Сторонние силы

Силы неэлектростатического происхождения, действующие на заряды со стороны источников тока называются сторонними силами.

Электродвижущая сила

Скалярная физическая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда, называется электродвижущей силой (ЭДС) , действующей в цепи или на ее участке:.

Напряжение

Напряжение – это физическая величина, определяемая работой, совершаемой суммарным полем электростатических (кулоновских) и сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда на данном участке цепи.

Разность потенциалов

Напряжение на неоднородном участке цепи (где есть сторонние силы) равно сумме ЭДС источника и разности потенциалов на этом участке:

Для однородного участка цепи, где сторонние силы не действуют,

, т.е. напряжение совпадает с разностью потенциалов на концах участка цепи.

15. Закон Ома для однородного участка цепи в интегральной и дифференциальной форме. Сопротивление и его зависимость от температуры. Сверхпроводимость.

Закон Ома для однородного участка цепи в интегральной и дифференциальной форме

Закон Ома для однородного участка цепи: немецкий физик Георг Ом экспериментально установил, что сила тока в цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника:.

Закон Ома в дифференциальной форме (закон Ома для плотности тока). Закон Ома в форме относится ко всему проводнику. Представим закон Ома в дифференциальной (т.е. относящейся к элементу тока длиныdl) форме. Некоторая точка внутри проводника характеризуется вектором плотности тока , напряженностью электрического поляи свойствами материала проводника, т.е. удельным сопротивлением. Выделим мысленно малый объем вблизи рассматриваемой точки и подставимв закон Ома, получим:,здесь - разность потенциалов между сечениямиdS отстоящими на расстоянии dl. Следовательно,.

Учтем, что - напряженность электростатического поля;- плотность электрического поля;- удельная электрическая проводимость.

Тогда из формулы (20) следует закон Ома в дифференциальной форме: .

Сопротивление и его зависимость от температуры

Температурная зависимость сопротивления может быть представлена в виде:,

Сверхпроводимость

Сверхпроводимость – свойство некоторых проводников, заключающееся в том, что их электрическое сопротивление скачком падает до нуля при охлаждении ниже определенной критической температуры T_к, характерной для данного проводника.

16. Работа и мощность тока. Закон Джоуля – Ленца в интегральной и дифференциальной форме

При протекании тока по однородному участку цепи электрическое поле совершает работу. За время Δt по цепи протекает заряд Δq = I Δt. Электрическое поле на выделенном учестке совершает работу 

ΔA = (φ₁ – φ₂) Δq = Δφ₁₂ I Δt = U I Δt,

где U = Δφ₁₂ – напряжение. Эту работу называют работой электрического тока.

Если обе части формулы 

RI = U,

выражающей закон Ома для однородного участка цепи с сопротивлением R, умножить на IΔt, то получится соотношение 

R I² Δt = U I Δt = ΔA.

Это соотношение выражает закон сохранения энергии для однородного участка цепи.

Работа ΔA электрического тока I, протекающего по неподвижному проводнику с сопротивлением R, преобразуется в тепло ΔQ, выделяющееся на проводнике.

ΔQ = ΔA = R I² Δt.

Закон преобразования работы тока в тепло был экспериментально установлен независимо друг от друга Дж. Джоулем иЭ. Ленцем и носит название закона Джоуля–Ленца.

Мощность электрического тока равна отношению работы тока ΔA к интервалу времени Δt, за которое эта работа была совершена: 

Работа электрического тока в СИ выражается в джоулях (Дж), мощность – в ваттах (Вт).

Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме - удельная мощность тока равна скалярному произведению векторов плотности тока и  напряженности электрического поля:

 ,

где s - удельная проводимость;

r - удельное сопротивление среды.

 Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме носит совершенно общий характер, т. е. не зависит от природы сил, возбуждающих электрический ток. Закон Джоуля-Ленца, как показывает опыт, справедлив и для электролитов и для полупроводников.

17. . Обобщенный закон Ома для неоднородного участка цепи в интегральной и дифференциальной форме. Анализ обобщенного закона Ома. Замкнутая электрическая цепь. Соединение сопротивлений: последовательное и параллельное.

Напомним, что неоднородным называется участок цепи, на котором действуют сторонние силы, т.е. имеется источник ЭДС

Обобщенный закон Ома в дифференциальной форме: на неоднородном участке цепи под действием электростатического поля и поля сторонних сил_ст возникает плотность тока:

.

Анализ обобщенного закона Ома:

Источник ЭДС в цепи отсутствует: .

Соединение	Последовательное	Параллельное
Сохраняемая величина
Суммируемая величина	Напряжение	Сила тока
Результирующее сопротивление

Закон Ома для замкнутой цепи:,