3.3. Постоянный электрический ток



Электрическим током называют упорядоченное (направленное) движение заряженных частиц. Такими заряженными частицами в проводниках – веществах, проводящих электрический ток, – являются электроны, а в жидкостях и газах – еще и заряженные ионы – атомы, лишенные одного или нескольких электронов (либо наоборот, имеющие лишние электроны). Для возникновения электрического тока в проводнике, необходимо создать электрическое поле, которое поддерживается источниками электрического тока.

Сила тока I равна отношению электрического заряда q, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения:
  

Сила тока в СИ измеряется в амперах (А), а электрический заряд – в кулонах (Кл). Сила тока измеряется амперметром.

Рисунок 3.3.1.
Сила тока направлена в сторону, противоположную направлению движения электронов.

 

Для широкого класса проводников (в т. ч. металлов) сила тока в проводнике прямо пропорциональна напряжению (закон Ома):
  

Коэффициент пропорциональности R называется электрическим сопротивлением и измеряется в омах (Ом). Причиной электрического сопротивления является взаимодействие электронов при их движении по проводнику с ионами кристаллической решетки.

Электрическое сопротивление металлов прямо пропорционально длине проводника и обратно пропорционально площади его поперечного сечения:
  

Коэффициент пропорциональности ρ – удельное сопротивление – зависит только от вида металла.

Общее сопротивление R последовательно соединенных проводников R1 и R2 равно сумме их сопротивлений:
 R = R1 + R2. 

Рисунок 3.3.2.
Последовательное соединение проводников.

Общее сопротивление R параллельно соединенных проводников рассчитывается по формуле
  

Рисунок 3.3.3.
Параллельное соединение проводников.
Рисунок 3.3.4.
Расчет сопротивления сложной цепи.

Для того, чтобы в замкнутой цепи постоянного тока поддерживалась непрерывная циркуляция зарядов (то есть протекал электрический ток) в этой цепи должны действовать силы неэлектростатического происхождения, так как работа электрического поля при перемещении зарядов по замкнутому пути равна нулю. Такие силы называются сторонними. Они действуют на заряды внутри источников тока и могут иметь различную физическую природу.

Физическая величина, равная работе сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда q от отрицательного полюса источника тока к положительному, называется электродвижущей силой источника (ЭДС):
  

Суммарная ЭДС батареи последовательно соединенных источников равняется сумме ЭДС этих источников:
  

Напряжение на участке цепи, содержащем источник тока, определяется формулой
 U = Eds – Ir, 
где r – внутреннее сопротивление источника.

Работа электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на концах этого участка на силу тока и на время, в течение которого совершалась работа.
 A = UIt. 
Работа электрического тока измеряется в джоулях.

Мощность электрического тока на участке цепи равна произведению напряжения на силу тока:
 P = UI. 
Мощность в системе СИ измеряется в ваттах (Вт).

Опыты показывают, что в неподвижных проводниках вся работа тока идет на увеличение их внутренней энергии. Количество теплоты Q, выделяющееся в проводнике с сопротивлением R при протекании тока I в течение времени t равно
  
Эта формула выражает закон Джоуля–Ленца.







© Интерактивная физика




Использованы материалы сайта www.physics.ru