Подготовка к вступительным экзаменам в МГУ. Физика - Гомонова А.И.
Скачать (прямая ссылка):
проводникам, расположенным на расстоянии 1 м друг от друга, вызывает на
каждом участке длиной 1 м силу взаимодействия 2 10'7 Н.
Условия существования тока в цепи. Ток, сила и направление которого
сохраняются с течением времени неизменными, называется постоянным. Для
того, чтобы в проводнике мог существовать постоянный ток, необходимо
выполнение следующих условий:
1) напряженность электрического поля в проводнике должна быть отлична
от нуля и не должна изменяться с течением времени;
2) цепь постоянного тока должна быть замкнутой;
3) на свободные электрические заряды, помимо кулонов-ских сил, должны
действовать неэлектростатические силы, называемые сторонними силами.
Сторонние силы создаются источниками тока (гальваническими элементами,
аккумуляторами, электрическими генераторами и др.). За счет сторонних сил
электрические заряды движутся внутри источника тока в направлении,
противоположном действию сил электростатического поля. Благодаря этому на
концах внешней цепи поддерживается постоянная разность потенциалов и в
цепи идет
At
(3.2.1)
158
Постоянный ток
постоянный ток. Работа, которая нужна для обеспечения постоянного
электрического тока в цепи, совершается источником тока.
Электродвижущей силой (ЭДС) Е, действующей на участке цепи, называется
физическая величина, численно равная работе, которую совершают сторонние
силы по перемещению единичного положительного заряда на этом участке.
ЭДС источника равна разности потенциалов (напряжению) на его клеммах при
разомкнутой внешней цепи.
Закон Ома для участка цепи устанавливает зависимость между напряжением
(разностью потенциалов между концами участка) U, током на этом участке I
и его сопротивлением R. Для участка цепи, не содержащего ЭДС, этот закон
имеет вид
Омическое сопротивление проводников. Удельное сопротивление. Зависимость
удельного сопротивления от температуры. Сопротивление является основной
электрической характеристикой проводника. Сопротивление металлического
проводника на участке неразветвленной цепи зависит от материала
проводника, его геометрической формы и размеров, а также от температуры.
Для однородного проводника длиной / и площадью поперечного сечения
Sсопротивление R равно
где р - удельное сопротивление материала, из которого изготовлен
проводник. Удельное сопротивление проводников зависит от температуры:
(3.2.2)
<7
(3.2.3)
(3.2.4)
Р = Ро(1 + 01/) ,
(3.2.5)
Определения, понятия и законы
159
где р0 - удельное сопротивление при 0° С, / - температура по шкале
Цельсия, а - температурный коэффициент сопротивления.
Для всех металлов а > 0 , а для электролитов а < 0 , т.е. с возрастанием
температуры сопротивление металлов возрастает, а электролитов - падает.
Единица электрического сопротивления в СИ - ом (Ом). Электрическим
сопротивлением 1 Ом обладает такой участок цепи, на котором при силе тока
1 А напряжение равно IB: 1 Ом = 1 В/1 А.
Сверхпроводимость. Явление сверхпроводимости, которое обнаруживается у
некоторых металлов и сплавов, заключается в том, что ниже некоторой
температуры (температуры 7iq> перехода в сверхпроводящее состояние)
удельное сопротивление этих веществ становится исчезающе малым.
Температуры 71<р для чистых металлов составляют порядка нескольких
градусов по шкале Кельвина. Следует подчеркнуть, что переход в
сверхпроводящее состояние происходит не плавно с уменьшением температуры
проводника, а скачком при достижении проводником температуры 7iq>.
В настоящее время явление сверхпроводимости используется для получения
сверхсильных магнитных полей. На явлении сверхпроводимости основан
принцип действия элементов памяти современных суперкомпьютеров.
Разрабатываются проекты и других практических применений этого явления.
Последовательное и параллельное соединение проводников. При
составлении электрической цепи проводники могут соединяться
последовательно и параллельно.
При последовательном соединении проводников сила тока во всех частях цепи
одинакова, напряжение на концах цепи равно сумме напряжений на отдельных
участках, напряжения на отдельных проводниках прямо пропорциональны их
сопротивлениям. Общее сопротивление Ro цепи, состоящей из п
последовательно соединенных проводников, равно сумме сопротивлений
отдельных провод-
160
Постоянный ток
ников:
п
R,=Rl+R2+...+R" = (3.2.6)
"=1
При параллельном соединении проводников сила тока в неразветв-ленной
части цепи равна сумме токов, текущих в разветвлениях, напряжения на
параллельно соединенных участках одинаковы, токи в участках разветвленной
цепи обратно пропорциональны их сопротивлениям. Проводимость (величина,
обратная сопротивлению) цепи, состоящей из п параллельно соединенных
проводников, равна сумме проводимостей всех проводников:
- = - + - = У-. (3.2.7)
R" R, R2 R" ffR,
Закон Ома для полной цепи (рис. 3.2.1), состоящей из источника тока с ЭДС
Е и внутренним сопротивлением г и внешнего сопротивления R, гласит: сила
тока в замкнутой цепи равна отношению ЭДС в цепи к полному сопротивлению
