan áram, amelynek nagysága és (vagy) iránya idővel változik. A váltakozó áramok közül a fő az az áram, amelynek értéke szinuszos törvény szerint változik. Ebben az esetben a vezető mindkét végének potenciálja a vezető másik végének potenciáljához képest felváltva pozitívról negatívra és fordítva változik, áthaladva az összes közbenső potenciálon (beleértve a nulla potenciált is). Az eredmény egy olyan áram, amely folyamatosan változtatja az irányt. Azt az időt, amely alatt egy ilyen ciklus bekövetkezik (az az idő, amely magában foglalja az áram mindkét irányú változását), periódusnak nevezzük váltakozó áram. Az áram által egységnyi idő alatt végrehajtott periódusok számát frekvenciának nevezzük. A frekvenciát hertzben mérik, egy hertz egy ciklus másodpercenként.
Az áramerősséget ún fizikai mennyiség, egyenlő a vezető keresztmetszetén egy bizonyos idő alatt áthaladó töltés mennyiségének és ezen időtartam értékének az arányával.
Az áramerősséget amperben mérik.
Ha egy vezetőben áram van, az ellenállási erők ellen dolgozik. Ez a munka hő formájában szabadul fel. A hőveszteség az egységnyi idő alatt felszabaduló hőmennyiséggel egyenlő. A teljesítményt wattban mérik.
Az emberi test az elektromos áram vezetője. Az emberi ellenállás száraz és ép bőrrel 3 és 100 kOhm között van.
Az emberi vagy állati testen áthaladó áram a következő hatásokat váltja ki:
Termikus (égések, fűtés);
elektrolitikus (vérbomlás);
Biológiai.
Az áramütés kimenetelét meghatározó fő tényező az emberi testen áthaladó áram mennyisége. Biztonságos Olyan áramot kell figyelembe venni, amelynek értéke nem haladja meg az 50 μA-t.
Mit csinálunk a kapott anyaggal:
Ha ez az anyag hasznos volt az Ön számára, elmentheti az oldalára a közösségi hálózatokon:
| Csipog |
Áramütés töltött részecskék vagy töltött makroszkopikus testek rendezett mozgásának nevezzük. Két típusa van elektromos áramok– vezetési áramok és konvekciós áramok.
Vezetési áram a szabad töltésű részecskék - vezetési elektronok (fémekben), pozitív és negatív ionok (elektrolitokban), elektronok és pozitív ionok (gázokban), vezetési elektronok és lyukak (félvezetőkben), elektronsugarak vákuumban). Ez az áram annak a ténynek köszönhető, hogy szabad elektromos töltések mozognak a vezetőben az alkalmazott elektromos térerősség hatására (2.1. ábra, A).
Konvekciós elektromos áram egy töltött makroszkopikus test térbeli mozgása által okozott áramnak nevezzük (2.1. ábra, b).
Az elektromos vezetési áram keletkezéséhez és fenntartásához a következő feltételek szükségesek:
1) ingyenes áramszolgáltatók jelenléte (ingyenes díjak);
2) olyan elektromos mező jelenléte, amely a szabad töltések rendezett mozgását hozza létre;
3) a Coulomb-erők mellett az ingyenes töltéseknek is működniük kell külső erők nem elektromos jellegű; ezeket az erőket különféle aktuális források(galvanikus cellák, akkumulátorok, elektromos generátorok stb.);
4) az elektromos áramkört le kell zárni.
Az elektromos áram irányát hagyományosan az ezt az áramot alkotó pozitív töltések mozgási irányának tekintik.
Mennyiségi mérték elektromos áram az jelenlegi I- a keresztmetszeten áthaladó elektromos töltés által meghatározott skaláris fizikai mennyiség S vezető egységnyi idő alatt:
Olyan áramot nevezünk, amelynek erőssége és iránya az idő múlásával nem változik állandó(2.2. ábra, A). DC-hez
Az idő múlásával változó elektromos áramot ún változók. Ilyen áramra példa az elektrotechnikában és az energetikában használt szinuszos elektromos áram (2.2. ábra, b).
Az áram mértékegysége – amper(A). Az SI-ben az áram mértékegységének meghatározása a következőképpen van megfogalmazva: 1 A- ez az erőssége egy olyan egyenáramnak, amely két párhuzamos, végtelen hosszúságú és elhanyagolhatóan kis keresztmetszetű, vákuumban távol lévő egyenes vezetéken áthaladva 1 m egyik a másiktól minden méter hosszúságú erőt hoz létre a vezetők között.
A vezető felületének különböző pontjain az elektromos vezetési áram irányának és az áramerősség ezen felületen való eloszlásának jellemzésére bevezetjük az áramsűrűséget.
Pillanatnyi sűrűség vektorfizikai mennyiségnek nevezzük, amely egybeesik az áram irányával a vizsgált pontban, és számszerűen egyenlő az áramerősség arányával. dI az áram irányára merőleges elemi felületen áthaladva ennek a felületnek a területére:
Az áramsűrűség mértékegysége – amper per négyzetméter (A/m 2).
Az egyenáram sűrűsége a homogén vezető teljes keresztmetszetében azonos. Ezért egyenáramhoz egy homogén, keresztmetszeti területű vezetőben S az áramerősség egyenlő
Munka vége -
Ez a téma a következő részhez tartozik:
ÁLTALÁNOS FIZIKA TANFOLYAM FIZIKAI ALAPOK
Állapot oktatási intézmény... magasabb szakképzés... Vlagyimir Állami Egyetem...
Ha szükséged van kiegészítő anyag ebben a témában, vagy nem találta meg, amit keresett, javasoljuk, hogy használja a munkaadatbázisunkban található keresést:
Mit csinálunk a kapott anyaggal:
Ha ez az anyag hasznos volt az Ön számára, elmentheti az oldalára a közösségi hálózatokon:
| Csipog |
Az összes téma ebben a részben:
Az elektrosztatika alaptörvénye
Az állópontos elektromos töltések kölcsönhatásának törvényét 1785-ben C. Coulomb francia fizikus torziós mérlegek segítségével kísérletileg megállapította. Ezért az elektromos erők
Elektrosztatikus mező. Térerősség
Ha egy elektromos töltést körülvevő térbe egy másik töltés kerül, akkor Coulomb-kölcsönhatás jön létre közöttük. Következésképpen az elektromos környező térben
Mezők. Mezőpotenciál
Ha elektrosztatikus térben ponttöltés tetszőleges pálya mentén mozog 1-ből a 2-be
Elektrosztatikus mező
Feszültség és potenciál – különféle jellemzők ugyanaz a pont a mezőn. Ezért egyértelmű kapcsolatnak kell lennie közöttük. Dolgozzon egy egység mozgatásával
Gauss-tétel az elektrosztatikus térre vákuumban
Nagy elektromos töltésrendszer térerősségének kiszámítása az elektrosztatikus mezők szuperpozíciójának elve alapján
Gauss-tétel a dielektrikum elektrosztatikus mezőjére
A dielektrikumok olyan anyagok, amelyek normál körülmények között gyakorlatilag nem vezetnek elektromos áramot. A klasszikus fizika fogalmai szerint a dielektrikumban ezzel szemben
Vezetők elektrosztatikus térben. Kondenzátorok
Ha egy vezetőt külső elektrosztatikus mezőbe helyez, akkor ez a mező a vezető szabad töltéseire hat, aminek eredményeként azok mozogni kezdenek - pozitív
Elektrosztatikus mező energia
Az elektrosztatikus kölcsönhatási erők konzervatívak, ezért a töltésrendszer potenciális energiával rendelkezik. Legyen magányos vezető, kapacitív töltés
1. A és töltések közötti távolság egyenlő 10 cm Határozza meg a rá ható erőt!
Ohm törvénye differenciális formában
Ha egy áramkörben csak az elektrosztatikus tér erői hatnak az áramhordozókra, akkor a töltések a nagy potenciállal rendelkező pontokból az alacsonyabb potenciállal rendelkező pontokba mozognak. Ez az, amikor
Elektromos mérőműszerek
Az elektromos áramkör különböző vezetők és áramforrások gyűjteménye. Általában az áramkör elágazó, és olyan szakaszokat tartalmaz, ahol a vezetők csatlakoztathatók
Munka és áramerősség. Joule-Lenz törvény
Tekintsünk egy homogén vezetőt, amelynek végei mentén feszültséget kapcsolunk. A dt idő alatt a huzal keresztmetszetén keresztül
Ohm törvénye integrál formában
+ A lánc homogén szakaszához, pl. olyan területre, ahol nem működnek pártok
Elágazó DC áramkörök számítása
Az Ohm-törvény integrál formában lehetővé teszi szinte bármilyen kiszámítását elektromos áramkör. A zárt hurkokat tartalmazó elágazó áramkörök közvetlen számítása azonban elegendő
Önállóan megoldandó problémák
1. Milyen töltés megy át a vezető keresztmetszetén 5 s és 10 s közötti idő alatt, ha az áramerősség idővel a törvény szerint változik
Mágneses tér és jellemzői
A tapasztalatok bemutatása
Biot-Savart-Laplace törvény
Oersted kísérletei után intenzív kutatás kezdődött mágneses mező egyenáram. Biot és Savard francia fizikusok a 19. század első negyedében. tanulmányozta a létrehozott mágneses tereket
Mozgó töltés mágneses tere. Lorentz erő
Minden áramot szállító vezető mágneses mezőt hoz létre a környező térben. Az áram viszont az elektromos töltések rendezett mozgása. Ebből következik, hogy mindenki beköltözik
Mágneses térben áramló vezető. Ampere törvénye
Összefoglalva a mágneses tér különböző áramvezető vezetőkre gyakorolt hatását, A. Ampere megállapította, hogy az az erő, amellyel a mágneses tér hat
A mágneses tér indukciós vektorának keringése vákuumban
Az elektrosztatikus térerősség vektor mágneses térben való keringéséhez hasonlóan bevezetik a mágneses indukciós vektor keringésének fogalmát.
Gauss-tétel a mágneses térre vákuumban
A mágneses indukciós vektor fluxusa vagy mágneses fluxusa egy kis dS területű felületen egy skaláris fizikai mennyiség, amely egyenlő
Az anyag mágneses tulajdonságai
Nem minden anyag vezet egyformán távvezetékek mágneses mező. Például a mágneses erővonalak sokszor könnyebben mennek át a vason, mint a levegőn. Más szóval, a zselé képessége
Önállóan megoldandó problémák
1. Egy hosszú, egyenes vezetéken 60 A-es áram folyik keresztül. Határozza meg a mágneses tér indukcióját a vezetőtől 5 cm-re lévő pontban (Válasz: 0,24 mT).
Az elektromágneses indukció törvénye
Mint már említettük, minden elektromos áramot szállító vezető körül mágneses mező keletkezik. M. Faraday angol fizikus úgy vélte, hogy szoros kapcsolat van az elektromos és a mágneses jelenségek között.
Az önindukció jelensége. Hurok induktivitás
A zárt körben folyó elektromos áram mágneses teret hoz létre maga körül, melynek B indukciója a Bio-Savart-Laplace törvény szerint arányos az áramerősséggel (B~I
Kölcsönös indukció
Ha két áramkör egymás mellett helyezkedik el, és mindegyikben változik az áramerősség, akkor kölcsönösen befolyásolják egymást. változás
Mágneses mező energia
A mágneses mező, akárcsak az elektromos mező, energiahordozó. Természetes azt feltételezni, hogy a mágneses tér energiája egyenlő azzal a munkával, amelyet az elektromos áram a létrehozására fordít.
Az elektromágneses indukció gyakorlati alkalmazása
Az elektromágneses indukció jelenségét elsősorban a mechanikai energia elektromos energiává alakítására használják. Erre a célra változó generátorokat használnak.
Önállóan megoldandó problémák
1. Indukciós egyenletes mágneses térben egy hosszúságú vezető merőlegesen mozog a térre
Vortex elektromos mező
A XIX. század 60-as éveiben. J. Maxwell angol tudós (1831-1879) általánosította az elektromos és mágneses mezők kísérletileg megállapított törvényeit, és megalkotta az elektromágneses tér teljes egységes elméletét.
Előfeszítő áram
Az elmozduló áramot Maxwell vezette be, hogy kvantitatív összefüggéseket állapítson meg a váltakozó elektromos tér és az okozta
Maxwell-egyenletek az elektromágneses térre
Az elektromágneses tér Maxwell által alkotott egységes makroszkopikus elmélete lehetővé tette nemcsak az elektromos és mágneses jelenségek egységes szemszögből történő magyarázatát, hanem új előrejelzését is.
Néhány jelentős esemény az elektrodinamika fejlődéstörténetében
Év Esemény Tudós kísérletek kezdődtek, amelyek az elektromos áram felfedezéséhez vezettek (a kísérletek leírása:
Vektor mező divergenciája
Egy vektormező divergenciája (jelölve) a következő derivált
Bibliográfia
1. Saveljev I.V. Általános fizika tanfolyam: 3 kötetben - M.: Nauka, 1989. 2. Detlaf A.A., Yavorsky B.M. Fizika tanfolyam. – M.: Feljebb. iskola, 1989. – 608 p. 3. Fizika tantárgy: Tankönyv. egyetemeknek: 2 kötetben /
Előadás vázlata
1. Elektromos áram. Az elektromos áram jellemzői
2. Ohm-törvények egy áramkör szakaszára
2.1. Ohm törvénye integrál formában
2.2. Ohm törvénye differenciális formában
3. Példa áramerősség kiszámítására vezető közegben
4. Joule-Lenz törvény differenciál és integrál alakban
Elektromosság. Az elektromos áram jellemzői
Az elektromos áram a töltött részecskék rendezett mozgása, amely során az elektromos töltés átadása megtörténik.
Egy fémvezetőben például az ilyen részecskék szabad elektronok. Állandó hőmozgásban vannak. Ez a mozgás nagy átlagsebességgel megy végbe, de kaotikus jellege miatt nem jár vele töltésátvitel. Mentálisan válasszunk ki egy felületi elemet a vezetőben dS: bármely időtartam alatt a felületen balról jobbra áthaladó elektronok száma pontosan megegyezik azon részecskék számával, amelyek áthaladtak ezen a felületen az ellenkező irányban. Ezért az ezen a felületen átvitt töltés egyenlő lesz nullával.
A helyzet megváltozik, ha elektromos mező jelenik meg a vezetőben. A töltéshordozók most már nemcsak a termikus, hanem a rendezett, irányított mozgásban is részt vesznek. A pozitív töltésű hordozók a mező irányába, a negatívak pedig az ellenkező irányba mozognak.
Általában a töltésátvitel mindkét előjelű hordozót érintheti (például pozitív és negatív ionok egy elektrolitban).
Az ilyen részecskék mozgási sebessége hő- és iránymozgásuk sebességének összege lesz:
Átlagos érték a részecskesebesség megegyezik az iránymozgás átlagos sebességével:
A termikus mozgás véletlenszerűsége ahhoz a tényhez vezet, hogy az átlagérték vektor ennek a mozgásnak a sebessége nulla. Hangsúlyozzuk még egyszer, hogy átlagértékről beszélünk vektor, de nem modul a töltött részecskék hőmozgásának sebessége.
Az elektromos áram fő mennyiségi jellemzője az áramerősség. A vezetőben lévő áramerősség számszerűen megegyezik a vezeték teljes keresztmetszetén egységnyi idő alatt átvitt töltés mennyiségével:
Az SI rendszerben az áramerősséget amperben mérik. Ez egy skaláris karakterisztika. Az áramerősség lehet pozitív vagy negatív. Ha az áram iránya egybeesik a hagyományosan elfogadott pozitív iránnyal a vezető mentén, akkor az ilyen áram erőssége én> 0. Ellenkező esetben az áram negatív.
Gyakran a vezető mentén a pozitív irány az az irány, amelyben a pozitív töltéshordozók mozognak (vagy mozognának).
Második fontos jellemzője elektromos áram az áramsűrűség. Mentálisan válasszuk ki a felületet a vezetőben S, merőleges a töltéshordozók iránymozgási sebességére. Ezen a felületen készítsünk egy paralelepipedont, amelynek magassága számszerűen megegyezik a sebességgel V n (6.1. ábra). A paralelepipedon belsejében található összes részecske egy másodperc alatt áthalad a felületen S. Az ilyen részecskék száma:
Ahol n- részecskekoncentráció, vagyis az egységnyi térfogatra jutó részecskék száma. A töltés, amelyet ezek a részecskék a felületen keresztül szállítanak S, meghatározza az áramerősséget:
.
Itt q 1 - egy hordozó töltése. Az áramerősség elosztása a keresztmetszeti területtel S, akkor egy egységnyi területű felületen egységnyi idő alatt áramló töltést kapunk. Ez az áramsűrűség:
, . (6.2)
Mivel a töltött részecskék irányított mozgásának sebessége vektormennyiség, ezt a kifejezést vektor formában írjuk:
A terület csökkentése S, elérkezünk az elektromos áram helyi jellemzőjéhez - az áramsűrűséghez a pontban:
Ez az áramsűrűség modulusa, és az áramsűrűség vektor iránya egy adott pontban egybeesik a részecskesebesség irányával, vagy az elektromos térerősség irányával egy adott pontban. Az elemi területen átfolyó áram erőssége dS most két vektor skaláris szorzataként írható fel (6.2. ábra):
A keresztmetszeten keresztüli áramerősség kiszámításához S, összegeznie kell a szakasz elemein átfolyó összes áramot, azaz vegye az integrált:
. (6.6)
Az integrál az áramsűrűségvektor áramlását jelenti, ezért az elektromos áram két fő jellemzője olykor egy ilyen könnyen megjegyezhető kifejezéshez kapcsolódik : az áramerősség egyenlő az áramsűrűségvektor fluxusával.
Beszéljünk tovább a vektoráramlásról. Most egy vezető közegben kiválasztjuk zárva felület S(6.3. ábra). Ha ennek a felületnek minden pontjában ismert az áramsűrűségvektor, akkor könnyen kiszámítható az egységnyi idő alatt a felület által korlátozott térfogatot elhagyó töltés:
Engedje be a felületbe S díj van q, majd időegységenként t= 1 az összeggel csökken 
. A töltés változása a térfogatból való kiáramláshoz kapcsolódik, azaz:
Ezt az egyenletet folytonossági egyenletnek nevezzük. Ez reprezentálja matematikai jelölés az elektromos töltés megmaradásának törvénye.