Учебник по физике для поступающих в ВУЗ
Пусть к проводнику длиной l и поперечным сечением S приложено напряжение U.
Под действием электрического поля напряженностью E = U/l электроны, являющиеся носителями электрического тока, приобретают постоянное ускорение в направлении противоположном напряженности поля: Реставрация Уаз кузовной ремонт Уаз.
a = = =
Из-за столкновений с атомами и молекулами электроны под действием электрического поля движутся по сложной не прямолинейной траектории. За промежуток времени τе между столкновениями электрон, движущийся равноускоренно, приобретает направленную скорость:
v = a τе = τе
Сила тока через поперечное сечение проводника (учитывая, что q0 = e):
I = q0nSv = enSv = enS τе = U
Сила тока в однородном проводнике прямо пропорциональна приложенному напряжению.
Коэффициент пропорциональности между силой тока и напряжением обозначают:
g = и называют проводимостью
Единица измерения – См (Сименс) или Мо(обратный Ом)
Электрическое сопротивление проводника:
R = =
Единица измерения – Ом = В/А
Наиболее простой вид имеет вольт-амперная характеристика металлических проводников и растворов электролитов. Впервые для металлов ее установил немецкий ученый Георг Ом. (См.ниже «Закон Ома для участка цепи»)
С помощью закона Ома можно определить сопротивление проводника по силе тока при известном напряжении:
R =
Проводник имеет сопротивление 1 Ом, если при напряжении в 1 В сила тока в нем 1 А.
Сопротивление зависит от материала проводника и его геометрических размеров.
Сопротивление проводника длиной l с постоянной площадью поперечного сечения S:
R = ρ
где ρ = — удельное сопротивление проводника - величина, зависящая от рода вещества и его состояния (от температуры в первую очередь)
Единица измерения – Ом*м
Удельное сопротивление – скалярная физическая величина, численно равная сопротивлению однородного цилиндрического проводника единичной длины и единичной площади сечения (при направлении тока перпендикулярно его сечению)
Удельное сопротивление численно равно сопротивлению проводника, имеющего форму куба с ребром 1 м, если ток направлен вдоль нормали к двум противоположным граням куба.
При нагревании удельное сопротивление металлов увеличивается по линейному закону:
ρ = ρ0 (1+ α DT)
ρ0 – удельное сопротивление при T0 = 293оК, DT = T - T0;
a – температурный коэффициент сопротивления, особый для каждого металла
Единица измерения – 1/К = К-1
Коэффициент a называют температурным коэффициентом сопротивления.
Он характеризует зависимость сопротивления вещества от температуры.
Температурный коэффициент сопротивления численно равен относительному изменению сопротивления проводника при его нагревании на 1К.
Для всех металлов a > 0 и незначительно меняется с изменением температуры.
Если интервал изменения температуры не велик, то температурный коэффициент сопротивления можно считать постоянным и равным его среднему значению на этом интервале температур.
Удельное сопротивление полупроводников , в отличие от металлов, уменьшается при увеличении температуры, так как растет количество свободных зарядов, создающих электрический ток.
Такой процесс электропроводности характерен для собственной проводимости полупроводников.
У растворов электролитов сопротивление с ростом температуры не увеличивается, а уменьшается. Для них a < 0.
При нагревании проводника его геометрические размеры меняются незначительно. Сопротивление меняется в основном за счет изменения его удельного сопротивления.
Увеличение удельного сопротивления при нагревании объясняется увеличением кинетической энергии хаотического теплового движения электронов, препятствующей их направленному движению, создающему электрический ток.
При близких к абсолютному нулю температурах сопротивление веществ резко падает до нуля, так как практически прекращается тепловое движение молекул, препятствующее току.
Это явление называется сверхпроводимостью.
Прохождение тока в сверхпроводящих материалах происходит без потерь на нагревание проводника.
Зависимость сопротивления металлов от температуры используют в термометрах сопротивления. Обычно берут платиновую проволоку, зависимость сопротивления которой от температуры хорошо известна и линейна на большом интервале температур.
Сверхпроводимость
В 1911 г. голландский физик Гейке Каммерлинг-Оннес открыл явление сверхпроводимости.
При охлаждении ртути в жидком гелии ее сопротивление сначала меняется постепенно, а затем при 4.1К очень резко падает почти до нуля.
Сверхпроводимость – физическое явление, заключающееся в скачкообразном падении до нуля сопротивления вещества.
Сверхпроводник – вещество, которое может переходить в сверхпроводящее состояние.
Сверхпроводимость наблюдается при очень низких температурах около 25К.
Критическая температура – температура скачкообразного перехода вещества из нормального в сверхпроводящее состояние.
Максимальной критической температурой среди чистых металлов обладает технеций 11.2К.
Ток в сверхпроводнике может протекать неограниченное время из-за отсутствия сопротивления.
Выделения теплоты в сверхпроводящей обмотке не происходит.
Если в кольцевом сверхпроводящем проводнике создать ток, а затем устранить источник тока, то сила тока в этом проводнике не будет меняться сколь угодно долго.
Однако получить сильное магнитное поле с помощью сверхпроводящего магнита нельзя. Очень сильное магнитное поле разрушает сверхпроводимое состояние.
Такое поле может быть создано током в самом проводнике. Поэтому для каждого проводника в сверхпроводящем состоянии существует критическое значение силы тока, превысить которое не нарушая сверхпроводящее состояние нельзя.
Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100