Лекция по физике на тему : Постоянный электрический ток. Электрический ток. Сила тока. Причины возникновения электрического тока. Единицы силы тока

1 Тема занятия: Постоянный электрический ток. Электрический ток. Сила тока. Лекция №5.   Причины возникновения электрического тока. Единицы силы тока. Цель занятия: обобщить и углубить знания обучающихся об электрическом токе, закрепить знания при расчетах простейших электрических цепей, повторить законы последовательного и параллельного соединения проводников в форме, Удобной для решения задач и выполнения тестовых заданий. Развивать умение выделять главное, аргументировать свой ответ, приводить примеры, анализировать и систематизировать информацию, выделять главное, сравнивать, давать полный развёрнутый ответ; способствовать овладению методами научного исследования (проводить самостоятельно эксперимент и делать выводы на основе анализа общих и отличительных черт объектов) Постоянный ток — электрический ток, не изменяющийся по времени и  по   направлению.   За  направление   тока   принимают   направление   движения положительно   заряженных   частиц.   В   том   случае,   если   ток   образован движением   отрицательно   заряженных   частиц,   направление   его   считают противоположным направлению движения частиц. Наиболее постоянного тока — гальванические   элементы,   аккумуляторы,   генераторы   постоянного распространенные источники     тока и выпрямительные установки. Для количественной оценки тока в электрической цепи служит понятие силы тока. Электрический   ток —   направленное   движение   электрически заряженных частиц под воздействиемэлектрического поля. Такими частицами могут являться: в проводниках – электроны, в электролитах – ионы (катионы   анионы), и называемые, "дырки"("электронно­дырочная полупроводниках   в     – электроны и,   проводимость").   так   Также существует "ток   смещения",   протекание   которого   обусловлено   процессом заряда   емкости,  т.е.  изменением   разности   потенциалов   между   обкладками. Между обкладками никакого движения частиц не происходит, но ток через конденсатор протекает. 2 В   теории   электрических   цепей   за   ток   принято   считать   направленное движение   носителей   заряда   в   проводящей   среде   под   действием электрического поля. Током   проводимости   (просто   током)   в   теории   электрических   цепей называют количество электричества, протекающего за единицу времени через поперечное   сечение   проводника:   i=q/t,   где i ­   ток.   А; q =   1,6∙109 ­   заряд электрона, Кл; t ­ время, с. Это  выражение   справедливо   для   цепей   постоянного   тока.  Для  цепей переменного   тока   применяют   так   называемое   мгновенное   значение   тока, равное скорости изменения заряда во времени: i(t)= dq/dt. Электрический  ток возникает тогда, когда на участке электрической цепи появляется электрическое поле, или разность потенциалов между двумя точками   проводника. точками электрической   Разность   потенциалов   между   двумя цепи называют напряжением или падением   напряжения на этом участке цепи. Вместо   термина   «ток»   («величина   тока»)   часто   применяется   термин «сила тока». Однако последний нельзя назвать удачным, так как сила тока не есть   какая­либо   сила   в   буквальном   смысле   этого   слова,   а   только интенсивность   движения   электрических   зарядов   в   проводнике,   количество электричества, проходящего за единицу времени через площадь поперечного сечения проводника.  Ток характеризуется силой тока, которая в системе СИ измеряется в амперах   (А),   и плотностью   тока,   которая   в   системе   СИ   измеряется   в   амперах   на квадратный метр. 3 Один   ампер   соответствует   перемещению   через   поперечное   сечение проводника в течение одной секунды (с) заряда электричества величиной в один кулон (Кл): 1А = 1Кл / с. В общем случае, обозначив ток буквой i, а заряд q, получим: i = dq / dt.  Единица тока называется ампер (А). Ток в проводнике равен 1 А, если через поперечное сечение проводника за 1 сек проходит электрический заряд, равный 1 кулон.  Рис. 1. Направленное движение электронов в проводнике  Если вдоль проводника действует напряжение, то внутри проводника возникает электрическое поле. При напряженности поля Е на электроны с зарядом   е   действует   сила   f   =   Ее.   Величины f и   Е   векторные.   В   течение времени свободного пробега электроны приобретают направленное движение наряду   с   хаотическим.   Каждый   электрон   имеет   отрицательный   заряд   и получает составляющую скорости, направленную противоположно вектору Е (рис.   1).   Упорядоченное   движение,   характеризуемое   некоторой   средней скоростью электронов vcp, определяет протекание электрического тока. Электроны могут иметь направленное движение и в разреженных газах. В   электролитах   и   ионизированных   газах   протекание   тока   в   основном обусловлено   движением   ионов.  В   соответствии   с   тем,   что   в   электролитах положительно   заряженные   ионы   движутся   от   положительного   полюса   к отрицательному,   исторически   направление   тока   было   принято   обратным направлению движения электронов. 4   в   котором перемещаются   положительно   заряженные   частицы,   т.е.   направление, За   направление   тока   принимается   направление, электронов.  противоположное В теории электрических цепей за направление тока в пассивной цепи (вне перемещению     источников энергии) взято направление движения положительно заряженных частиц от более высокого потенциала к более низкому. Такое направление было   принято   в   самом   начале   развития   электротехники   и   противоречит истинному   направлению   движения   носителей   заряда   ­   электронов, движущихся в проводящих средах от минуса к плюсу. Направление   электрического   тока   в   электролите   и   свободных электронов в проводнике Величина, равная отношению тока к площади поперечного сечения S, называются плотностью тока (обозначается  ): = δ δ  I / S При этом предполагается, что ток равномерно распределен по сечению проводника. Плотность тока в проводах обычно измеряется в А/мм2. По   типу   носителей   электрических   зарядов   и   среды   их   перемещения различают токи   проводимости и токи   смещения.   Проводимость   делят   на электронную   и   ионную.  Для   установившихся   режимов   различают   два   вида токов: постоянный и переменный.  Сила   тока —   это   количество   электричества   Q,   протекающее   через поперечное сечение проводника в единицу времени. 5 Если   за   время I через   поперечное   сечение   проводника   переместилось количество электричества Q, то сила тока I=Q/t Единица измерения силы тока — ампер (А). Причина возникновения электрического тока. Заряженные   только электростатического   поля,   но   еще   и   электрического   тока.   В   этих   двух   объекты   являются   причиной   не   Для   возникновения явлениях   электростатического   поля   требуются   неподвижные,   каким­то   образом существенное   отличие. есть   зафиксированные в пространстве заряды, а для возникновения электрического тока, напротив, требуется наличие свободных, не закрепленных заряженных частиц, которые в электростатическом поле неподвижных зарядов приходят в состояние упорядоченного   движения   вдоль   силовых   линий   поля.   Это движение и есть электрический ток. Распределение   напряженности Е и   потенциала   φ   электростатического поля   связано   с   плотностью   распределения   зарядов   r   в   пространстве уравнением Пуассона:     , где   – объемная плотность заряда. (7.1.1)   (7.1.2)   стационарно, то  Если заряды неподвижны, то есть распределение зарядов в пространстве  Е, а значит и φ являются   функциями   только   координат,   но   не   времени.   Поэтому   поле   и называется электростатическим.   Наличие   свободных   зарядов   приводит   к  не зависит от времени, в результате чего и ρ тому,   что   r   становится   функцией   времени,   что   порождает   изменение   со временем и характеристик  электрического  поля, появляется электрический ток. Поле перестает быть электростатическим. 6 Количественной   мерой   тока   служит   сила   тока   I,   т.е.   заряд, перенесенный сквозь рассматриваемую поверхность S (или через поперечное сечение проводника) в единицу времени, т.е.   ( 7.1.3)   Если   движение   свободных   зарядов   таково,   что   оно   не   приводит   к перераспределению зарядов в пространстве, то есть к изменению со временем плотности зарядов  статическое. Этот частный случай есть случай постоянного тока. ρ , то в этом частном случае электрическое поле – снова Ток, изменяющийся временем, называется постоянным током   не     по   величине   со   , ( 7.1.4)   отсюда видна размерность силы тока в СИ:    . Как может оказаться, что заряды движутся, а плотность их не меняется, мы   разберемся   позже.   А   сначала   введем   количественные   характеристики электрического тока. Единица измерения силы тока в системе СИ: Единицы силы тока. [I] = 1 A (ампер) В 1948 г. было предложено в основу определения единицы силы тока  положить явление взаимодействия двух поводников с током: ........................ при   прохождении   тока   по   двум   параллельным   проводникам   в   одном 7 направлении проводники притягиваются, а при прохождении тока по этим же проводникам в противоположных направлениях отталкиваются.  За   единицу   силы   тока 1   А   принимают   силу   тока,   при   которой   два параллельных проводника длиной 1м, расположенные на растоянии 1м друг от друга, взаимодействуют с силой 0,0000002 Н. АНДРЕ­МАРИ АМПЕР (1775 ­ 1836) ­ французский физик и математик ­ ввел такие термины, как электростатика, электродинамика, соленоид, ЭДС, напряжение, гальванометр, электрический ток и т. д.; ­ предположил,   что,   вероятно,   возникнет   новая   наука   об   общих   закономерностях процессов управления и предложил назвать ее "кибернетикой"; ­ открыл явление механического взаимодействия проводников с током и правило определения направления тока; ­   имеет труды во   многих   областях   наук:   ботанике,   зоологии,   химии, математике, кибернетике; ­ его именем названа единица измерения силы тока ­ 1 Ампер.