- •1. Рекомендации по решению задач контрольных работ
- •2. Основные теоретические сведения
- •2.1. Электростатика
- •2.2. Постоянный электрический ток
- •2.3. Магнитное поле
- •3. Примеры решения задач
- •4. Задачи контрольной работы
- •4.1. Закон Кулона. Расчёт силы электростатического взаимодействия
- •4.2. Расчёт напряжённости и потенциала электростатического поля
- •4.3. Движение заряженных тел в электростатическом поле
- •4.4. Теорема Гаусса для электрического поля
- •4.5. Электроёмкость. Конденсаторы
- •4.6. Закон Ома. Правила Кирхгофа
- •4.7. Закон Джоуля-Ленца. Работа и мощность в цепи постоянного тока
- •4.8. Расчёт магнитной индукции. Принцип суперпозиции
- •4.9. Движение заряда в магнитном поле. Сила Ампера. Сила Лоренца
- •4.10. Явление электромагнитной индукции. Самоиндукция
- •5. Приложение
- •Множители и приставки для образования кратных и дольных единиц системы си и их наименования
- •Библиографический список
- •Оглавление
- •Основы электромагнетизма
2.2. Постоянный электрический ток
Под электрическим током понимается процесс упорядоченного движения заряженных частиц. Для возникновения электрического тока в рассматриваемой среде необходимо выполнение таких условий:
– наличие свободных электрических зарядов;
– существование сил, способных упорядочить движение электрических зарядов.
Количественной мерой электрического тока является параметр, называемый силой тока I. Это величина, численно равная заряду, проходящему через поперечное сечение проводника за единицу времени:
.
Плотность тока j, параметр, учитывающий распределение тока по площади поверхности, определяется уравнением
,
где dS – элементарная площадь, выбранная перпендикулярно направлению тока.
Законы Ома
Для однородного (не содержащего элементы, где действуют неэлектростатические (сторонние) силы), участка цепи
,
где R – омическое сопротивление участка электрической цепи; U – напряжение на концах однородного участка.
Для неоднородного участка цепи
,
где – электродвижущая сила на рассматриваемом участке электрической цепи; 1 и 2 – потенциалы на концах участка; R12 – сопротивление участка.
Для замкнутой цепи
,
где – электродвижущая сила источника тока рассматриваемой электрической цепи; r – внутреннее сопротивление электрической цепи (сопротивление источника тока).
Электродвижущая сила (ЭДС) – физическая величина, характеризующая работу сторонних сил (сил не электростатической природы) по перемещению единичного положительного заряда по проводящей среде
.
Электрическое сопротивление R – физическая величина, характеризующая способность проводящей среды препятствовать прохождению электрического тока. Для металлов электрическое сопротивление определяется уравнением
,
где – удельное сопротивление металла; – длина проводника; S – площадь поперечного сечения проводника.
Зависимость удельного сопротивления металлов от температуры определяется уравнением
,
где – удельное сопротивление металла при температуре t C; 0 – удельное сопротивление металла при температуре t = 0 C; – температурный коэффициент сопротивления.
Соединение проводников:
последовательное (рис.7)
I = I1= I2; U = U1+U2;
R = R1+R2;
Рис. 7
п
R1
араллельное (рис. 8)
I = I1+ I2; U=U1=U2;
R2
Рис. 8
Правила Кирхгофа
1. Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле электрической цепи, равна нулю
.
Узлом электрической цепи называется точка, в которой сходится не менее трёх проводников.
2. Алгебраическая сумма напряжений в замкнутом контуре электрической цепи равна алгебраической сумме ЭДС
.
Закон Джоуля-Ленца
Этот закон определяет количество теплоты, которое выделяется в проводнике при прохождении по нему электрического тока.
Закон Джоуля-Ленца для участка цепи постоянного тока
Q = P t = I 2 R t = t = I U t,
где P – электрическая мощность тока; I – сила тока, проходящего по проводнику; U – напряжение на концах проводника; R – сопротивление проводника; t – время прохождения электрического тока по проводнику.
Количество теплоты, выделяемое проводником сопротивлением R при прохождении по нему электрического тока величиной I за время dt:
Полное количество теплоты
.
КПД источника тока
Коэффициент полезного действия источника тока определяется уравнением
,
где Рполезн.= IU – полезная мощность источника питания; Рполн=I – полная мощность источника питания.
Разность между полной и полезной мощностью приходится на мощность, которая теряется на внутреннем сопротивлении r источника тока. Эта мощность определяется уравнением
Pr = I 2 r = I Ur,
где Ur= I r– напряжение на внутреннем сопротивлении источника тока.