Физика для школьников старших классов и поступающих - Яворский Б.М.
ISBN 5-7107-9384-1
Скачать (прямая ссылка):
в) экспериментальные значения удельного сопротивления р и теоретические значения средней арифметической скорости электронов приводят по формулам п. 4° к величине средней длины свободного пробега электрона (X), на два порядка превышающей период кристаллической решетки металла. Это противоречит предположениям классической электронной теории электропроводности металлов.
Глава III. 8 ЗАКОНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА § ІІІ.8.1. Сторонние силы
1°. Силы кулоновского взаимодействия зарядов вызывают такое перераспределение носителей тока (111.7.1.4°) в проводнике, при котором потенциалы во всех его точках выравниваются и напряженность электрического поля в проводнике становится равной нулю. Следовательно, одно только электростатическое поле не может быть причиной существования постоянного тока проводимости, т. е. стационарного процесса упорядоченного движения носителей тока в электрической цепи. Для под-; держания в цепи постоянного тока проводимости нужно, чтобы на носители тока действовали не только кулоновские силы, но также еще и иные, неэлектростатические силы, называв-1 мые сторонними силами.
§ III.8.2. ЗАКОНЫ ОМА И ДЖОУЛЯ—ЛЕНЦА
265
2°. Сторонние силы действуют на носители тока внутри источников* электрической энергии (электрических генераторов, аккумуляторов, солнечных батарей и т. д.)* Под действием сторонних сил носители тока движутся внутри источника электрической энергии против сил электростатического поля, так что на концах внешней части цепи поддерживается постоянная разность потенциалов. Сторонние силы, перемещая носители тока, совершают работу за счет энергии, затрачиваемой в источнике электрической энергии. Например, в генераторе работа сторонних сил совершается за счет механической энергии, затрачиваемой на вращение ротора.
§ III.8.2. Законы Ома и Джоуля—Ленца
1°. В произвольной точке участка проводника, содержащего источник электрической энергии, существуют электростатическое поле кулоновских сил с напряженностью Екул и поле сторонних сил с напряженностью Ecxop = FCTOp/g, где q — заряд носителя тока, на который действует сторонняя сила FCTOp. Напряженность результирующего поля E = Екул + Естор. По закону Ома (111.7.3.4°) плотность тока
Для участка цепи между точками (сечениями) 1 и 2 2 2 2 /Jpf = jE^dl + jE^dl,
11 1
где сії — вектор, равный по модулю длине dl малого участка цепи и направленный по касательной к проводнику в ту же сторону, что и вектор плотности тока, S — площадь поперечного сечения проводника, I = jS — сила тока.
2
2°. Интеграл ]Екул<21 численно равен работе, которую
і
совершают кулоновские силы при перемещении единичного
266
ГЛ. III.8. ЗАКОНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА
положительного заряда из точки 1 в точку 2. Согласно (111.3.2.5°)
2
/екулш = (P1-(P2,
1
где Cp1 и (р2 — потенциалы в точках 1 и 2 проводника. Электродвижущей силой (ЭДС) W12 действующей на участке цепи 1—2, называется линейный интеграл
2
^12 = J ®стор^ •
1
Электродвижущая сила W12 численно равна работе, совершаемой сторонними силами при перемещении по проводнику единичного положительного заряда из точки 1 в точку 2. Работа производится за счет энергии, затрачиваемой в источнике. Поэтому W12 называется электродвижущей силой источника электрической энергии, включенного на участке цепи 1—2.
Напряжением U12 на участке цепи 1—2 называется физическая величина, численно равная работе, совершаемой результирующим полем кулоновских и сторонних сил при перемещении вдоль цепи из точки 1 в точку 2 единичного положительного заряда:
2 2
^12 = 1(®кул + ®стор)^ = {Ed! ,
I 1
ИЛИ
^12 = (Фі - Фг) ^12*
Напряжение на концах участка цепи совпадает с разностью потенциалов только в том случае, если на участке не приложены ЭДС, т. е. не действуют сторонние силы.
Сопротивлением R12 участка цепи между сечениями 1 и 2 называется интеграл
2
Г dl
12 J P g *
1
§ III.8.2. ЗАКОНЫ ОМА И ДЖОУЛЯ—ЛЕНЦА
267
Для однородного проводника постоянного сечения р = const, S = const и
т> ~ hi П12 ~ P g »
где Z12 — длина проводника между сечениями 1 и 2.
3°. Обобщенный закон Ома для произвольного участка цепи:
^12 = ^12 = (Фі Фг) ^12*
Произведение силы тока на сопротивление участка цепи равно сумме падения потенциала на этом участке и ЭДС всех источников электрической энергии, включенных на данном участке цепи. В такой форме закон Ома применим как для пассивных участков цепи, не содержащих источников электрической энергии, так и для активных участков, содержащих такие источники.
4°. Правило знаков для ЭДС источников электрической энергии, включенных на участке 1—2: если внутри источника ток идет от катода к аноду, т. е. напряженность поля сторонних сил в источнике совпадает по направлению с током на участке цепи, то при подсчете %12 ЭДС этого источника считается положительной (рис. ІІІ.8.1). Если ток внутри источника идет от анода к катоду, то ЭДС этого источника считается отрицательной (рис. III.8.2).
^12 > 0 ?l2 < О
I - 2 1 - 2
c^r41—° <*_гН|—°
