Qanday qiymat elektr tokining miqdoriy xarakteristikasi bo'lib xizmat qiladi. Elektr tokining xususiyatlari va uning mavjudligi. Elektromotor kuch, kuchlanish. Metalllarning elektr o'tkazuvchanligining klassik elektron nazariyasi
Elektr toki urishi yo'naltirilgan (tartibli) harakat deb ataladi elektr zaryadlari(13.1-rasm). Bu zarralarning o'zi oqim tashuvchilari deb ataladi.
Oqim qattiq, suyuqlik va gazlarda oqishi mumkin. Agar muhit ko'p miqdordagi erkin elektronlarga ega bo'lgan o'tkazgich bo'lsa, u holda elektr tokining oqimi ushbu elektronlarning siljishi tufayli amalga oshiriladi. Moddaning harakati bilan bog'liq bo'lmagan o'tkazgichlarda elektronlarning siljishi deyiladi o'tkazuvchanlik oqimi. O'tkazuvchanlik oqimi deganda o'tkazgichlardagi elektronlarning, elektrolitlardagi ionlarning, yarim o'tkazgichlardagi elektronlar va teshiklarning, gazlardagi ionlar va elektronlarning tartibli harakati tushuniladi. Kosmosda zaryadlangan jismning harakati bilan bog'liq bo'lgan elektr zaryadlarining tartibli harakati deyiladi konveksiya oqimi.
Oqim yo'nalishi uchun musbat zaryadlarning siljishi qabul qilinadi (o'tkazuvchanlik elektronlari doimo oqim yo'nalishiga teskari yo'nalishda ("+" dan "-" gacha) harakat qiladi). Bu noqulay bo'lib tuyulishi mumkin, ammo endi siz o'tkazgichdagi oqim yo'nalishini farqlashingiz shart emas. elektrostatik maydon, bu oqimga sabab bo'ladi: bu yo'nalishlar doimo mos keladi.
Hozirgi kuch - o'tkazgichning ma'lum bir qismi orqali dt vaqt davomida o'tkaziladigan dq elektr miqdorining dt vaqtiga nisbatiga teng skalyar miqdor:
To'g'ridan-to'g'ri oqim elektr toki deb ataladi, uning kuchi va yo'nalishi vaqt o'tishi bilan o'zgarmaydi. Uchun to'g'ridan-to'g'ri oqim
Bu erda q - t vaqt ichida o'tkazgichning kesimidan o'tadigan elektr zaryadi.
Oqim birligi amper (A).
Tok o'tkazuvchi o'tkazgichda elektronlarning siljish tezligini aniqlaylik.
Dt vaqt ichida o‘tkazgich S kesmasidan umumiy zaryad Dq = Ne bo‘lgan N ta elektron o‘tdi. Agar elektronlarning yo'nalishli harakat tezligi y ga teng bo'lsa, u holda Dt vaqt o'tishi bilan ularning barchasi ℓ = y Dt uzunlikdagi va V=Sℓ hajmli kesmada tugaydi. Shunday qilib,
bu yerda oqim tashuvchilar sonini ularning konsentratsiyasi orqali ifodalash (N = nV= nSℓ)
Oqim I ning oqim yo'nalishiga perpendikulyar bo'lgan S o'tkazgichning tasavvurlar maydoniga nisbati vektor miqdoridir. oqim zichligi deb ataladi.
Keyin o'tkazgichdagi elektronlarning tezligi yozilishi mumkin 
, bu yerdan
Joriy zichlikni formuladan foydalanib hisoblash mumkin
j = ne‹y› (13.4)
Shunday qilib, oqim zichligi o'tkazgichdagi erkin elektronlar konsentratsiyasi va ularning harakat tezligiga mutanosibdir.
Vektor j oqim yo'nalishi bo'ylab yo'naltiriladi, ya'ni. musbat zaryadlarning tartiblangan harakati yo'nalishiga to'g'ri keladi.
Ixtiyoriy sirt S orqali oqim kuchi j vektorning oqimi sifatida aniqlanadi, ya'ni.
(13.5)
bu yerda dS = n∙dS (n = dS maydoniga normaning birlik vektori, j vektor bilan a burchak hosil qiladi).
To'g'ridan-to'g'ri oqim elektr maydoni deyiladi statsionar . Elektrostatik maydondan farqli o'laroq, statsionar elektr maydoni harakatlanuvchi zaryadlar tomonidan yaratilgan. Biroq, bu zaryadlarning to'g'ridan-to'g'ri oqim bilan o'tkazgichda taqsimlanishi vaqt o'tishi bilan o'zgarmaydi: yangi elektr zaryadlari doimiy ravishda chiqadigan elektr zaryadlarini almashtiradi. Shuning uchun bu zaryadlar tomonidan yaratilgan elektr maydoni statsionar zaryadlar maydoni bilan deyarli bir xil bo'lib chiqadi.
Ular o'tkazgich ichida elektrostatik maydon yo'qligi bilan farq qiladi, o'tkazgichlar ichida ham to'g'ridan-to'g'ri oqimlarning statsionar maydoni mavjud (aks holda ular orqali oqim o'tmaydi).
DC ELEKTR OKINI
Reja
Elektr tokining xususiyatlari va uning mavjudligi. Elektromotor kuch, Kuchlanishi.
Metalllarning elektr o'tkazuvchanligining klassik elektron nazariyasi.
Elektron tasvirlardan Om va Joule-Lenz qonunlarini chiqarish.
Klassik elektron nazariyaning qiyinchiliklari.
Kirchhoff qonunlari.
1. Elektr tokining xususiyatlari va uning mavjudligi.
IN elektrostatika tomonidan yuzaga kelgan hodisalar statsionar to'lovlar. Agar biron sababga ko'ra vujudga keladi zaryadlarning tartibli harakati va sirt orqali noldan boshqa zaryad o'tkaziladi, keyin shunday deyishadi elektr toki paydo bo'ladi.
Elektr tokining miqdoriy xarakteristikasi hisoblanadi joriy quvvat – vaqt birligida ko'rib chiqilayotgan sirt orqali uzatiladigan zaryad miqdori. Agar zaryad vaqt o'tishi bilan sirt orqali uzatilsa 
, u holda joriy quvvat:
Oqim birligi amper (A). Orqada oqim yo'nalishi musbat zaryadlar harakatlanadigan yo'nalish yoki manfiy zaryadlar harakatlanadigan tomonga qarama-qarshi yo'nalish qabul qilinadi. Muhitda harakatlanadigan erkin zaryadlar deyiladi joriy tashuvchilar.
Elektr toki tarqatilishi mumkin notekis u oqib o'tadigan sirt bo'ylab. Joriy zichlik vektori yordamida oqimni batafsilroq tavsiflash mumkin 
. Zaryadlangan zarralar ma'lum bir yo'nalishda tezlik bilan harakat qilsin 
. Oqim zichligi vektori yo'nalishi musbat zaryadlar tezligi yo'nalishiga to'g'ri keladigan (yoki manfiy zaryadlar tezligining yo'nalishiga qarshi) vektor deb ataladi va mutlaq qiymat joriy nisbatga teng 
elementar platforma orqali 
, tashuvchilarning harakat yo'nalishiga, uning maydoniga perpendikulyar bo'lgan ma'lum bir nuqtada joylashgan.
Birlik hajmdagi joriy tashuvchilar soni 
chaqirdi joriy tashuvchining zichligi. Shaxsiy tashuvchining to'lovi ko'rsatiladi 
.
Agar erkin zaryadlar, masalan, elektronlar bo'lsa va musbat zaryadlar statsionar bo'lsa (bu shunday metallarda), Bu Tashuvchi zichligi birlik hajmdagi erkin elektronlar soniga to'g'ri keladi.
IN 
Guruch. 20.1
Joriy zichlik vektori oqim tashuvchilarning zichligi va ularning harakat tezligi bilan ifodalanishi mumkin. Vaqt o'tishi bilan ma'lum bir sirt orqali uzatiladigan zaryad miqdori 
, tezlik vektoriga perpendikulyar (20.1-rasm), ga teng 
. Bu vaqt davomida maydonni asosi va uzunligi bo'lgan parallelepipeddagi barcha bepul zaryadlar kesib o'tadi 
. Agar maydon etarlicha kichik bo'lsa, uning chegaralaridagi oqim zichligi doimiy deb hisoblanishi mumkin va keyin: 
.
Vektor shaklida:
Ixtiyoriy sirt orqali oqim kuchi
Elektr erkin to'lovlar harakati tufayli oqim turli tabiatdagi o'tkazgichlarda deyiladi o'tkazuvchanlik oqimi.
O'tkazgichdagi erkin zaryadlar o'tkazgichning atomlari bilan to'qnashuvni boshdan kechiradi. "Erkin yugurish" paytida 
ikkita to'qnashuv o'rtasida o'tkazgichdagi zaryad oladi yo'nalish tezligi tashqi bo'ylab elektr maydoni:
Qayerda 
o'tkazgichdagi elektr maydon kuchi. Keyingi to'qnashuvdan keyin tezlik yo'qoladi. Keyin, keyingi to'qnashuvga qadar, yo'nalish tezligining yangi o'sishi sodir bo'ladi.
Yuqoridagilardan shunday xulosa kelib chiqadi tokning mavjudligi uchun shartlar bu:
A) Erkin to'lovlarning mavjudligi;
B) Zaryadlar harakatini ta'minlash uchun o'tkazgich ichida elektr maydonining mavjudligi.
Elektromotor kuch, kuchlanish .
Agar tok tashuvchiga faqat elektrostatik maydon kuchlari ta`sir etsa, bu kuchlar ta`sirida musbat tashuvchilar potentsial yuqori bo`lgan joydan pastroq potentsialli joyga, manfiy tashuvchilar esa teskari yo`nalishda harakat qiladilar. . Bu potentsiallarning tenglashishiga olib keladi va buning natijasida oqim to'xtab qoladi. Bunga yo'l qo'ymaslik uchun musbat zaryadlarning uzatilishi ortib borayotgan yo'nalishda sodir bo'ladigan joylar bo'lishi kerak 
, ya'ni. elektrostatik maydon kuchlariga qarshi. Ushbu sohalarda ommaviy axborot vositalarini uzatish faqat foydalanish mumkin tashqi kuchlar deb ataladigan elektrostatik bo'lmagan kuchlar. Tashqi kuchlarning jismoniy tabiati har xil bo'lishi mumkin. Masalan, kimyoviy (batareyalar kabi), mexanik, magnit va boshqalar.
Zaryadni ushbu zaryadning kattaligiga o'tkazish uchun tashqi kuchlar ishining nisbatiga teng qiymat deyiladi elektromotor kuch(EMF).
EMF potentsial bilan bir xil birliklarda o'lchanadi, ya'ni. voltlarda (V).
Zaryadga ta'sir qiluvchi tashqi kuch sifatida ifodalanishi mumkin 
, Qayerda 
- tashqi kuchlarning maydon kuchi. Tashqi kuchlarning ma'lum bir hududdagi zaryadga ishi 1-2:
Ikkala qismni emf ta'rifiga ko'ra zaryad bo'yicha ajratsak, biz quyidagilarni olamiz:
Yopiq zanjir uchun:
Yopiq kontaktlarning zanglashiga olib keladigan EMF, balkim tashqi kuchlarning kuchlanish vektorining aylanishi sifatida aniqlanadi.
Zaryadga tashqi kuchlardan tashqari elektrostatik maydon kuchlari harakat qiladi 
. Natija kuchi, kontaktlarning zanglashiga olib keladigan har bir nuqtasida zaryadga ta'sir qilish quyidagilarga teng:
Bu kuchning zaryadda bajargan ishi 
zanjir bo'limida 1-2, ifoda bilan aniqlanadi 
. Chunki 
, A 
, keyin ish ga teng bo'ladi.
R 
Keling, ikkala tomonni ga ajratamiz. Chap tomonda munosabatlar 
belgilaylik 
. Zaryadni ushbu zaryad qiymatiga ko'chirish uchun ish va elektrostatik va uchinchi tomon kuchlarining nisbati soniga teng bo'lgan qiymat kontaktlarning zanglashiga olib keladigan qismidagi kuchlanish pasayishi yoki oddiygina kuchlanish deb ataladi. .
Shunday qilib (20.2-rasm),
Guruch. 20.2
Eslatma, agar hududda EMF bo'lmasa, u holda 
. (Yopiq zanjir uchun 1 va 2 nuqtalar mos keladi, 
undan keyin 
.) Buni ko'rsatish mumkin 
, Qayerda 
- impedans zanjirlar va keyin
Bu tenglama kontaktlarning zanglashiga olib keladigan bir xil bo'lmagan qismi uchun Ohm qonunini ifodalaydi (EMF bilan).
2. Metalllarning elektr o'tkazuvchanligi va uning yetishmovchiligining klassik elektron nazariyasi.
Metalllarning ichki tuzilishi xarakterlanadi kristall panjara. Kristal panjaraning tugunlarida musbat ionlar mavjud; Ularning orasidagi bo'shliqda ijtimoiylashtirilgan elektronlar deyarli erkin harakatlanadi. Buni nemis fizigi P. Drude taklif qildi elektronlar olib boradi o'zlarini ideal gaz zarralari sifatida, Va foydalanish tavsiya etiladi ularning xatti-harakatlarini tasvirlash gazlarning kinetik nazariyasining ma'lum formulalari.
Bepul tizim kristall panjarada ijtimoiylashgan elektronlar elektron gaz deb ataladi. Gaz molekulalaridan farqli o'laroq, diapazoni molekulalarning bir-biri bilan to'qnashuvi bilan aniqlangan. elektronlar to'qnashmoq asosan o'zaro emas, va ionlar bilan metall kristall panjara hosil qiladi. Bular to'qnashuvlar sabab bo'ldi ayniqsa, metallning elektr tokiga chidamliligi.
Xaotik termal harakat metallardagi elektronlar o'rtacha tezlik bilan tavsiflanishi mumkin 
(xona harorati uchun 
). Tashqi maydon mavjud bo'lganda, elektronlar hali ham mavjud o'rtacha yo'nalish tezligi. Odatda 
, ya'ni 
.
3. Elektron tasvirlardan Om va Joul-Lenz qonunlarini chiqarish.
Ohm qonuni.
Erkin harakatlanuvchi elektronlar bosib o'tgan o'rtacha yo'l ketma-ket ikkita to'qnashuv o'rtasida panjara ionlari bilan deyiladi o'rtacha bepul yo'l 
. Ikki to'qnashuv orasidagi o'rtacha vaqt 
(xaotik harakat tezligi bilan belgilanadi). Agar maydon bo'lsa yo'nalish tezligi elektronlar erkin yugurish paytida to'planadi va keyingi to'qnashuv vaqtida maksimal qiymatga etadi:
.
Yugurish paytida tezlik o'zgaradi chiziqli. Shuning uchun uni o'rtacha kilometr boshiga qiymat maksimal qiymatning yarmini tashkil qiladi.
Hozirgi zichlik:
va orasidagi mutanosiblik koeffitsienti bilan belgilanadi 
(
- o'tkazuvchanlik). Natijada biz olamiz Mahalliy shaklda Ohm qonuni(parametrlar o'tkazgich kesimining berilgan nuqtasiga ishora qiladi).
Supero'tkazuvchilardagi oqim zichligi elektr maydon kuchiga proportsionaldir. Proportsionallik omili o'tkazuvchanlikdir. (Eslatma: Keling, olingan formulani ma'lum bo'lgan formula bilan solishtiraylik 
. O'tkazuvchanlik qarshilikka teskari proportsionaldir 
. Hozirgi zichlik 
. Maydon kuchi 
(
- o'tkazgichning uzunligi). Keyin 
, yoki 
, bu talab qilingan narsa.)
Joule-Lenz qonuni.
Erkin yo'lning oxiriga kelib, elektron qo'shimcha kinetik energiya oladi, uning o'rtacha qiymati quyidagilarga teng:
(Yodda tuting: 
).
Atom, elektron bilan to'qnashuv, taxminga ko'ra, butunlay uzatadi u tomonidan sotib olingan kristall panjaraning energiyasi. Panjara berilgan energiya ketadi ichki energiyani oshirish uchun metall, unda o'zini namoyon qiladi isitish.
Har bir elektron ta'sir qiladi soniyada o'rtacha 
to'qnashuvlar. Demak, hajm birligiga to'g'ri keladigan o'tkazuvchanlik elektronlar sonini belgilaymiz elektronlar tomonidan hajm birligi uchun vaqt birligida uzatiladigan umumiy energiya teng bo'ladi:
Buni bilish 
Natijada biz Joule-Lenz qonunini mahalliy shaklda olamiz:
Elektr tokining oqimi davomida birlik hajmga ajratilgan issiqlik quvvati maydon kuchining kvadratiga proportsionaldir..
dan ko'chirish va 
Kimga 
Va 
: (, 
), olamiz 
, yoki
bor Joule-Lenz qonunining yana bir shakli. (Ommaviy zichlik issiqlik quvvati qarshilik ko'paytmasiga va oqim zichligi kvadratiga teng).
4. Metalllarning elektr o'tkazuvchanligining klassik elektron nazariyasining qiyinchiliklari.
Klassik nazariya tushuntirib bera oldi ilgari eksperimental ravishda olingan Om va Joule-Lenz qonunlari, lekin muhim qiyinchiliklar ham mavjud. Ulardan asosiylari quyidagilardir: 
Boshqa qiyinchiliklar ham bor va bu klassik nazariyaning etarli emasligi.
Zamonaviy kvant nazariyasi metallarning elektr o'tkazuvchanligi klassik nazariyaning barcha qiyinchiliklari shu bilan bog'liqligini ko'rsatadi haqida fikr elektronlar kabi ideal gaz hisoblanadi taxminiy yaqinlashish. Aslida, metall ichidagi elektronlar klassik nazariya taklif qilganidek erkin emas.
Zamonaviy kvant nazariyasi shuni ko'rsatadiki, metall ichidagi elektronlar, xuddi atomdagi elektronlar kabi, hech qanday energiyaga ega emas, faqat to'liq. diskret energiya qiymatlari - elektron energiyasi kvantlangan.
5. Kirxgof qonunlari
E'tibor bering, tugun uch yoki undan ko'p oqim birlashadigan nuqtadir. Masalan, anjir uchun. 20.3 Birinchi qonun quyidagicha yozilsin:
.
2. Kirxgofning ikkinchi qonuni(bu kontaktlarning zanglashiga olib keladigan har qanday izolyatsiya qilingan yopiq zanjirga tegishli):
Ixtiyoriy yopiq pastadirning alohida bo'limlaridagi oqim kuchlari mahsulotining algebraik yig'indisi va ularning qarshiligi(kuchlanishning pasayishi yig'indisi) bu sxemada harakat qiluvchi emfning algebraik yig'indisiga teng.
Ilova Biz ushbu qonunlarni keyinroq ko'rib chiqamiz misol. Elektr zanjiri berilgan (20.4-rasm).
 | Berilgan:
Majburiy oqimlarni toping A tugun uchun Kirchhoffning birinchi qonuniga muvofiq tenglamalar tuzamiz:
I sxema uchun tenglamani Kirxgofning 2-qonuniga muvofiq yozamiz. |
| Guruch. 20.4 |
IN, 
IN, 
IN,
Oh, 
Om…. 
ohm.
.
Bundan tashqari, agar oqimlar va EMF aylanma yo'nalishga to'g'ri kelsa, kuchlanishning pasayishi va EMF "+" belgisi bilan qabul qilinadi (I sxema uchun biz aylanma yo'nalishni "soat yo'nalishi bo'yicha" tanladik. EMF yo'nalishi diagrammada ko'rsatilgan. strelkalar orqali
). Shunday qilib: Ikkinchi sxema kontaktlarning zanglashiga olib keladigan tashqi bypassga to'g'ri kelsin va aylanma yo'nalishi ham soat yo'nalishi bo'yicha. Keyin II sxema uchun Kirxgoffning 2-qonuni:
Shunday qilib, biz tenglamalar tizimini oldik:
Ushbu chiziqli tenglamalar tizimini determinantlar yordamida yechamiz (Kramer usuli).
,
,
.
(A); 
(A).
Salbiy natijalar oqimlarning haqiqiy yo'nalishi ekanligini anglatadi 
Va 
rasmda ko'rsatilganlarga qarama-qarshi. 20.4.
O'z-o'zini nazorat qilish uchun savollar.
Elektr toki nima deb ataladi va o'tkazuvchanlik oqimining mavjudligi uchun qanday shartlar mavjud?
Elektr tokining xususiyatlarini ayting.
Metalllarning klassik elektron nazariyasi qanday g'oyalarga asoslanadi?
Om va Joul-Lenz qonunlarining mahalliy va integral shakllari o'rtasidagi farq nima?
Uchinchi tomon kuchi nima? Turli xil tashqi kuchlar harakat qiladigan EMF manbalariga misollar keltiring.
EMFga ega bo'lgan kontaktlarning zanglashiga olib keladigan qismi uchun umumlashtirilgan Om qonunini tuzing.
EMF, kuchlanish va potentsial farqning ma'nosi nima?
Kirxgof qoidalarini shakllantirish. Kirxgof qoidalarida belgilar qanday tanlanadi?Biz ikkala qismni ham yo'q qilamiz
Elektr toki - elektr maydoni ta'sirida erkin elektr zaryadlangan zarralarning tartibli harakati. Bunday zarralar bo'lishi mumkin: o'tkazgichlarda - elektronlar,
elektrolitlarda - ionlar (kationlar va anionlar), yarim o'tkazgichlarda - elektronlar va teshiklar (elektron-teshik o'tkazuvchanligi).
Elektr tokini o'rganishda uning ko'pgina xususiyatlari aniqlandi, bu esa uni topishga imkon berdi amaliy foydalanish inson faoliyatining turli sohalarida.
Tarixiy jihatdan, oqimning yo'nalishi o'tkazgichdagi musbat zaryadlarning harakat yo'nalishi bilan mos kelishi qabul qilindi. Bundan tashqari, agar yagona oqim tashuvchilari manfiy zaryadlangan zarralar bo'lsa (masalan, metalldagi elektronlar), u holda oqim yo'nalishi elektronlarning harakat yo'nalishiga teskari bo'ladi.
O'tkazgichlarda zarrachalarning yo'nalishli harakati tezligi o'tkazgichning materialiga, zarrachalarning massasi va zaryadiga, atrofdagi haroratga va qo'llaniladigan farqga bog'liq.
O'zgaruvchan, to'g'ridan-to'g'ri va pulsatsiyalanuvchi oqimlar, shuningdek ularning turli kombinatsiyalari mavjud.
1) To'g'ridan-to'g'ri oqim- vaqt o'tishi bilan yo'nalishi va kattaligi biroz o'zgarib turadigan oqim.
2) o'zgaruvchan tok vaqt o'tishi bilan kattaligi va (yoki) yo'nalishi o'zgarib turadigan oqimdir. O'zgaruvchan toklar orasida asosiysi, qiymati sinusoidal qonunga muvofiq o'zgarib turadigan oqimdir. Bunday holda, o'tkazgichning har bir uchining potentsiali barcha oraliq potentsiallardan (shu jumladan, nol potentsial) o'tib, o'tkazgichning boshqa uchining potentsialiga qarab musbatdan salbiyga va aksincha o'zgaradi. Natijada doimiy ravishda yo'nalishni o'zgartiradigan oqim paydo bo'ladi. Bunday tsikl sodir bo'ladigan vaqt (ikki yo'nalishdagi oqimning o'zgarishini o'z ichiga olgan vaqt) davr deb ataladi o'zgaruvchan tok. Vaqt birligida oqim tomonidan bajariladigan davrlar soni chastota deb ataladi. Chastota gertsda o'lchanadi, bir gerts soniyada bir tsiklga teng.
Hozirgi kuch deyiladi jismoniy miqdor, ma'lum vaqt davomida o'tkazgichning kesimidan o'tadigan zaryad miqdorining ushbu vaqt oralig'idagi qiymatiga nisbatiga teng.
Oqim kuchi amperda o'lchanadi.
Supero'tkazuvchilarda oqim mavjud bo'lganda, ish qarshilik kuchlariga qarshi amalga oshiriladi. Bu ish issiqlik shaklida chiqariladi. Issiqlik yo'qotish quvvati vaqt birligida chiqarilgan issiqlik miqdoriga teng qiymatdir. Quvvat vattlarda o'lchanadi.
Inson tanasi elektr tokini o'tkazuvchidir. Quruq va buzilmagan teri bilan insonning qarshiligi 3 dan 100 kOm gacha.
Inson yoki hayvon tanasi orqali o'tadigan oqim quyidagi ta'sirlarni keltirib chiqaradi:
Termal (kuyish, isitish);
Elektrolitik (qonning parchalanishi);
Biologik.
Elektr toki urishining natijasini belgilovchi asosiy omil - bu inson tanasi orqali o'tadigan oqim miqdori. Xavfsiz Qiymati 50 mA dan oshmaydigan oqim hisoblanadi.
Qabul qilingan material bilan nima qilamiz:
Agar ushbu material siz uchun foydali bo'lsa, uni ijtimoiy tarmoqlardagi sahifangizga saqlashingiz mumkin:
| Tvit |
Elektr toki urishi zaryadlangan zarralar yoki zaryadlangan makroskopik jismlarning tartibli harakati deyiladi. Ikkita tur mavjud elektr toklari- o'tkazuvchanlik oqimlari va konveksiya oqimlari.
O'tkazuvchanlik oqimi Erkin zaryadlangan zarrachalarning moddadagi yoki vakuumdagi tartibli harakati - o'tkazuvchanlik elektronlari (metalllarda), musbat va manfiy ionlar (elektrolitlarda), elektronlar va musbat ionlar (gazlarda), o'tkazuvchan elektronlar va teshiklar (yarim o'tkazgichlarda), elektron nurlar ( vakuumda). Bu oqim qo'llaniladigan elektr maydon kuchi ta'sirida o'tkazgichda erkin elektr zaryadlarining harakatlanishi bilan bog'liq (2.1-rasm, A).
Konveksiya elektr toki Zaryadlangan makroskopik jismning fazodagi harakatidan kelib chiqadigan oqim deb ataladi (2.1-rasm, b).
Elektr o'tkazuvchanligining paydo bo'lishi va uni ushlab turishi uchun quyidagi shartlar zarur:
1) erkin oqim tashuvchilarning mavjudligi (bepul to'lovlar);
2) erkin zaryadlarning tartibli harakatini yaratuvchi elektr maydonining mavjudligi;
3) Kulon kuchlaridan tashqari erkin to'lovlar harakat qilishlari kerak tashqi kuchlar elektr bo'lmagan tabiat; bu kuchlar har xil tomonidan yaratilgan joriy manbalar(galvanik elementlar, batareyalar, elektr generatorlari va boshqalar);
4) elektr tokining zanjiri yopiq bo'lishi kerak.
Elektr tokining yo'nalishi shartli ravishda ushbu oqimni tashkil etuvchi musbat zaryadlarning harakat yo'nalishi sifatida qabul qilinadi.
Miqdoriy o'lchov elektr toki hisoblanadi joriy I- kesma orqali o'tadigan elektr zaryadi bilan aniqlangan skalyar fizik miqdor S Vaqt birligi uchun o'tkazgich:
Vaqt o'tishi bilan kuchi va yo'nalishi o'zgarmaydigan oqim deyiladi doimiy(2.2-rasm, A). DC uchun
Vaqt o'tishi bilan o'zgarib turadigan elektr toki deyiladi o'zgaruvchilar. Bunday tokning misoli elektrotexnika va energetikada ishlatiladigan sinusoidal elektr tokidir (2.2-rasm, b).
Oqim birligi - amper(A). SIda oqim birligining ta'rifi quyidagicha tuzilgan: 1 A- bu shunday to'g'ridan-to'g'ri oqimning kuchi bo'lib, u cheksiz uzunlikdagi va arzimaydigan darajada kichik kesmadagi ikkita parallel to'g'ri o'tkazgichdan o'tganda, masofada vakuumda joylashgan. 1m bir-biridan, bu o'tkazgichlar o'rtasida har bir metr uzunlikka teng kuch hosil qiladi.
Supero'tkazuvchilar yuzasining turli nuqtalarida elektr o'tkazuvchanligi oqimining yo'nalishini va bu sirt ustida oqim kuchini taqsimlashni tavsiflash uchun oqim zichligi kiritiladi.
Oqim zichligi ko'rib chiqilayotgan nuqtadagi oqim yo'nalishiga to'g'ri keladigan va son jihatdan oqim kuchining nisbatiga teng bo'lgan vektor jismoniy miqdor deb ataladi. dI Ushbu sirt maydoniga oqim yo'nalishiga perpendikulyar elementar sirt orqali o'tish:
Joriy zichlik birligi - amper boshiga kvadrat metr (A/m 2).
To'g'ridan-to'g'ri elektr tokining zichligi bir hil o'tkazgichning butun kesimida bir xil bo'ladi. Shuning uchun, kesma maydoni bo'lgan bir hil o'tkazgichda to'g'ridan-to'g'ri oqim uchun S tok kuchiga teng
Ishning oxiri -
Ushbu mavzu bo'limga tegishli:
UMUMIY FİZİKA KURS FIZIKA ASOSLARI
Davlat ta'lim muassasasi... yuqoriroq kasb-hunar ta'limi... Vladimir davlat universiteti...
Agar kerak bo'lsa qo'shimcha material Ushbu mavzu bo'yicha, yoki siz qidirayotgan narsangizni topa olmadingiz, bizning ishlar ma'lumotlar bazasida qidiruvdan foydalanishni tavsiya etamiz:
Qabul qilingan material bilan nima qilamiz:
Agar ushbu material siz uchun foydali bo'lsa, uni ijtimoiy tarmoqlardagi sahifangizga saqlashingiz mumkin:
| Tvit |
Ushbu bo'limdagi barcha mavzular:
Elektrostatikaning asosiy qonuni
Statsionar nuqtali elektr zaryadlarining oʻzaro taʼsir qilish qonuni 1785-yilda fransuz fizigi K.Kulon tomonidan burilish balanslari yordamida eksperimental tarzda oʻrnatildi. Shuning uchun elektr kuchlari
Elektrostatik maydon. Maydon kuchi
Agar elektr zaryadini o'rab turgan fazoga boshqa zaryad kiritilsa, u holda ular o'rtasida Kulon o'zaro ta'siri paydo bo'ladi. Binobarin, elektrni o'rab turgan kosmosda
Maydonlar. Maydon salohiyati
Agar elektrostatik maydonda bo'lsa nuqta zaryadi ixtiyoriy traektoriya bo‘ylab 1-nuqtadan 2-nuqtaga o‘tadi
Elektrostatik maydon
Tanglik va potentsial - turli xil xususiyatlar maydonda bir xil nuqta. Shuning uchun ular o'rtasida aniq bog'liqlik bo'lishi kerak. Birlikni ko'chirish uchun ishlang
Vakuumdagi elektrostatik maydon uchun Gauss teoremasi
Elektrostatik maydonlarning superpozitsiyasi printsipidan foydalangan holda katta elektr zaryadlari tizimining maydon kuchini hisoblash
Dielektrikdagi elektrostatik maydon uchun Gauss teoremasi
Dielektriklar oddiy sharoitda deyarli elektr tokini o'tkazmaydigan moddalardir. Klassik fizika tushunchalariga ko'ra, dielektriklarda, aksincha
Elektrostatik maydondagi o'tkazgichlar. Kondensatorlar
Agar siz o'tkazgichni tashqi elektrostatik maydonga joylashtirsangiz, u holda bu maydon o'tkazgichning erkin zaryadlariga ta'sir qiladi, buning natijasida ular harakatlana boshlaydi - ijobiy.
Elektrostatik maydon energiyasi
Elektrostatik o'zaro ta'sir kuchlari konservativdir, shuning uchun zaryadlar tizimi potentsial energiyaga ega. Yakka o'tkazgich, sig'imli zaryad bo'lsin
1. Zaryadlar orasidagi masofa va 10 sm ga teng.Tashuvchi kuchni aniqlang
Differensial shaklda Ohm qonuni
Agar zanjirda faqat elektrostatik maydonning kuchlari tok tashuvchilarga ta'sir etsa, u holda zaryadlar yuqori potentsialli nuqtalardan pastroq potentsialli nuqtalarga o'tadi. Bu qachon
Elektr o'lchash asboblari
Elektr zanjiri - bu turli o'tkazgichlar va oqim manbalarining to'plami. Umuman olganda, sxema tarvaqaylab ketgan va o'tkazgichlarni ulash mumkin bo'lgan bo'limlarni o'z ichiga oladi
Ish va joriy quvvat. Joule-Lenz qonuni
Keling, bir hil o'tkazgichni ko'rib chiqaylik, uning uchlari bo'ylab kuchlanish qo'llaniladi. Vaqt davomida dt simning kesimi orqali
Om qonuni integral shaklda
+ Zanjirning bir hil qismi uchun, ya'ni. partiyalar ishlamaydigan hudud uchun
Tarmoqlangan doimiy oqim zanjirlarini hisoblash
Integral shakldagi Ohm qonuni deyarli har qanday hisoblash imkonini beradi elektr zanjiri. Shu bilan birga, yopiq pastadirlarni o'z ichiga olgan tarvaqaylab ketgan sxemalarni to'g'ridan-to'g'ri hisoblash etarli
Mustaqil ravishda hal qilinadigan muammolar
1. 5 s dan 10 s gacha bo'lgan vaqt ichida o'tkazgichning ko'ndalang kesimidan qanday zaryad o'tadi, agar oqim kuchi qonun bo'yicha vaqt o'tishi bilan o'zgaradi.
Magnit maydon va uning xususiyatlari
Ko'rsatish tajribasi
Bio-Savart-Laplas qonuni
Oersted tajribalaridan so'ng intensiv tadqiqotlar boshlandi magnit maydon to'g'ridan-to'g'ri oqim. 19-asrning birinchi choragida fransuz fiziklari Biot va Savard. yaratilgan magnit maydonlarni o'rgandi
Harakatlanuvchi zaryadning magnit maydoni. Lorents kuchi
Oqim o'tkazuvchi har qanday o'tkazgich atrofdagi kosmosda magnit maydon hosil qiladi. O'z navbatida, oqim elektr zaryadlarining tartibli harakatidir. Bundan kelib chiqadiki, hamma ko'chib o'tadi
Magnit maydondagi oqim bilan o'tkazgich. Amper qonuni
Magnit maydonning turli xil tok o'tkazuvchi o'tkazgichlarga ta'siri natijalarini umumlashtirib, A. Amper magnit maydon ta'sir qiladigan kuch ekanligini aniqladi.
Magnit maydon induksiya vektorining vakuumda aylanishi
Magnit maydondagi elektrostatik maydon kuchlanish vektorining aylanishiga o'xshab, magnit induksiya vektorining aylanishi tushunchasi kiritilgan.
Vakuumdagi magnit maydon uchun Gauss teoremasi
Magnit induksiya vektori yoki magnit oqimining dS maydonining kichik yuzasi orqali o'tadigan oqimi skalyar fizik miqdorga teng.
Moddaning magnit xossalari
Barcha moddalar bir xil o'tkazmaydi elektr uzatish liniyalari magnit maydon. Masalan, magnit kuch chiziqlari temirdan havodan ko'ra bir necha marta oson o'tadi. Boshqacha qilib aytganda, jele qobiliyati
Mustaqil ravishda hal qilinadigan muammolar
1. Uzun to’g’ri simdan 60 A tok o’tadi.O’tkazgichdan 5 sm uzoqlikdagi nuqtada magnit maydon induksiyasini aniqlang.(Javob: 0,24 mT).
Elektromagnit induktsiya qonuni
Ta'kidlanganidek, elektr tokini o'tkazuvchi har qanday o'tkazgich atrofida magnit maydon paydo bo'ladi. Ingliz fizigi M. Faraday elektr va magnit hodisalari o'rtasida yaqin aloqalar bor deb hisoblagan.
O'z-o'zini induksiya fenomeni. Loop induktivligi
Yopiq zanjirda oqayotgan elektr toki o'z atrofida magnit maydon hosil qiladi, uning induksiyasi B Bio-Savart-Laplas qonuniga ko'ra, oqim kuchiga proportsionaldir (B~I).
O'zaro induktsiya
Agar ikkita sxema bir-birining yonida joylashgan bo'lsa va ularning har biridagi oqim kuchi o'zgarsa, ular bir-biriga o'zaro ta'sir qiladi. O'zgartirish
Magnit maydon energiyasi
Magnit maydon, elektr maydoni kabi, energiya tashuvchisidir. Magnit maydon energiyasini yaratish uchun elektr toki sarflagan ishga teng deb taxmin qilish tabiiydir.
Elektromagnit induktsiyaning amaliy qo'llanilishi
Elektromagnit induksiya hodisasi birinchi navbatda mexanik energiyani elektr energiyasiga aylantirish uchun ishlatiladi. Buning uchun o'zgaruvchan generatorlar qo'llaniladi.
Mustaqil ravishda hal qilinadigan muammolar
1. Induksiyali yagona magnit maydonda uzunlikdagi o‘tkazgich maydonga perpendikulyar harakat qiladi.
Vorteks elektr maydoni
XIX asrning 60-yillarida. Ingliz olimi J. Maksvell (1831-1879) elektr va magnit maydonlarining eksperimental o'rnatilgan qonunlarini umumlashtirib, elektromagnitning to'liq birlashgan nazariyasini yaratdi.
Yo'naltirilgan oqim
O'zgaruvchan tok Maksvell tomonidan o'zgaruvchan elektr maydoni va sabab o'rtasidagi miqdoriy munosabatlarni o'rnatish uchun kiritilgan.
Elektromagnit maydon uchun Maksvell tenglamalari
Maksvell tomonidan yaratilgan elektromagnit maydonning yagona makroskopik nazariyasi yagona nuqtai nazardan nafaqat elektr va magnit hodisalarni tushuntirishga, balki yangi hodisalarni bashorat qilishga imkon berdi.
Elektrodinamikaning rivojlanish tarixidagi ba'zi muhim voqealar
Elektr tokining kashf etilishiga olib kelgan voqea Olim tajribalari boshlandi (tajribalar quyidagi maqolada tasvirlangan)
Vektor maydonining divergentsiyasi
Vektor maydonining divergentsiyasi (belgilangan) quyidagi hosiladir
Bibliografiya
1. Savelyev I.V. Umumiy fizika kursi: 3 jildda - M.: Nauka, 1989. 2. Detlaf A.A., Yavorskiy B.M. Fizika kursi. – M .: Yuqori. maktab, 1989. – 608 b. 3. Fizika kursi: Darslik. universitetlar uchun: 2 jildda /
Ma'ruza konspekti
1. Elektr toki. Elektr tokining xususiyatlari
2. Zanjirning kesimi uchun Om qonunlari
2.1. Om qonuni integral shaklda
2.2. Differensial shaklda Ohm qonuni
3. O'tkazuvchi muhitda tok kuchini hisoblash misoli
4. Differensial va integral shakllardagi Joul-Lenz qonuni
Elektr toki. Elektr tokining xususiyatlari
Elektr toki - bu zaryadlangan zarralarning tartibli harakati bo'lib, uning davomida elektr zaryadining uzatilishi sodir bo'ladi.
Masalan, metall o'tkazgichda bunday zarralar erkin elektronlardir. Ular doimiy termal harakatda. Bu harakat yuqori o'rtacha tezlikda sodir bo'ladi, lekin uning xaotik tabiati tufayli zaryad o'tkazish bilan birga emas. Keling, o'tkazgichdagi sirt elementini aqliy ravishda tanlaylik dS: har qanday vaqt oralig'ida bu sirtni chapdan o'ngga kesib o'tgan elektronlar soni bu sirtdan teskari yo'nalishda o'tgan zarrachalar soniga to'liq teng bo'ladi. Shuning uchun bu sirt orqali uzatiladigan zaryad nolga teng bo'ladi.
O'tkazgichda elektr maydoni paydo bo'lsa, vaziyat o'zgaradi. Endi zaryad tashuvchilar nafaqat termal, balki tartibli, yo'naltirilgan harakatda ham ishtirok etadilar. Ijobiy zaryadlangan tashuvchilar maydon yo'nalishi bo'yicha, manfiylar esa teskari yo'nalishda harakat qiladilar.
Umuman olganda, zaryad o'tkazish ikkala belgining tashuvchisini ham o'z ichiga olishi mumkin (masalan, elektrolitdagi musbat va manfiy ionlar).
Bunday zarrachalarning harakat tezligi ularning termal va yo'nalishli harakatlari tezligining yig'indisiga teng bo'ladi:
O'rtacha qiymati zarracha tezligi yo'nalishli harakatning o'rtacha tezligiga teng bo'ladi:
Issiqlik harakatining tasodifiyligi o'rtacha qiymatga olib keladi vektor bu harakatning tezligi nolga teng. Yana bir bor ta'kidlaymizki, biz o'rtacha qiymat haqida gapiramiz vektor, lekin emas modul zaryadlangan zarrachalarning termal harakati tezligi.
Elektr tokining asosiy miqdoriy xarakteristikasi joriy quvvat. O'tkazgichdagi oqim kuchi son jihatdan birlik vaqt uchun o'tkazgichning to'liq kesimi orqali uzatiladigan zaryad miqdoriga teng:
SI tizimidagi oqim amperda o'lchanadi. Bu skaler xususiyatdir. Joriy quvvat ijobiy yoki salbiy bo'lishi mumkin. Agar oqimning yo'nalishi o'tkazgich bo'ylab an'anaviy qabul qilingan ijobiy yo'nalishga to'g'ri kelsa, u holda bunday oqimning kuchi I> 0. Aks holda, oqim salbiy bo'ladi.
Ko'pincha o'tkazgich bo'ylab ijobiy yo'nalish musbat zaryad tashuvchilar harakatlanadigan (yoki harakat qiladigan) yo'nalish sifatida qabul qilinadi.
Ikkinchi muhim xususiyat elektr toki - oqim zichligi. O'tkazgichdagi sirtni aqliy ravishda tanlaymiz S, zaryad tashuvchilarning yo'nalishli harakati tezligiga perpendikulyar. Keling, bu yuzada balandligi son jihatdan tezlikka teng bo'lgan parallelepiped quraylik V n (6.1-rasm). Ushbu parallelepiped ichida joylashgan barcha zarralar sirtidan bir soniyada o'tadi S. Bunday zarrachalar soni:
Qayerda n- zarrachalar konsentratsiyasi, ya'ni hajm birligidagi zarrachalar soni. Bu zarralar sirt orqali olib o'tadigan zaryad S, joriy quvvatni aniqlaydi:
.
Bu yerga q 1 - bitta tashuvchining to'lovi. Oqimni ko'ndalang kesim maydoniga bo'lish S, biz birlik maydon yuzasi orqali vaqt birligida oqadigan zaryadni olamiz. Bu joriy zichlik:
, . (6.2)
Zaryadlangan zarralarning yo'nalishli harakat tezligi vektor kattalik bo'lganligi sababli, bu ifoda vektor shaklida yoziladi:
Hududni qisqartirish S, biz elektr tokining mahalliy xarakteristikasiga - nuqtadagi oqim zichligiga erishamiz:
Bu oqim zichligi moduli va ma'lum bir nuqtadagi oqim zichligi vektorining yo'nalishi zarracha tezligining yo'nalishiga yoki ma'lum bir nuqtadagi elektr maydon kuchining yo'nalishiga to'g'ri keladi. Elementar maydondan o'tadigan oqimning kuchi dS endi ikkita vektorning skalyar ko'paytmasi sifatida yozish mumkin (6.2-rasm):
Kesma orqali oqim kuchini hisoblash uchun S, siz ushbu bo'limning elementlari orqali o'tadigan barcha oqimlarni umumlashtirishingiz kerak, ya'ni integralni oling:
. (6.6)
Integral oqim zichligi vektorining oqimini ifodalaydi, shuning uchun elektr tokining ikkita asosiy xususiyati ba'zan shunday eslab qoladigan ibora bilan bog'liq. : oqim kuchi oqim zichligi vektorining oqimiga teng.
Keling, vektor oqimi haqida gapirishni davom ettiramiz. Endi biz o'tkazuvchi vositani tanlaymiz yopiq sirt S(6.3-rasm). Agar ushbu sirtning har bir nuqtasida oqim zichligi vektori ma'lum bo'lsa, vaqt birligi uchun ushbu sirt bilan cheklangan hajmni qoldiradigan zaryadni hisoblash oson:
Sirtni ichkariga kiriting S to'lov bor q, keyin vaqt birligi uchun t= 1 bu miqdorga kamayadi 
. To'lovning o'zgarishi uning hajmdan chiqishi bilan bog'liq, ya'ni:
Bu tenglama uzluksizlik tenglamasi deyiladi. U ifodalaydi matematik belgilar elektr zaryadining saqlanish qonuni.