11.Нма«пост.Эл.Т.».Опыт«измерен.Напряжения и эдс вальтметрам»

Образование стационар. эл.п. объяснить уч-ся трудно. Правильнее будет рассказать о том что происходит, когда в эл. цепи установится пост эл ток. 1) Вект. напряженности Эл. П. не перпендикулярен поверхности пров-ка, его раскладывают на две составляющие: перпендик-ю к поверх-ти пров-ка и направленую вдоль пров-ка . Это продольная составляющая вектора напряж-ти Эл.п. и создает направленное движение электрон-в в пров-ке, т.е. Эл. Ток. 2) при стационарном Эл.п. в пров-ке сущ-т постоян-й Эл. ток, т.е. электрич-е заряды движся равномерно. Эл.маг.п. постоянного тока имеет Эл-ю и маг-ю составляющие, но они не связаны м/у собой. Независимость Эл-й и маг-й составляющих следует из анализа уравн-й Максвелла для случая постоянного во времени поля. 3) стационарное Эл.п. ─ потенциальное как и электростат-е источником его явл-ся как бы неподвижные заряды, это зн., что пространственное распределение зарядов не меняется со временем. На самом деле, заряды как бы обменив-ся местами, но их концентрация не где не меняется. Силавой хар-й стационар-го Эл.п. явл-ся вектор напряженности (т.е. сумма двух векторов: электростатич-го (кулоновского) поля и староннего поля). .

Последовательность введения понятия потенциала; 1) устанавливают факт не­зависимости работы поля от формы траектории при перемещении заряда из одной точки поля в другую; 2) зафиксировав одну из точек (нулевая точка), характеризуют все остальные точки поля работой по перемещению единичного заряда из исследуемой точки в нулевую точку; эта характеристика — потенциал — имеет смысл потен­циальной энергии единичного (положительного для определенности) пробного заряда, помещаемого в данную точку поля; 3) модуль и знак потенциала определяются выбором нулевого уровня; 4) при выборе нулевого уровня в бесконечно удаленной точке пространства потенциалы всех остальных точек поля, созданного положительным зарядом, имеют положительный знак, а потенциалы точек поля отрицательного заряда — отрицательный знак; 5) потенциалы то­чек поля, связанного с совокупностью зарядов, находятся алгебраическим суммированием потенциалов, созданных отдельными заря­дами; 6) под действием поля положительные свободные заряды дви­жутся в сторону уменьшения потенциала, а отрицательные — в сторону увеличения потенциала; 7) линии напряженности электри­ческого поля направлены перпендикулярно эквипотенциальным поверхностям в сторону убывания потенциала, а модуль напряжен­ности равен изменению потенциала на единице длины в направлении действия силы (т. е. вдоль нормали к эквипотенциальной поверхности).Итак,потенциалом электростатического поля называется от­ношение энергии заряда в поле W_p, к значению этого заряда q т, е. Затем вводят понятие разности потенциалов которая оказывается равной A/q, А- работа поля по перемещению заряда из начальной точки в конечную. Следовательно, работа A=q( ). Работа определяется изменением потенциала, взятым с проти­воположным знаком. Из курса физики VIII класса школьники знают, что напря­жение В нашем случае надо записать , умножим числитель и знаменатель дроби на время t. Учитывая, что Р1 = А, It =q, получим: . По определению т. е. разность потенциалов в кулоновском (электростатическом) поле. Величину называют электродвижущей силой источника тока и обозначают Тогда получаем Принято, что знак ЭДС зависит от направления тока и направления обхода цепи. Итак, напряжение U характеризует стационарное электростатическое поле. Разность потенциалов ( )— энергетическая харак­теристика кулоновского (электростатического) поля, т, е. . ЭДС —энергетическая характеристика поля сторонних сил ( ) Только в том случае, когда ЭДС равна нулю ( =0), напряжение на участке цепи равно разности потенциалов на его концах: =U. Здесь возможны трудности, связанные с терминологией. Различная трактовка понятия напряжения играет существенную роль лишь в случае участка цепи, содержащего ЭДС, если же па участке цепи нет источника ЭДС, то и при первой трактовке напряжение тождественно разности потенциалов.

Данный материал должен излагаться с опорой на знания об электрической цепи, на понятия силы тока, напряжения и сопротивления, полученные учащимися в VII класса. Знание свойств стационарного поля позволяет глубже понять основной закон электрического постоянного тока — закон Ома. Работа потенциального поля на замкнутом пути всегда равна нулю. Работа сторонних сил на замкнутом пути равна количеству теплоты, выделяемой током в цепи: Отсюда следует закон Ома для замкнутой цепи: Значит, закон Ома для полной цепи является прямым выраже­нием не только закона сохранения и превращения энергии, но и потенциального характера стационарного электрического поля. Работу совершают во всей цепи только сторонние силы. Приведем еще одни вывод закона Ома для полной цепи. Как Известно, работа, совершаемая во всей цепи, равна в соответствии: законом сохранения и превращения энергии сумме работ на внеш­н и внутренней цепях: Разделим на q, получим: .По определению . А величину наз напряжением U. Тогда . Если же записать , а , то ,откуда .Из свойств стационарного Эл-го поля, используемых при изучении последующих тем, поле внутри проводника является однородным. Это следует из закона Ома в дифференциальной форме , где — вектор плотности тока, — удельная проводимость. Так как в цепи нигде не происходит накопления зарядов, значит, линии напряженности поля нигде не сходятся и не расходятся. Это в то же время означает, что в проводнике при протекании постоянного тока нет нигде объемных зарядов. Этот вывод можно объяснить учащимся так. Из опыта мы знаем, что ток в любом месте цепи одинаков: заряды нигде не накапливаются и не исчезают. Учитывая, что за­ряды движутся преимущественно вдоль линий напряженности, можно ожидать, что эти линии не должны пересекаться (не сходиться и не расходиться). Ибо в случае их пересечения в проводнике должен был бы образоваться заряд (линии поля пересекаются только на зарядах). В цилиндрическом проводнике поле можно считать однородным. Это используется при выводе закона Ома на основе электронных представлений.