ТОП 10:

Ємність плоского конденсатора.



e0 – електрична стала;

e – діелектрична проникність;

S – площина однієї з пластин плоского конденсатора;

d – відстань між пластинами;

Паралельне з”єднання конденсаторів:

Срез = С1 + С2 ;

n

Срез =å Сi ;

i = 1

Послідовне з”єднання:

C1 C2 1/Cрез = 1/С1 + 1/С2 ;

           
     

n

1/Срез =å 1/Сi ;

i = 1

8.

Енергія конденсатора

Надання провіднику електричного заряду пов’язане з виконанням роботи. Ця робота йде на збільшення електричної енергії зарядженого провідника.

 
 
 
 

 

 

    dA = ( j 1 - j 2 ) dq; j 2 = 0; r ® dA = j dq = (q/C) dq ; dA = dW ; (формула (11) і (12))

dW = ;

 

енергія відокремленого провідника :

W = q2/ 2C ; (20)

W = Cj2/ 2; (20a)

 

Енергія конденсатора

 

W = CU2/ 2 , де U = Dj – різниця потенціалів

між обкладками конденсатора.

 

W =( e0eS / 2d ) U2 - енергія електричного поля

в середині конденсатора

 

Поле в середині конденсатора є однорідним ( = const) – напруженість не змінюється ні за напрямком, ні за величиною.

 

E = U/d;

W = ( e0eS / 2d )E2d2 = (e0eE2 / 2) S×d ;

S × d = V ;

-об’єм діелектрикаміж пластинами конденсатора.

w = W / V;

- об’ємна густина електричного поля.

 

w = e0eE2 / 2; (21)

 

 

Електричне поле у середині конденсатора ми описали таким чином. Можна довести, що й електричне поле взагалі можна описати також формулами (20,20а), а об’ємну густину електричного поля формулою (21).

 


ЛЕКЦІЯ ХII

ТЕМА: ПОСТІЙНИЙ СТРУМ

 

ПЛАН

1. Умови існування струму і його характеристики.

2. Cторонні сили. Закони постійного струму.

3. Опір, залежність опору металів від температури.

4.Елементи класичної електронної теорії електропровідності металів. Закони Ома та Джоуля - Ленца в диференціальній формі.

5. Правила Кірхгофа.

 

1.

Електричний струм – це впорядкований направлений рух електричних зарядів. Вирізняють струм провідності. Він зумовлений рухом вільних зарядів. Конвекційний струм виникає при русі заряджених макроскопічних тіл.

До умов виникнення струму слід віднести:

1) присутність вільних електричних зарядів;

2) присутність електричного поля.

Кількісна міра електричного струму – сила струму І.

 

І = dq / dt ; ( 1 )

 

Сила струму чисельно дорівнює заряду, що проходить через поперечний переріз провідника за одиницю часу. Струм називається постійним, якщо його величина та напрям із часом не змінюються.

І = q / t ; ( 1a )

 

[ І ] =A = Kл / с ; А(Ампер)- основна одиниця Si .

 

Фізична величина, яка визначається силою струму, що приходить через одиницю площі поперечного перерізу провідника, розташованого перпендикулярно до напрямку руху електричних зарядів, має назву густини електричного струму.

 

j = dІ / dS ; [ j ] = A /м2 ;

.

У випадку постійного струму I = j S.

Можна показати, що

j = q no ,

 

де q – заряд, no – концентрація, v – швидкість дрейфу носіїв струму

 

 

j1 Q Å j2 > j1

 

Якщо з’єднати два однорідних провідники, заряджених до потенціалів j1 та j2 , то від 2 до 1 потече струм.

Цей процес буде відбуватися до тих пір, поки не зрівняються заряди, відповідно потенціали 1 і 2 та Dj1,2 не стане дорівнювати нулю й струм припиниться.

Для того, щоб підтримати у колі постійною різницю потенціалів (Dj = const), необхідна у колі наявність пристрою, в середині якого відбувався б процес перерозподілу електричних зарядів та їх перенесення до відповідного провідника.

Цей пристрій має назву джерело струму. Воно здійснює роботу з переміщення зарядів силами неелектричного походження. Ці сили називаються сторонніми сили (акумулятор – хімічна енергія; генератор – механічна енергія.)

Фізична величина, яка дорівнює роботі сторонніх сил і переміщення одиничного позитивного заряду, має назву електрорушійної сили(ЕРС)

e =Астор / q ; ( 2 )

= +

Загальна робота із переміщення заряду:

 

А = Акл + Астор

A / q = Aкл / q + Aстор / q ;Aстор / q = e ;

 

Aкл / q = j1 - j2– це різниця потенціалів двох точок поля;

A / q = U1,2– напруга між двома точками поля.

Напруга – це величина, яка дорівнює роботі кулонівських та сторонніх сил із перенесення одиниці заряду між двома будь- якими точками поля.

 

U12 = (j1 - j2) +e. ( 3 )

Для ділянки кола німецький фізик Ом установив:

 

І = U / R; (3а)

 

де – R опір провідника

 

Порівнявши ( 3 ) і ( 3а ), маємо:

 

J = (j1 - j2) +e/ R . ( 4 )

( 3а) – це закон Ома для ділянки кола в інтегральній формі.

( 4 ) – узагальнений закон Ома для ділянки кола з ЕРС.

 

 

3.

Чим визначається опір провідника і від чого він залежить?

 

1) Опір провідника залежить від його геометрії

 

R = r × ( L / S) ; деr -питомий опір

 

 

S

 

 

Причина виникнення опору в металевому провіднику – зіткнення електронів із вузлами кристалічної решітки.

 

r = rо ( 1+ a t); rо – питомий опір провідника при температурі 0°С
R = Rо ( 1+ a t);  

 

a– температурний коефіцієнт опору. Це характеристика матеріалу, яка залежить тільки від фізико-хімічних властивостей матеріалу провідника.

 

r     4,2°K T Різке зменшення опору металів при низьких температурах дістало назву надпровідності. Воно було відкрито у 1908 р. голландським фізиком Камерлінг-Онессом. Пояснення цього явища дано американським ученим у рамках теорії БКШ в 1954р. і полягає в тому, що при температурах 4,2°К і менше електрони об’єднуються у пари й рухаються по металу не поодинці, а парами (куперівські пари).

 

4.

Основи класичної теорії електропровідності були закладені у 1900 р. ученим Друде і були розвинені в роботах Лоренца. В основу цієї теорії були покладені уявлення про те, що електрони у металах за своїми фізичними властивостями подібні ідеальному, одноатомному газу і тому відпорядковуються його законам. З цієї теорії виходить, що густина електричного струму:

j = n e Vсер ; ( 5 )

  де n - концентрація електронів е - елементарний заряд ; Vсер - швидкість упорядкованого руху електронів;

 

n = N / V; де N - кількість електронів; V - о’бєм;

е = 1,6 × 10-19 Кл

Якщо скористуватися другим законом Ньютона

 

ma = F ; то враховуючи F = eE ; a = v / t , отримаємо:

j = ( e2nt / 2m ) Е;

s= e2nt/2m-коефіцієнт електропровідності ;

 

s= 1/ r-питома електропровідність;

j = s . ( 6 )

 

Закон Ома у диференціальній формі ( 6 )

Густина струму в даній точці поля прямо пропорційна напруженості в даній точці поля.

Експериментально був установлений закон Джоуля -Ленца, згідно з яким кількість теплоти, що виділяється при проходженні струму через нерухомий провідник, прямо пропорційна квадрату сили струму, опору провідника та часу проходження струму.

 

Q = І2 R t ; ( 7 )

 

Закон Джоуля - Ленца в інтегральній формі :

 

Q = ( U2 / R) × t . ( 7а )

 

Застосовуючи теорію Друде -Лоренца, можна одержати закон Джоуля- Ленца у диференціальній форми:

 

 

w = sE2 ; ; ( 8 )

w - густина теплової потужності струму.

w = Q / V × t- теплота, що виділяється в одиниці об’єму за одиницю часу.

 

5.

На практиці виникає потреба в розрахунку розгалужених ланцюгів, за допомогою двох правил Кірхгофа.

Вузол - це будь-яка точка розгалуженого ланцюга, в якій сходиться не менше від трьох провідників.

Алгебраїчна сила струмів, які сходяться у вузлі, дорівнює нулю.

 

n

å Іi = 0 ; ( 9 )

i = 1

У будь-якому замкненому ланцюгу алгебраїчна сума добутківI × Rдорівнює алгебраїчній сумі всіх ЕРС цього ланцюга.

 

N n

å Іi Ri = å ei ; ( 10 )

i = 1 i = 1


ЛЕКЦІЯ ХШ







Последнее изменение этой страницы: 2017-01-26; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.236.15.246 (0.045 с.)