Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Постоянный электрический ток. Сопротивление




Доверь свою работу кандидату наук!
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

План ответа

1. Постоянный электрический ток. 2. Электрический ток — дрейф заряженных частиц. 3. Сопротивление. 4. Вольт-амперная характеристика цепи. 5. Закон Ома для участка цепи.

 

К представлению об электрическом токе можно подойти с разных позиций. Одна из них — макроскопическая, другая — опирается на анализ механизма проводимости. Например, течение жидкости по трубам можно рассматривать как непрерывное движение вещества, но можно проанализировать его и с точки зрения движения частиц жидкости.

Первое представление об электрическом токе возникло на том этапе развития физики, когда механизм проводимости еще не был известен. Именно тогда и возникла физическая величина — сила тока I, которая показывает, какой электрический заряд Ад проходит через поперечное сечение проводника в единицу времени. Сила тока I = -^ . Единица силы тока —ампер (А): 1 А = -=— .

Из определения силы тока следуют две особенности этой величины. Одна из них — это независимость силы тока от поперечного сечения проводника, по которому ток протекает. Вторая — независимость силы тока от пространственного расположения элементов цепи, в чем вы не раз могли убедиться: как бы ни перемещали проводники, это не влияет на силу тока. Ток называется постоянным, если сила тока не изменяется с течением времени.

Таким образом, представление об электрическом токе, его силе возникло тогда, когда еще не было ясно, что это такое.

Исследование электропроводимости различных веществ показало, что в разных веществах различные заряженные свободные частицы движутся под действием электрического поля в процессе протекания тока. Например, в металлах — это электроны, в жидкостях — это положительные и отрицательные ионы, в полупроводниках — электроны и «дырки». Различны не только типы частиц, но и характер их взаимодействия с веществом, в котором идет ток. Так, свободные электроны в металлах некоторое время х движутся свободно между узлами кристаллической решетки, затем сталкиваются с ионами, расположенными в узлах. В электролитах ионы взаимодействуют друг с другом и с атомами жидкости.

Но для всех веществ есть общее свойство: частицы при отсутствии поля движутся хаотически, при возникновении поля к скорости хаотического движения добавляется очень небольшая величина скорости либо в направлении поля (для положительных частиц), либо в направлении, противоположном полю (для отрицательных частиц). Эта добавочная скорость называется скоростью дрейфа uдр. Средняя скорость хаотического движения — сотни метров в секунду, скорость дрейфа — несколько миллиметров в секунду. Однако именно эта маленькая добавка и объясняет все действия тока.

Для любых веществ можно получить формулу для расчета силы тока: I = nv \q0\S, где п — концентрация заряженных частиц, q0 — заряд одной частицы, S — площадь поперечного сечения.

Таким образом, электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц.

Может показаться, что эта формула противоречит утверждению о независимости силы тока от площади поперечного сечения проводника. Но эта независимость — экспериментальный факт. Объяснить же его можно тем, что скорость дрейфа uдр больше там, где сечение меньше, а через большее сечение частицы дрейфуют медленнее.

Опытный факт состоит в том, что при приложении к проводнику постоянной разности потенциалов по нему идет постоянный ток. Этот факт противоречит, на первый взгляд, формуле I = nuдр\q0\S. Действительно, при постоянной разности потенциалов в веществе создается поле с постоянной напряженностью поля Е. Следовательно, на свободные частицы действует постоянная сила и скорость их должна увеличиваться. Получается, что при постоянном напряжении сила тока должна увеличиваться пропорционально времени. Этого не происходит потому, что при протекании тока в веществе возникает электрическое сопротивление. Именно оно обеспечивает постоянство силы тока при постоянной разности потенциалов.

Для измерения сопротивления необходимо исследовать зависимость силы тока от напряжения. График такой зависимости называется вольт-амперной характеристикой. Возможны три типа вольт-амперной характеристики (рис. 40).

Вольт-амперная характеристика 1 является линейной. Аналитическая зависимость силы тока от напряжения I = U/R называется законом Ома для участка цепи.

После того как эксперимент показал, что сила тока пропорциональна напряжению, можно измерить сопротивление, для чего надо взять любую пару значений U0 и I0 и найти их отношение: R =U0/I0. Единица сопротивления — ом (Ом): 1 Ом = 1В/1А

Если эксперимент показал, что на вольт-амперной характеристике есть только небольшой линейный участок (ОВ на характеристиках 2 и 3), то сопротивление только на этом участке можно найти как отношение U/I .

Билет № 5, вопрос 2, вариант 2.

 

29. Масса. Плотность вещества

План ответа

1. Однородные тела и их свойства. 2. Плотность как макроскопическая характеристика вещества. 3. Плотность вещества и его строение.

 

Из твердого вещества можно изготовить однородные тела. Свойство однородности состоит в следующем. Выделим в произвольно взятых точках тела одинаковые по массе части Am. Тело однородно, если объемы этих частей AV одинаковы. Из жидкости и газа также можно «изготовить» тела, заключив их в сосуды.

Для однородного тела можно выяснить зависимость массы от его объема. Эта зависимость будет линейной для любых веществ. Однако для разных веществ углы наклона соответствующих графиков к оси объемов различны (рис. 41). Следовательно, можно сделать вывод: отношение массы к объему для данного вещества не зависит от объема, однако для разных веществ эти отношения различны. Например, для графика 3 (см. рис. 41) это отношение больше, чем для графика 1.

Отношение р = m/V называется плотностью вещества. Единица плотности — кг/м3.

Среди металлов маленькие плотности имеют калий, магний, литий. Наиболее легкий металл — литий — имеет плотность 534 кг/м3 (это меньше плот-ности воды). Металл с наибольшей плотностью — осмий. Его плотность 22 570 кг/м3.

Плотность вещества связана с его строением. Эта связь проявляется в том, что плотность равна произведению концентрации частиц п на массу т0 одной частицы (молекулы, атома или иона) вещества. Действительно, р = m/V, однако т = m0N, где N — общее число частиц. Итак,

Для твердых кристаллических веществ плотность может быть связана с периодом решетки d.

Пусть вещество (например, медь) имеет кубическую гранецентрированную решетку (рис. 42). Тогда в объеме d3 содержится 4 атома. Определим массу и объем этой ячейки.

Если взять массу вещества, равную молярной массе М, то в ней содержится NA число Авогадро)

атомов. Следовательно, масса вещества в объеме d3 равна 4M/NAd3. Таким образом, плотность меди равна p = 4M/NAd3

Плотность газов легко изменяется, поэтому в разных изопроцессах она может изменяться. Это становится ясным, если уравнение Менделеева—Клапейрона записать, включив в него плотность. Действительно, m = р • V; следовательно, PV/T = RpV/M, или p/T = Rp/M.

Отсюда можно сделать следующие выводы:

1) при изотермическом процессе (Т = const) плотность газа пропорциональна давлению:

2) при изобарном процессе (р = const) плотность
газа обратно пропорциональна температуре:

3) понятно, что при изохорном процессе (V =
= const) плотность газа не изменяется.

Билет № 6, вопрос 2, вариант 2.







Дата добавления: 2015-06-15; просмотров: 355. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2022 год . (0.02 сек.) русская версия | украинская версия