Типы диэлектриков. Поляризация диэлектриков Постоянный электрический ток Закон Ома. Сопротивление проводников Электрические токи в металлах, вакууме и газах Плазма и ее свойства

Примеры решения задач

Пример 1. Электродвигатель работает в сети с напряжением В. Мощность двигателя кВт, коэффициент полезного действия . Определить силу тока, потребляемую двигателем, и сопротивление его обмоток.

Решение. Мощность двигателя

,

где I – сила тока, потребляемая двигателем. Отсюда

.

Закон Ампера. Взаимодействие параллельных токов

Магнитное поле оказывает на рамку с током ориентирующее действие. Следовательно, вращающий момент, испытываемый рамкой, есть результат действия сил на отдельные ее элементы. Обобщая результаты исследования действия магнитного поля на различные проводники с током. Ампер установил, что сила dF, с которой магнитное поле действует на элемент проводника dl с током, находящегося в магнитном поле, равна

  (111.1)

где dl—вектор, по модулю равный dl и совпадающий по направлению с током, В — вектор магнитной индукции.

Направление вектора dF может быть найдено, согласно (111.1), по общим правилам векторного произведения, откуда следует правило левой руки: если ладонь левой руки расположить так, чтобы в нее входил вектор В, а четыре вытянутых пальца расположить по направлению тока в проводнике, то отогнутый большой палец покажет направление силы, действующей на ток.

Модуль силы Ампера (см. (111.1)) вычисляется по формуле

  (111.2)

где a — угол между векторами dl и В.

Закон Ампера применяется для определения силы взаимодействия двух токов. Рассмотрим два бесконечных прямолинейных параллельных тока I1 и I2; (направления токов указаны на рис. 167), расстояние между которыми равно R. Каждый из проводников создает магнитное поле, которое действует по закону Ампера на другой проводник с током. Рассмотрим, с какой силой действует магнитное поле тока I1 на элемент dl второго проводника с током I2. Ток I1 создает вокруг себя магнитное поле, линии магнитной индукции которого представляют собой концентрические окружности. Направление вектора B1 определяется правилом правого винта, его модуль по формуле (110.5) равен

Направление силы dF1, с которой поле B1 действует на участок dl второго тока, определяется по правилу левой руки и указано на рисунке. Модуль силы, согласно (111.2), с учетом того, что угол a между элементами тока I2 и вектором B1 прямой, равен

подставляя значение для В1, получим

  (111.3)

Рассуждая аналогично, можно показать, что сапа dF2 с которой магнитное поле тока I2 действует на элемент dl первого проводника с током I1, направлена в противоположную сторону и по модулю равна

  (111.4)

Сравнение выражений (111.3) и (111.4) показывает, что

т. е. два параллельных тока одинакового направления притягиваются друг к другу с силой

 (111.5)

Если токи имеют противоположные направления, то, используя правило левой руки, можно показать, что между ними действует сила отталкивания, определяемая формулой (111.5).

Магнитная постоянная. Единицы магнитной индукции и напряженности магнитного поля

Если два параллельных проводника с током находятся в вакууме (m=1), то сила взаимодействия на единицу длины проводника, согласно (111.5), равна

  (112.1)

Для нахождения числового значения m0 воспользуемся определением ампера, согласно

которому =2×10–7 Н/м при I1 = I2 = 1 А и R = 1 м. Подставив это значение в формулу (112.1), получим

где генри (Гн) — единица индуктивности (см. § 126).

Закон Ампера позволяет определить единицу магнитной индукции В. Предположим, что элемент проводника dl с током I перпендикулярен направлению магнитного поля. Тогда закон Ампера (см. (111.2)) запишется в виде dF=IBdl, откуда

Единица магнитной индукции — тесла (Тл): 1 Тл — магнитная индукция такого однородного магнитного поля, которое действует с силой 1 Н на каждый метр длины прямолинейного проводника, расположенного перпендикулярно направлению поля, если по этому проводнику проходит ток 1 А:

Так как m0 = 4p×10–7 Н/А2, а в случае вакуума (m = 1), согласно (109.3), B=m0H, то для данного случая

Единица напряженности магнитного поля — ампер на метр (А/м): 1 А/м — напряженность такого поля, магнитная индукция которого в вакууме равна 4p×10–7 Тл.

Характеристики электрического тока и условия его существования. Электродвижущая сила, напряжение.

Классическая электронная теория электропроводности металлов.

Вывод законов Ома и Джоуля – Ленца из электронных представлений.

Затруднения классической электронной теории.

Законы Кирхгофа.

1. Характеристики электрического тока и условия его существования.

В электростатике изучались явления, обусловленные неподвижными зарядами. Если по какой-либо причине возникает упорядоченное движение зарядов и через поверхность переносится заряд, отличный от нуля, то говорят, что возникает электрический ток.

 Количественной характеристикой электрического тока служит сила тока – величина заряда, переносимого через рассматриваемую поверхность в единицу времени. Если за время  через поверхность переносится заряд , то сила тока равна:

Единицей силы тока является ампер (А). За направление тока принимается направление, в котором перемещаются положительные заряды или направление, противоположное направлению движения отрицательных зарядов. Свободные заряды, которые перемещаются в среде, называются носителями тока.

 Электрический ток может быть распределен неравномерно по поверхности, через которую он течет. Более детально ток можно охарактеризовать с помощью вектора плотности тока . Пусть заряженные частицы движутся в определенном направлении со скоростью . Вектором плотности тока  называется вектор, по направлению совпадающий с направлением скорости положительных зарядов (или против направления скорости отрицательных зарядов), а по абсолютной величине равный отношению силы тока  через элементарную площадку , расположенную в данной точке пространства перпендикулярно к направлению движения носителей, к ее площади.

Число носителей тока в единице объема  называется плотностью носителей тока. Заряд отдельного носителя будет обозначаться .


Фотопроводимость полупроводников