Постоянный электрический ток. (Лекция 5) презентация

Постоянный электрический ток
Электрический ток – упорядоченное движение заряженных частиц.
Сила тока
Плотность тока

Постоянный электрический ток
Сторонние силы – любые силы не электростатической природы, действующие на заряды.
Электродвижущая сила (ЭДС) – работа сторонних сил по переносу единичного положительного заряда.

Напряжение
– работа всех сил по переносу единичного положительного заряда

Обозначения на схемах
– Резистор с постоянным электрическим сопротивлением
– Резистор с переменным электрическим сопротивлением

Закон Ома
А
V
R
I
U
Т=const

Закон Ома

Последовательное соединение проводников
При последовательном соединении токи через все проводники одинаковые, а разности потенциалов (напряжения) разные
I
R1
Rn
R2
U1
U
U2
Un

Параллельное соединение проводников
При последовательном соединении разности потенциалов на всех проводниках одинаковые, а токи потенциалов разные
I
R1
Rn
R2
U

Удельное электросопротивление

Закон Ома в дифференциальной форме

Закон Джоуля-Ленца
Интегральная форма
Мощность тока
Тепло, выделяемое в проводнике
Дифференциальная форма
Работа тока

Правила Кирхгоффа
(Kirchhoff G.,1824-1887)
Электрическая цепь, содержащая в себе узлы, называется разветвленной. Узел – место в цепи, где сходятся три или более проводников
Первое правило Кирхгофа является следствием закона сохранения заряда в применении к узлу, через который протекают постоянные токи.
Если в цепи имеется N узлов, то пишется N -1 уравнение для любых узлов.
Первое правило: алгебраическая сумма всех токов, сходящихся в узле равна нулю:
Плюс – если ток втекает в узел, минус – если ток вытекает из узла.

Пример задачи на правила Кирхгоффа
Если в цепи имеется N узлов, то пишется N -1 уравнение для любых узлов.
Плюс – если ток втекает в узел, минус – если ток вытекает из узла.

Правила Кирхгоффа
(Kirchhoff G.,1824-1887)
Второе правило: для любого замкнутого контура, выделенного внутри разветвленной цепи, алгебраическая сумма падений напряжений на сопротивлениях равна алгебраической сумме ЭДС, действующих в этом контуре:
Второе правило Кирхгофа является следствием равенства нулю циркуляции электростатического поля по замкнутому контуру, то есть следствием его потенциальности.
Если в цепи имеется M токов (ветвей) и N узлов, то пишется M – (N -1) уравнение для любых контуров.
Плюс – если направление тока совпадает с направлением обхода.
Плюс – если направление от минуса к плюсу совпадает с направлением обхода.

Если в цепи имеется M токов (ветвей) и N узлов, то пишется M – (N -1) уравнение для любых контуров.
Плюс – если направление тока совпадает с направлением обхода.
Пример задачи на правила Кирхгоффа
Плюс – если направление от минуса к плюсу совпадает с направлением обхода.

Пример задачи на правила Кирхгоффа

Основы классической теории электропроводности металлов
(модель Друде – Лоренца, 1900 г.)
Drude
Paul Karl Ludwig
1863-1906
1853-1928
Lorentz
Hendrik

Механизм электропроводности металлов.

Постоянный электрический ток

Оценка средней скорости кооперативного движения электронов проводимости

Основные положения классической теории проводимости Друде –Лоренца.
1. Носители заряда – электроны, движение которых подчиняется законам классической механики.
2. Можно не учитывать столкновения электронов друг с другом. Взаимодействие с ионами – упругие столкновения.
3. Поведение электронов подобно поведению молекул идеального газа (электронный газ)
Средняя скорость хаотического движения электронов

Движение заряда в электрическом поле

Закон Ома в дифференциальной форме

Закон Джоуля–Ленца
в дифференциальной форме
Кинетическая энергия, передающаяся иону:
Общее число столкновений электронов
с ионами в единицу времени

Длина свободного пробега
Медь:

Взаимодействие электронов с ионами
С повышением температуры и степени загрязнения средняя длина свободного пробега электронов в металле уменьшается

Зависимость сопротивления металлов от температуры.
Открытие сверхпроводимости (Г.Камерлинг-Онесс, 1911 г.)
Зависимость сопротивления металлов от температуры
в широком диапазоне температур вблизи Т= 300 К: R~T
1 - металл с примесями
2 - чистый металл или интерметаллид
Тк
1
2
Тк – температура перехода в сверхпроводящее состояние

Трудности классической теории
Объяснение сверхпроводимости дано в 1967 г. Дж. Бардиным, Л. Купером, Дж. Шриффером (США) на основе квантовой теории.