Электрическое поле и электрический ток: напряженность и сила

Взаимодействие электрических зарядов объясняется тем, что вокруг каждого заряда существует электрическое поле.

Электрическое поле

Электрическое поле заряда – это материальный объект, оно непрерывно в пространстве и способно действовать на другие электрические заряды. Электрическое поле неподвижных зарядов называется электростатическим. Электростатическое поле создается только электрическими зарядами, существует в пространстве, окружающем эти заряды и неразрывно с ними связано.

Если к электроскопу, не касаясь его оси, поднести на некотором расстоянии заряженную палочку, то стрелка все равно будет откланяться. Это и есть действие электрического поля.

Напряженность электрического поля

Заряды, находясь на некотором расстоянии один от другого, взаимодействуют. Это взаимодействие осуществляется посредством электрического поля. Наличие электрического поля можно обнаружить, помещая в различные точки пространства электрические заряды.  Если на заряд в данной точке действует электрическая сила, то это означает, что в данной точке пространства существует электрическое поле. Графически силовые поля изображают силовыми линиями.

Силовая линия – это линия, касательная в каждой точке которой совпадает с вектором напряженности электрического поля в этой точке.

Напряженность электрического поля – это физическая величина, численно равная силе, действующей на единичный заряд, помещенный в данную точку поля. За направление вектора напряженности принимают направление силы, действующей на точечный положительный заряд.

Однородное электрическое поле – это такое поле, во всех точках которого напряженность имеет одно и то же абсолютное значение и направление. Приблизительно однородным является электрическое поле между двумя разноименно заряженными металлическими пластинами. Силовые линии такого поля являются прямыми одинаковой густоты.

                

Потенциал. Разность потенциалов. Кроме  напряженности, важной характеристикой электрического поля является потенциал j. Потенциал j – это энергетическая характеристика электрического поля, тогда как напряженность E – это его силовая характеристика, потому что потенциал равен потенциальной энергии, которой обладает единичный заряд в данной точке поля, а напряженность равна силе, с которой поле действует на этот единичный заряд.

Диэлектрики в электрическом поле

Диэлектриками или изоляторами

называются тела, которые не могут проводить через себя электрические заряды. Это объясняется отсутствием в них свободных зарядов.

Если одни конец диэлектрика внести в электрическое поле, то перераспределения зарядов не произойдет, т. к. в диэлектрике нет свободных носителей заряда. Оба конца диэлектрика будут нейтральны. Притяжение незаряженного тела из диэлектрика к заряженному телу объясняется тем, что в электрическом поле происходит поляризация диэлектрика, т. е. смещение в противоположные стороны разноименных связанных зарядов, входящих в состав атомов и молекул вещества.

Полярные и неполярные диэлектрики

Виды диэлектриков

К неполярным относятся диэлектрики, в атомах или молекулах которых центр отрицательно заряженного электронного облака совпадает с центром положительного атомного ядра. Например, инертные газы, кислород, водород, бензол.

Полярные диэлектрики состоят из молекул, у которых центры распределения положительных и отрицательных зарядов не совпадают. Например, спирты, вода. Их молекулы можно рассматривать как совокупность двух точечных зарядов, равных по модулю и противоположных по знаку, находящихся на некотором расстоянии друг от друга. Такую в целом нейтральную систему называют электрическим диполем.

Проводники в электрическом поле

Проводниками называются тела, способные пропускать через себя электрические заряды.  Это свойство проводников объясняется наличием в них свободных носителей заряда. Примерами проводников могут быть металлы и растворы электролитов.

Если взять металлический проводник и один его конец поместить в электрическое поле, то на данном конце появится электрический заряд. Согласно закону сохранения электрического заряда, на другом конце проводника появится равный ему по модулю и противоположный по знаку заряд. Явление разделения разноименных зарядов в проводнике, помещенном в электрическое поле, называется

электростатической индукцией.

При внесении в электрическое поле проводника свободные заряды в нем приходят в движение. Перераспределение зарядов вызывает изменение электрического поля. Движение зарядов прекращается только тогда, когда напряженность электрического поля внутри проводника становится равной нулю. Свободные заряды перестают перемещаться вдоль поверхности проводящего тела при достижении такого распределения, при котором вектор напряженности электрического поля в любой точке перпендикулярен поверхности тела.   Электростатическое поле внутри проводника равно нулю, весь статический заряд проводника сосредоточен на его поверхности.

Электроемкость и конденсатор

Электроемкость – количественная мера способности проводника удерживать заряд.

Простейшие способы разделение разноименных электрических зарядов – электризация и электростатическая индукция – позволяют получить на поверхности тел не большое количество свободных электрических зарядов. Для накопления значительных количеств разноименных электрических зарядов применяются конденсаторы.

Конденсатор – это система из двух проводников (обкладок), разделенных слоем диэлектрика, толщина которого мала по сравнению с размерами проводников. Так, например, две плоские металлические пластины, расположенные параллельно и разделенные слоем диэлектрика, образуют

плоский конденсатор.

 Если пластинам плоского конденсатора сообщить равные по модулю заряды противоположного знака, то напряженность электрического поля между пластинами будет в два раза больше, чем напряженность поля у одной пластины. Вне пластин напряженность электрического поля равна нулю, т. к. равные заряды разного знака на двух пластинах создают вне пластин электрические поля, напряженности которых равны по модулю, но противоположны по направлению.

Электрический ток

Это направленное движение заряженных частиц. В металлах носителями тока являются свободные электроны, в электролитах – отрицательные и положительные ионы, в полупроводниках – электроны и дырки, в газах – ионы и электроны. Количественной характеристикой тока является сила тока.

Источниками могут служить – гальванический элемент(происходят хим. реакции и внутренняя энергия, превращается в электрическую) и аккумулятор(для зарядки через него пропускают постоянный ток, в результате химической реакции один электрод становиться положительно заряженным, другой – отрицательно.

Действия электрического тока: тепловое, химическое, магнитное.

Направление электрического тока: от + к –

Направленное движение заряженных частиц

Поэтому достаточным условием для существования тока является наличие электрического поля и свободных носителей заряда.  О наличии тока можно судить по явлениям, которые его сопровождают: Проводник, по которому течет ток, нагревается. Электрический ток может изменять химический состав проводника.

Силовое воздействие на соседние точки и намагниченные тела.

При существовании электрического поля внутри проводника, на концах его существует разность потенциалов. Если она не меняется, то в проводнике устанавливается постоянный электрический ток.

Сила тока

Сила тока – отношение заряда, пронесенного через поперечное сечение проводника за интервал времени, к этому интервалу времени.

Сила тока, как и заряд, величина скалярная. Она может быть как положительной, так и отрицательной. За положительное направление силы тока принято движение положительных зарядов. Если с течением времени сила тока не меняется, то ток называется постоянным.

Электродвижущая сила

Для того, чтобы в проводнике существовал электрический ток длительное время, необходимо поддерживать неизменными условия, при которых возникает электрический ток.

Во внешней цепи электрические заряды движутся под действием сил электрического поля. Но, чтобы поддерживать разность потенциалов на концах внешней цепи, необходимо перемещать электрические заряды внутри источника тока против сил электрического поля. Такое перемещение может осуществляться только под действием сил неэлектростатической природы.

Силы, вызывающие перемещение электрических зарядов внутри источника постоянного тока против направления действия сил электростатического поля, называются сторонними силами. Сторонние силы в гальваническом элементе или аккумуляторе возникают в результате электрохимических процессов, происходящих на границе раздела электрод – электролит. В машине постоянного тока сторонней силой является сила Лоренца.

Последовательное и параллельное соединение проводников

Проводники в электрических цепях постоянного тока могут соединяться последовательно и параллельно.

При последовательном соединении электрическая цепь не имеет разветвлений, все проводники включают в цепь поочередно друг за другом.

Сила тока во всех проводниках одинакова, так как в проводниках электрический заряд не накапливается и через поперечное сечение проводника за определенное время проходит один и тот же заряд.

При последовательном соединении проводников их общее электрическое сопротивление равно сумме электрических сопротивлений всех проводников.

При параллельном соединении электрическая цепь имеет разветвления (точку разветвления называют узлом). Начала и концы проводников имеют общие точки подключения к источнику тока.

При этом напряжение на всех проводниках одинаково. Сила тока равна сумме сил токов во всех параллельно включенных проводниках, так как в узле электрический заряд не накапливается, поступающий за единицу времени в узел заряд равен заряду, уходящему из узла за то же время.

Соединение источников тока

Соединение источников тока

Химические источники э. д. с. (аккумуляторы, элементы) включаются между собой последовательно, параллельно и смешанно.

Последовательное соединение источников э. д. с. На рисунке представлены три соединенных между собой аккумулятора. Такое соединение аккумуляторов, когда минус каждого предыдущего источника соединен с плюсом последующего источника, называется последовательным соединением. Группа соединенных между собой аккумуляторов или элементов называется батареей.

Постоянный электрический ток

240. Электрический ток — это направленное движение электрически заряженных частиц. За направление тока принято направление движения положительно заряженных частиц.

241. Постоянный ток — это ток, сила и направление которого не изменяются со временем.

242. Сила тока — это величина, равная отношению заряда, протекшего через поперечное сечение проводника за некоторый промежуток времени, к величине этого промежутка.

В системе СИ сила тока измеряется в амперах (А).

1 Ампер — это сила такого не изменяющегося тока, который при пропускании его по 2 проводникам бесконечной длины и ничтожно малого сечения, находящимся в вакууме на расстоянии 1 метр друг от друга, вызывает силу взаимодействия между ними 210^-7 Н на каждый метр длины.

243. Для существования электрического тока необходимо выполнение двух условий:

1) наличие электрического поля;

2) наличие свободных носителей зарядов.

244. Сила тока связана со скоростью движения носителей заряда соотно­шением:

где q — заряд носителя зарядов, n — число носителей заряда в единице объёма (концентрация), S — площадь поперечного сечения проводника, v — средняя скорость упорядоченного движения носителей заряда под действием электрического поля.

245. Закон Ома для участка цепи: сила тока в однородном участке цепи прямо пропорциональна приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению.

Сопротивление проводников в системе СИ измеряется в омах (Ом). 1 Ом — это сопротивление такого проводника, в котором при напряжении в 1 В возникает ток силой в 1 А.

246. Сопротивление проводника можно вычислить по формуле:

где — удельное сопротивление, l — длина проводника, S — площадь поперечного сечения.

247. Удельным сопротивлением материала проводника называется величина, численно равная сопротивлению куба с ребром 1 метр, изготовленного из данного материала, при его подключении противоположными гранями. Удельное сопротивление измеряется в Омм.

248. Плотнсть тока — это физическая величина, равная отношению силы тока, текущего в проводнике, к площади его поперечного сечения.

Плотность тока измеряется в A/м². Плотность тока величина векторная. Вектор плотности тока совпадает по направлению с вектором напряжённости электрического поля.

где n — концентрация носителей зарядов, q — заряд носителя, v — скорость упорядоченного движения носителей заряда под действием электрического поля.

249. При последовательном соединении проводников:

250. При параллельном соединении проводников:

251. Работа тока:

252. Мощность тока:

253. Закон Джоуля-Ленца: количество теплоты, которое выделяется в проводнике при пропускании электрического тока равно произведению квадрата силы тока, протекающего по проводнику, на сопротивление проводника и на время протекания электрического тока.

254. Электродвижущая сила (ЭДС) — это физическая величина, равная отношению работы сторонних сил по перемещению заряда по замкнутой цепи, к величине этого заряда.

ЭДС в системе СИ измеряется в вольтах.

255. Закон Ома для замкнутой цепи: cила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.

где r — внутреннее сопротивление источника тока, R — общее сопротивление внешнего участка цепи.

256. Короткое замыкание цепи — это такой режим работы источника тока, при котором сопротивление внешнего участка цепи стремится к нулю.

257. Сила тока при коротком замыкании равна

258. Мощность, выделяющаяся во внешней цепи, будет максимальной в том случае, когда сопротивление внешней цепи будет равно внутреннему сопротивлению источника тока, т.е. при

259. Сопротивление проводников зависит от температуры по закону, выраженному формулой

где R₀ — сопротивление проводника при 0⁰С, R — сопротивление проводника при температуре t,  ‑ температурный коэффициент сопротивления. Температурный коэффициент сопротивления измеряется в К^-1. Температурный коэффициент сопротивления равен относительному изменению сопротивления при изменении температуры на 1 К.

260. Сверхпроводимость-это такое состояние вещества проводника, при котором его сопротивление становится равным нулю. Наблюдается это явление при температурах близких к абсолютному нулю.

261. Свободными носителями зарядов в металлах являются электроны.

262. Основные положения электронной теории проводимости металлов:

1) Свободные электроны ведут себя как молекулы идеального газа. Они не взаимодействуют друг с другом и обладают только кинетической энергией;

2) Свободные электроны в процессе своего хаотического движения сталкиваются не между собой (как молекулы идеального газа), а с ионами кристаллической решётки. При этом они полностью отдают свою кинетическую энергию кристаллической решётке;

3) Движение свободных электронов в металле подчиняется законам классической механики.

263. Электролиты — это вещества, растворы и расплавы которых проводят электрический ток. Носителями зарядов в электролитах являются положи­тельные и отрицательные ионы.

264. Электролитическая диссоциация — это распад молекул электролита на ионы под влиянием электрических полей молекул растворителя.

265. Электролиз — это явление выделения вещества на электродах при пропускании тока через электролит.

Другая формулировка: Электролиз — это совокупность электрохимических процессов, происходящих на электродах, погруженных в электролит, при прохождении через него электрического тока.

266. Рекомбинация — это процесс образования нейтральных молекул из ионов.

267.Закон Фарадея для электролиза: Масса вещества, выделившегося на электроде при электролизе, прямо пропорциональна заряду, протекшему через электролит.

где k — электрохимический эквивалент вещества, выделяющегося на электроде, измеряется в кг/Кл и численно равен массе вещества, выделившегося на электроде при пропускании заряда в 1 Кл.

где — молярная масса, е — элементарный заряд, N_А — число Авогадро, n — валентность.

268. Газовый разряд — это процесс протекания электрического тока через газ. Обычно газовый разряд сопровождается излучением атомами и ионами фотонов света, т.е. частиц света.

269. Несамостоятельным называют разряд, который происходит под действием внешнего ионизатора (пламя свечи, рентгеновское, ультрафиолетовое, радиоактивное излучения и т.д).

270. Ионизация молекул газа — это процесс выбивания электронов из нейтральных молекул при их соударениях, при соударении свободных электронов с нейтральными молекулами, при взаимодействии с электромагнитными и радиоактивными излучениями и т.д.

271. Рекомбинация молекул газа — это процесс образования нейтральных молекул из электронов и положительных ионов.

272. Носителями зарядов в газах являются электроны и ионы, которые появляются в результате ионизации. Но главную роль в проводимости газов играют электроны, т.к. электроны движутся со значительно большими скоростями, чем ионы.

273. Самостоятельным называется газовый разряд, протекающий в отсутствии внешнего ионизатора. При самостоятельном разряде положительные ионы приобретают большую скорость и, ударяясь о катод, выбивают из него электроны, которые в процессе своего движения к аноду ионизируют нейтральные атомы газа, порождая тем самым новые носители зарядов. Катод может испускать электроны не только в результате ударов ионов, но и в результате явления термоэлектронной эмиссии, которая происходит с катода при его нагревании.

274. Плазма — это такое состояние вещества, при котором атомы и молекулы находятся в частично или полностью ионизированном состоянии. В плазме концентрация положительных и отрицательных ионов одинакова.

275. Вакуум — это такое состояние вещества в сосуде, когда молекулы пролетают от одной его стенки до другой, не сталкиваясь друг с другом

276. Термоэлектронная эмиссия — это явление вылетания электронов с поверхности металлов и их окислов при нагревании. Явление термоэлектронной эмиссии используется для создания носителей зарядов в электровакуумных приборах.

277. Полупроводники — это группа веществ, представители которой по своей проводимости занимают промежуточное положение между металлами и диэлектриками. Их главное отличие от металлов состоит в характере зависи­мости электрического сопротивления от температуры. Сопротивление ме­таллов при нагревании медленно растёт, а сопротивление полупроводников быстро уменьшается. Сопротивление диэлектриков тоже при повышении температуры уменьшается. но эта зависимость начинает сказываться при температурах 800-1000⁰С и выше, а у полупроводников эта зависимость проявляется при температурах близких к 0⁰С. Типичные представители полупроводников: германий. кремний и ещё 10 химических элементов.

278. В полупроводниках в результате теплового движения некоторые электроны покидают ковалентные (парнозлектронные) связи и становятся свободными. На их месте оказываются вакансии, которые ведут себя как положительно заряженные частицы. Их называют дырками. Таким образом, носителями свободных зарядов в полупроводниках являются электроны и дырки. В чистых (без примесей) полупроводниках их концентрация одинакова.

279. Собственной называется проводимость полупроводников, которая возникает в результате образования электронов и дырок при ионизации атомов полупроводника.

280. При введении в чистый полупроводник небольшого количества атомов примеси его проводимость сильно увеличивается. Если в кристаллическую решётку ввести атомы примеси с валентностью больше 4, в полупроводнике образуются свободные электроны, которые появляются в результате ионизации атомов примеси. Если в кристаллическую решётку ввести атомы примеси с валентностью меньшей 4, то для образования завершённых ковалентных связей у атомов примеси не будет хватать электронов, т.е. в ковалентных связях атомов примеси появятся вакансии, называемые дырками.

281. Проводимость, обусловленная носителями зарядов, появившимися в результате введения примесей, называется примесной.

282. Примеси, валентность которых больше 4, дающие электронную проводимость называют донорами, а возникающую при этом проводимость — донорной, или n-типа.

283. Примеси, валентность которых меньше 4, дающие дырочную проводимость, называют акцепторами, а проводимость акцепторной или p-типа.

284. Практическое применение получил контакт между полупроводниками с разной проводимостью. Этот контакт получил название p-n-перехода. Он обладает односторонней проводимостью и является основной частью полупроводниковых приборов: диодов, транзисторов, микросхем.

Постоянный электрический ток. Электрический ток – это упорядоченное движение электрических зарядов

 

Электрический ток – это упорядоченное движение электрических зарядов.

Для того чтобы свободные заряды двигались в среде упорядоченно, необходимо либо наличие электрического поля, либо какое-либо поле неэлектростатических сил.

Если свободные заряды движутся упорядоченно в электри-ческом поле, то причиной, вызывающей электрический ток, являются кулоновские силы.

Если же свободные заряды движутся упорядоченно без электрического поля, то причиной, вызывающей электрический ток, являются силы, называемые сторонними (например, магнитные силы в генераторе электрического тока). Причём, если электрическое поле характеризуют напряжённостью Е, то поле сторонних сил – так называемой напряженностью поля сторонних сил Е^*.

Количественной характеристикой электрического тока является сила тока I. Это величина, равная отношению заряда dq, переносимого через поверхность за время dt, ко времени dt

.

Сила тока, как это видно из определения, – скалярная величина.

В системе СИ единицей измерения силы тока является ампер [I] = Кл/с = А.

Электрический ток может быть обусловлен направленным движением как положительных, так и отрицательных зарядов. Причём, если ток создаётся одновременным движением положи-тельных зарядов dq⁺ (они движутся по полю) и отрицательных зарядов dq^— (они движутся против электрического поля), то

.

Электрический ток имеет направление. Это – условная характеристика.

Направлением тока принято считать направление движения положительных зарядов (если ток создают отрицательные заряды, то направление тока противо-положно направлению их движения).

В общем случае величина отношения dq/dt может меняться со временем; если же dq/dt =constто ток называют постоянным и тогда можно считать I = q /t.

Величина отношения dq / dt может зависеть не только от времени, но и от координаты: в разных точках сечения провод-ника оно может быть разным. Поэтому для характеристики электрического тока используют дифференциальную характе-ристику, именуемую плотность тока j:

,

где n – единичный вектор, параллельный скорости направленного движения положительных зарядов; dS_^ – площадь элементарной поверхности, перпендикулярной скорости направленного движе-ния зарядов.

Размерность плотности тока [j] = A/м².

Сила тока и плотность тока связаны между собой:

.

Последнее выражение можно прочесть и так: сила тока через поверхность S равна потоку вектора плотности тока j через эту поверхность.

Протекание электрического тока не вызывает накопления заряда в проводнике. Это означает, что если в некоторый объём проводника вошёл заряд dq, то такой же заряд должен выйти из этого объёма.

В математической форме послед-нее утверждение имеет следующий вид:

.

Найдём связь плотности тока со средней скоростью упорядоченного движения зарядов в проводнике. Для этого выберем единичную поверхность, перпендикулярную скорости упорядоченного движения зарядов. За единицу времени через неё пройдёт n⁺×v положительных зарядов и n × v отри-цательных зарядов (здесь n⁺, n^— – концентрации положительных и отрицательных зарядов соответственно, v⁺, v ^— – скорости направленного движения зарядов). Тогда плотность тока

j = e⁺ × n⁺ × v⁺ × e^— × n^— × v ^— .

В отсутствие электрического поля свободные носители заряда движутся хаотически. Это движение не даёт вклада в j, так как средняя скорость хаотического движения равна нулю.

 

Электродвижущая сила

 

Если в проводнике создать электрическое поле, свободные заряды начнут двигаться упорядоченно, т. е. возникнет электрический ток.

Однако этот ток очень быстро прекратится, так как свободные заряды перераспределятся так, что поле внутри проводника станет равно нулю и причина, вызвавшая направленное движение зарядов, исчезнет (см. разд. 1.19).

Для того чтобы ток не прекращался, необ-ходимо переносить из-быточные заряды с одного конца провод-ника на противополо-жный. Тогда электри-ческое поле внутри проводника будет су-ществовать непрерывно и направленное движение зарядов не будет прекращаться.

Другими словами – для того чтобы в цепи непрерывно существовал электрический ток, в части электрической цепи свободные носители должны двигаться по электрическому полю, а в другой части – против.

Естественно, электрическое поле не может заставить поло-жительные заряды двигаться против кулоновских сил. Следо-вательно, в части цепи должны действовать силы, заставляющие положительные заряды двигаться от “минуса” к “плюсу”. Такие силы неэлектростатического происхождения принято называть сторонними.

Участок цепи, на котором действуют сторонние силы, называют источником ЭДС (электродвижущей силы).

На практике используются различные виды источников ЭДС. Это электрические генераторы, гальванические элементы (батарейки), аккумуляторы и т. д.

Источник электродвижущей силы характеризуется величиной эдс:

,

где А_ст – работа сторонних сил по перемещению заряда q; q – заряд, перемещённый сторонними силами.

Размерность ЭДС [e] = Дж/Кл = В (вольт).

Работу сторонних сил по перемещению заряда q внутри источника эдс можно вычислить следующим образом:

.

Отсюда величина эдс

.

Если электрическая цепь замк-нута, то эдс равна

.

Работа по перемещению заряда на участке цепи, содержащем источник ЭДС, может быть найдена как

.

Учитывая связь напряжённости и потенциала, а также опреде-ление ЭДС, получаем

.

Величина, равная работе электростатических и сторонних сил по перемещению единичного заряда в электрической цепи, называется напряжением:

.

Обратите внимание: напряжение на участке цепи и разность потенциалов на его концах различны по величине.

Напряжение и разность потенциалов не одно и то же!

Следует отметить, что участок цепи, содержащий источник ЭДС, называют неоднородным. Участок, не содержащий источ-ника ЭДС, называют однородным.

Поскольку однородный участок не содержит ЭДС, постольку , т. е. напряжение на однородном участке цепи равно разности потенциалов на его концах.

 

Закон Ома

 

Георг Ом, экспериментируя с цепями постоянного тока, обнаружил, что сила тока в участке электрической цепи определяется следующим соотношением:

,

где I – сила тока в цепи, U – напряжение на концах цепи, R – сопротивление цепи.

Это выражение принято называть законом Ома для участка цепи.

Сопротивление цепи есть коэффициент, связывающий на-пряжение в цепи и силу тока, возникающего в цепи за счёт напряжения U.

Поскольку размерности силы тока и напряжения не совпадают, R является размерным коэффициентом. Размерность сопротивления можно получить из закона Ома: [R] = [U]/[I] =
= В/А = Ом.

Величина сопротивления цепи при постоянной температуре зависит от размеров и формы проводников цепи, от материала, из которого проводники изготовлены. Увеличение температуры у большинства проводников вызывает возрастание сопротивления.

Для однородного по составу проводника постоянной длины и сечения сопротивление , где r – удельное сопротивление

 

проводника*; l – длина проводника, S – площадь поперечного сечения проводника.

Закон Ома для участка цепи может быть записан в диф-ференциальной форме

,

где j– плотность тока в проводнике; r – удельное сопротивление проводника; s – удельная электрическая проводимость провод-ника; Е – напряжённость электрического поля в проводнике.

Если участок цепи неоднороден, то кроме электростатических сил на свободные заряды действуют и сторонние, тогда

J = sE + sE^*.

Это выражение представляет собой закон Ома в диф-ференциальной форме для неоднородного участка цепи.

В интегральной форме это выглядит так:

и

где j_{1 –} j₂ – разность потенциалов на концах участка цепи.

Последнее выражение представляет собой закон Ома для неоднородного участка цепи в интегральной форме.

Если неоднородная цепь замкнута, то j₁ = j₂ (так как концы участка цепи соединены между собой) и закон Ома принимает следующий вид:

,

где R – суммарное сопротивление однородного участка цепи и внутреннего сопротивления источника ЭДС.

Это выражение представляет собой закон Ома для замкнутой цепи.

 

 

___________________________

 

* Удельное сопротивление зависит от материала проводника; размерность удельного сопротивления – Ом×м.

Тест по физике Электрический ток. Сила тока. Источник тока для 11 класса

Тест по физике Электрический ток. Сила тока. Источник тока для 11 класса с ответами. Тест включает в себя 2 варианта. В каждом варианте по 5 заданий.

1 вариант

1. Проводник находится в электрическом поле. Как движутся в нем свободные электрические заряды?

А. Совершают колебательное движение.
Б. Хаотично.
В. Упорядоченно.

2. Что принято за направление электрического тока?

А. Направление упорядоченного движения положи­тельно заряженных частиц.
Б. Направление упорядоченного движения отрица­тельно заряженных частиц.
В. Определенного ответа дать нельзя.

3. Как изменилась сила тока в цепи, если увеличилась концентрация заряженных частиц в 4 раза, а скорость электронов и сечение проводника остались прежними?

А. Не изменилась.
Б. Уменьшилась в 4 раза.
В. Увеличилась в 4 раза.

4. Какова роль источника тока в электрической цепи?

А. Порождает заряженные частицы.
Б. Создает и поддерживает разность потенциалов в электрической цепи.
В. Разделяет положительные и отрицательные за­ряды.

5. Какой заряд пройдет через поперечное сечение провод­ника за 2 мин, если сила тока в проводнике равна 1 А?

А. 60 Кл.
Б. 120 Кл.
В. 30 Кл.

2 вариант

1. В проводнике отсутствует электрическое поле. Как движутся в нем свободные электрические заряды?

А. Совершают колебательное движение.
Б. Хаотично.
В. Упорядоченно.

2. Направление электрического тока…

А. совпадает с направлением напряженности электри­ческого поля, вызывающего этот ток;
Б. противоположно направлению напряженности электрического поля, вызывающего этот ток;
В. определенного ответа дать нельзя.

3. Сила тока в цепи возросла в 2 раза, концентрация зарядов и площадь сечения проводника не изменились. Как изменилась скорость движения электронов?

А. Уменьшилась в 2 раза.
Б. Увеличилась в 2 раза.
В. Не изменилась.

4. Какие силы вызывают разделение зарядов в источнике тока?

А. Кулоновские силы отталкивания.
Б. Сторонние (неэлектрические) силы.
В. Кулоновские силы отталкивания и сторонние (не­электрические) силы.

5. За какое время через поперечное сечение проводника пройдет заряд в 100 Кл при силе тока 2 А?

А. 200 с.
Б. 60 с.
В. 50 с.

Ответы на тест по физике Электрический ток. Сила тока. Источник тока для 11 класса
1 вариант
1-В
2-А
3-В
4-В
5-Б
2 вариант
1-Б
2-А
3-Б
4-Б
5-В

Обсуждение:Электрический ток — Википедия

^==Править?== не работает. Тут же нет никакой защиты. Против правил. Alexander Mayorov 08:29, 25 июня 2007 (UTC) есть

Большая просьба добавить материал о том, как определить направление электрического тока. 91.77.167.52 07:01, 29 января 2009 (UTC)

статья — никакая, куча ошибок и недочетов мож кто улучшит? просто я плохо разбираюсь 90.189.165.69 16:31, 27 апреля 2009 (UTC)

А причем тут магнитное поле соленоида?!

Электри́ческий ток — направленное движение электрически заряженных частиц в замкнутой цепи.—Startcev 22:50, 12 мая 2010 (UTC)

Разомкни цепь и я посмотрю, как будет протекать ток. Если будет — ты гений. —Startcev 08:48, 13 мая 2010 (UTC)

• Токи Фуко, например, вообще не требуют никаких цепей. Артём Коржиманов 08:59, 13 мая 2010 (UTC)
• Startcev, разряди через себя конденсатор, и убедись, что замкнутая цепь для существования тока не обязательна. Если через твое сечение пройдет 100 милликулон за одну секунду (приблизительно 6*(10^17 электронов)), ты умрешь и убедишься, что ток существует без замкнутой цепи

91.206.218.64 19:37, 1 сентября 2010 (UTC)

• Цепь то все равно замыкается через твое тело. Определение верно. Не верно его понимание некоторыми людьми

Denis Borisenko| Денис Борисенко

Startcev Все правильно, но замкнутая цепь образуется если в ней есть ток проводимости. Если величина напряжения не достаточная для пробоя электрической цепи, то цепь не является замкнутой из-за его спецификации.Реакция 21:45, 18 декабря 2014 (UTC)

Артём Коржиманов токи Фуко, или индукционные токи образуются в замкнутой цепи и образуют замкнутый контур, об этом в статье указано. Реакция 21:55, 18 декабря 2014 (UTC)

Один из нескольких недостатков данной статьи:[править код]

В статье встречается фраза «Электрический ток широко используется в энергетике для передачи энергии на расстоянии, а в телекоммуникациях — для передачи информации на расстоянии.», из которой следует, в частности, что «электрический ток широко используется в телекоммуникациях для передачи информации на расстоянии», а эта фраза является не корректной, поскольку само помятие телекоммуникации вытекает из факта существования электрического тока с его свойствами. Если бы электрического тока в природе не существовало, то понятие телекоммуникации отсутствовало бы. Не может быть, что бы из дочернего вытекало родительное, равно, как и теорема не может вытекать из своего следствия. Вот пример фразы, которая является не корректной по той же причине: «звёзды широко используются в астраномии»;

Nas004 07:45, 10 декабря 2012 (UTC)

Стоит заменить телекоммуникациях на связи. С первой частью вроде всё нормально. —Freezeman 18:01, 10 декабря 2012 (UTC)

Это разные понятия из одной области. Ты не понимаешь. Ты пишешь бред. Реакция 22:06, 18 декабря 2014 (UTC)

Правка участника 62.182.194.200[править код]

• Определение понятия «электрический ток», данное в статье, соответствует определениям, приведённым в тех АИ, на которые указаны ссылки (Физ-я энциклопедия, Сивухин и БСЭ). Любое изменение имеющегося определения возможно лишь при указании причин и оснований в виде АИ.
• Напомню, что в случае отмены правки, сделанной каким-либо участником, нельзя повторно вносить ту же правку, а следует выносить своё предложение на СО и добиваться на ней консенсуса (см. ВП:КОНС). Повторное внесение правки до достижения такого консенсуса расценивается как война правок и нарушение ВП:ВОЙ. —VladVD 14:27, 27 апреля 2014 (UTC)

В каких целях перефразирован источник?
В статье:
Скорость направленного движения частиц в проводниках зависит от материала проводника, массы и заряда частиц, окружающей температуры, приложенной разности потенциалов.
В источнике, приведена формула утверждающая следующее:
Скорость упорядоченного движения электронов в проводнике, пропорциональна силе тока, и обратно пропорциональна концентрации свободных носителей заряда, модулю их заряда, площади поперечного сечения проводника.
В формуле не упоминаются: материал проводника, масса частиц, окружающая температура, приложенная разность потенциалов(!).

В статье:
Несмотря на это, скорость распространения собственно электрического тока равна скорости света (скорости распространения фронта электромагнитной волны). То есть то место, где электроны изменяют скорость своего движения после изменения напряжения, перемещается со скоростью распространения электромагнитных колебаний.
В источнике:
Малые значения скорости упорядоченного движения свободных зарядов в проводниках не приводят к запаздыванию зажигания электрических ламп, включения электромоторов и т. д., так как при включении электрической цепи вдоль проводов со скоростью света распространяется электромагнитное поле. Это поле приводит в движение свободные электрические заряды почти одновременно во всех проводниках электрической цепи.
Автору не понравилось «распространение электромагнитного поля»? И термин электромагнитное поле, заменил на термин «то место»? «ТО МЕСТО«? То самое секретное место, где собираются электроны, чтобы изменять скорость своего движения? Это статья про склад кокаина?

Так же, данные определения, не объясняют почему «фронт электромагнитной волны» или же «электромагнитное поле» воздействует только на электроны находящиеся в проводнике подключенном к источнику тока, и не воздействует на электроны находящиеся в соседнем замкнутом проводнике. Исходя из этих определений ток в соседнем проводнике должен быть идентичен току в исходном проводнике.

194.247.25.37 10:58, 1 ноября 2015 (UTC)

Что заставляет электроны двигаться в одном направлении, т. е. почему получается электрический ток?

Я в школе спросил: Если весь наш класс будет бежать по коридору в одном направлении, — коридор ведь светиться не будет? Физичка посоветовала не задавать глупых вопросов. Так я на физику и забил.

за счет разности потенциалов приложенного напряжения между двумя точками эл. цепи.

Вы хотите получить Нобелевскую премию? Никто на Земле не знает ответ на Ваш вопрос! Ни я, ни Ваш учитель физики!

За счет ЭДС и разности потенциалов!

. Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц в проводнике. Чтобы он возник, следует предварительно создать электрическое поле, под действием которого вышеупомянутые заряженные частицы придут в движение. Первые сведения об электричестве, появившиеся много столетий назад, относились к электрическим «зарядам» , полученным посредством трения. Уже в глубокой древности люди знали, что янтарь, потертый о шерсть, приобретает способность притягивать легкие предметы. Но только в конце XVI века английский врач Джильберт подробно исследовал это явление и выяснил, что точно такими же свойствами обладают и многие другие вещества. Тела, способные, подобно янтарю, после натирания притягивать легкие предметы, он назвал наэлектризованными. Это слово образовано от греческого электрон — «янтарь» . В настоящее время мы говорим, что на телах в таком состоянии имеются электрические заряды, а сами тела называются «заряженными» . Электрические заряды всегда возникают при тесном контакте различных веществ. Если тела твердые, то их тесному соприкосновению препятствуют микроскопические выступы и неровности, которые имеются на их поверхности. Сдавливая такие тела и притирая их друг к другу, мы сближаем их поверхности, которые без нажима соприкасались бы только в нескольких точках. В некоторых телах электрические заряды могут свободно перемещаться между различными частями, в других же это невозможно. В первом случае тела называют «проводники» , а во втором — «диэлектрики, или изоляторы» . Проводниками являются все металлы, водные растворы солей и кислот и др. Примерами изоляторов могут служить янтарь, кварц, эбонит и все газы, находящиеся в нормальных условиях. Тем не менее нужно отметить, что деление тел на проводники и диэлектрики весьма условно. Все вещества в большей или меньшей степени проводят электричество. Электрические заряды бывают положительными и отрицательными. Такого рода ток просуществует недолго, потому что в наэлектризованном теле кончится заряд. Для продолжительного существования электрического тока в проводнике необходимо поддерживать электрическое поле. Для этих целей используются источники электротока. Самый простой случай возникновения электрического тока — это когда один конец провода соединен с наэлектризованным телом, а другой — с землей. Электрические цепи, подводящие ток к осветительным лампочкам и электромоторам, появились лишь после изобретения батарей, которое датируется примерно 1800 годом. После этого развитие учения об электричестве пошло так быстро, что менее чем за столетие оно стало не просто частью физики, но легло в основу новой электрической цивилизации. Для того чтобы в электрической цепи возникло напряжение, нужен источник тока. При разомкнутой цепи напряжение имеется только на клеммах источника тока. Если этот источник тока включить в цепь, напряжение возникнет и на отдельных участках цепи. В связи с этим появится и ток в цепи. То есть коротко можно сказать следующее: если в цепи нет напряжения, нет и тока. Для того чтобы измерить напряжение, применяют электроизмерительный прибор, называемый вольтметром. Своим внешним видом он напоминает ранее упоминавшийся амперметр, с той лишь разницей, что на шкале вольтметра стоит буква V (вместо А на амперметре) . Вольтметр имеет две клеммы, с помощью которых он параллельно включается в электрическую цепь.

Как известно, оноименные заряды отталкиваются друг от друга а разноименные притягиваются и электрон заряжен отрицательно. Поэтому если к проводнику подлючен постоянный ток, то от конца, которому подключен отрицательный потенциал, электронны отталкиваются, а к концу, к которому подключен положительный потенциал, притягиваются. Чем больше будет разность этих потенциалов (наприжение) тем электронны будут двигаться с большей энергией (энергия равна заряд помноженный на наприжение) и значит в проводнике будет большой ток, что согласуется с законом Ома, который гласит что наприжение на концах проводника равно произведению тока на его сопротивление)

Тест по физике Электрические заряды и электрический ток 8 класс

Тест по физике Электрические заряды и электрический ток для учащихся 8 класса с ответами. Тест состоит из 2 вариантов в каждом по 20 заданий.

1 вариант

1. На рисунке схематично показаны три пары наэлектризованных шаров. В какой паре шары должны притянуться друг к другу?

1) №1
2) №2
3) №3

2. На каком явлении основано действие электроскопа? Что он показывает?

1) На взаимодействии электрических зарядов; есть ли на теле заряд
2) На отталкивании друг от друга отрицательных зарядов; заряд какого знака находится на наэлектризованном теле
3) На отталкивании друг от друга положительных зарядов; большой или малый заряд на теле

3. Около положительно заряженных тяжелых шаров находятся наэлектризованные бумажные цилиндрики, взаимодействующие с ними так, как показано на рисунке. Как заряжен ци­линдрик №1? Одинаковые ли знаки зарядов у цилиндриков №2 и №3?

1) Отрицательно; да
2) Положительно; да
3) Отрицательно; нет

4. Какому из этих электроскопов сообщен наибольший электри­ческий заряд? Какой из электроскопов не заряжен?

1) №1; №3
2) №2; №3
3) №2; №1

5. На каком из показанных на рисунке электроскопов был до касания их шаров наэлектризованными стержнями положи­тельный заряд? Начальное положение листочков обозначено штриховыми линиями.

1) №1
2) №2
3) №3

6. Какое из названных здесь веществ диэлектрик?

1) Раствор поваренной соли в воде
2) Дистиллированная вода
3) Ртуть

7. Как названа частица, которая обладает наименьшим (недели­мым) отрицательным электрическим зарядом?

1) Диэлектриком
2) Электрометром
3) Электроном

8. Из каких частиц, имеющих электрические заряды, построен атом?

1) Из положительно заряженного ядра и отрицательных элек­тронов
2) Из ядра и протонов
3) Из ядра и нейтронов

9. Если в атоме 6 электронов, а в его ядре 7 нейтронов, то сколь­ко в ядре протонов?

1) 7
2) 6
3) Не хватает данных: сколько в атоме всего частиц?

10. В каком случае атом превращается в положительный ион? В каком — в отрицательный?

1) Если теряет электрон; если присоединяет к себе электрон
2) Если получает положительный заряд; если получает отри­цательный заряд
3) Оба ответа неверны

11. Какие вещества проводят электричество?

1) Те, атомы (молекулы) которых могут свободно перемещаться
2) Те, которым переданы электрические заряды
3) Те, в которых есть свободные электроны или ионы

12. Что представляет собой электрический ток?

1) Движение по проводнику заряженных частиц
2) Упорядоченное движение частиц тела
3) Упорядоченное (однонаправленное) движение заряженных частиц

13. Какое устройство создает в проводнике электрическое поле?

1) Источник тока
2) Электрометр
3) Изолятор

14. Какие два условия должны быть обязательно выполнены, что­бы в цепи существовал электрический ток?

1) Наличие в цепи источника тока и потребителей тока
2) Отсутствие разрывов в цепи и наличие потребителей тока
3) Замкнутость цепи и наличие в ней источника тока

15. Какое условное обозначение из приведенных на рисунке соот­ветствует электролампе?

1) №1
2) №2
3) №3

16. Какие приборы входят в состав электрической цепи, схема ко­торой дана на рисунке?

1) Гальванический элемент, ключ, электроприбор
2) Источник тока, размыкающее устройство, звонок
3) Батарея элементов, выключатель, звонок

17. Какие и как движущиеся заряженные частицы образуют вну­треннее строение металлов?

1) Колеблющиеся в узлах кристаллической решетки положи­тельные ионы и свободно движущиеся среди них электроны
2) Ядра атомов, колеблющиеся в узлах кристаллической ре­шетки, и хаотически движущиеся между ними электроны
3) Расположенные в узлах кристаллической решетки коле­блющиеся отрицательные ионы и свободные электроны

18. Упорядоченное движение каких заряженных частиц в элек­трическом поле принято за направление электрического тока?

1) Частиц с положительным зарядом
2) Частиц с отрицательным зарядом
3) Электронов

19. Какие действия производит электрический ток?

1) Химические и тепловые
2) Магнитные и тепловые
3) Магнитные, химические, тепловые

20. В приведенных ниже примерах проявляются разные действия электрического тока. В каком случае используется магнитное действие тока?

1) Кипячение воды в электрическом чайнике
2) Получение чистого металла на электроде, опущенном в рас­твор соли, молекулы которой содержат этот металл
3) Сбор гвоздиков сердечником катушки с током

2 вариант

1. Трем парам одинаковых бумажных цилиндриков сообщены за­ряды. В какой паре цилиндрики оттолкнутся друг от друга?

1) №1
2) №2
3) №3

2. Слева висящие шарики наэлектризованы и взаимодейству­ют с правыми заряженными шариками так, как показано на рисунке. Какой из правых шаров заряжен положительно?

1) №1
2) №2
3) №3

3. Какое явление положено в основу действия электрометра? Что показывает этот физический прибор?

1) Взаимодействие электрических зарядов; есть ли на теле, которым касаются его стержня, заряд и какова его относи­тельная величина
2) На отталкивании друг от друга отрицательных зарядов; какого знака заряд находится на наэлектризованном теле
3) На отталкивании друг от друга положительных зарядов; относительную величину зарядов на телах

4. Незаряженных электроскопов касаются наэлектризованными так, как показано на рисунке, палочками. Как оказался заря­женным электроскоп №1? электроскоп №2?

1) №1 — отрицательно; №2 — положительно
2) №1 — положительно; №2 — отрицательно
3) №1 и №2 — отрицательно
4) №1 и №2 — положительно

5. Заряженных электроскопов (положение их листочков обозначено на рисунке пунктиром) касаются наэлектри­зованными палочками, в результате чего их листочки расположились иначе. Какой электроскоп был заряжен положи­тельно?

1) №1
2) №2
3) №3

6. Какое из этих веществ — проводник электричества?

1) Резина
2) Серебро
3) Шелк

7. В каких единицах измеряют электрический заряд?

1) Ваттах (Вт)
2) Джоулях (Дж)
3) Кулонах (Кл)

8. Какие частицы заключены в ядре атома?

1) Протоны и электроны
2) Протоны и нейтроны
3) Нейтроны и электроны

9. В атоме находится 19 частиц, причем протонов в его ядре 6. Сколько в нем электронов и нейтронов?

1) 6; 7
2) 7; 6
3) 6; 6

10. При наличии 8 протонов в ядре каждого из трех атомов одного и того же вещества оказалось, что в первом из них 9 электро­нов, во втором — 8, в третьем — 7 электронов. Какой атом стал отрицательным ионом?

1) Первый
2) Второй
3) Третий

11. Почему металлы — хорошие проводники электричества?

1) Потому что в узлах их кристаллических решеток расположены ионы
2) Потому что в них есть свободные электроны
3) Потому что в атомах металлов много электронов

12. При каком условии в проводнике возникает электрический ток?

1) Если в нем создано электрическое поле
2) Если в нем много заряженных частиц
3) Если частицы с электрическим зарядом приходят в движе­ние

13. За счет какой энергии положительные и отрицательные заря­ды разделяются в гальваническом элементе?

1) Механической
2) Внутренней
3) Энергии химических реакций

14. Что такое схема электрической цепи?

1) Рисунок, на котором условно обозначены электроприборы
2) Чертеж, на котором с помощью условных обозначений по­казаны соединения всех составных частей цепи
3) Чертеж, показывающий, как соединены между собой про­водниками потребители тока

15. Укажите, каким из этих условных обозначений изображают замыкающее цепь устройство.

1) №1
2) №2
3) №3

16. Электрическая цепь состоит из аккумулятора, звонка и ключа. Какая из представленных здесь схем ей соответствует?

1) №1
2) №2
3) №3

17. Движение каких заряженных частиц образует электрический ток в металлах? в проводящих растворах?

1) Электронов; ионов
2) Положительных ионов; отрицательных ионов
3) Ядер атомов; любых ионов

18. Чем вызван выбор в качестве направления электрического тока направление от положительного полюса источника тока к отрицательному, т.е. противоположное действительному пе­ремещению заряженных частиц (электронов) в обычных (ме­таллических) проводниках?

1) Историческим фактом: незнанием в то время, когда делал­ся этот выбор, природы электрического тока
2) Удобством нахождения этого направления
3) Неизвестно

19. Какое действие электрического тока не проявляется в ме­таллах?

1) Магнитное
2) Химическое
3) Тепловое

20. Какой прибор предназначен для обнаружения в цепи электри­ческого тока? Какое действие тока использовано в его устрой­стве?

1) Гальванический элемент; химическое
2) Электрометр; магнитное
3) Гальванометр; магнитное

Ответы на тест по физике Электрические заряды и электрический ток
1 вариант
1-3
2-1
3-1
4-2
5-3
6-2
7-3
8-1
9-2
10-1
11-3
12-3
13-1
14-3
15-2
16-2
17-1
18-1
19-3
20-3
2 вариант
1-3
2-1
3-1
4-2
5-3
6-2
7-3
8-2
9-1
10-1
11-2
12-1
13-3
14-2
15-2
16-3
17-1
18-1
19-2
20-3