Слайд 2
Электрическим током называется упорядоченное движение заряженных частиц.Чтобы получить электрический ток в проводнике, надо создать в нем электрическое поле. Под действием этого поля заряженные частицы, которые могут свободно перемещаться в этом проводнике,придут в движение в направлении действия на них электрических сил. Возникает электрический ток.Чтобы электрический ток в проводнике существовал длительное время,необходимо все это время поддерживать в нем электрическое поле. Электрическое поле в проводниках создается и может длительное время поддерживаться источниками электрического тока.
Слайд 3
Полюса источника тока
Источники тока бывают различные, но во всяком из них совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц. Разделенные частицы накапливаются на полюсах источника тока. Так называют места,к которым с помощью клемм или зажимов подсоединяют проводники. Один полюс источника тока заряжается положительно, а другой –отрицательно.
Слайд 4
Источники тока
В источниках тока в процессе работы по разделению заряженных частиц происходит превращение механической работы в электрическую. Так например в электрофорной машине(см. рис.) в электрическую энергию превращается механическая энергия
Слайд 5
Электрическая цепь и ее составные части
Для того чтобы использовать энергию электрического тока, нужно прежде всего иметьисточник тока. Электродвигатели, лампы, плитки, всевозможные электробытовые приборы называютприемниками илипотребителями электрической энергии.
Слайд 6
Условные обозначения, применяемые на схемах
Электрическую энергию нужно доставить к приемнику. Для этого приемник соединяют с источником электрической энергии проводами. Чтобы включать и выключать в нужное время приемники, применяют ключи, рубильники, кнопки, выключатели. Источник тока, приемники, замыкающие устройства,соединенные между собой проводами, составляют простейшую электрическую цепь Чтобы в цепи был ток,она должна быть замкнутой.Если в каком – нибудь месте провод оборвется,то ток в цепи прекратится.
Слайд 7
Схемы
Чертежи, на которых изображены способы соединения электрических приборов в цепь, называют схемами. На рисунке а) изображен пример электрической цепи.
Слайд 8
Электрический ток в металлах
Электрический ток в металлах представляет собой упорядоченное движение свободных электронов. Доказательством того, что ток в металлах обусловлен электронами,явились опыты физиков из нашей страны Л.И. Мендельштама и Н.Д. Папалекси(см.рис.), а так же американских физиков Б. Стюарта и РобертаТолмена.
Слайд 9
Узлы кристаллической решетки металла
В узлах кристаллической решетки металла расположены положительные ионы, а в пространстве межлу ними движутся свободные электроны, т. е. Не связанные с ядрами своих атомов (см. рис.). Отрицательный заряд всех свободных электронов по абсолютному значению равен положительному заряду всех ионов решетки. Поэтому в обычных условиях металл электрически нейтрален.
Слайд 10
Движение электронов
Когда в металле создается электрическое поле, оно действует на электроны с некоторой силой и сообщает ускорение в направлении, противоположном направлению вектора напряженности поля. Поэтому в электрическом поле беспорядочно движущиеся электроны смещаются в одном направлении, т.е. движутся упорядоченно.
Слайд 11
Движение электронов частично напоминает дрейф льдин во время ледохода…
Когда они,двигаясь беспорядочно и сталкиваясь друг с другом, дрейфуют по течению реки. Упорядоченное перемещение электронов проводимости и представляет собой электрический ток в металлах.
Слайд 12
Действие электрического тока.
О наличии электрического тока в цепи мы можем судить лишь по различным явлениям, которые вызывает электрический ток. Такие явления называют действиямитока. Некоторые из этих действий легко наблюдать на опыте.
Слайд 13
Тепловое действие тока…
…можно наблюдать, например, присоеденив к полюсам источника тока железную или никелиновую проволоку. Проволока при этом нагревается и, удлинившись, слегка провисает. Ее даже можно раскалить докрасна. В электрических лампах, например, тонкая вольфрамовая проволочка нагревается током да яркого свечения
Слайд 14
Химическое действие тока…
… состоит в том, что в некоторых растворах кислот при прохождении через них электрического тока наблюдается выделение веществ. Вещества,содержащиеся в растворе,откладываются на электродах, опущенных в этот раствор. Например,при пропускании тока через раствор медного купороса на отрицательно заряженном электроде выделится чистая медь. Это используют для получения чистых металлов.
Слайд 15
Магнитное действие тока …
… также можно наблюдать на опыте. Для этого медный провод, покрытый изоляционными материалом, нужно намотать на железный гвоздь, а концы провода соединить с источником тока. Когда цепь замкнута,гвоздь становится магнитом и притягивает небольшие железные предметы: гвозди, железные стружки, опилки. С исчезновением тока в обмотке гвоздь размагничивается.
Слайд 16
Рассмотрим теперь взаимодействие между проводником с током и магнитом.
На рисунке изображена висящая на нитях небольшая рамочка, на которую навито несколько витков тонкой медной проволоки. Концы обмотки присоединены к полюсам источника тока. Следовательно, в обмотке существует электрический ток, но рамка висит неподвижно. Если рамку поместить теперь между полюсами магнита, то она станет поворачиваться.
Слайд 17
Направление электрического тока.
Так как в большинстве случаев мы имеем дело с электрическим током в металлах, то за направление тока в цепи разумно было бы принять направление движения электронов в электрическом поле, т.е. считать, что ток направлен от отрицательного полюса источника к положительному. За направление тока условно приняли то направление, по которому движутся в проводнике положительные заряды, т.е. направление от положительного полюса источника тока к отрицательному. Это учтено во всех правилах и законах электрического тока.
Слайд 18
Сила тока.Единицы силы тока.
Электрический заряд,проходящий через поперечное сечение проводника в 1с, определяет силу тока в цепи. Значит, сила тока равна отношению электрического зарядаq, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохожденияt. Где I–сила тока.
Слайд 19
Опыт по взаимодействию двух проводников с током.
На Международной конференции по мерам и весам в 1948 году было решено в основу определения единицы силы тока положить явление взаимодействия двух проводников с током. Ознакомимся сначала с этим явлением на опыте…
Слайд 20
Опыт
На рисунке изображены два гибких прямых проводника, расположенных параллельно друг другу. Оба проводника подсоединены к источнику тока. При замыкании цепи по проводникам протекает ток, вследствие чего они взаимодействуют –притягиваются или отталкиваются,в зависимости от направления токов в них. Силу взаимодействия проводников с током можно измерить, она зависит от длины проводника, расстояния между ними, среды, в которой находятся проводники, от силы тока в проводниках.
Слайд 21
Единицы силы тока.
За единицу силы тока принимают силу тока, при которой отрезки таких параллельных проводников длиной 1м взаимодействуют с силой 0,0000002 Н. Эту единицу силы тока называют ампером(А) .Так как она названа в честь французского ученого Андре Ампера.
При измерении силы тока амперметр включают в цепь последовательно с тем прибором, силу тока в котором измеряют. В цепи,состоящей из источника тока и ряда проводников,соединенных так, что конец одного проводника соединяется с началом другого,сила тока во всех участках одинакова.
Слайд 25
Сила тока- очень важная характеристика электрической цепи. Работающим с электрическими цепями надо знать, что для человеческого организма безопасной считается сила тока до1 Ма. Сила тока бльше100 Ма приводит к серьезным поражениям организма.
Посмотреть все слайды
Слайд 1
План лекции 1. Понятие о токе проводимости. Вектор тока и сила тока. 2. Дифференциальная форма закона Ома. 3. Последовательное и параллельное соединение проводников. 4. Причина появления электрического поля в проводнике, физический смысл понятия сторонних сил. 5. Вывод закона Ома для всей цепи. 6. Первое и второе правила Кирхгофа. 7. Контактная разность потенциалов. Термоэлектрические явления. 8. Электрический ток в различных средах. 9. Ток в жидкостях. Электролиз. Законы Фарадея.
Слайд 2
Электрическим током называется упорядоченное движение электрических зарядов. Носителями тока могут быть электроны, ионы, заряженные частицы. Если в проводнике создать электрическое поле, то в нем свободные электрические заряды придут в движение – возникает ток, называемый током проводимости. Если в пространстве перемещается заряженное тело, то ток называется конвекционным. 1. Понятие о токе проводимости. Вектор тока и сила тока
Слайд 3
За направление тока принято принимать направление движения положительных зарядов. Для возникновения и существования тока необходимо: 1.наличие свободных заряженных частиц; 2.наличие электрического поля в проводнике. Основной характеристикой тока является сила тока, которая равна величине заряда, прошедшего за 1 секунду через поперечное сечение проводника. Где q – величина заряда; t – время прохождения заряда; Сила тока величина скалярная.
Слайд 4
Электрический ток по поверхности проводника может быть распределен неравномерно, поэтому в некоторых случаях пользуются понятием плотность токаj. Средняя плотность тока равна отношению силы тока к площади поперечного сечения проводника. Где j – изменение тока; S – изменение площади.
Слайд 5
Плотность тока
Слайд 6
В 1826 г. немецкий физик Ом опытным путем установил, что сила тока J в проводнике прямо пропорциональна напряжению U между его концами Где k – коэффициент пропорциональности, называемый электропроводностью или проводимостью; [k] = [См] (сименс). Величина называется электрическим сопротивлением проводника. закон Ома для участка электрической цепи, не содержащей источника тока 2. Дифференциальная форма закона Ома
Слайд 7
Выражаем из этой формулы R Электрическое сопротивление зависит от формы, размеров и вещества проводника. Сопротивление проводника прямо пропорционально его длине l и обратно пропорционально площади поперечного сеченияS Где – характеризует материал, из которого изготовлен проводник и называется удельным сопротивлением проводника.
Слайд 8
Выразим : Сопротивление проводника зависит от температуры. С увеличением температуры сопротивление увеличивается ГдеR0 – сопротивление проводника при 0С; t – температура; – температурный коэффициент сопротивления (для металла 0,04 град-1). Формула справедлива и для удельного сопротивления Где0 – удельное сопротивление проводника при 0С.
Слайд 9
При низких температурах (
Слайд 10
Перегруппируем члены выражения Где I/S=j– плотность тока; 1/= – удельная проводимость вещества проводника; U/l=Е – напряженность электрического поля в проводнике. закон Ома в дифференциальной форме.
Слайд 11
Закон Ома для однородного участка цепи. Дифференциальная форма закона Ома.
Слайд 12
3. Последовательное и параллельное соединение проводников
Последовательное соединение проводников I=const(по законусохранения заряда); U=U1+U2 Rобщ=R1+R2+R3 Rобщ=Ri R=N*R1 (Для N одинаковых проводников) R1 R2 R3
Слайд 13
Параллельное соединение проводников U=const I=I1+I2+I3 U1=U2=U R1 R2 R3 Для N одинаковых проводников
Слайд 14
4. Причина появления электрического тока в проводнике. Физический смысл понятия сторонних сил Для поддержания постоянного тока в цепи, необходимо разделять положительные и отрицательные заряды в источнике тока, для этого на свободные заряды должны действовать силы неэлектрического происхождения, называемые сторонними силами. За счет создаваемого сторонними силами поля электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля.
Слайд 15
Благодаря этому на концах внешней цепи поддерживается разность потенциалов и в цепи идет постоянный электрический ток. Сторонние силы вызывают разделение разноименных зарядов и поддерживают разность потенциалов на концах проводника. Добавочное электрическое поле сторонних сил в проводнике создается источниками тока (гальваническими элементами, аккумуляторами, электрическими генераторами).
Слайд 16
ЭДС источника тока Физическая величина равная работа сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда между полюсами источника называется электродвижущей силой источника тока (ЭДС).
Слайд 17
ЗаконОма для неоднородного участка цепи
Слайд 18
5. Вывод закона Ома для замкнутой электрической цепи
Пусть замкнутая электрическая цепь состоит из источника тока с , с внутренним сопротивлением r и внешней части, имеющей сопротивление R. R – внешнее сопротивление; r – внутреннее сопротивление. где – напряжение на внешнем сопротивлении; А – работа по перемещению заряда q внутри источника тока, т. е. работа на внутреннем сопротивлении.
Слайд 19
Тогда так как, то перепишем выражение для : , Так как согласно закона Ома для замкнутой электрической цепи (=IR) IR и Ir – падение напряжения на внешнем и внутреннем участках цепи,
Слайд 20
То -закон Ома для замкнутой электрической цепи В замкнутой электрической цепи электродвижущая сила источника тока равна сумме падений напряжения на всех участках цепи.
Слайд 21
6. Первое и второе правила Кирхгофа Первое правило Кирхгофа является условием постоянства тока в цепи. Алгебраическая сумма сил тока в узле разветвления равна нулю где n – число проводников; Ii – токи в проводниках. Токи, подходящие к узлу, считаются положительными, выходящие из узла – отрицательными. Для узла А первое правило Кирхгофа запишется:
Слайд 22
Первое правило Кирхгофа Узлом электрической цепи называется точка в которой сходится не менее трех проводников. Сумма токов сходящихся в узле равна нулю – первое правило Кирхгофа. Первое правило Кирхгофа является следствием закона сохранения заряда – в узле электрический заряд накапливаться не может.
Слайд 23
Второе правило Кирхгофа Второе правило Кирхгофа является следствием закона сохранения энергии. В любом замкнутом контуре разветвленной электрической цепи алгебраическая сумма Ii на сопротивления Ri соответствующих участков этого контура равна сумме приложенных в нем ЭДС i
Слайд 24
Второе правило Кирхгофа
Слайд 25
Для составления уравнения необходимо выбрать направление обхода (по часовой стрелке или против нее). Все токи, совпадающие по направлению с обходом контура, считаются положительными. ЭДС источников тока считаются положительными, если они создают ток, направленный в сторону обхода контура. Так, например, правило Кирхгофа для I, II, III к. I I1r1 + I1R1 + I2r2 + I2R2 = – 1 –2 II–I2r2 – I2R2 + I3r3 + I3R3= 2 + 3 IIII1r1 + I1R1 + I3r3 + I3R3 = – 1 + 3 На основании этих уравнений производится расчет цепей.
Слайд 26
7. Контактная разность потенциалов. Термоэлектрические явления Электроны, обладающие наибольшей кинетической энергией, могут вылететь из металла в окружающее пространство. В результате вылета электронов образуется “электронное облако”. Между электронным газом в металле и “электронным облаком” существует динамическое равновесие. Работа выхода электрона – это работа, которую нужно совершить для удаления электрона из металла в безвоздушное пространство. Поверхность металла представляет собой двойной электрический слой, подобный очень тонкому конденсатору.
Слайд 27
Разность потенциалов между обкладками конденсатора зависит от работы выхода электрона. Гдее – заряд электрона; – контактная разность потенциалов между металлом иокружающей средой; А – работа выхода (электрон-вольт – Э-В). Работа выхода зависит от химической природы металла и состояния его поверхности(загрязнение, влага).
Слайд 28
Законы Вольта: 1. При соединении двух проводников, изготовленных из различных металлов, между ними возникает контактная разность потенциалов, которая зависит только от химического состава и температуры. 2. Разность потенциалов между концами цепи, состоящей из последовательно соединенных металлических проводников, находящихся при одинаковой температуре, не зависит от химического состава промежуточных проводников. Она равна контактной разности потенциалов, возникающих при непосредственном соединении крайних проводников.
Слайд 29
Рассмотрим замкнутую цепь, состоящую из двух металлических проводников 1 и 2. ЭДС, приложенная к этой цепи равна алгебраической сумме всех скачков потенциала. Если температуры слоев равны, то =0. Если температуры слоев различны, например, тогда Где – постоянная, характеризующая свойства контакта двух металлов. В этом случае в замкнутой цепи появляется термоэлектродвижущая сила, прямо пропорциональная разности температур обоих слоев.
Слайд 30
Термоэлектрические явления в металлах широко используются для измерения температуры. Для этого используются термоэлементы или термопары, представляющие собой две проволоки, изготовленные из различных металлов и сплавов. Концы этих проволок спаяны. Один спай помещается в среду, температуру Т1 которой нужно измерить, а второй – в среду с постоянной известной температурой. Термопары имеют ряд преимуществ перед обычными термометрами: позволяют измерять температуры в широком диапазоне от десятков до тысяч градусов абсолютной шкалы.
Слайд 31
Газы в нормальных условиях являются диэлектрикамиR=>∞, состоят их электрически нейтральных атомов и молекул. При ионизации газов возникают носители электрического тока (положительные заряды). Электрический ток в газах называется газовым разрядом. Для осуществления газового разряда к трубке с ионизированным газом должно быть электрическое или магнитное поле.
Слайд 32
Ионизация газа - это распад нейтрального атома на положительный ион и электрон под действием ионизатора (внешних воздействий – сильного нагревания, ультрафиолетовых и рентгеновских лучей, радиоактивных излучений, при бомбардировке атомов (молекул) газов быстрыми электронами или ионами). Ион электрон атом нейтральный
Слайд 33
Мерой процесса ионизации является интенсивность ионизации, измеряемая числом пар противоположно заряженных частиц, возникающих в единичном объеме газа за единичный промежуток времени. Ударной ионизацией называется отрыв от атома (молекулы) одного или нескольких электронов, вызванный соударением с атомами или молекулами газа электронов или ионов, разогнанных электрическим полем в разряде.
Слайд 34
Рекомбинация - это соединение электрона с ионом в нейтральный атом. Если действия ионизатора прекращается, газ снова становится диалектиком. электрон ион
Слайд 35
1.Несамостоятельный газовый разряд – это разряд, существующий только под действием внешних ионизаторов. Вольтамперная характеристика газового разряда:по мере увеличения U растет число заряженных частиц, достигающих электрода и возрастает ток до I=Iк, при котором все заряженные частицы достигают электродов. При этом U=Uк ток насыщения Где е – элементарный заряд; N0 – максимальное число пар одновалентных ионов, образующихся в объеме газа за 1 с.
Слайд 36
2.Самостоятельный газовый разряд – разряд в газе, который сохраняется после прекращения действия внешнего ионизатора. Поддерживается и развивается за счет ударной ионизации. Несамостоятельный газовый разряд переходит в самостоятельный при Uз – напряжении зажигания. Процесс такого перехода называется электрическим пробоем газа. Различают:
Слайд 37
Коронный разряд– возникает при высоком давлении и в резко неоднородном поле с большой кривизной поверхности, применяется при обеззараживании семян сельскохозяйственных культур. Тлеющий разряд– возникает при низких давлениях, используется в газосветных трубках, газовых лазерах. Искровойразряд – при Р=Ратм ипри больших электрического поля - молния (токи до нескольких тысяч Ампер, длина – несколько километров). Дуговой разряд – возникает между близко сдвинутыми электродами,(Т=3000 °С – при атмосферном давлении. Используется как источник света в мощных прожекторах, в проекционной аппаратуре.
Слайд 38
Плазма – особое агрегатное состояние вещества, характеризующееся высокой степенью ионизации его частиц. Плазма подразделяется на: – слабо ионизированную ( – доли процента – верхние слои атмосферы, ионосфера); – частично ионизированную (несколько %); – полностью ионизированную (солнце, горячие звезды, некоторые межзвездные облака). Искусственно созданная плазма используется в газоразрядных лампах, плазменных источниках электрической энергии, магнитодинамических генераторах.
Слайд 39
Эмиссионные явления: 1. Фотоэлектронная эмиссия – вырывание под действием света электронов с поверхности металлов в вакууме. 2. Термоэлектронная эмиссия – испускание электронов твердыми или жидкими телами при их нагревании. 3. Вторичная электронная эмиссия – встречный поток электронов с поверхности, бомбардируемой электронами в вакууме. Приборы, основанные на явлении термоэлектронной эмиссии, называются электронными лампами.
Слайд 40
В твердых телах электрон взаимодействует не только со своим атомом, но и с другими атомами кристаллической решетки, происходит расщепление энергетических уровней атомов с образованием энергетической полосы. Энергия этих электронов может находиться в пределах заштрихованных областей, называемых разрешенными энергетическими зонами. Дискретные уровни разделены областями недозволенных значений энергии – запрещенными зонами (ширина их соизмерима с шириной запретных зон). Различия в электрических свойствах различных типов твердых тел объясняется: 1) шириной запрещенных энергетических зон; 2) различным заполнением электронами разрешенных энергетических зон
Слайд 41
Многие жидкости очень плохо проводят электрический ток (дистиллированная вода, глицерин, керосин и т.д.). Водные растворы солей, кислот и щелочей хорошо проводят электрический ток. Электролиз – прохождение тока через жидкость, вызывающее выделение на электродах веществ, входящих в состав электролита. Электролиты – вещества, обладающие ионной проводимостью. Ионная проводимость – упорядоченное движение ионов под действием электрического поля. Ионы – атомы или молекулы, потерявшие или присоединившие к себе один или несколько электронов. Положительные ионы – катионы, отрицательные – анионы.
Слайд 42
Электрическое поле создается в жидкости электродами (“+” – анод, “–” – катод). Положительные ионы (катионы) движутся к катоду, отрицательные – к аноду. Возникновение ионов в электролитах объясняется электрической диссоциацией – распадом молекул растворимого вещества на положительные и отрицательные ионы в результате взаимодействия с растворителем (Na+Cl-; H+Cl-; K+I-…). Степенью диссоциацииαназывается число молекул n0, диссоциировавших на ионы, к общему числу молекул n0 При тепловом движении ионов происходит и обратный процесс воссоединения ионов, называемый рекомбинацией.
Слайд 43
Законы М. Фарадея (1834 г.). 1.Масса вещества, выделяющегося на электроде, прямо пропорциональна электрическому заряду q, прошедшему через электролит или Где k – электрохомический эквивалент вещества; равен массе вещества, выделившегося при прохождении через электролит единицы количества электричества. Где I – постоянный ток, проходящий через электролит.
Слайд 46
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ
Посмотреть все слайды
Электрический ток Электрический ток – упорядоченное (направленное) движение электрических зарядов. Ток проводимости (ток в проводниках) – движение микрозарядов в макротеле. Конвекционный ток – движение макроскопических заряженных тел в пространстве. Ток в вакууме – движение микрозарядов в вакууме.
Электрический ток В проводнике под действием приложенного электрического поля свободные электрические заряды перемещаются: положительные – по полю, отрицательные – против поля. Носители зарядов совершают сложное движение: 1)хаотическое со средней скоростью v ~ (10 3 ÷ 10 4 м/с), 2) направленное со средней скоростью v ~ Е (доли мм/с).
Таким образом, средняя скорость направленного движения электронов много меньше средней скорости их хаотического движения. Незначительная средняя скорость направленного движения объясняется их частыми столкновениями с ионами кристаллической решетки. В то же время всякое изменение электрического поля передается вдоль проводов со скоростью, равной скорости распространения электромагнитной волны – (3·10 8 м/с). Поэтому движение электронов под действием внешнего поля возникает на всем протяжении провода практически одновременно с подачей сигнала.
При движении зарядов нарушается их равновесное распределение. Следовательно, поверхность проводника уже не является эквипотенциальной и вектор напряженности электрического поля Е не направлен перпендикулярно поверхности, так как для движения зарядов необходимо, чтобы на поверхности Е τ 0. По этой причине внутри проводника существует электрическое поле, которое равно нулю только в случае равновесного распределения зарядов на поверхности проводника.
Условия появления и существования тока проводимости: 1. Наличие в среде свободных носителей заряда, т.е. заряженных частиц, способных перемещаться. В металле это электроны проводимости; в электролитах – положительные и отрицательные ионы; в газах – положительные, отрицательные ионы и электроны.
Условия появления и существования тока проводимости: 2. Наличие в среде электрического поля, энергия которого затрачивалась бы на перемещение электрических зарядов. Для того чтобы ток был длительным, энергия электрического поля должна все время пополняться, т.е. нужен источник электрической энергии – устройство, в котором происходит преобразование какой-либо энергии в энергию электрического поля.
– сила тока численно равна заряду, проходящему через поперечное сечение проводника за единицу времени. В СИ: . Движение носителей заряда одного знака эквивалентно движению носителей противоположного знака в противоположном направлении. Если ток создается двумя видами носителей:
Сторонние силы. Электродвижущая сила. Напряжение Если в цепи на носители тока действует только сила электростатического поля, то происходит перемещение носителей, которое приводит к выравниванию потенциалов во всех точках цепи и к исчезновению электрического поля. Следовательно, для существования постоянного тока необходимо наличие в цепи устройства, которое создает и поддерживает разность потенциалов φ за счет работы сил неэлектрического происхождения. Такие устройства называются источниками тока (генераторы – преобразуется механическая энергия; аккумуляторы – энергия химической реакции между электродами и электролитом).
Сторонние силы. Электродвижущая сила. Сторонние силы силы неэлектрического происхождения, действующие на заряды со стороны источников тока. За счет поля сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля. Следовательно, на концах внешней цепи поддерживается разность потенциалов и в цепи течет постоянный ток.
Сторонние силы. Электродвижущая сила. Сторонние силы совершают работу по перемещению электрических зарядов. Электродвижущая сила (э.д.с. – E) – физическая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда
Закон Ома для однородного участка цепи Однородным называется участок цепи не содержащий источника э.д.с. Закон Ома в интегральной форме: сила тока прямо пропорциональна падению напряжения на однородном участке цепи и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.
Закон Ома не является универсальной связью между током и напряжением. а)Ток в газах и полупроводниках подчиняется закону Ома только при небольших U. б)Ток в вакууме не подчиняется закону Ома. Закон Богуславского-Лэнгмюра (закон 3/2): I ~ U 3/2. в) в дуговом разряде – при увеличении тока напряжение падает. Неподчинение закону Ома обусловлено зависимостью сопротивления от тока.
Закон Ома В СИ сопротивление R измеряется в омах . Величина R зависит от формы и размеров проводника, а также от свойств материала, из которого он сделан. Для цилиндрического проводника: где ρ – удельное электрическое сопротивление [Ом·м], для металлов его величина порядка 10 –8 Ом·м.
Сопротивление проводника зависит от его температуры: α – температурный коэффициент сопротивления, для чистых металлов (при не очень низких температурах α 1 / 273 К -1, ρ 0, R 0 – соответственно удельное сопротивление и сопротивление проводника при t = 0 o C. Такая зависимость ρ(t) объясняется тем, что с ростом температуры интенсивность хаотического движения положительных ионов кристаллической решетки увеличивается, направленное движение электронов тормозится.
Закон Ома для неоднородного участка цепи Неоднородный – участок цепи, содержащий источник э.д.с. Замкнутая цепь содержит источник э.д.с., который в направлении 1–2 способствует движению положительных зарядов. Е – напряженность поля кулоновских сил, Е ст – напряженность поля сторонних сил.
Закон Ома для неоднородного участка цепи Работа, совершаемая кулоновскими и сторонними силами по перемещению единичного положительного заряда q 0+ – падение напряжения (напряжение). Так как точки 1, 2 были выбраны произвольно, то полученные соотношения справедливы для любых двух точек электрической цепи:
Работа и мощность электрического тока Закон Джоуля-Ленца При соударении свободных электронов с ионами кристаллической решетки они передают ионам избыток кинетической энергии, которую приобретают за время ускоренного движения в электрическом поле. В результате этих соударений амплитуда колебаний ионов около узлов кристаллической решетки увеличивается (тепловое движение ионов становится более интенсивным). Следовательно, проводник нагревается: температура – мера интенсивности хаотического движения атомов и молекул. Выделившееся тепло Q равно работе тока A.
Законы Кирхгофа Используются для расчета разветвленных цепей постоянного тока. Неразветвленная электрическая цепь – цепь, в которой все элементы цепи соединены последовательно. Элемент электрической цепи – любое устройство, включенное в электрическую цепь. Узел электрической цепи – точка разветвленной цепи, в которой сходится более двух проводников. Ветвь разветвленной электрической цепи – участок цепи между двумя узлами.
Второй закон Кирхгофа (обобщенный закон Ома): в любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в разветвленной электрической цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов I i на сопротивление соответствующих участков R i этого контура равна алгебраической сумме э.д.с. в контуре.
Второй закон Кирхгофа Ток считается положительным, если его направление совпадает с условно выбранным направлением обхода контура. Э.д.с. считается положительной, если направление обхода происходит от – к + источника тока, т.е. э.д.с. создает ток, совпадающий с направлением обхода.
Порядок расчета разветвленной цепи: 1. Произвольно выбрать и обозначить на чертеже направление тока во всех участках цепи. 2. Подсчитать число узлов в цепи (m). Записать первый закон Кирхгофа для каждого из (m-1) узлов. 3. Выделить произвольно замкнутые контуры в цепи, произвольно выбрать направления обхода контуров. 4. Записать для контуров второй закон Кирхгофа. Если цепь состоит из р-ветвей и m-узлов, то число независимых уравнений 2- го закона Кирхгофа равно (p-m+1).
Слайд 1
преподаватель физики
ГБОУ СПО
«Невинномысский
Энергетический
Техникум»
Пак Ольга Бен-Сер
«Электрический ток в газах»
Слайд 2
Процесс протекания тока через газы
называют электрическим разрядом в газах.
Распад молекул газа на электроны и положительные ионы называется ионизацией газа
При комнатных температурах газы являются диэлектриками. Нагревание газа или облучение ультрафиолетовыми, рентгеновскими и другими лучами вызывает ионизацию атомов или молекул газа. Газ становится проводником.
Слайд 3
Носители заряда возникают только при ионизации.
Носители зарядов в газах – электроны и ионы
Если ионы и свободные электроны оказываются во внешнем электрическом поле, то они приходят в направленное движение и создают электрический ток в газах.
Механизм электропроводимости газов
Слайд 4
Несамостоятельный разряд
Явление протекания электрического тока через газ, наблюдаемое только при условии какого-либо внешнего воздействия на газ, называется несамостоятельным электрическим разрядом.
При отсутствии напряжения на электродах гальванометр, включенный в цепь покажет нуль. При небольшой разности потенциалов между электродами трубки заряженные частицы начнут перемещаться, возникает газовый разряд. Но не все образующиеся ионы доходят до электродов. По мере увеличения разности потенциалов между электродами трубки возрастает и сила тока в цепи.
Слайд 5
Несамостоятельный разряд
При некотором определенном напряжении, когда все заряженные частицы, образующиеся в газе ионизатором за секунду, достигают за это время электродов. Ток достигает насыщения.
Вольт-амперная характеристика несамостоятельного разряда
Слайд 6
Явление прохождения через газ электрического тока, не зависящего от внешних ионизаторов называется самостоятельным газовым разрядом в газе.
Электрон, ускоряясь электрическим полем, на своем пути к аноду сталкивается с ионами и нейтральными молекулами. Его энергия пропорциональна напряженности поля и длине свободного пробега электрона. Если кинетическая энергия электрона превосходит работу, которую нужно совершить, чтобы ионизировать атом, то при столкновении электрона с атомом происходит его ионизация, называемая ионизацией электронным ударом.
Лавинообразное нарастание числа заряженных частиц в газе может начаться под воздействием сильного электрического поля. Ионизатор в этом случае уже не нужен.
Самостоятельный разряд
Слайд 7
Слайд 8
Коронный разряд наблюдается при атмосферном давлении в газе, находящимся в сильно неоднородном электрическом поле (около остриев, проводов линий высокого напряжения и т.д.) светящаяся область которого часто напоминает корону (поэтому его и назвали коронным)
Типы самостоятельного разряда
Слайд 9
Искровой разряд-
Прерывистый разряд в газе, происходящий при большой напряженности электрического поля (около 3МВ/м) в воздухе при атмосферном давлении.
Искровой разряд в отличии от коронного, приводит к пробою воздушного промежутка.
применение: молния, для зажигания горючей смеси в ДВС, электроискровой обработки металлов
Типы самостоятельного разряда
Слайд 10
Дуговой разряд -(электрическая дуга) разряд в газе, происходящий при атмосферном давлении и небольшой разности потенциалов между близко расположенными электродами, но сила тока в электрической дуге достигает десятки ампер.
Применение: прожектор, электросварка, резание тугоплавких металлов.
Типы самостоятельного разряда