В помощь поступающим в вузы. Физика. Молекулярная физика. Тепловые явления. Электричество и магнетизм - Демков В.П.
Скачать (прямая ссылка):
второй сферы? Расстояние между центрами сфер /. Заряд электрона |е|.
12.337. В закрепленном шаре радиусом R = 1 м, равномерно заряженным с
объемной плотностью заряда p = -10'i2 Кл/м3, просверлен по диаметру узкий
канал (рис. 12.155). В ¦центре шара находится электрон. С какой скоростью
вылетит из шара электрон, если ему сообщить начальную скорость и0 = 1
м/с, направленную по радиусу вдоль канала? Заряд
Рис. 12.155
электрона 1е| = 1,6-10 Кл, масса электрона т = 9,1-10 кг.
12.338. Частица массой т, имеющая заряд q, движется с большого
расстояния к центру равномерно заряженной незакрепленной сферы. Радиус
сферы R, заряд Q (Qq > 0), масса М. Какой скоростью должна обладать
части-
250
ца на большом расстоянии от сферы, чтобы через небольшое отверстие
пролететь сквозь нее?
12.339. Частица массой т, имеющая заряд q, приближается с большого
расстояния к равномерно заряженному незакрепленному шару, двигаясь по
направлению к его центру. Радиус шара R, заряд Q (Qq > 0), масса М.
Вначале шар покоится. Какую минимальную скорость должна иметь частица на
большом расстоянии от шара, чтобы пройти через его центр?
§13. Постоянный ток
При движении заряженных частиц в проводнике происходит перенос
электрического заряда с одного места на другое. Поскольку заряженные
частицы совершают беспорядочное тепловое движение, то в обычных условиях
через любую воображаемую площадку в проводнике за произвольный промежуток
времени проходит в обе стороны в среднем одинаковое количество носителей
зарядов противоположных знаков. Если же каким-либо образом упорядочить
движение зарядов так, чтобы через эту площадку переносился суммарный
заряд, отличный от нуля, то говорят, что через эту площадку течет
электрический ток. При этом за направление тока условились считать
направление движения положительных зарядов. Если ток образован движением
отрицательно заряженных частиц, то направление тока считают
противоположным направлению движения частиц.
Для существования электрического тока необходимо наличие в проводниках
свободных заряженных частиц, которые называют носителями тока. Таковыми,
например, в металлах являются электроны, утратившие связи с атомами
(свободные электроны илн электроны проводимости), в проводящих растворах
(электролитах) - это положительные или отрицательные ионы, а в
ионизованных газах - ими одновременно являются и электроны, и ионы.
Однако наличия свободных носителей зарядов еще недостаточно для
возникновения тока - необходимо также существование силы, действующей на
заряды в определенном направлении. Если эта сила перестанет действовать,
то упорядоченное движение зарядов прекратится из-за сопротивления,
оказываемого их движению кристаллической решеткой металлов или
нейтральными молекулами электролитов. Причиной, вызывающей и
поддерживающей упорядоченное движение заряженных частиц, служит
электрическое поле напряженностью Е, которое существует внутри проводника
до тех пор, пока между различными точками проводника имеется разность
потенциалов, которую называют напряжением.
Легко понять, что независимо от знака носителей тока, ток в проводнике
всегда направлен от точки с большим потенциалом к точке с меньшим
потенциалом. Действительно, электрическое поле направлено в сторону
убывания потенциала (см. §12) и если свободные заряды положительны, то
они будут двигаться по направлению силовых линий поля, если отрицательны
- то про-
251
тив них. Поэтому согласно договоренности о направлении тока, его
направление будет совпадать с направлением электрического поля.
Движение носителей тока непосредственно невидимо. Однако это движение
вызывает различные явления, по которым можно судить о наличии тока. Так,
электрический ток вызывает нагревание проводников, может изменять
химический состав проводника - выделять его химические составные части
(при прохождении тока через электролиты), а также оказывать силовое
воздействие на соседние токи и магниты (см. §14).
Сила тока и плотность тока
Чтобы получить наглядное представление о движении электронов и ионов,
образующих ток, используют понятие линий тока - линий, вдоль которых
перемещаются заряженные частицы. Если внутри проводника мысленно выделить
некоторую трубку, у которой боковая поверхность состоит из линий
тока, то заряженные частицы при движении не будут пересекать боковую
поверхность трубки, т.е. не будут выходить из трубки наружу, или входить
в трубку извне. Такую трубку называют трубкой тока (рис. 13.1). В
частности, трубкой тока является боковая поверхность металлической
проволоки.
Рассмотрим проводник поперечным сечением S. Величина заряда, протекающего
через поперечное сечение проводника за единицу времени, называется силой
тока. Если за одинаковые промежутки времени At через поперечное сечение
проводника протекают равные заряды Aq, то сила тока в проводнике равна
1 = ^, (13.1)
At
при этом ток называют постоянным (стационарным).
Если сила тока изменяется с течением времени, то формула (13.1)
