Скласти схему із 8(восьми) конденсаторів (змішане з’єднання). Самостійно задати ємності та загальну напругу. Знайти напруги та заряди на кожному із конденсаторів.

 

 

Заняття № 29 ____________2010р.

Тема: Електричний струм в металах. Електричний струм. Напрям електричного струму. Сила струму. Густина струму. Концентрація вільних носіїв та їх швидкість. Електричне коло. Активний опір провідників. Питомий опір. Провідність. Залежність опору від температури. Надпровідність. Закон Ома для ділянки кола.

Основні положення та означення.

1. Метали мають кристалічну будову. У вузлах таких кристалів знаходяться позитивні іони, а міжвузловий простір заповнено електронами, що хаотично рухаються. Ці електрони називають вільними бо вони знаходяться за межами атомів. Якщо такий провідник помістити в електричне поле то усі вільні електрони будуть напрямлено рухатись протилежно напрямку ліній напруженості поля.
2. Електричним струмом називають напрямлений рух вільних носіїв заряду під дією електричного поля.
3. За напрям електричного струму приймають напрям руху позитивних частинок в електричному полі.
4. Електричним струмом у металах називають напрямлений рух вільних електронів під дією електричного поля.
5. Електричний струм характеризують двома величинами – силою струму та його густиною.
6. Силою струму називають векторну фізичну величину яка показує заряд, що проходить через поперечний переріз провідника за одиницю часу. (позначається літерою - І, одиниця вимірювання – ампер (А))
7. Якщо сила струму з часом не змінюється ні за модулем ні за напрямом то такий струм називають постійним.
8. Густиною струму називають векторну фізичну величину яка показує силу струму, що припадає на одиницю площі поперечного перерізу провідника по якому протікає струм. (позначається літерою - , одиниця вимірювання - ампер поділено на метр квадратний ())
9. Врахувавши, що провідник має форму циліндра визначаємо залежність густини струму від швидкості руху вільних електронів та їх концентрації: Отже: густина струму прямо пропорційна концентрації вільних носіїв заряду та їх швидкості.
10. Для отримання електричного струму необхідно утворити електричне коло. В загальному випадку електричне коло складається з джерела електричної енергії, споживачів електричної енергії та з’єднувальних провідників: - _ + резистор ел. лампа

джерело споживачі провідник

1. Властивість провідника чинити протидію електричному струму називають електричним опором провідника. (одиниця вимірювання – ом (Ом))
2. Якщо при проходженні електричного стуму через провідник на ньому виділяється тепло то опір такого провідника називають активним Активний опір провідника позначають літерою – R.
3. Активний опір провідника залежить від: речовини з якої він виготовлений, довжини провідника, площі поперечного перерізу провідника та його температури. ( - довжина провідника, S – площа поперечного перерізу, - питомий опір провідника)
4. Величину обернену до активного опору провідника називають провідністю. (позначають літерою - одиниця вимірювання – сіменс (См)),
5. Питомий опір провідника – фізична величина, яка показує опір провідника довжиною один метр та площею поперечного перерізу один метр квадратний, виготовленого із заданої речовини . (позначається літерою - , одиниця вимірювання - ом помножений на метр (Ом ∙м). табличне значення)
6. У техніці використовують провідники досить малої площі поперечного перерізу. Тому одиниця питомого опору є
7. Активний опір провідника залежить від температури. Із збільшенням температури активний опір збільшується, а із зменшенням температури - зменшується ( - опір провідника при температурі 0⁰С). - температурний коефіцієнт опору – фізична величина яка показує на яку частину від початкового опору змінюється опір провідника при зміні його температури на один градус. (одиниця вимірювання – кельвін у мінус першій степені ) Речовина: питомий опір (Ом ∙м) температурний коефіцієнт опору (К^-1) 1.Алюміній 0,0038 2. Мідь 17,2∙10 ^-9 0,0043 3. Залізо 98 ∙10 ^-9 0,0062 4. Вольфрам 55∙10 ^-9 0,0051 5. Нікелін 400∙10 ^-9 0,000017 6. Ніхром 980∙10 ^-9 0,00026 7. Срібло 16∙10 ^-9
8. Експериментально встановлено, що при наднизьких температурах () у провідниках зникає активний опір. Це явище назвали надпровідністю.
9. Для довільної ділянки електричного кола, що не містить джерела електричної енергії є справедливим закон: Сила струму на ділянці кола, що не містить джерела електричної енергії прямо пропорційна напрузі на цій ділянці і обернено пропорційна опору цієї ділянки Даний закон називають законом Ома для ділянки кола

Конспект.

Розв’язування задач.

Модель № 1. (провідник із струмом, струм розглядають як деяку кількість рухомих електронів)

 

1. Через лампу розжарювання проходить струм 0,8 А. Скільки вільних електронів проходить через поперечний переріз нитки лампи за 1 с? Заряд електрона рівний 1,6∙10 ^{- 19}Кл.

а) 25∙10¹⁸; б) 5∙10¹⁸; в) 8∙10¹⁸; г) 4∙10¹⁸

 

 

Модель № 2. (зв’язок густини струму, заряду,часу, сили струму із швидкістю та концентрацією)

2. Яка середня швидкість напрямленого руху електронів в металевому провіднику, якщо за 10с через поперечний переріз провідника пройшло 100 Кл електрики? Площа поперечного перерізу провідника 5 мм², заряд електрона дорівнює 1,6∙10 ^{- 19}Кл, концентрація електронів 8∙10²⁸м ^{- 3}. а) 0,3 мм/с; б) 1,56∙10'⁴м/с; в) 2 м/с; г) 100 м/с

 

 

.

 

Модель № 3. (провідник. змінюються параметри, що описують його опір)

(питомий опір. див у табл..)

(густина, див. табл..)

Початкові умови: Кінцеві умови:

1) 2)

3. У скільки разів зміниться опір провідника (без ізоляції), якщо його зігнути навпіл і скрутити? а) збільшиться в 4 рази; б) зменшиться в 2 рази; в) зменшиться в 4 рази; г) збільшиться в 2 рази

Модель № 4. (провідник. при зміні температури змінюється опір)

Початкові умови: Кінцеві умови

 

Див. у табл..

4. Опір обмотки електромагніта виготовленої з мідного дроту, при температурі 20°С був 2 Ом, а після тривалої роботи став 2,4 Ом. До якої температури нагрілася обмотка? Температурний коефіцієнт опору міді при температурі 0°С рівний 0,0043 К^-1.

а) 25°С; б) 96°С; в) 300 К; г) 70,51°С; д) вірної відповіді тут немає.

Модель № 4. (Самостійно)

5/. Яка силу струму в сталевому провіднику довжина якого 10 м і площа поперечного перерізу 2 мм², якщо на нього подано напругу 12 мВ? Питомий опір сталі 12∙10 ^-8Ом∙м. а) 2 А; б) 1 А; в) 0,5 мА; г) 20 мА

 

Домашнє завдання.