Wyklad 15 "PrÂąd elektryczny"

FIZYKA dla studentów
POLIGRAFII
Prąd elektryczny
Natężenie prądu elektrycznego
Prąd elektryczny - to uporządkowany ruch
ładunków elektrycznych
Natężenie prądu:
Dla prądu stałego:
Jednostka: 1 A
Wektor gęstości prądu
Kierunek wyznacza ruch nośników dodatnich.
dS
dS
Prędkość unoszenia
l
S
Ile elektronów
w objętości V?
koncentracja
Mikroskopowa postać definicji wektora j
Prędkość unoszenia
Jaka jest prędkość elektronów w przewodniku miedzianym o
średnicy d =1,63 mm przez który płynie prąd o natężeniu i =10A.
i
10 A
A
j 
 480 3
3
S 0,028cm
cm
j
480 A / cm 3
 2 cm
vu 

 3,6  10
22
3
19
e  n 8,4  10 1 / cm  1,6  10 C
s



Na przebycie 1 cm potrzeba aż 28 s.
Prąd elektryczny
Prędkość termiczna
cm
W temperaturze pokojowej T = 300 K: v0  1,1  10
s
7
vu  v0
cm
vu  3,6  10
s
2
Prawo Ohma
Słuszne tylko w pewnym przedziale temperatur.
Oporność:
S
l
potencjometry
W zakresie umiarkowanych temperatur:
Prawo Ohma
W postaci różniczkowej:
s – przewodność właściwa
vu 
s E
en
Prędkość unoszenia proporcjonalna do E
Siły oporu równoważą siłę pola elektrycznego.
Siła elektromotoryczna
+-
Praca wykonana w obwodzie elektrycznym przez siły
zewnętrzne nad ładunkiem jednostkowym (umownie dodatnim) nosi nazwę siły elektromotorycznej (SEM).
Siła elektromotoryczna
SEM powoduje rozdzielenie ładunków
i powstanie różnicy potencjałów.
Siła elektromotoryczna
Całkowita praca na danym odcinku obwodu:
praca związana z
różnicą potencjałów
praca związana z
istnieniem siły zewn.
Wielkość równa całkowitej pracy przy przemieszczeniu
jednostkowego ładunku dodatniego pomiędzy dwoma punktami
obwodu elektrycznego nazywamy spadkiem napięcia lub krótko napięciem pomiędzy tymi punktami i oznaczamy symbolem U.
Siła elektromotoryczna
Jeśli na danym odcinku nie występuje SEM:
Prawo Ohma:
Przyjmuje się, że SEM ma znak dodatni jeśli jej działanie
sprzyja ruchowi ładunków dodatnich w wybranym kierunku.
Siła elektromotoryczna
Kiedy opór zewnętrzny nieskończenie wielki, prąd nie płynie.
Siła elektromotoryczna równa jest różnicy
potencjałów na biegunach źródła otwartego.
Prawa Kirchhoffa
Algebraiczna suma prądów w węźle sieci równa jest zeru.
I1  I 2  I 3  I 4  I 5  0
Prawa Kirchhoffa
E2
I2
E1
I3
I1
E3
I4
Suma algebraiczna wszystkich sił elektromotorycznych w oczku sieci
równa jest sumie występujących w tym oczku spadków napięć.
I1  R1  I 2  R2  I 3  R3  I 4  R4  E1  E2  E3
Praca prądu elektrycznego
Dla prądu stałego:
Moc prądu elektrycznego