Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Демков В.П. -> "Физика. Теория. Методика. Задачи" -> 181

Физика. Теория. Методика. Задачи - Демков В.П.

Демков В.П., Третьякова О.Н. Физика. Теория. Методика. Задачи — М.: Высшая школа, 2001. — 669 c.
Скачать (прямая ссылка): fizikateoriyametodikazadachi2001.djvu
Предыдущая << 1 .. 175 176 177 178 179 180 < 181 > 182 183 184 185 186 187 .. 290 >> Следующая

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 или 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, 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 против 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.
415
(13.1)
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
^
/= At '
при этом ток называют постоянным (стационарным).
Если сила тока изменяется с течением времени, то формула (13.1)
определяет среднее значение силы тока за промежуток времени At. Для
определения мгновенного значения силы тока в (13.1) необходимо перейти к
пределу при At -> 0:
/"Ita 4* (13.2)
Д/-"0 At at
Единицей измерения силы тока в системе СИ служит ампер [А] (подробное
определение будет дано в §14).
Как известно (см. §12), сила, действующая на заряды в проводнике со
стороны электрического поля напряженностью Е, определяется формулой F =
qE. Поэтому при отсутствии других сил заряды должны двигаться с
ускорением. Однако из-за столкновений носителей тока с атомами и
молекулами проводника возникает тормозящая сила, пропорциональная
скорости <и>, которую называют средней скоростью направленного
(упорядоченного) движения или средней скоростью дрейфа.
Пусть в проводнике имеются носители тока одного знака, средняя скорость
направленного движения которых постоянна и равна < 1?>. Если проводник
цилиндрический, то площадка S, совпадающая с площадью поперечного сечения
проводника, будет расположена перпендикулярно к линиям тока, а, значит, и
перпендикулярно к направлению скорости <и> заряженных частиц. Построим на
этой площадке цилиндр длиной А1 = < и > At (рис. 13.2). Если через равные
по площади участки поперечного сечения S проводника в единицу времени
протекают равные заряды, то число заряженных частиц, которые пройдут
через площадку S за время At, будет равно числу частиц в рассматриваемом
цилиндре:
Aq = q0 п S Д/, или Aq = q0 п S < и > At, где q0 - заряд одной частицы, и
- их концентрация в проводнике. В этом случае распределение тока называют
равномерным.
Электрический ток может быть распределен по сечению S неравномерно. Более
детально ток можно характеризовать с помощью вектора плотности тока j.
Если распределение тока по сечению проводника рав-416
номерное, то величина вектора плотности тока численно равна заряду,
протекающего через единицу площади поперечного сечения проводника за
Предыдущая << 1 .. 175 176 177 178 179 180 < 181 > 182 183 184 185 186 187 .. 290 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed