--> Ïëîòíîñòü òîêà. Ñèëà òîêà. Ôèçèêà 10-11 êë. Ìÿêèøåâ
ìîé ÞÒÓÁ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!
ìîé ÒÅËÅÃÐÀÌ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!

 


Ñîäåðæàíèå

 

Ãëàâíàÿ >> Ýëåêòðîäèíàìèêà. Ôèçèêà 10-11 êë. Ìÿêèøåâ

Ãëàâà 2. Ïîñòîÿííûé ýëåêòðè÷åñêèé òîê

 


§ 2.2. Ïëîòíîñòü òîêà. Ñèëà òîêà

Êîëè÷åñòâåííî ýëåêòðè÷åñêèé òîê õàðàêòåðèçóåòñÿ âåêòîðíîé âåëè÷èíîé — ïëîòíîñòüþ ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà è ñêàëÿðíîé âåëè÷èíîé — ñèëîé òîêà I.

Ïëîòíîñòü òîêà

Ââåäåì ïîíÿòèå ïëîòíîñòè ýëåêòðè÷åñêîãî òîêà äëÿ íàèáîëåå ïðîñòîãî ñëó÷àÿ óïîðÿäî÷åííîãî äâèæåíèÿ îäèíàêîâûõ çàðÿæåííûõ ÷àñòèö. Âûäåëèì â ñðåäå, â êîòîðîé ñóùåñòâóåò òîê, î÷åíü ìàëûé îáúåì â ôîðìå ïðÿìîãî öèëèíäðà ñ ïëîùàäüþ îñíîâàíèÿ ΔS (ðèñ. 2.5). Öèëèíäð îðèåíòèðîâàí òàê, ÷òî åãî îñíîâàíèÿ ïåðïåíäèêóëÿðíû ñêîðîñòè óïîðÿäî÷åííîãî äâèæåíèÿ ÷àñòèö Ïîä ñêîðîñòüþ óïîðÿäî÷åííîãî äâèæåíèÿ ÷àñòèö â ìàëîì îáúåìå ΔV (íî ñîäåðæàùåì ìíîãî ÷àñòèö) ìû ïîíèìàåì îòíîøåíèå ãåîìåòðè÷åñêîé ñóììû ñêîðîñòåé ÷àñòèö ê ÷èñëó èõ â ýòîì îáúåìå:

Ñðåäíÿÿ ñêîðîñòü õàîòè÷åñêè äâèæóùèõñÿ ÷àñòèö ðàâíà íóëþ.

Âûñîòà öèëèíäðà ïóñòü ðàâíà ïóòè υΔt, ïðîõîäèìîìó ÷àñòèöàìè çà âðåìÿ Δt. Çäåñü υ — ìîäóëü ñêîðîñòè óïîðÿäî÷åííîãî äâèæåíèÿ ÷àñòèö. Òîãäà âñå çàðÿæåííûå ÷àñòèöû, íàõîäÿùèåñÿ âíóòðè öèëèíäðà, çà âðåìÿ Δt ïåðåñåêóò ïðàâîå îñíîâàíèå öèëèíäðà ñ ïëîùàäüþ ΔS. Åñëè êîíöåíòðàöèÿ çàðÿæåííûõ ÷àñòèö â ñðåäå n, òî çà âðåìÿ Δt ÷åðåç ñå÷åíèå ñ ïëîùàäüþ ΔS áóäåò ïåðåíåñåí çàðÿä Δq = q0nυΔtΔS, ãäå q0 — çàðÿä îòäåëüíîé ÷àñòèöû.

Âåêòîðîì ïëîòíîñòè òîêà íàçûâàþò âåêòîð, íàïðàâëåíèå êîòîðîãî ñîâïàäàåò ñ íàïðàâëåíèåì ñêîðîñòè óïîðÿäî÷åííîãî äâèæåíèÿ ïîëîæèòåëüíî çàðÿæåííûõ ÷àñòèö, à ìîäóëü ðàâåí îòíîøåíèþ çàðÿäà, ïåðåíîñèìîãî çà âðåìÿ Δt ÷åðåç ñå÷åíèå ïëîùàäüþ ΔS, ðàñïîëîæåííîå ïåðïåíäèêóëÿðíî ê ñêîðîñòè äâèæåíèÿ, ê ïðîèçâåäåíèþ ΔS • Δt:

ãäå ð = q0n — ïðîñòðàíñòâåííàÿ ïëîòíîñòü ýëåêòðè÷åñêîãî çàðÿäà.

 ñëó÷àå äâèæåíèÿ îòðèöàòåëüíî çàðÿæåííûõ ÷àñòèö (q0 < 0) âåêòîðû íàïðàâëåíû ïðîòèâîïîëîæíî äðóã äðóãó. Åñëè ñðåäà îäíîðîäíà, òî ìîäóëü ïëîòíîñòè òîêà ÷èñëåííî ðàâåí ýëåêòðè÷åñêîìó çàðÿäó, ïåðåíîñèìîìó â åäèíèöó âðåìåíè ÷åðåç åäèíè÷íóþ ïëîùàäêó, ïåðïåíäèêóëÿðíóþ ñêîðîñòè

Ñèëà òîêà

Âåêòîð ïëîòíîñòè òîêà ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ëîêàëüíóþ (èëè äèôôåðåíöèàëüíóþ) õàðàêòåðèñòèêó òîêà: îí îïðåäåëÿåò ïåðåíîñèìûé çàðÿä ÷åðåç ìàëóþ ïëîùàäêó â ïðîâîäÿùåé ñðåäå è íàïðàâëåíèå äâèæåíèÿ çàðÿæåííûõ ÷àñòèö. Ââåäåì òåïåðü ïîëíóþ äëÿ âñåãî ñå÷åíèÿ õàðàêòåðèñòèêó òîêà — ñèëó òîêà*.

    * Òåðìèí ñèëà òîêà íåëüçÿ ñ÷èòàòü óäà÷íûì, òàê êàê ñëîâî «ñèëà», ïðèìåíÿåìîå ê òîêó, íå èìååò íèêàêîãî îòíîøåíèÿ ê ïîíÿòèþ «ñèëà» â ìåõàíèêå. Íî òåðìèí «ñèëà òîêà» áûë ââåäåí äàâíî è óòâåðäèëñÿ â íàóêå.

Ñèëîé òîêà íàçûâàþò îòíîøåíèå çàðÿäà Δq, ïåðåíîñèìîãî ÷åðåç ïîïåðå÷íîå ñå÷åíèå ïðîâîäíèêà ïëîùàäüþ S çà ïðîìåæóòîê âðåìåíè Δt, ê ýòîìó ïðîìåæóòêó:

Ôîðìóëà (2.2.3) âûðàæàåò ñðåäíåå çà âðåìÿ Δt çíà÷åíèå ñèëû òîêà.

Ñèëà òîêà â äàííûé ìîìåíò — ìãíîâåííàÿ ñèëà òîêà — ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ïðåäåë îòíîøåíèÿ ýëåêòðè÷åñêîãî çàðÿäà Δq, ïðîøåäøåãî ÷åðåç ïîïåðå÷íîå ñå÷åíèå ïðîâîäíèêà çà ìàëûé ïðîìåæóòîê âðåìåíè Δt, ê ýòîìó ïðîìåæóòêó ïðè Δt, ñòðåìÿùåìóñÿ ê íóëþ:

Åñëè çà ëþáûå ðàâíûå ìåæäó ñîáîé ïðîìåæóòêè âðåìåíè ÷åðåç ïîïåðå÷íîå ñå÷åíèå ïðîâîäíèêà ïðîõîäÿò îäèíàêîâûå çàðÿäû, ò. å. åñëè ñèëà òîêà íå èçìåíÿåòñÿ ñ òå÷åíèåì âðåìåíè, òî ýëåêòðè÷åñêèé òîê íàçûâàþò ïîñòîÿííûì. Ñèëà ïîñòîÿííîãî òîêà ÷èñëåííî ðàâíà çàðÿäó, ïðîõîäÿùåìó ÷åðåç ïîïåðå÷íîå ñå÷åíèå ïðîâîäíèêà çà 1 ñ:

Ñèëà òîêà, ïîäîáíî çàðÿäó, ìîæåò áûòü êàê ïîëîæèòåëüíîé, òàê è îòðèöàòåëüíîé. Çíàê ñèëû òîêà çàâèñèò îò òîãî, êàêîå èç íàïðàâëåíèé âäîëü ïðîâîäíèêà ïðèíÿòî çà ïîëîæèòåëüíîå. Ñèëà òîêà I > 0, åñëè íàïðàâëåíèå òîêà ñîâïàäàåò ñ óñëîâíî âûáðàííûì ïîëîæèòåëüíûì íàïðàâëåíèåì âäîëü ïðîâîäíèêà.  ïðîòèâíîì ñëó÷àå I < 0.

Ñèëà òîêà îäíîçíà÷íî âûðàæàåòñÿ ÷åðåç ïëîòíîñòü òîêà.  ÷àñòíîì ñëó÷àå ïðè ðàâíîìåðíîì ðàñïðåäåëåíèè ïëîòíîñòè òîêà ïî ñå÷åíèþ ïðîâîäíèêà ñèëà òîêà

I = jnS,                     (2.2.6)

ãäå jn = jcos α — ïðîåêöèÿ âåêòîðà ïëîòíîñòè òîêà íà íîðìàëü ê ïëîñêîñòè ñå÷åíèÿ ïðîâîäíèêà, à S — ïëîùàäü ýòîãî ñå÷åíèÿ (ðèñ. 2.6). Íàïðàâëåíèå íîðìàëè ñîâïàäàåò ñ óñëîâíî âûáðàííûì íàïðàâëåíèåì îáõîäà. Çíàê ñèëû òîêà îïðåäåëÿåòñÿ çíàêîì êîñèíóñà óãëà α ìåæäó íàïðàâëåíèåì âåêòîðà ïëîòíîñòè òîêà è íàïðàâëåíèåì íîðìàëè . Åñëè íàïðàâëåíèÿ âåêòîðîâ è ñîâïàäàþò, òî α = 0 è ñèëà òîêà

I = jS = |q0|nυS                     (2.2.7)

âûðàæàåòñÿ ïîëîæèòåëüíûì ÷èñëîì.

Òàêèì îáðàçîì, ñèëà òîêà â ïðîâîäíèêå ïðÿìî ïðîïîðöèîíàëüíà çàðÿäó, ïåðåíîñèìîìó êàæäîé ÷àñòèöåé, êîíöåíòðàöèè ÷àñòèö, ñêîðîñòè èõ íàïðàâëåííîãî äâèæåíèÿ è ïëîùàäè ïîïåðå÷íîãî ñå÷åíèÿ ïðîâîäíèêà.

Îêîí÷àíèå ïàðàãðàôà >>>

 

 

Ðåéòèíã@Mail.ru



Ñîäåðæàíèå

!-- Step 2 - Decide on the place where you want to place the video -->
. Âàæíî, ÷òîáû ñêðèïò áûë ïîñëå áëîêà. Íàïðèìåð, ìîæíî ðàçìåñòèòü ïåðåä òåãîì -->