В помощь поступающим в вузы. Физика. Молекулярная физика. Тепловые явления. Электричество и магнетизм - Демков В.П.
Скачать (прямая ссылка):
представленный на рис. 13.2. Если на концах этого проводника
поддерживается постоянное напряжение U, то внутри него существует
электрическое поле напряженностью
направленное вдоль оси проводника. Если плотность тока одинакова в любой
точке, то сила тока в проводнике
I=jS.
На основании (13.6) и (13.7) получим
EIS J ь ,
Р !-
или
j = aE, (13.9)
где о = 1/р - удельная электрическая проводимость (или просто
проводимость) проводника. Единицей измерения а является сименс [См = Ом^'
м"1].
Поскольку в проводнике упорядоченное движение носителей тока происходит в
направлении вектора Е, то направления j и Е совпадают. Поэтому
соотношение (13.9) записывают в виде
(13.10)
и называют законом Ома в дифференциальной форме.
Последовательное и параллельное соединение проводников
*1
Ч'А
Ч>1 ->
_.Ч>2,3 ФлМЛ-
J-¦---------------•Н.
л,
Рис. 13.4
Ч:
Рис. 13.5
:И
Несколько проводников могут быть соединены между собой. При этом так же,
как у конденсаторов, различают последовательное и параллельное соединения
(см. рис. 13.4 и рис. 13.5 соответственно).
Прн последовательном соединении проводников через каждый из них течет
одинаковый ток (в противном случае заряд накапливался бы в некоторой
точке):
1 = 1]= Л = /•> = ...= Ifj.
255
Разность потенциалов Дф = ф^ - Фд на концах соединения равна сумме
разностей потенциалов на каждом из проводников:
N
Дф = 2 Дф,-,
в чем легко убедиться, введя потенциалы фу точек между проводниками
сопротивлениями Rj и Rj-:
Дф = ф^ - (рв = (ф* - ф,>2) + (Ф1,2 - Ф2,з) + (Ч>2,3 " ФЗ,4> + ' ¦ ¦
(ФЛМЛ ~ Фя)>
или
U=Ux + U2 + U3 + ... + UN, где U - напряжение на концах участка, U,- -
падения напряжения на каждом из проводников.
Общее сопротивление всего соединения найдем, используя закон Ома
(13'б); р U ul + u2 + u3 + ... + uN и, и2 иА щ
^ПОСЛ. J " j + '
ИЛИ
л
ЛПосл. - RI + R2 + R3 + ¦ ¦ ¦ + Rp/= fy- (13.11)
При параллельном соединении напряжения на концах всех проводников
одинаковы
U= L;] = U2 = U3 = ... = UN = фа - ф^,, а сила тока до точки а и после
точки b (см. рис. 13.5) по закону сохранения заряда будет равна сумме
токов в каждом из проводников:
1 - /[ +12 + /3 +... + IN.
Следовательно, при параллельном соединении общее сопротивление
U
пар- / /,+У2+/3+ ... + //
ИЛИ , I z i /V
1 7i , h , h , h 1 1 1 1 v 1 юч
*nap. U U+U '+ U R; + R2 + R3+--' + Rn ,?) R, ' ( )
Электродвижущая сила источника.
Закон Ома для неоднородного участка цепи и замкнутой цепи Легко понять,
что нельзя получить в проводнике постоянный ток, если для создания
напряжения на концах проводника использовать заряженный конденсатор.
Наличие тока будет сопровождаться переходом зарядов с одной обкладки на
другую в таком направлении, чтобы разность потенциалов между обкладками
уменьшалась. При этом сила тока в проводнике быстро упадет до нуля.
Рассмотрим проводник, между концами А и В которого существует разность
потенциалов Дф = ф^ - фя, причем ф^ > <рв (рис. 13.6). В проводнике
возникнет электрическое поле, под действием которого носители заряда
будут перемещаться таким образом, чтобы уменьшить потенциал фа и
увеличить потенциал Фд. Через некоторое время, если не принять мер для
поддержания раз-
256
ности потенциалов, перемещение
носителей заряда проведет к то- __________Фггг________gfe'r"_____fczr.
му, что поле внутри проводника • А' ' ^---------- ---
4>в
*Ч|
I
I
I
)
исчезнет и ток прекратится. Для того, чтобы поддержать ток, нужно
непрерывно перемещать приносимые на один конец проводника заряды на
другой его конец, Н.6
т.е. необходимо осуществить круговорот зарядов, чтобы они двигались по
замкнутому пути. Очевидно, чтобы заставить двигаться положительные заряды
от меньшего потенциала к большему, а отрицательные - от большего к
меньшему, необходима сила, имеющая неэлектрическую природу. Поэтому в
замкнутой цепи наряду с участками, на которых заряды движутся под
действием сил электрического поля (такие участки называют однородными),
должны существовать участки, где перенос зарядов происходит против сил
поля. Перемещение зарядов на таких участках возможно лишь с помощью сил
неэлектростатического происхождения (т.е. не кулоновских), которые
называют сторонними, а участки, на которых они действуют - неоднородными.
Эти силы, например, могут быть обусловлены химическими процессами
(всевозможные аккумуляторы) или иметь электромагнитное происхождение
(генераторы тока).
Сторонние силы характеризуют работой, которую оии совершают над
перемещаемыми зарядами. Величина, равная работе сторонних сил над
единичным положительным зарядом, называется электродвижущей силой
(э.д.с.), действующей в контуре или на участке цепи:
(13.13)
ч
Из сопоставления формул (13.13) и (12.19) следует, что размерность э.д.с.
совпадает с размерностью потенциала, т.е. э.д.с. измеряется в вольтах.
Любое устройство, в котором возникают сторонние силы, называют источником
тока. Реальный источник тока имеет э.д.с. & и сопротивление г, которое
