Пособие для самостоятельного обучения решению задач по физике в вузе - Мелёшина А.М.
Скачать (прямая ссылка):
же во всем проводе (хотя его толщина, т. е. поперечное сечение, и
плотность тока j в разных местах могут быть разными). При постоянном токе
I = q/t, где q - переносимый заряд за конечное время t
224
4.7. В разделе 1 данной главы указывалось, что в_элек-трическом поле на
единичный заряд действует сила Е, которая заставляет его перемещаться, т.
е. создает электрический ток. Однако в результате такого перемещения
заряды или нейтрализуются, или располагаются на эквипотенциальной
поверхности, так что напряженность поля становится равной нулю Для того
чтобы напряженность Е, а с нею и плотность тока ] были неизменными,
необходимо присутствие сил неэлектростатического происхождения. Такие
силы называются сторонними -- источниками электродвижущей силы. С учетом
сторонних сил закон Ома получает вид: ]-X(E-\-ECTop). В частности, для
тонкого провода сила тока 1 = Я(?+ЕСТ0Р) S.
4.8. Закон Ома удобно записать и в иной форме. Из п. 4.7 следует, что E-
f-ECT0P =I/(XS). Умножим это соотношение на элемент длины провода dI и
проинтегрируем по
2 2
участку провода от точки 1 до точки 2: J Ed/+ / Естор d/=
1 1
2
= 1 / d//(JLS).
1
2
4.9. Согласно п. 2.2, /Ed/=cpi-щ=\]. Это удельная
1
работа электростатических сил (работа над единицей заряда). Разность
потенциалов между двумя произвольными точками проводника с током
называется падением напряжения, или просто напряжением.
2
Величина JECT0Pd/=e-называется электродвижущей 1
силой (ЭДС) и также имеет смысл удельной работы сторонних сил.
4.10. Появление электрического тока в цепи обусловлено возникновением
напряжения (разности потенциалов) между полюсами источника (в результате
процессов, происходящих в источнике напряжения, природа которых нас здесь
не интересует): у отрицательного полюса возникает избыток, у
положительного - недостаток электронов. Во внешней цепи электроны
перемещаются от отрицательного полюса к положительному. Однако принято
считать, что ток во внешней цепи течет от положительного полюса к
отрицательному,
15 Заказ 259
225
и на схеме источники обозначаются так, как показано на рис. 104.
Рис. 104
4.11. Очевидно, что 'внутри источника ток идет в направлении от
отрицательного к положительному. Это направление считается положительным.
4.12. Величина Jd//(XS) = R характеризует физические свойства вещества,
по которому течет ток, и называется сопротивлением проводника.
4.13. Закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС (неоднородный участок),
'Получает вид: ф!-ф2+е=Щ, или U+e= IR.
Рассмотрим два частных случая закона Ома.
4.14. Однородный участок цепи характеризуется разностью потенциалов (где
нет сторонних сил): ф1-фг=Щ. Разность потенциалов ф!-фг=и называется
электрическим напряжением, или напряжением на концах провода. Если провод
изготовлен из однородного материала (Х= l/g = const) и весь одинаковой
толщины (S = const), то (R=q//S, где I - длина проводника (между точками
1 и 2), р определяется по таблицам удельного сопротивления материалов.
4.15. Если начальная и конечная точки 1 и 2 совпадают, то ф[-ф2=0, и
закон Ома для замкнутой цепи имеет вид: e = IRn, где Rn-полное
сопротивление всей цепи, Rn = R-f-r (здесь R-сопротивление внешнего
участка цепи; г - внутреннее сопротивление источников).
4.16. Единицей силы тока является ампер (А), т. е. сила такого тока,
когда через поперечное сечение провода ежесекундно проходит один кулон
электричества. Единицей напряжения служит вольт (В) - разность
потенциалов, при прохождении которой над зарядом 'В один кулон
совершается работа в один джоуль. Единица сопротивления - Ом. Это
сопротивление такого провода, по которому течет ток в один ампер, если на
его концах поддерживать разность потенциалов, равную 1 В. 1 Ом= 1,11-10-
12 СГСЭ - единиц сопротивления.
4.17. Напряжение между двумя точками цепи измеряют вольтметром, который
включается параллельно измеряемо-
226
му напряжению. Сопротивление вольтметра велико, так что при его включении
ток в цепи почти не изменяется. Поэтому при расчетах с использованием
закона Ома сопротивление вольтметра обычно не учитывается.
Ток измеряют гальванометром и амперметром, которые включают в цепь
последовательно. Сопротивление амперметра очень мало и во многих расчетах
с помощью закона Ома не учитывается.
4.18. Так как конфигурация проводников в задачах данного раздела не имеет
значения, за исключением случаев разветвления, то сопротивление на схеме
можно обозначать, символом R (рис. 105), а остальные места проводников
считать не имеющими сопротивления.
R
Рис. 105
4.19. Если напряжение, которое желательно измерить, настолько велико, что
выходит за 'пределы шкалы вольтметра, последовательно с вольтметром можно
включить в цепь дополнительное (известное) сопротивление, в результате
чего напряжение в цепи уменьшится. Измерив новое напряжение, путем
вычислений можно найти искомое.
Пример 5. Вольтметр с внутренним сопротивлением R=2500 Ом, включенный в
сеть, показал напряжение Ui = = 125 В. Определить дополнительное
