Презентация на тему Постоянный электрический ток

только электростатического поля, но еще и электрического тока.
В этих

двух явлениях, есть существенное отличие:
Для возникновения электростатического поля требуются неподвижные, каким-то образом зафиксированные в пространстве заряды.
Для возникновения электрического тока, требуется наличие свободных, не закрепленных заряженных частиц, которые в электростатическом поле неподвижных зарядов приходят в состояние упорядоченного движения вдоль силовых линий поля.
Упорядоченное движение свободных зарядов вдоль силовых линий поля - электрический ток.

напряженности Е и потенциала φ электростатического поля связано с

плотностью распределения зарядов ρ в пространстве уравнением Пуассона:

зарядов в пространстве стационарно, то ρ не зависит от

времени, в результате чего и Е, и φ являются функциями только координат, но не времени. Поэтому поле и называется электростатическим.

функцией
времени, что порождает изменение со
временем и характеристик
электрического поля, появляется
электрический

ток. Поле перестает быть
электростатическим.

через заданную поверхность S (или через поперечное сечение проводника),

в единицу времени, т.е.:

(10.1.3)

приводит к перераспределению зарядов в
пространстве, то есть к изменению

со временем
плотности зарядов ρ, то в этом частном случае
электрическое поле – снова статическое.
Этот частный случай есть случай постоянного тока.
Ток, не изменяющийся по величине со временем – называется постоянным током
(10.1.4)


- отсюда видна размерность силы тока в СИ:

не меняется, мы разберемся
позже.
Сначала введем количественные
характеристики электрического тока.

основные характеристики электрического тока – это сила тока I

и плотность тока j .
В отличие от силы тока, которая есть величина скалярная и направления не имеет, плотность тока – это вектор.
Связь между этими двумя физическими величинами такова:

(10.2.1)

10.2. Плотность тока

численно равен отношению силы тока через элементарную площадку, перпендикулярную

направлению движения носителей заряда, к ее площади:


(10.2.2)

чем сила тока I.
j - характеризует ток локально, в

каждой точке
пространства,
а I – это интегральная характеристика,
привязанная не к точке, а к области
пространства, в которой протекает ток.

свободных зарядов ρ и со скоростью их движения

:

положительных
носителей зарядов (раньше не

знали о
существовании отрицательных носителей зарядов и
приняли так).
Если носителями являются как положительные, так и отрицательные
заряды, то плотность тока определяется формулой:

(10.2.4)

где и – объемные плотности зарядов.

(10.2.5)

линий тока, которые проводят так же, как и
линии вектора

напряженности

интересующей нас поверхности S можно найти силу тока через

эту поверхность, как поток вектора :


(10.2.6)

знак определяется выбором направления нормали к поверхности S.

течет ток, замкнутую поверхностьS.
Для замкнутых поверхностей векторы
нормалей, а

следовательно, и векторы
принято брать наружу, поэтому интеграл


дает заряд, выходящий в единицу времени наружу из объема V, охваченного поверхностью S.

всему
поперечному сечению S однородного
проводника.
Поэтому для постоянного тока в

однородном
проводнике с поперечным сечением S сила тока:

(10.3.1)

сечениях 1 и 2 цепи обратно
пропорциональны площадям S1 и

S2 этих
сечений :

всюду проведены по внешним нормалям
Тогда поток вектора

сквозь эту поверхность
S равен электрическому току I, идущему вовне
из области, ограниченный замкнутой
поверхностью S. Следовательно, согласно
закону сохранения электрического заряда,
суммарный электрический заряд q,
охватываемый поверхностью S, изменяется за
время на , тогда в
интегральной форме можно записать:
. (10.3.3)

Оно является, по существу,
выражением закона сохранения электрического
заряда.

Дифференциальная форма записи

уравнения непрерывности.

должно оставаться неизменным:


следовательно,

(10.3.5)
это уравнение непрерывности для постоянного тока (в интегральной форме).

нигде не начинаются и нигде не заканчиваются.
Поле вектора

не имеет источника.

В дифференциальной форме уравнение непрерывности для постоянного тока:

проводника всюду равен нулю.
Докажем это: т.к. для

постоянного тока справедливо уравнение


отсюда



Избыточный заряд может появиться только на поверхности проводника в местах соприкосновения с другими проводниками, а также там, где проводник имеет неоднородности.

ток достаточно
длительное время, необходимо от конца
проводника с меньшим потенциалом
непрерывно

отводить, а к другому концу – с
большим потенциалом – подводить
электрические заряды. Т.е. необходим
круговорот зарядов.

должны
быть участки, на которых движение
(положительных) зарядов происходит в
направлении возрастания

потенциала, т.е.
против сил электрического поля

неэлектрического
происхождения (сторонних сил):
химические процессы, диффузия
носителей заряда, вихревые
электрические поля.
Аналогия: насос,

качающий воду в
водонапорную башню, действует за
Счет негравитационных сил
(электромотор).

цепи зарядами

заряда в цепи,
называется электродвижущей силой
(Э.Д.С.), действующей в цепи:

(7.4.1)

виде:

(10.4.2)
– напряженность поля сторонних сил.

Э.Д.С.

(10.4.3)

Для замкнутой цепи:

(10.4.4)