Контур с током в магнитном поле Ферромагнетики Дифракция света Поляризационные призмы и поляроиды Поглощением (абсорбцией) света Основы квантовой механики Туннельный эффект Физика атомного ядра Гамма-излучение
Учебник по физике Магнитное поле кругового тока Электростатика Классическая механика

Учебник по физике. Конспект лекций и примеры решения задач

Работа и мощность постоянного тока

 Пусть на концах участка цепи существует и поддерживается напряжение U. Тогда за время t через любое сечение проходит заряд q = I×t, это равносильно переносу силами электрического поля заряда q с одного конца проводника на другой. Поскольку

U12 = j1 - j2 + Е12, т.е. работа по переносу заряда совершается кулоновскими и сторонними силами, работа сил будет равна

 A = qU = IUt.  (20.15)

 Мощность, развиваемая током на рассматриваемом участке цепи, будет равна

  I(j1 - j2) + IЕ12. (20.16)

 В выражении (20.16)

 Рист = IЕ12 – мощность источника тока.

 Используя выражение закона Ома для однородного участка цепи, можно записать выражения

  (20.17)

каждое из которых можно равноправно применять при расчете различных цепей, последовательно или параллельно соединенных.

 Эта мощность может расходоваться на совершение рассматриваемым участком цепи работы против внешних сил (если проводник может перемещаться, например, под действием магнитного поля), на протекание химических реакций в объёме, на ионизацию газа, излучение света, на нагревание проводников.

Закон Джоуля – Ленца в интегральной и дифференциальной формах

При прохождении по проводнику тока проводник нагревается. Джоуль и независимо от него Ленц обнаружили экспериментально, что количество выделяющегося в проводнике тепла пропорционально его сопротивлению, квадрату силы тока и времени:

 Q = RI2t. (20.15)

Если сила тока изменяется со временем, то

. (20.16)

Соотношения (20.15) и (20.16) выражают закон Джоуля – Ленца в интегральной форме. Подставляя R в Омах, i в амперах, а t в секундах, Q получим в джоулях.

При выводе закона Джоуля – Ленца в дифференциальной форме необходимо ввести некоторые специфические понятия и величины. Количество тепла dQ, отнесенное к единице времени и единице объема, назовем удельной мощностью тока w или плотностью тепловой мощности.

 То-есть

  (20.17)

 Используя выражение (20.15) Q = RI2t и определение сопротивления  получим

 

 Вспомним, что  а j = g×E по закону Ома в дифференциальной форме.

Тогда 

 w = g×E2 . (20.18) 

Уравнение (20.18) отражает закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме.

Чтобы, исходя из него, получить количество тепла, выделяющееся во всем проводнике за время t, нужно проинтегрировать w по объему проводника в некоторый момент времени t, а затем полученное выражение проинтегрировать по времени t:

 

Постоянный электрический ток Основные понятия и определения Если в проводнике создать электрическое поле, то носители заряда придут в упорядоченное движение: положительные в направлении поля, отрицательные в противоположную сторону. Упорядоченное движение зарядов называется электрическим током. Ток может течь в твердых телах (металлы, полупроводники), в жидкостях (электролиты), в газах (газовый разряд), в вакууме (пучки электронов, ионов, протонов). Его принято характеризовать силой тока - скалярной величиной, равной заряду, переносимому носителями через рассматриваемую поверхность (например, через поперечное сечение проводника) в единицу времени.

Закон Ома для однородного участка цепи в интегральной и дифференциальной форме. Сопротивление проводников Ом экспериментально установил закон, согласно которому сила тока, текущего по однородному металлическому проводнику, пропорциональна падению напряжения U на проводнике:  

Разветвленные цепи. Правила Кирхгофа Расчет разветвленных цепей значительно упрощается, если пользоваться правилами, сформулированными Кирхгофом. Этих правил два. Первое из них относится к узлам цепи. Узлом называется точка, в которой сходится более чем два проводника

Основы классической электронной теории Электронная теория проводимости металлов была впервые создана П. Друде в 1900 г. и получила дальнейшее развитие в работах Г. Лоренца. С точки зрения классической электронной теории высокая электропроводность металлов объясняется наличием огромного числа носителей тока - электронов проводимости, перемещающихся по всему объему проводника. Друде предположил, что электроны проводимости в металле можно рассматривать как электронный газ, обладающий свойствами идеального одноатомного газа.

Магнитное поле До начала 19-го века единственным источником магнитного поля, известным Человечеству, были постоянные магниты. Они применялись в виде магнитных стрелок компаса (древний Китай), священниками («плавающий гроб» Магомета в Мекке), были попытки применения магнитов для лечения болезней (растирали руду в порошок и беспощадно заставляли пить суспензию). Ни о какой физической ясности о природе явления, конечно, не было.


Физика атомного ядра