Контрольные вопросы

1. Дайте определения электрического и электростатического полей и их характеристик (силовой и энергетической).

2. Поясните, как выражается сила, действующая на заряд в электростатическом поле.

3. Поясните формулы для определения напряжённости и потенциала поля точечного заряда.

4. Объясните, какова связь между напряжённостью и потенциалом.

5. Объясните физический смысл градиента потенциала.

6. Расскажите о графическом изображении электростатических полей.

7. Поясните теорему Гаусса для напряженности электростатического поля и плотности тока.

8. Дайте определение дивергенции напряженности электрического поля. Как она выражается в декартовых координатах для двумерного (плоского) и трехмерного случаев.

9. Поясните уравнение Лапласа для потенциала электростатического поля.

Лабораторная работа № 2.2 закон ома и правила кирхгофа для разветвленных цепей

Цель работы: изучение закона Ома и закрепление навыков расчета разветвленных электрических цепей при помощи правил Кирхгофа.

Приборы и принадлежности: лабораторный стенд, комплект соединительных проводов, цифровые мультиметры.

Литература:[1-4]

План работы:

1. Изучение закона Ома.

2. Изучение правил Кирхгофа.

3. Проверка закона Ома для участка цепи и измерение внутренних сопротивлений источников тока.

4. Нахождение токов в разветвленной цепи.

5. Изучение темы «Правила Кирхгофа для разветвленных цепей» с помощью программы «Открытая физика».

1. Закон Ома

Закон Ома для однородного участка цепи (участка не содержащего э.д.с.) (рис. 2.1а) был установлен экспериментально в 1826 г. и обоснован теоретически в 1827 г. немецким физиком Г. Омом. Согласно закону, сила тока в проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника. Тогда можно записать:

, (2.1)

где – сила тока, – электрическое сопротивление проводника, – разность потенциалов, – напряжение.

а б

Рис. 2.1. Участки электрической цепи.

а – однородный, б – неоднородный

Закон Ома для неоднородного участка цепи (рис. 2.1б) (обобщенный закон Ома) можно записать в виде:

, (2.2)

где – электродвижущая сила. Этот закон выражает закон сохранения и превращения энергии применительно к участку цепи электрического тока. Он в равной мере справедлив как для участков электрической цепи, не содержащих источников электрической энергии, так и для участков, содержащих указанные источники.

Э.д.с. как и сила тока, величина скалярная. Поэтому, пользуясь обобщенным законом Ома, нужно соблюдать следующее правило знаков для э.д.с. источников, включенных на участке 1–2: если э.д.с. способствует движению положительных зарядов в выбранном направлении то берется знак «+», если нет – « - ». Так на рис. 2.1б  > 0 если потенциал в точке 1 больше, чем в точке 2.

Во всех сечениях неразветвленной замкнутой электрической цепи (рис. 2.2) сила тока одинакова. Такую цепь можно рассматривать как участок, концы которого (точки 1 и 2) совпадают, так что = и R12 = R – сопротивление всей цепи. Поэтому закон Ома для замкнутой цепи имеет вид

Рис. 2.2. Замкнутая электрическая цепь

. (2.3)

Пусть замкнутая цепь состоит из источника тока с э.д.с.  и внутренним сопротивлением r, а также внешней части цепи, имеющей сопротивление R. Тогда сила тока в цепи по закону Ома:

. (2.4)

Разность потенциалов на электродах источника тока равна напряжению на внешней части цепи:

. (2.5)

Если цепь разомкнуть, то ток в ней прекратится и, как видно из (2.5), разность потенциалов на клеммах источника будет равна его э.д.с. Следовательно, для того чтобы найти э.д.с. источника тока, надо измерить разность потенциалов на его клеммах при разомкнутой цепи.