Раздел 3. Электричество и магнетизм. Тема 3.1. Электрический ток. Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц. Слово «ток» является однокоренным слову «течь» или «течёт». Следовательно, электрический ток буквально означает течение заряженных частиц внутри проводника подобно тому, как вода течёт внутри трубы. Электрический ток может существовать в телах, внутри которых существуют свободные электрически заряженные частицы. Их называют носителями электрического тока. В металлах носителями тока являются электроны, в жидкостях и газах – электроны и ионы. За направление тока принимается направление движения положительно заряженных частиц. Сила тока – физическая величина, равная отношению заряда q, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени t прохождения заряда: 𝑞 𝐼= 𝑡 Сила тока обозначается I, измеряется в амперах (А). Сила тока определяет количество заряда прошедшего через сечение проводника за одну секунду. Напряжение – физическая величина, равная отношению работы электрических сил A по перемещению заряженных частиц к величине заряда q: 𝐴 𝑈= 𝑞 Напряжение обозначается U, измеряется в вольтах (В). Закон Ома для участка цепи. Сила тока на участке цепи прямо пропорциональна напряжению U и обратно пропорциональна сопротивлению проводника R: 𝑈 𝐼= 𝑅 Сопротивление проводника не зависит от тока или напряжения, а зависит только от свойств самого проводника (размеры, материал). Иначе говоря, сопротивление есть «врожденное» свойство проводника. Сопротивление проводника существует независимо от того течет ли ток в нем или нет. Сопротивление однородного проводника определяется формулой: 𝑙 𝑅=𝜌 𝑆 Здесь ρ (ро) – удельное сопротивление проводника, это табличное значение. Удельное сопротивление проводника зависит от материала, из которого он сделан. l – длина проводника, S – площадь сечения проводника. Удельное сопротивление проводников, как правило, зависит от температуры. Например, у металлов с увеличением температуры удельное сопротивление увеличивается. Работа и мощность электрического тока. Работа тока A определяется следующей формулой: 𝐴 = 𝐼𝑈𝑡 Здесь I – сила тока, U – напряжение, t – время. Работа тока измеряется в джоулях (Дж). Если проводник, по которому течет электрический ток, неподвижен, то вся работа тока идет на выделение тепла: 𝑄=𝐴 Мощность P по определению равна отношению работы A ко времени t, за которую эта работа совершена: 𝐴 𝑃= 𝑡 Следовательно, мощность тока равна: 𝑃 = 𝐼𝑈 Мощность тока измеряется в ваттах (Вт). Соединения проводников. 1. Последовательное соединение. Пусть два или более проводника соединены как вагоны поезда друг за другом. Сила тока будет одинакова во всех проводниках: 𝐼1 = 𝐼2 Общее напряжение равно сумме напряжений на проводниках: 𝑈 = 𝑈1 + 𝑈2 Общее сопротивление будет равно сумме сопротивлений всех проводников: 𝑅 = 𝑅1 + 𝑅2 2. Параллельное соединение. Пусть два или более проводника соединены параллельно друг другу. Напряжение будет одинаково во всех проводниках: 𝑈1 = 𝑈2 Общая сила тока равна сумме токов на всех проводниках: 𝐼 = 𝐼1 + 𝐼2 Общее сопротивление находится из выражения: 1 1 1 = + 𝑅 𝑅1 𝑅2 Электродвижущая сила. Представим себе замкнутую в виде кольца трубу, внутри которого содержится вода. Как заставить течь воду по трубе? Очевидно, что на каком-то участке трубы необходим насос, который постоянно перекачивал бы воду, создавая разность давлений на входе и выходе насоса. Для создания непрерывного электрического тока в замкнутой цепи необходим источник тока, который работал бы подобно водяному насосу, создавая разность потенциалов на полюсах источника. Поддержание разности потенциалов в источнике осуществляется сторонними силами. Сторонние силы – это силы неэлектрического происхождения, поддерживающие в источнике определенную разность потенциалов. Источниками тока могут быть: батарейка, аккумулятор, генератор. Характеристикой источника тока является электродвижущая сила. Электродвижущая сила (эдс) – физическая величина, равная отношению работы сторонних Аст сил по перемещению заряженных частиц к величине заряда q: 𝜀= 𝐴ст 𝑞 Электродвижущая сила обозначается буквой ε (эпсилон), измеряется в вольтах (В) как и напряжение. Именно значения эдс указывается на батарейках и аккумуляторах (1,5 В; 4,8 В; 9 В и т.д.). Вопросы. 1. Что такое электрический ток? 2. Что такое сила тока? 3. Что такое напряжение? 4. Сформулируйте закон Ома. 5. От чего зависит сопротивление? 6. Как рассчитать работу и мощность тока? 7. Каковы закономерности при последовательном соединении? 8. Каковы закономерности при параллельном соединении? 9. Что такое сторонние силы? 10. Что называют электродвижущая сила?
