Curent electric în conductori

CURENTUL ELECTRIC ÎN CONDUCTORII
Caracteristicile curentului electric. Teoria clasică a conductivității electrice a metalelor. Legile lui Ohm și Joule-Lenz în formă diferențiată. Legi de curent continuu în formă integrală. Caracteristicile circuitului electric, emf. Conexiuni de rezistențe și emf. Regulile lui Kirchhoff.

1. 
   Electrodynamica este o secțiune a doctrinei energiei electrice, care se ocupă de fenomene și procese asociate cu mișcarea încărcăturilor electrice sau a corpurilor încărcate.
   
2. 
   Curentul electric este orice mișcare ordonată a sarcinilor electrice.
   
   1. 
      Curentul electric în conducerea mediilor sub influența unui câmp electric este curentul de conducție.
      
   2. 
      Mișcarea mecanică în spațiul obiectelor macroscopice este un curent de convecție.
      
   3. 
      Direcția curentului electric este direcția de mișcare a sarcinilor pozitive.
      
   4. 
      Condiții pentru existența unui curent electric în conductori:
      

• 
  - prezența transportatorilor liberi;
  
• 
  - existența în mediul conducător al unui câmp electric. a căror energie este cheltuită pe mișcarea încărcăturii și este alimentată din surse de energie electrică.
  

1. 
   Curentul electric este cantitatea scalară egală cu raportul de încărcare dq. transportat prin suprafața avută în vedere într-un interval scurt de timp dt. la valoarea acestui decalaj
   

Pentru curent continuu

1. 
   Direcția curentului electric este determinată de vectorul densității curente j. care este dirijată de-a lungul vectorului de intensitate a câmpului electric și este numeric egal cu raportul dintre puterea curentului dI și un element mic al suprafeței dS. normale la direcția de mișcare a particulelor încărcate, la magnitudinea zonei acestui element
   

În general, vectorul densității curente este determinat din relație

Pentru curent continuu

1. 
   Densitatea curentului electric este proporțională cu puterea E a câmpului electric din conductor și coincide cu el în lungul direcției (legea lui Ohm în formă diferențială)
   

unde γ este conductivitatea specifică a mediului (conductivitatea electrică specifică); ρ este rezistența specifică eutectică a mediului.

1. 
   Legea lui Ohm se bazează pe două ipoteze:
   

b) viteza medie a mișcării ordonate a electronilor este de multe ori mai mică decât viteza medie a mișcării lor termice

unde este calea medie liberă a electronilor; e este încărcarea electronică.

1. 
   Conductibilitatea electrică a metalelor este asigurată de un număr mare de purtători de sarcină liberi - electroni de conducere - electroni colectivizați.
   
   1. 
      În teoria clasică Drude-Lorentz, electronii de conducere sunt tratați ca gaz de electroni. care posedă proprietățile unui gaz ideal.
      
   2. 
      Concentrarea electronilor de conducere este proporțională cu concentrația de atomi
      

unde NA este constanta Avogadro, A este masa atomică a metalului și ρ este densitatea sa.

1. 
   Câmpul electric determină mișcarea comandată (deriva) a electronilor. Densitatea curentului este determinată de
   

unde viteza medie de derivație electronică (-4 m / s)

unde L este lungimea lanțului, c este viteza luminii.

1. 
   În conformitate cu teoria clasică,
   

unde m este masa de electroni; u este rata medie de mișcare termică a electronilor.

1. 
   La calea medie liberă, un electron aflat sub influența unui câmp electric obține o viteză vmax. În coliziune cu un ion, un electron pierde această energie, care trece în energia internă a conductorului (conductorul se încălzește).
   
   1. 
      Cantitatea care este numeric egală cu energia eliberată pe unitatea de volum a conductorului pe unitate de timp se numește densitatea volumică a puterii termice a curentului electric.
      
   2. 
      Densitatea volumului puterii termice a curentului electric este egală cu produsul scalar al vectorilor densității de curent și intensitatea câmpului electric (legea Joule-Lenz)
      

• 
  densitatea volumului puterii termice a curentului electric nu depinde de natura coliziunilor electronice;
  
• 
  din legile conservării energiei și impulsului rezultă că în ionul de coliziune se transferă doar o mică parte din energia electronilor
  

1. 
   Pentru toate metalele, raportul dintre conductivitatea termică λ și conductivitatea electrică specifică γ este direct proporțional cu temperatura T (legea Wiedemann-Franz)
   

1. 
   Dezavantajele teoriei clasice a conductivității electrice a metalelor:
   
   1. 
      Este imposibil să se explice dependența liniară observată experimental a rezistivității la temperatură.
      
   2. 
      Valoarea incorectă Capacitatea termică molară kotoravya de metal trebuie să iasă din căldura de rețea cristalină specifică (3R) și capacitatea calorică a gazului de electroni (3R / 2). Cu toate acestea, în conformitate cu legea Dulong-Petit capacitate de căldură molară diferă puțin de metale 3R.
      
   3. 
      Valorile experimentale ale rezistivității și valorile teoretice ale vitezei medii a electronilor conduce la valoarea drum liber mediu, două ordine de mărime mai mare decât perioada rețelei cristaline a metalului.
      
2. 
   Forțele de interacțiune Coulomb determina o redistribuire a taxelor în conductorul în care potențialul în toate punctele conductorului sunt aliniate și intensitatea câmpului în interiorul conductorului devine zero.
   
   1. 
      Pentru a menține un curent constant în circuit, este necesar ca forțele Coulomb, dar și forțele non-electrostatice să acționeze asupra transportoarelor actuale. susținând o valoare dată a intensității câmpului electric în conductor. Astfel de forțe sunt numite forțe externe.
      
   2. 
      Forțele externe acționează în interiorul surselor de energie electrică pe purtătorii actuali, care se deplasează împotriva forțelor câmpului electrostatic.
      
3. 
   În cazul în care conductorul cuprinde o sursă de energie electrică, un punct arbitrar al conductorului există un câmp electrostatic, cu o putere a lui Coulomb forțe Ekul și intensitatea câmpului exterior cu intensitate Estoril = Fstor / q. și intensitatea câmpului rezultat
   

1. 
   Conform legii lui Ohm, densitatea curentă
   

1. 
   Înmulțim ambele laturi cu ρ și cu lungimea dl a părții mici a lanțului. Pentru secțiunea lanțului dintre punctele 1 și 2 (cu I = jS)
   

1. 
   Integralul este numeric egal cu munca efectuată de forțele Coulomb asupra deplasării unei sarcini pozitive unitare de la punctul 1 la punctul 2
   

1. 
   Al doilea integral este egal numeric cu forța forțelor exterioare la deplasarea unei sarcini pozitive unitare de la punctul 1 la punctul 2. Acest integru definește conceptul de forță electromotive
   

1. 
   NapryazheniemU12 pe circuitul de 1 - 2 este cantitatea fizică, care este numeric egală cu activitatea desfășurată de Coulomb și a forțelor externe, atunci când se deplasează o unitate de sarcină pozitivă de la punctul 1 la punctul 2
   

1. 
   Rezistența R12 a segmentului de lanț între punctele 1 și 2 este integrala
   

Pentru un conductor omogen de secțiune constantă

1. 
   Legea generalizată a lui Ohm (legea lui Ohm în formă integrală) pentru un segment arbitrar al lanțului
   

1. 
   Într-un circuit închis, fără curent, curentul în toate secțiunile este același. Lanțul însăși este o regiune cu capete coincide.
   

unde ξ este suma algebrică a tuturor EMF-urilor aplicate în circuit.

1. 
   Dacă circuitul închis constă dintr-o sursă de energie electrică cu EMF ξ și o rezistență internă r. iar rezistența părții exterioare a lanțului este R. Atunci legea lui Ohm are forma
   

iar diferența de potențial la bornele sursei este egală cu tensiunea din exteriorul circuitului

1. 
   Dacă circuitul este deschis, atunci nu există curent în el și
   

1. 
   Când curentul trece prin conductor în conformitate cu legea Joule-Lenz, căldura este eliberată
   

1. 
   Calculul lanțurilor ramificate constă în găsirea curenților în diferite secțiuni ale unor astfel de circuite în funcție de valorile de rezistență date ale segmentelor de circuit și ale EMF aplicate în ele.
   
   1. 
      Un nod este un punct al unui lanț ramificat în care se converg mai mult de doi conductori.
      
   2. 
      Prima regulă a lui Kirchhoff (regula nodurilor). Suma algebrică a curenților care converg la nod este egală cu zero.
      

1. 
   A doua regulă este Kirchhoff (regula contururilor). în orice buclă închisă selectată arbitrar într-un lanț ramificat, suma algebrică a produselor curenților de rezistență Ii Ri la respectivele porțiuni ale acestui circuit este egală cu suma algebrică a electromotoare într-un circuit
   

1. 
   A doua regulă Kirchhoff vă permite să calculați magnitudinea curenților și a rezistențelor în secțiunile complexe ale circuitelor electrice
   
   1. 
      Când conductorii sunt conectați în serie la rezistențele R1, R2 și R3, puteți scrie
      

ci pentru un lanț neramificat și

Aceasta înseamnă că atunci când conductorii sunt conectați în serie, rezistența circuitului este egală cu suma rezistențelor conductorilor care alcătuiesc circuitul.

1. 
   La conectarea paralelă a conductorilor cu rezistențe R1, R2 și R3 pot fi scrise
   

Dar, aplicând prima regulă Kirchhoff pentru orice nod, ajungem

Aceasta înseamnă că atunci când conductorii sunt conectați în paralel, rezistența circuitului este egală cu suma reciprocă a rezistenței conductorilor care alcătuiesc circuitul.

Articole similare

• Curent electric în conductori - stadopedia

• Puterea câmpului electric

• Masini de taiat electric, benzina, telescopice