Практическое занятие № 13

3. Электрический ток. Закон Ома и Джоуля-Ленца. Правила Кирхгофа.

3.1. Основные формулы.

Сила тока (ток) численно равна количеству электричества, проходящему через поперечное сечение проводника в единицу времени.

Если сила тока J=const;

Плотность тока: а) ,

где S– площадь поперечного сечения проводника;

б) ,

где n– концентрация заряженных частиц в потоке,q– заряд одной частицы,- средняя скорость заряженных частиц.

Закона Ома для участка цепи, не содержащего ЭДС,

где - разность потенциалов (напряжение) на концах участка цепи,R– сопротивление участка.

Закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС:

,

где - ЭДС источника тока,R– полное сопротивление участка (сумма внешних и внутренних сопротивлений).

Закон Ома для полной (замкнутой) цепи:

;

где R– внешнее сопротивление цепи,r– внутреннее сопротивление цепи.

Закон Ома в дифференциальной форме для однородного участка цепи:

,

где - удельная проводимость,- напряженность электрического поля,- плотность тока.

Сопротивление Rи проводимостьпроводника:

,

где R– удельное сопротивление,- удельная проводимость,- длина проводника,S– площадь поперечного сечения проводника.

Удельное сопротивление металлов зависит от температуры следующим образом:

где - удельное сопротивление приt₀= 0C⁰,= температурный коэффициент сопротивления.

Сопротивление системы проводников:

а) ; при последовательном соединении,

б) ; при параллельном соединении.

Законы Кирхгофа:

а) - первый закон;

б) - второй закон,

где - алгебраическая сумма сил токов, сходящихся в узле,- алгебраическая сумма произведений сил токов на сопротивление участков,- алгебраическая сумма ЭДС.

Ток короткого замыкания: ,

где r– внутреннее сопротивление цепи.

Работа тока: ,

где t– время, в течение которого совершается работа.

Мощность тока : .

Коэффициент полезного действия источника тока:

Закон Джоуля-Ленца .

Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме:

Полная мощность, развиваемая источником тока:

Соединение проводников.

Последовательное

Параллельное

r– сопротивление одного из одинаковых проводников,n– их число.

3.2. Тест для самопроверки:

1. Какая из указанных формул соответствует:

I. силе тока,II. плотности тока,III. Силе тока через любую поверхность;

1. 2.3.

А. I,3; II,1; III,2; В. I,1; II,2; III,3;

С. I,2; II,1; III,3; Д. I,3; II,2; III,1;

2. Какая из указанных формул соответствует закону Ома в интегральной форме (если R– полное сопротивление цепи):

I. однородного участка цепи,II. Неоднородного участка цепи,

III. полной цепи.

1. 2.3.

А. I,1; II,2; III,3; В. I,2; II,3; III,1;

С. I,2; II,1; III,3; Д. I,3; II,1; III,2;

3. Какой из перечисленных процессов является током проводимости?

А. Перемещение в пространстве заряженных макроскопических тел.

В. Поток электронов в вакууме.

С. хаотическое тепловое движение электронов в металле.

Д. Упорядоченное движение микроскопических зарядов внутри макроскопического тела.

4. Какая из перечисленных величин является векторной?

А. Сила тока. В. Плотность тока.

С. Разность потенциалов. Д. Количество электричества.

5. Какая из формул применима для вычисления только постоянного тока?

А. ; В.; С.;

Д. Среди ответов А-С нет правильного.

6.Какая из перечисленных формул выражает закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме?

А. ; В.; С.; Д..

7. Какая из перечисленных физических величин численно равна работе, совершаемой полем сторонних сил при перемещении по замкнутой цепи положительного единичного заряда?

А. Потенциал. В. Напряжение. С. Разность потенциалов.

Д. Электродвижущая сила (ЭДС).

8. Какой из приведенных графиков соответствует зависимости сопротивления металлического проводника от температуры?

9. За направление тока принимают…..

А… направление движения положительных зарядов,

В… направления движения отрицательных зарядов,

С… направления по часовой стрелке,

Д… среди ответов А-С нет правильного.

10. Соотнесите физические величины и их единицы в системе СИ:

Iсила тока;IIплотность тока;

IIIудельное сопротивление;IVпроводимость.

1. ; 2. Сименс; 3. Ом∙м; 4. Ампер.

А. I,1; II,2; III,3; IV, 4 В. I,2; II,3; III,4; IV, 1

С. I,3; II,4; III,1; IV, 2 Д. I,4; II,1; III,3; IV, 2

11. Соотнесите физические величины и их единицы в системе СИ:

Iколичество электричества;IIсопротивление;

IIIработа тока;IVмощность тока.

1. Ватт; 2. Кулон; 3. Джоуль; 4. Ом.

А. I,1; II,2; III,3; IV, 4 В. I,2; II,4; III,3; IV, 1

С. I,3; II,4; III,1; IV, 2 Д. I,4; II,1; III,2; IV,3.