CC brièvement. Courant électrique continu

2.1. Constant électricité.
Force actuelle. la densité actuelle

Un courant électrique est un mouvement dirigé de charges électriques. Si la substance contient des porteurs de charge libres - électrons, ions, capables de se déplacer sur des distances considérables, alors en présence d'un champ électrique, ils acquièrent un mouvement dirigé, qui se superpose à leur mouvement chaotique thermique. En conséquence, les porteurs de charge libres dérivent dans une certaine direction.

La caractéristique quantitative du courant électrique est l'amplitude de la charge transférée à travers la surface considérée par unité de temps. C'est ce qu'on appelle la force actuelle. Si une charge D est transférée à travers la surface dans le temps q, alors le courant est égal à :

L'unité d'intensité du courant dans le système d'unités SI est l'ampère (A), . Un courant qui ne change pas avec le temps est appelé courant constant.

Les porteurs positifs et négatifs peuvent participer à la formation de courant; champ électrique les déplace dans des directions opposées. La direction du courant est généralement déterminée par le sens de déplacement des porteurs positifs. En fait, le courant dans la plupart des cas est créé par le mouvement des électrons qui, étant chargés négativement, se déplacent dans le sens opposé à celui pris pour le sens du courant. Si les porteurs positifs et négatifs se déplacent simultanément dans un champ électrique, alors le courant total est défini comme la somme des courants formés par les porteurs de chaque signe.

Pour quantifier le courant électrique, une autre valeur est également utilisée, appelée densité de courant. La densité de courant est une valeur égale à la charge traversant par unité de temps une unité de surface perpendiculaire à la direction de déplacement des charges. La densité de courant est une grandeur vectorielle.

Riz. 3.1

Dénoter par n la concentration des porteurs de courant, c'est-à-dire leur nombre par unité de volume. Traçons une aire infiniment petite D dans un conducteur sous tension S, perpendiculaire à la vitesse des particules chargées . Construisons dessus un cylindre droit infiniment court de hauteur , comme le montre la Fig. 3.1. Toutes les particules enfermées à l'intérieur de ce cylindre traverseront la zone dans le temps, transférant une charge électrique à travers elle dans le sens de la vitesse :

Ainsi, une charge électrique est transférée à travers une unité de surface par unité de temps. Introduisons un vecteur coïncidant en direction avec le vecteur vitesse . Le vecteur résultant sera la densité de courant électrique. Puisqu'il existe une densité de charge volumétrique, la densité de courant sera égale à . Si les porteurs de courant sont à la fois des charges positives et négatives, la densité de courant est déterminée par la formule :

,

où et sont les densités volumiques des charges positives et négatives, et sont les vitesses de leur mouvement ordonné.

Le champ vectoriel peut être représenté à l'aide de lignes de courant, qui sont construites de la même manière que les lignes du vecteur d'intensité, c'est-à-dire que le vecteur de densité de courant en chaque point du conducteur est dirigé tangentiellement à la ligne de courant.

Force électromotrice

Si un champ électrique est créé dans le conducteur et que ce champ n'est pas maintenu, alors le mouvement des porteurs de courant fera disparaître le champ à l'intérieur du conducteur et le courant s'arrêtera. Afin de maintenir le courant dans le circuit suffisamment longtemps, il est nécessaire d'effectuer le mouvement des charges le long d'une trajectoire fermée, c'est-à-dire de faire des lignes courant continu fermé. Par conséquent, dans un circuit fermé, il doit y avoir des sections où les porteurs de charge se déplaceront contre les forces champ électrostatique, c'est-à-dire des points avec moins de potentiel aux points avec plus de potentiel. Ceci n'est possible qu'en présence de forces non électriques, appelées forces étrangères. Les forces extérieures sont des forces de toute nature, à l'exception de celles de Coulomb.

Une quantité physique égale au travail des forces externes lors du déplacement d'une charge unitaire dans une section donnée du circuit est appelée force électromotrice(EMF) opérant dans cette zone :

La force électromotrice est la caractéristique énergétique la plus importante de la source. La force électromotrice se mesure, comme le potentiel, en volts.

En tout réel circuit électrique vous pouvez toujours sélectionner une section qui sert à maintenir le courant (source de courant), et considérer le reste comme une "charge". Des forces externes agissent nécessairement dans la source de courant, donc, dans le cas général, elle est caractérisée par une force électromotrice et une résistance r, qui s'appelle la résistance interne de la source. Des forces externes peuvent également agir dans la charge, mais dans les cas les plus simples, elles sont absentes et la charge n'est caractérisée que par la résistance.

La force résultante agissant sur la charge en chaque point du circuit est égale à la somme des forces électriques et tierces :

Le travail effectué par cette force sur la charge dans une section du circuit 1-2 sera égal à :

où est la différence de potentiel entre les extrémités de la section 1-2, est la force électromotrice agissant sur cette section.

La valeur numériquement égale au travail effectué par les forces électriques et externes lors du déplacement d'une seule charge positive est appelée chute de tension ou simplement tension dans une section donnée du circuit. Par conséquent, .

La section de la chaîne sur laquelle les forces extérieures n'agissent pas est dite homogène. La zone où les forces externes agissent sur les porteurs de courant est appelée inhomogène. Pour une section homogène du circuit, c'est-à-dire que la tension coïncide avec la différence de potentiel aux extrémités de la section du circuit.

Loi d'Ohm

Ohm a établi expérimentalement la loi selon laquelle l'intensité du courant traversant un conducteur métallique homogène est proportionnelle à la chute de tension aux bornes du conducteur :

où est la longueur du conducteur, est l'aire la Coupe transversale, est un coefficient qui dépend des propriétés du matériau, appelé résistivité électrique. La résistivité est numériquement égale à la résistance d'une unité de longueur d'un conducteur ayant une section transversale égale à l'unité.

Riz. 3.2

Dans un conducteur isotrope, le mouvement ordonné des porteurs de courant se produit dans la direction du vecteur d'intensité du champ électrique. Par conséquent, les directions des vecteurs et coïncident. Trouvons la connexion entre et au même point du conducteur. Pour ce faire, on sélectionne mentalement au voisinage d'un certain point un volume cylindrique élémentaire avec des génératrices parallèles aux vecteurs et (Fig. 3.2). Un courant traverse la section transversale du cylindre. Étant donné que le champ à l'intérieur du volume sélectionné peut être considéré comme uniforme, la tension appliquée au cylindre est égale à , où est l'intensité du champ à un emplacement donné. La résistance du cylindre, selon (3.2), est . En substituant ces valeurs dans la formule (3.1), on arrive à la relation :

,

Profitant du fait que les vecteurs et ont la même direction, on peut écrire

Réécrivons (3.4) sous la forme

.

Riz. 3.3

Cette formule exprime la loi d'Ohm pour une section non homogène d'une chaîne.

Considérons le circuit fermé le plus simple contenant une source de courant et une charge avec résistance R(Fig. 3.3). On néglige la résistance des fils conducteurs. En posant , on obtient l'expression de la loi d'Ohm pour un circuit fermé :

Un voltmètre idéal, connecté aux bornes d'une source de courant de travail, indique la tension, comme suit de la loi d'Ohm pour une section homogène du circuit - dans ce cas, pour la résistance de charge. En substituant l'intensité du courant de cette expression dans la loi d'Ohm pour un circuit fermé, nous obtenons :

On peut en déduire que la tension tu aux bornes d'une source de travail est toujours inférieure à sa FEM. C'est plus proche de plus de résistance charges R Dans la limite à , la tension aux bornes d'une source ouverte est égale à sa FEM. Dans le cas contraire, lorsque R=0, ce qui correspond à un court-circuit de la source de courant, U=0, et le courant de court-circuit est maximum : .

La loi d'Ohm vous permet de calculer n'importe quel circuit complexe. Un circuit dérivé est caractérisé par l'intensité des courants traversant ses sections, la résistance des sections et la FEM incluse dans ces sections. L'intensité du courant et la FEM sont des quantités algébriques, c'est-à-dire qu'elles sont considérées comme positives si la force électromotrice contribue au mouvement des charges positives dans la direction choisie, et que le courant circule dans cette direction, et négatif dans le cas contraire. Cependant, le calcul direct des chaînes ramifiées peut être difficile. Ce calcul est grandement simplifié en utilisant les règles proposées par Kirchhoff.

Règles de Kirchhoff

G. Kirchhoff (1824–1887) a étudié en détail la loi d'Ohm et a développé une méthode générale de calcul des courants continus dans les circuits électriques, y compris ceux contenant plusieurs sources de CEM. Cette méthode est basée sur deux règles appelées lois de Kirchhoff. La première règle de Kirchhoff s'applique aux nœuds, c'est-à-dire aux points où convergent au moins trois conducteurs. Puisque nous considérons le cas des courants continus, en tout point du circuit, y compris en tout nœud, la charge disponible doit rester constante, de sorte que la somme des courants circulant vers le nœud doit être égale à la somme des courants sortants. Si l'on accepte de considérer les courants s'approchant du nœud comme positifs, et les courants sortants comme négatifs, alors on peut dire que la somme algébrique des courants dans le nœud est égale à zéro :

Vous pouvez obtenir le même rapport si vous êtes d'accord, en contournant le circuit dans une certaine direction, par exemple dans le sens des aiguilles d'une montre, considérez positifs les courants dont la direction coïncide avec la direction de la dérivation et négatifs - ceux dont la direction est opposée à la direction de la dérivation . Nous considérerons également positifs les champs électromagnétiques qui augmentent le potentiel dans le sens du contournement du circuit et négatifs - ceux qui abaissent le potentiel dans le sens du contournement.

Ce raisonnement peut être appliqué à n'importe quelle boucle fermée, donc la deuxième règle de Kirchhoff peut être écrite en général comme suit :

,

où n est le nombre de sections dans le circuit, et m est le nombre de sources EMF. La deuxième règle de Kirchhoff exprime la circonstance évidente que lorsque l'on fait le tour complet du circuit, on revient au point de départ avec le même potentiel.

Ainsi, dans toute boucle fermée, choisie arbitrairement dans chaîne ramifiée conducteurs, la somme algébrique des produits des intensités des courants traversant les résistances des sections correspondantes du circuit est égale à la somme algébrique des FEM rencontrées dans ce circuit.

En physique pour la 11e année (Kasyanov V.A., 2002),
une tâche №17
au chapitre " Courant électrique constant. DISPOSITIONS PRINCIPALES».

Électricité

Électricité- mouvement ordonné (dirigé) de particules chargées Le mouvement dirigé de charges libres (porteurs de courant) dans un conducteur est possible sous l'influence d'un champ électrique externe

La direction du mouvement des particules chargées positivement est considérée comme la direction du courant.

Intensité actuelle à un moment donné- une grandeur physique scalaire égale à la limite du rapport de l'amplitude de la charge électrique qui a traversé la section transversale du conducteur à l'intervalle de temps de son passage

Unité de courant (unité de base SI) - ampère (1 A) 1 A = 1 C/s

Courant électrique continu - courant qui ne change pas avec le temps

Source actuelle- un appareil qui sépare les charges positives et négatives

Forces tierces- forces d'origine non électrostatique, provoquant une séparation des charges dans la source de courant

CEM- grandeur physique scalaire égale au rapport du travail des forces extérieures pour déplacer une charge positive du pôle négatif de la source de courant vers le positif à la valeur de cette charge :

EMF est égal à la tension entre les pôles d'une source de courant ouverte.

Loi d'Ohm pour un conducteur homogène (section de circuit) : le courant dans un conducteur homogène est directement proportionnel à la tension appliquée et inversement proportionnel à la résistance du conducteur

La résistance d'un conducteur est directement proportionnelle à sa résistivité et à sa longueur, et inversement proportionnelle à sa section transversale.

L'unité de résistance est l'ohm (1 ohm) 1 ohm = 1 V/A

Résistance- un conducteur avec une certaine résistance constante

Résistivité- grandeur physique scalaire, numériquement égale à la résistance d'un conducteur cylindrique homogène d'unité de longueur et d'aire unitaire.

L'unité de résistivité est un ohmmètre (1 ohm m).

La résistance spécifique d'un conducteur métallique augmente linéairement avec la température :

où ρ 0 - résistivité à T 0 \u003d 293 K, ΔT \u003d T- T 0, α - coefficient de température de résistance. Unité coéfficent de température résistance K -1 . La résistivité d'un semi-conducteur diminue avec l'augmentation de la température en raison d'une augmentation du nombre de charges libres capables de transporter du courant électrique.

Trou- un état électronique vacant dans le réseau cristallin, qui a une charge positive en excès.

Supraconductivité- un phénomène physique consistant en une chute brutale à zéro de la résistance d'une substance.

Température critique est la température de la transition brutale de la matière de l'état normal à l'état supraconducteur.

effet isotopique- dépendance de la température critique à la masse d'ions dans le réseau cristallin.

Le courant électrique dans un supraconducteur est dû au mouvement coordonné de paires d'électrons interconnectés par interaction avec le réseau cristallin

À connexion série résistances, la résistance totale du circuit est égale à la somme de leurs résistances. connexion parallèle résistances, la conductivité du circuit est égale à la somme de leurs conductivités Loi d'Ohm pour un circuit fermé : l'intensité du courant dans un circuit fermé est directement proportionnelle à la FEM de la source et inversement proportionnelle à l'impédance du circuit :

où R et r sont les résistances externe et interne du circuit.

Loi d'Ohm pour un circuit fermé avec plusieurs sources de courant connectées en série :

l'intensité du courant dans un circuit fermé avec des sources de courant connectées en série est directement proportionnelle à la somme algébrique de leur FEM et inversement proportionnelle à l'impédance du circuit :

Ampèremètre mesure la force du courant électrique, est inclus dans le circuit en série

Shunter- un conducteur connecté en parallèle à l'ampèremètre pour augmenter la limite de ses mesures *

où R A est la résistance de l'ampèremètre, n est la multiplicité des variations de la limite de mesure.

Voltmètre mesure la tension électrique. Connecté en parallèle

Résistance supplémentaire - un conducteur connecté en série avec un voltmètre pour augmenter sa plage de mesure.

où R v est la résistance du voltmètre La quantité de chaleur dégagée dans le conducteur est égale au travail du courant électrique.

Loi de Joule-Lenz : la quantité de chaleur dégagée dans un conducteur avec du courant est égale au produit du carré de l'intensité du courant, de la résistance du conducteur et du temps que met le courant à le traverser :

Courant électrique - travail effectué par unité de temps par un champ électrique lors du mouvement ordonné de particules chargées dans un conducteur

La puissance maximale est transférée au consommateur si la résistance de charge est égale à la résistance totale de la source de courant et des fils d'alimentation

Les liquides, comme les solides, peuvent être des conducteurs de courant électrique.

électrolytes- substances dont les solutions et les masses fondues ont une conductivité ionique.

Dissociation électrolytique - séparation des molécules d'électrolyte en ions positifs et négatifs sous l'action d'un solvant

Électrolyse- libération sur les électrodes de substances qui composent l'électrolyte, lorsqu'un courant électrique traverse sa solution (ou fond)

Loi de Faraday : la masse de la substance libérée sur l'électrode est directement proportionnelle à la charge qui a traversé la solution (fondu) de l'électrolyte. où k est l'équivalent électrochimique de la substance.

L'unité de l'équivalent électrochimique est le kilogramme par pendentif (1 kg/C).

Loi de Faraday combinée :

où M est la masse molaire, n est la valence élément chimique; Constante de Faraday F = 9,65-10 4 C/mol.

Thème 4. Courant électrique continu

Questions d'étude :

1. Lois du courant électrique continu.

2. Un simple circuit électrique.

Introduction

L'électrostatique étudie l'interaction des corps électrifiés (charges) qui ne sont pas

se déplaçant les uns par rapport aux autres. Mais dans la nature, et surtout en génie électrique,

phénomènes sont le plus souvent associés à frais de déménagement, c'est-à-dire électrique

courants de ski. L'étude du courant électrique en tant que phénomène et la découverte des moyens de le créer (générer) ont été le facteur qui a assuré le développement de l'industrie de l'énergie électrique, de l'électronique, de l'électrochimie et a ainsi contribué au développement de nombreuses technologies modernes.

Méthodes modernes de réception et de transmission énergie électrique reposent sur plusieurs lois découvertes au XIXe siècle. Les phénomènes et processus associés au courant électrique sont étudiés dans la section de la doctrine de l'électricité, qui s'appelle électrodynamique. A ce jour, l'application de ces lois a conduit à la création de plusieurs sciences techniques, dans leur complexité dépassant largement l'électrodynamique.

Cette conférence traite des lois fondamentales du type de courant le plus simple - le courant électrique continu, ainsi que de ses lois pour le courant dans les conducteurs métalliques et d'un système simple de conducteurs, appelé circuit électrique.

une . Lois du courant électrique continu

1.1 Électricité. Courant de conduction

1. Le phénomène du courant électrique est révélé dans une expérience simple. Si deux corps chargés de manière opposée (par exemple, des plaques de condensateur) sont connectés avec un fil métallique (Fig. 1.1.1), une augmentation à court terme de la température du fil peut être détectée, jusqu'à sa fusion avec un condensateur suffisant charge. La raison en est que les corps chargés avaient des potentiels différents et un champ électrique commun, et lorsqu'ils étaient reliés par un fil, le champ faisait le travail et

déplacer des charges le long d'un fil d'un corps à l'autre. Les charges déplacées («coulées») se sont compensées, la différence de potentiel des plaques est tombée à zéro et le processus de déplacement des charges s'est arrêté. Ce mouvement de charges est un courant électrique. Dans le cas considéré, le courant était court terme. En pratique, les courants à court terme et à long terme sont utilisés.

Définition . Un courant électrique est appelé mouvement ordonné de charges électriques - corps électrifiés micro et macroscopiques.

connu trois variétés courant électrique:

1) courants macroscopiques dans la nature, en raison du mouvement des nuages ​​orageux dans l'atmosphère ou du magma s'écoule en interne

ri du globe, décharges électriques de foudre; 2) courants de conduction dans la matière; les porteurs de charge sont les électrons et io-

3) les courants dans le vide, c'est-à-dire dans les zones de l'espace où la matière est absente ou à très faible concentration (par exemple, les courants d'électrons dans les tubes cathodiques, les particules élémentaires dans les rayons cosmiques et les accélérateurs).

Les courants électriques sont détectés par leur effet sur les corps externes. Ces influences sont :

1) thermique - les courants chauffent les corps qu'ils traversent;

2) mécanique - les courants dévient une aiguille magnétique ou d'autres courants;

3) chimique - les courants fournissent le processus d'électrolyse dans des solutions de substances (électrolytes);

4) biologique - les courants initient la contraction musculaire et affectent les fonctions vitales des objets biologiques.

2. De la plus grande importance pratique sont courants de conduction.

Définition . Le courant de conduction est un courant électrique dans les corps.

Pour l'existence d'un courant de conduction, il est nécessaire d'avoir (1) une différence de potentiel entre les points du corps et (2) des porteurs de charges électriques libres dans les corps.

Les corps dans lesquels l'existence d'un courant de conduction est possible sont appelés conducteurs électriques . Ils doivent être à l'état solide ou liquide. Les conducteurs comprennent les métaux et les électrolytes - solutions salines. Dans les métaux, les porteurs libres de charge électrique sont les électrons, et dans les électrolytes

– ions (cations et anions).

En l'absence de champ électrique externe, les porteurs de charge à l'intérieur des conducteurs se déplacent également, mais ce mouvement est thermique, c'est-à-dire chaotique. Les microcourants existant dans les conducteurs se compensent. Un champ électrique externe donne à toutes les charges composante de mouvement directionnel, qui se superpose au chaotique.

Définition . La vitesse du mouvement ordonné des porteurs de charge dans un conducteur avec courant électrique est appelée vitesse de dérive des porteurs de charge

contre DR.

Définition . Les lignes le long desquelles il y a un mouvement ordonné de porteurs de charge dans un conducteur sont appelées lignes de courant.

Les vecteurs vitesse de dérive sont dirigés tangentiellement aux lignes de courant correspondantes.

Règle : la direction de la vitesse de dérive des porteurs de charge positifs (q0 0 .

Par un champ électrostatique, les charges positives se déplacent des points avec un plus grand potentiel en valeur absolue vers des points avec un potentiel plus faible.

Dans les conducteurs métalliques, la direction du courant est opposée à la véritable direction du mouvement des électrons - de vrais porteurs de charge.

3. Les principales grandeurs quantitatives utilisées pour décrire le courant électrique sont l'intensité et la densité du courant.

Nous sélectionnons un point N à l'intérieur du conducteur et traçons le vecteur de vitesse de dérive v DR et la ligne de courant correspondante à travers celui-ci (Fig. 1.1.2). On construit alors une aire élémentaire (infiniment petite) dS, qui passe par t.

particulièrement au vecteur v DR : dS v DR .

En présence d'un courant dans le conducteur, une charge dq traverse la zone dS en un temps dt. Il est évident que

d qd td q= Id t.

Définition Intensité actuelle au voisinage d'un point donné Le conducteur N est appelé

une grandeur physique scalaire égale à la charge électrique traversant l'aire élémentaire d S par unité de temps:

Je = dq/dt.

Si la concentration de porteurs de charge dans le conducteur est n et que chaque porteur a une charge q 0,

alors il est facile de montrer que dq =q 0 n v DS dS dt . Puis Fig. 1.1.2 densité de courant et intensité du courant au point N du conducteur

sont décrits par des expressions :

j = q 0 n v DR , j = q 0 n v DR ;

je = jd S = q0 nv DR d S.

L'unité de base pour mesurer l'intensité du courant est "ampère": \u003d 1A, et la densité de courant - "ampère divisé par mètre carré" : \u003d 1A/m2.

L'estimation montre qu'à un courant I = 1A dans un conducteur en cuivre, pour lequel la concentration volumique des électrons de valence est n 1028 m–3, leur vitesse de dérive est v DR 10–2 m/s. Cette vitesse est bien inférieure à la vitesse moyenne du mouvement chaotique des électrons de valence dans le volume du conducteur (v СР 106 m/s).

4. Dans la pratique, les conducteurs métalliques sont très largement utilisés. section normale constante:S=idem. Pour eux, les lignes de courant sont parallèles et le vecteur

densité de courant en tous points de toute section normale au même moment

Les points temporels sont les mêmes, c'est-à-dire qu'ils sont parallèles, orientés dans une direction et égaux en valeur absolue : j S , j = = const. L'intensité du courant dans les conducteurs de section constante est la somme des intensités du courant à travers les n zones élémentaires dS i, en lesquelles toute section normale S peut être divisée :

5. Définition. Un courant électrique est dit constant si le courant

ne change pas dans le temps.

De la définition de l'intensité du courant, il s'ensuit qu'à un courant constant à travers une section donnée S du conducteur pendant des périodes de temps égales t passe la même quantité

charger q :

IPOST =const d q = Id t q= Id t= IPOST d t = IPOST t IPOST = q/ t.

Pour deux conducteurs de sections différentes S 1 et S 2 à la même intensité de courant (I 1 \u003d I 2), les modules de densité de courant, inversement proportionnels aux sections transversales des conducteurs (j \u003d I / S ) sont liés selon l'expression suivante :

j1 / j2 = S2 / S1 .

1.2 Loi d'Ohm pour le courant dans un conducteur

1. Un courant électrique dans un conducteur existe lorsqu'il existe une différence de potentiel dans le champ électrique (tension électrostatique) aux extrémités du conducteur. Expérimentalement, la relation entre l'intensité du courant et la tension a été établie par le physicien allemand G. Ohm

Loi d'Ohm pour le courant dans un conducteur : l'intensité du courant dans un conducteur homogène est directement proportionnelle à la tension électrostatique à ses extrémités -

Le coefficient de proportionnalité (grec "lambda") est appelé conductivité électrique(conductivité électrique) chef d'orchestre.

Mais généralement, au lieu de la conductivité électrique, l'inversement proportionnel

Sa valeur - résistance électrique du conducteur R 1/ .

Dans ce cas, la loi d'Ohm pour le conducteur a la forme :

Je = U/R.

Unité de mesure de base résistance électrique est "ohm": [ R ] \u003d 1 V / A \u003d 1 Ohm - c'est la résistance du conducteur, dans lequel, avec une différence de potentiel de 1V, un courant continu 1A circule.

2. Il a été établi expérimentalement que la résistance électrique dépend (1) de composition chimique conducteurs, (2) leur forme et leur taille, et (3) leur température.

Résistance d'un conducteur homogène de section constante directement proportionnel à sa longueur et inversement proportionnel à sa surface Ordinaire la Coupe transversale:

R = l/S.

Le coefficient de proportionnalité dans cette expression est une caractéristique physique de la substance dont le conducteur est constitué, et s'appelle électrique spécifique

la résistance chimique de la substance dont le conducteur est composé.

L'unité de résistivité est "ohm fois

mètre ": \u003d 1 Ohm m. L'argent a la résistivité la plus faible

(= 1,6 10–8 ohm m) et cuivre (= 1,7 10–8 ohm m).

3. La dépendance de la résistance du conducteur à la température est due à la dépendance à la température de la résistivité. À des températures pas trop différent de la normale, cette dépendance en première approximation a la forme suivante :

0 (1 +t) =0 T ,R =R 0 (1 +t) =R 0 T ;

ici et 0 ,R et R 0 – résistivité et la résistance du conducteur à des températures, respectivement, t et 0C (T et 273,15K). Le coefficient de proportionnalité (1/273)K -1 est quasiment le même pour tous les conducteurs métalliques :

(1/273) K -1 - et s'appelle le coefficient de température de résistance.

L'augmentation de la résistance électrique avec l'augmentation de la température est la caractéristique principale, selon laquelle, de toutes les substances conductrices, groupe de conducteurs. D'autres groupes de substances se caractérisent par une diminution de la résistance avec l'augmentation de la température ; ils composent groupes semi-conducteurs aller-

électriciens.

4. Dans les circuits électriques et radio, il est souvent nécessaire d'avoir certaines valeurs spécifiques de la résistance des conducteurs. Ils sont installés en sélectionnant des conducteurs normalisés appelés résistances. Les résistances sont combinées en systèmes. Calcul de la résistance du système de résistances (équivalent à

résistance du système) est basé sur des dépendances, qui sont soumises à

tivleniya deux systèmes simples- chaîne parallèle et série-

zistes.

Schème chaîne parallèle les résistances avec les résistances R 1, R 2, R 3, .., R n sont illustrées à la Fig. 1.2.1a: d'abord, l'une des deux bornes de chaque résistance est connectée et forme le premier nœud A, puis les deuxièmes conclusions sont connectés dans le deuxième nœud B. Au nœud-

ly A et B la tension U est appliquée, pareil pour toutes les résistances:

U 1 \u003d U 2 \u003d U 3 \u003d ... \u003d U n \u003d U.

Un courant de force I circule vers le nœud A depuis le pôle positif de la source. Ici, il est divisé en courants I 1, I 2, I 3,.., I n, qui se connecteront au nœud B en un courant de même force initiale I. C'est-à-dire que l'intensité du courant I est égale à la somme des intensités du courant dans toutes les résistances :

D'autre part, selon la loi d'Ohm, I \u003d U / R PAR, où R PAR est la résistance équivalente d'une chaîne parallèle de résistances. Assimiler les bonnes parties des dernières expressions

zhenii, on obtient une formule pour calculer RPAR : la valeur inversement proportionnelle à la résistance équivalente d'une chaîne parallèle de résistances est égale à la somme des valeurs inversement proportionnelles à leurs résistances :

5. Régime chaîne de série résistances avec des résistances R 1, R 2, R 3, .., R n est illustré à la Fig. 1.2.1b: les résistances sont connectées avec leurs bornes comme des wagons de train.

Si une tension est appliquée aux bornes libres des résistances extrêmes R 1 et R n, alors

la courant sera le même dans toutes les résistances :

je 1 \u003d je 2 \u003d je 3 \u003d ... \u003d je n \u003d je,

et la tension aux bornes de chacune des résistances, selon la loi d'Ohm, dépend de sa propre résistance :

Ui = Ii Ri = IRi .

Évidemment, la tension U aux extrémités de la chaîne est égale à la somme des tensions aux bornes de chaque résistance :

D'autre part, U = IR LAST , où R LAST est la résistance équivalente du circuit considéré. En égalant les parties droites des dernières expressions, on obtient que l'équivalent

La résistance de bande d'une chaîne de résistances en série est égale à la somme de leurs résistances :

R DERNIER = R je . je 0

En utilisant les rapports R PAR et R LATCH obtenus, il est possible de calculer la résistance de n'importe quel système de résistances, en mettant progressivement en évidence des chaînes en série et / ou en parallèle.

1.3 Loi de Joule-Lenz pour le courant dans un conducteur

1. Le courant électrique dans le conducteur existe en raison du travail effectué par le champ électrostatique pour transférer une charge positive le long du conducteur :

AR \u003d q (1 - 2) \u003d q U.

Au courant continu q \u003d I t. Puis, considérant Loi d'Ohm pour le courant dans un conducteur, nous pouvons exprimer le travail du champ électrostatique en fonction des paramètres de courant :

AR \u003d I2 R t \u003d (U2 / R) t \u003d UI t

2. J.P. Joule et, indépendamment de lui, le physicien russe E.Kh. Lenz (1804-1865) en

1841-42 établi expérimentalement : si le courant traverse un poste fixe

conducteur métallique, alors le seul effet observé est l'échauffement du conducteur, c'est-à-dire le dégagement de chaleur Q dans l'espace environnant.

Dans ce cas, en vertu de la loi de conservation et de transformation de l'énergie

QR = AR = I2 R t.

Cette égalité est une expression quantitative de la loi de Joule-Lenz pour un conducteur : quantité de chaleur dégagée dans tous conducteur lorsqu'il pro-

lorsqu'un courant continu le traverse, il est égal au produit du carré de l'intensité du courant et de la résistance électrique du conducteur et du temps de passage du courant.

L'utilisation de la loi d'Ohm permet de modifier l'expression de la loi de Joule-Lenz :

QR = I2 R t = (U2 / R) t = UI t.

Il est clair que si un conducteur transportant du courant se déplace sous l'action de champ magnétique(moteur électrique) ou des processus chimiques (électrolyse) s'y déroulent, alors le travail du courant dépassera la quantité de chaleur dégagée.

L'intensité du dégagement de chaleur est caractérisée par la puissance du courant - physique

avec une valeur égale au travail du courant par unité de temps :

N A / t \u003d I 2 R \u003d U2 / R \u003d UI.

3. Le dégagement de chaleur s'explique par le fait que les porteurs de charge interagissent avec le réseau cristallin du conducteur et lui transfèrent l'énergie de leur mouvement ordonné.

L'effet thermique du courant a trouvé une large application dans la technologie, qui a commencé avec l'invention en 1873. Ingénieur russe A.N. Lodygin (1847-1923) ampoule incandescent. L'action des fours électriques à moufle, des équipements de soudage à l'arc électrique et par résistance des métaux, des radiateurs électriques domestiques et bien plus encore est basée sur ce phénomène.

2. Circuit électrique simple

2.1 Source de courant continu. Force électromotrice de la source de courant

1. Si seule la force du champ électrostatique agit sur les porteurs de charge dans le conducteur (résistance) (comme dans l'expérience illustrée à la Fig. 1.1.1), alors les porteurs se déplacent des points du conducteur avec un potentiel plus élevé aux points avec un potentiel plus faible. Cela conduit à une égalisation des potentiels en tous points du conducteur et, par conséquent, à la disparition du courant.

La principale application pratique concerne les courants continus, y compris les courants continus. Pour exister courant continu il faut des dispositifs capables de créer et de maintenir aux extrémités du conducteur différence de potentiel constante. Ta-

quels appareils sont appelés sources de courant continu.Dans les sources actuelles, pro-

vient une séparation spatiale continue des charges positives et négatives aux pôles de la source , ce qui fournit une différence de potentiel entre eux.

aux pôles de la source de courant (Fig.2.1.1).

Il est important que, contrairement au courant dans le conducteur, source intérieure courant (comme

charges positives) est dirigée du négatif le pôle est positif

nomu . Cette direction s'appelle sens naturel du courant dans la source.

Il reflète physiquement correctement l'essence des processus dans la source de courant et correspond à la règle qui détermine le sens du courant dans la résistance connectée aux pôles de la source.

Le rôle de la source d'alimentation est similaire au rôle d'une pompe, qui est nécessaire pour pomper le fluide à travers les tuyaux d'un système hydraulique. Formellement parlant, la source de courant "pompe" les charges positives de son pôle négatif vers le pôle positif.

2. Les forces extérieures font le travail ARRÊTER la séparation et le mouvement des charges électriques à l'intérieur de la source et la création d'un champ électrique entre ses pôles.

Définition . La force électromotrice (FEM) d'une source de courant est une grandeur physique égale au travail des forces externes effectuées dans la source lors de la production d'une unité de charge positive :

E A STOR / q + .

La similitude des définitions de la FEM de la source de courant et du potentiel du champ électrique explique que l'unité principale de mesure de la FEM soit aussi le « volt » :

[ E ] \u003d 1 J / C \u003d 1 V.

3. La base de toutes les sources de courant sont des substances électriquement conductrices. Par conséquent, les sources ont une résistance électrique, appelée résistance interne et est noté par la lettre r. La résistance interne se manifeste par le chauffage de la source en mode de fonctionnement, c'est-à-dire lorsqu'une résistance est connectée à une source de courant. La quantité de chaleur dégagée dans les sources de courant obéit à la loi Joule-Lenz :

Qr = I2 r t.

La résistance interne augmente avec la température.

2.2 Section du circuit électrique. Circuit fermé simple

1. Pour créer des courants électriques, les résistances et les sources de courant doivent être utilisées ensemble.

Définition . Circuits électriques simples sont appelés systèmes, états-

à partir de résistances, de sources de courant et de touches (interrupteurs) connectés en série.

Définition . Section d'une chaîne simple Une partie d'un circuit électrique simple est appelée, contenant l'un ou l'autre nombre de résistances et / ou de sources de courant.

Définition . Section homogène d'une chaîne simple est appelée la zone contenant

ne tirant que des résistances.

Un exemple de section homogène d'un circuit est une chaîne en série de résistances (Fig. 1.2.1b). Le phénomène de courant continu dans une section homogène du circuit, constituée de résistances, est décrit par les lois d'Ohm et de Joule-Lenz pour le courant dans le conducteur.

2. Définition. Section non homogène de la chaîne appelé une section contenant des résistances connectées en série et des sources de courant.

Définition . La somme des résistances des résistances R et des résistances internes r i des sources de courant dans une section non homogène d'un circuit simple est appelée résistance totale

par la formation d'une section inhomogène de la chaîne.

kov courant dans la région.

Définition . Tension électrique sur la section non homogène du circuit A-

B est la valeur égale à la somme algébrique de la tension électrique externe et de la FEM (somme tenant compte des signes) des sources de courant incluses dans la section :

U AB (A -B) + E AB \u003d U + E AB;

ici E AB \u003d E 1 + E 2 + ... est la somme algébrique (somme tenant compte des signes) de la FEM des sources de courant dans la section.

Commentaire. On voit que pour une section homogène du circuit, la tension est identiquement égale à tension électrostatique entre les points d'entrée et de sortie actuels :

(U AB) UN (A - B) UN = U.

EMF E i dans l'expression de E AB sont quantités algébriques: valeur de E i

est pris avec un signe "+" si la direction du courant IAB dans la section de circuit coïncide avec la direction naturelle du mouvement des charges positives dans la ième source (sur la Fig. 2.2.1 E 1 0); si le sens du courant IAB est opposé au sens naturel de déplacement des charges positives dans la source, alors la valeur de E i est tirée de

signe "-" (sur la Fig.2.2.1E 2 0). De cette façon,

E AB \u003d E 1E 2 ... .

3. Si les conducteurs d'une section non homogène chaînes A-B sont immobiles, alors selon la loi de conservation et de transformation de l'énergie, le travail des forces électrostatiques et externes agissant dans la zone est égal à la chaleur dégagée dans la résistance et les sources de courant :

Un AB \u003d Q AB.

Considérons une section de circuit contenant une seule source de courant avec une résistance interne r (dans ce cas, E AB \u003d E 1 ). Il est évident que

A AB \u003d A R + A r + A STOR,

où (А R +А r ) =q + (А –В ) est le travail des forces électrostatiques lors du déplacement d'une charge positive q + .

De la définition d'EMF, il s'ensuit que A STOR \u003d q + E AB. Alors

A AB \u003d q + (A - B) + q + E AB \u003d q + (A - B) + E AB \u003d q + U AB.

D'autre part, la quantité de chaleur Q AB \u003d Q R + Q r et selon la loi Joule-Lenz

et la définition du courant électrique (I t \u003d q + )

QAB = I2 R t+ I2 r t= I(R+ r)(I t) = I(R+ r) q+ .

La mise en équation des parties droites des dernières expressions pour A AB et Q AB donne l'expression

loi d'Ohm généralisée pour une section de chaîne inhomogène :

l'intensité du courant dans une section non homogène d'un circuit électrique est directement proportionnelle à tension électrique aux extrémités de la section et est inversement proportionnel à la résistance totale de la section -

Je \u003d (A -B) + E AB / (R + r) \u003d U AB / (R + r).

D'où il suit que

U AB \u003d I (R + r) \u003d IR + Ir U R + U r,

où U R IR et U r Ir sont les tensions électrostatiques aux bornes de la résistance et du

résistance de section de chaîne. C'est-à-dire la tension électrique aux extrémités de la section non homogène du circuit est égale à la somme des tensions électrostatiques aux bornes de la résistance et de la résistance interne de la source de courant :

U R + U r \u003d ( A - B) + E AB.

Commentaire. Pour une section homogène du circuit (E AB \u003d 0, r \u003d 0, U r \u003d 0) de résistance équivalente R, la loi d'Ohm généralisée se transforme en loi d'Ohm pour le courant dans le conducteur :

U=UR=IR.

Commentaire. La loi d'Ohm généralisée s'applique non seulement au courant continu (U = const), mais également à toute variation de courant dans le temps. Dans ce cas, la section de circuit peut également contenir d'autres éléments électriques: (1) des condensateurs avec une tension U C \u003d q / C sur leurs plaques et (2) des solénoïdes qui créent la FEM d'induction électromagnétique E i \u003d -LdI / dt. Ensuite, les quantités U C et E i doivent être prises en compte, respectivement, dans les parties gauche et droite de l'équation de la loi d'Ohm généralisée :

U R + U r + U C \u003d ( A - B) + E AB + E i].

Il est important de se rappeler que la lettre A désigne la fin de la section de circuit à partir de laquelle le courant (q 0) circule dans la section.

4. La loi d'Ohm généralisée indique une méthode pour mesurer la FEM d'une source de courant. S'il n'y a pas de courant dans la section inhomogène (I = 0), alors il en résulte que

E AB \u003d - (A -B) \u003d (B -A),

c'est-à-dire que la FEM agissant dans un circuit inhomogène est égale à la différence de potentiel électrostatique aux extrémités du circuit dans le mode lorsqu'elles ne sont pas fermées à travers d'autres sections.

Cette mesure est réalisée en connectant les pôles de la source aux bornes du voltmètre.

2.3 Circuit fermé simple

1. Définition. Circuit fermé simple une chaîne est appelée, qui est obtenue en connectant (fermant) la clé K aux extrémités d'une section d'une chaîne simple (Fig. 2.3.1).

La résistance R dans un circuit fermé simple est appelée résistance externe

manger.

En utilisant la loi d'Ohm pour le courant dans le conducteur, vous pouvez déterminer quelle fraction de l'EMF E est la tension U R sur la résistance externe R :

I \u003d U R / R U R \u003d I R \u003d E R / (R + r) \u003d E / (1 + (r / R )) \u003d E (1 - (r / R )), avec r R.

On voit que plus la résistance externe du circuit est grande, plus la valeur de U R est proche de la valeur de E .

Si la résistance externe du circuit est bien inférieure à la résistance interne

(R r ), alors la chaîne ira courant de court-circuit:

Je KOR \u003d E / r.

Le mode court-circuit est extrêmement dangereux pour les sources de courant. Leur résistance interne a des valeurs proches de 1 ohm (r 1 ohm). Par conséquent, les courants de court-circuit, même à faible FEM, peuvent atteindre des dizaines d'ampères. La chaleur Joule dégagée dans ce cas, proportionnelle au carré de l'intensité du courant (Q I 2 ), peut désactiver la source.

Un courant électrique constant est le mouvement continu d'électrons d'une région de charges négatives (-) à une région de charges positives (+) à travers un matériau conducteur tel qu'un fil métallique. Bien que les décharges statiques soient des mouvements spontanés de particules chargées d'une surface chargée négativement vers une surface chargée positivement, il n'y a pas de mouvement continu de particules à travers un conducteur.

Pour créer un flux d'électrons, un circuit à courant électrique constant est nécessaire. Il s'agit d'une source d'énergie (par exemple, une batterie) et d'un conducteur qui va du pôle positif au négatif. Divers appareils électriques peuvent être inclus dans le circuit.

Mouvement continu des électrons

Le courant continu est le mouvement continu des électrons à travers un matériau conducteur tel qu'un fil métallique. Les particules chargées se déplacent vers le potentiel positif (+). Pour créer un flux d'électricité, un circuit électrique est nécessaire, composé d'une source d'alimentation en courant continu et d'un fil formant une boucle fermée. Un bon exemple d'un tel circuit est une lampe de poche.

Bien que les électrons chargés négativement se déplacent à travers le fil vers le pôle positif (+) de l'alimentation, le mouvement du courant est indiqué dans la direction opposée. C'est le résultat d'une convention malheureuse et déroutante. Les scientifiques qui ont expérimenté les courants pensaient que l'électricité se déplaçait de (+) à (-), et cela était généralement accepté avant même la découverte des électrons. En réalité, les particules chargées négativement se déplacent vers le pôle positif, opposé au sens indiqué comme sens de circulation du courant. C'est déroutant, mais une fois qu'un accord a été conclu, il est difficile d'arranger les choses.

Tension, courant et résistance

L'électricité traversant un fil ou un autre conducteur est caractérisée par la tension U, le courant I et la résistance R. La tension est l'énergie potentielle. Le courant est le flux d'électrons dans un conducteur et la résistance est sa force de frottement.

Une bonne façon de penser à un courant électrique constant est d'utiliser l'analogie de l'eau qui coule à travers un tuyau. La tension est le potentiel qui augmente à une extrémité d'un fil en raison d'un excès d'électrons chargés négativement. C'est comme une augmentation de la pression de l'eau dans un tuyau. Le potentiel amène les électrons à se déplacer à travers le fil dans une région de charge positive. Cette énergie potentielle est appelée tension et se mesure en volts.

Le courant électrique continu est le flux d'électrons, mesuré en ampères. C'est comme la vitesse de l'eau qui se déplace dans un tuyau.

Ohm est une unité de mesure de la résistance électrique. Les atomes du conducteur sont disposés de manière à ce que les électrons passent avec peu de frottement. Dans les isolants ou les mauvais conducteurs, les atomes offrent une forte résistance ou entravent le mouvement des particules chargées. Ceci est analogue au frottement de l'eau dans un tuyau lorsqu'il le traverse.

Ainsi, la tension est comme la pression, le débit est comme le courant et la résistance hydraulique est comme l'électricité.

Création de courant continu

Bien que l'électricité statique puisse être déchargée par un fil métallique, ce n'est pas une source de courant continu. Ce sont des batteries et des générateurs.

Les batteries utilisent des réactions chimiques pour créer du courant continu. Par exemple, batterie de voiture se compose de plaques de plomb placées dans une solution d'acide sulfurique. Lorsque les plaques reçoivent une charge du réseau ou de l'alternateur de la voiture, elles changent chimiquement et maintiennent la charge. Cette source CC peut ensuite être utilisée pour alimenter les phares des voitures, etc. Le problème est que acide sulfurique très corrosif et dangereux.

Une autre batterie peut être fabriquée indépendamment d'un citron. Il ne nécessite pas de charge, mais dépend de la réaction acide de divers métaux. Le cuivre et le zinc fonctionnent mieux. Vous pouvez utiliser du fil de cuivre ou une pièce de monnaie. Un clou galvanisé peut être utilisé comme autre électrode. Le fer fonctionnera également, mais pas aussi bien. Assez pour coller fil de cuivre et un clou galvanisé dans un citron ordinaire et mesurer la tension entre eux avec un voltmètre. Certains ont même réussi à allumer une lampe de poche avec cette batterie.

Une source fiable est le générateur, qui est constitué d'un fil enroulé entre les pôles nord et sud d'un aimant.

Ainsi, le courant électrique continu est le mouvement continu des électrons du pôle négatif au pôle positif d'un conducteur tel qu'un fil métallique. Un circuit est nécessaire pour le passage des particules chargées. Dans celui-ci, la direction du mouvement du courant est opposée au flux d'électrons. Le circuit est caractérisé par des quantités telles que la tension, le courant et la résistance. Les sources de courant continu sont les batteries et les générateurs.

Circuits électriques

Le circuit électrique de courant continu est constitué d'une source, aux pôles de laquelle des conducteurs sont connectés, reliant les récepteurs en circuit fermé. C'est une condition préalable au passage du courant. Les circuits peuvent être en série, en parallèle ou en combinaison.

Si vous prenez une source de courant continu, telle qu'une batterie, et que vous connectez ses pôles positif et négatif avec des fils à une charge, telle qu'une ampoule, un circuit électrique se forme. En d'autres termes, l'électricité circule d'une borne de batterie à une autre. Un interrupteur peut être installé en série avec la lampe, qui, si nécessaire, régulera l'alimentation en courant électrique continu.

Sources CC

Le circuit nécessite une source d'alimentation. En règle générale, une pile ou un accumulateur est utilisé pour cela. Une autre source d'énergie est un générateur de courant continu. De plus, il est possible de faire passer du courant alternatif à travers le redresseur. Un adaptateur commun utilisé avec certains appareils portables (tels que les smartphones) convertit le 220 V CA en courant continu 5V.

conducteurs

Les fils et la charge doivent conduire l'électricité. Le cuivre ou l'aluminium sont de bons conducteurs et ont une faible résistance. Le filament de tungstène dans une lampe à incandescence conduit le courant mais a une résistance élevée qui le fait chauffer et briller.

Connexion série et parallèle

Dans un circuit électrique, plusieurs appareils, tels que des ampoules, peuvent être connectés en une seule ligne entre les pôles positif et négatif d'une batterie. Une telle connexion est appelée série. Un problème avec cet arrangement est que si une ampoule brûle, elle agit comme un interrupteur et éteint tout le circuit.

Les récepteurs peuvent également être connectés en parallèle de sorte que si l'une ou l'autre des lampes s'éteint, le circuit ne sera pas désactivé. circuit parallèle l'allumage est utilisé non seulement dans les guirlandes d'arbres de Noël - le câblage électrique dans les maisons est également effectué en parallèle. Par conséquent, l'éclairage et les appareils peuvent être allumés et éteints indépendamment les uns des autres.

Loi d'Ohm

Les lois du courant électrique continu incluent la loi d'Ohm, qui est la formule la plus fondamentale pour les circuits électriques. Selon lui, le courant traversant le conducteur est directement proportionnel à la différence de potentiel qui le traverse. La loi a été formulée pour la première fois en 1827 Physicien allemand Georg Ohm lorsqu'il a étudié la conductivité des métaux. La loi d'Ohm décrit le mieux les circuits électriques CC simples. Bien qu'il s'applique également à courant alternatif, auquel cas d'autres variables possibles doivent être prises en compte. La relation entre courant, tension et résistance permet de calculer une grandeur physique si les valeurs des deux autres sont connues.

La loi d'Ohm montre la relation entre la tension, le courant et la résistance dans un circuit électrique simple.. Dans sa forme la plus simple, il s'écrit U = I × R. Ici, U est la tension en volts, I est le courant en ampères et R est la résistance en ohms. Ainsi, si I et R sont connus, on peut calculer U. Si nécessaire, la formule peut être modifiée par des méthodes algébriques. Par exemple, si U et R sont connus et qu'il faut trouver I, il faut utiliser l'équation I = U / R. Ou, si U et I sont donnés et R doit être calculé, alors l'expression R = U / Je suis utilisé.

L'importance de la loi d'Ohm est que si la valeur de deux variables dans une équation est connue, alors la troisième peut être déterminée. n'importe lequel de ces grandeurs physiques peut être mesuré avec un voltmètre. La plupart des voltmètres ou multimètres mesurent U, I, R du courant électrique continu et alternatif.

Calcul U, I, R

Une tension continue avec un courant et une résistance connus peut être trouvée par la formule U = I × R. Par exemple, si I = 0,2 A et R = 1000 ohms, alors U = 0,2 A * 1000 ohms = 200 V.

Si la tension et la résistance sont connues, le courant peut être calculé à l'aide de l'équation I = V / R. Par exemple, si U = 110 V et R = 22 000 ohms, alors I = 110 V / 22 000 ohms = 0,005 A.

Si la tension et le courant sont connus, alors R = V / I. Si V = 220 V et I = 5 A, alors R = 220 V / 5 A = 44 ohms.

De cette façon, La loi d'Ohm montre la relation entre la tension, le courant et la résistance dans un circuit électrique simple.. Il peut être appliqué aux circuits CC et CA.

Courant continu

Une charge se déplaçant dans un circuit (si ce n'est pas un supraconducteur) consomme de l'énergie. Cela peut provoquer un échauffement ou une rotation du moteur. Pouvoir électrique est la vitesse à laquelle l'énergie électrique est convertie en une autre forme telle que l'énergie mécanique, la chaleur ou la lumière. Elle est égale au produit du courant et de la tension : P = U × I. Elle est mesurée en watts. Par exemple, si U \u003d 220 V et I \u003d 0,5 A, alors P \u003d 220 V * 0,5 A \u003d 110 W.

2. Courant électrique dans les métaux. Preuve expérimentale de la nature des porteurs de charge électrique dans les métaux. Fondements de la théorie électronique classique de la conduction dans les métaux.

L'idée de la nature électronique des porteurs de charge dans les métaux, qui a été énoncée dans la théorie de Drude et Lorentz, est basée sur un certain nombre de preuves expérimentales classiques.

La première de ces expériences est l'expérience de Rikke (1901), dans laquelle au cours de l'année el. le courant passait à travers trois cylindres métalliques (Cu, Al, Cu) de même rayon connectés en série avec des extrémités soigneusement polies. Malgré le fait que la charge totale qui a traversé les cylindres a atteint une valeur énorme (environ 3,5 * C), aucun changement n'a été trouvé dans la masse des métaux les plus externes. C'était la preuve de l'hypothèse selon laquelle des particules de masse extrêmement faible sont impliquées dans le transfert de charge.

Malgré la faible masse des porteurs de charge, ils ont la propriété d'inertie, qui a été utilisée dans les expériences de Mandelstam et Papaleksi, puis dans les expériences de Stewart et Tolman, qui ont fait tourner la bobine avec un très grand nombre de tours à un énorme vitesse (de l'ordre de 300 m/s), puis l'a brusquement freiné. En raison du déplacement des charges dû à l'inertie, il a créé une impulsion de courant, et connaissant les dimensions et la résistance du conducteur et l'amplitude du courant enregistré dans l'expérience, il a été possible de calculer le rapport de la charge à la masse de la particule, qui s'est avérée très proche de la valeur obtenue pour un électron (1,7 * C /kg).

Fondements de la théorie électronique classique de la conduction dans les métaux

L'existence d'électrons libres dans les métaux s'explique par le fait que lors de la formation d'un réseau cristallin d'un métal (du fait de l'approche d'atomes isolés), des électrons de valence, relativement faiblement liés aux noyaux atomiques, se détachent des atomes métalliques , deviennent «libres» et peuvent se déplacer dans le volume.les ions métalliques positifs sont situés aux nœuds du réseau cristallin et les électrons libres se déplacent de manière aléatoire entre eux, formant une sorte de gaz d'électrons, le libre parcours moyen des électrons est d'environ m ( la distance entre les nœuds du réseau).Les électrons de conduction entrent en collision avec les ions du réseau, leur transférant de l'énergie, de sorte qu'un équilibre thermodynamique s'établit entre le gaz d'électrons et le réseau.Selon la théorie de Drude-Lorentz, les électrons ont la même l'énergie du mouvement thermique en tant que molécules d'un gaz monoatomique idéal et à température ambiante, la vitesse thermique des électrons sera d'ordres de grandeur / s, tous les électrons Ils sont considérés comme indépendants et pour expliquer les phénomènes macroscopiques (par exemple, le courant) il suffit de connaître le comportement d'un électron pour déterminer le comportement de tous les électrons. Par conséquent, une telle théorie s'appelle "l'approximation à un seul électron" et, malgré sa simplification, elle donne des résultats satisfaisants.

Le mouvement chaotique thermique des électrons ne peut pas conduire à l'apparition d'un courant. Lorsqu'un champ électrique est appliqué à un conducteur métallique, tous les électrons acquièrent un mouvement dirigé, dont la vitesse peut être estimée à partir de la densité de courant ; même à des densités très élevées (de l'ordre de 10 -10 A/m), la vitesse du mouvement commandé est d'environ m / s. Par conséquent, dans les calculs, la vitesse résultante de l'électron (thermique + ordonnée) peut être remplacée par la vitesse du mouvement thermique.

La question se pose, comment expliquer le fait de la transmission instantanée de signaux électriques sur de longues distances ? Le fait est que le signal électrique n'est pas transporté par les électrons qui se trouvent au début de la ligne de transmission, mais par un champ électrique d'une vitesse d'environ 3 * m / s, impliquant presque instantanément tous les électrons le long de la chaîne. Par conséquent, un courant électrique apparaît presque instantanément avec la fermeture du circuit

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