Главная Движение носителей электрических зарядов



Иначе, э. д. с. равна разности потенциалов или напряжению между положительным и отрицательным зажимами разомкнутого источника;

£ = Ф1 - Ф2 = t/i2- (1-2)

. Электрическое, поле на внешнем участке цепи аЬ характеризуется напряжением или разностью потенциалов между этими точками:

Vab = и = (р„- (РЬ = 1Г.

Если электрическая цепь представляет собой замкнутый контур, то напряжение между точками 7 и 2 не равно э. д. с. из-за падения напряжения внутри источника = /fo, т. е. э. д. с. замкнутого контура равна сумме падений напряжения на его участках:

£= t/o+t/ = /{ro + r). (1.3)

Так как причиной возникновения напряжения и тока в электрической цепи является э. д. с. источника питания, то от характера изменения э. д. с. зависит и закономерность изменения тока и напряжения в электрической цепи. Например, в цепях постоянного тока э. д. с. источников неизменна, поэтому напряжения и токи в таких цепях также неизменны. Основной единицей э. д. с, напряжения и потенциала в Международной системе единиц (СИ) является вольт (В). Вольт есть напряжение между концами проводника, в котором при перемещении положительного заряда в 1 кулон (Кл) совершается работа в I джоуль (Дж). Используют также и производные единиць!: микровольт - 1 мкВ = = 1 10~* В; миллшольт - 1 мВ = 1 10" В; киловольт - 1 кВ = 1 Ю; мегавольт - 1 MB = 1 • 10 В.

За положительное направление э. д. с. принимают направление действия сторонних сил на положительный заряд, т. е. направление от зажима с меньшим потенциалом к зажиму с большим потенциалом. За положительное направление напряжения принимают направление в сторону понижения потенциала в электрической цепи, т. е. направление от точки с большим потенциалом к точке с меньшим потенциалом

Важной характеристикой источника питания является внешняя характеристика t/(/) (рис. 1.3), представляющая собой зависимость напряжения на зажимах нагруженного источника питания от тока в электрической цепи. Напряжение на зажимах источника питания при увеличении тока сначала (участок сЬ) убывает по линейному закону: и = Е ~ Ufi = Е - Iyq, затем при дальнейшем росте тока линейность нарушается и внешняя характеристика (участок Ъа) становится нелинейной. Нелинейность характеристики может быть обусловлена уменьшением э. д. с. источника или увеличением его внутреннего сопротивления или того и другого вместе взятых. При токе короткого замыкания напряжение становится равным нулю (точка а).

Мощность источника питания определяется формулой

Р = EL (1.4)

Следует иметь в виду, что в зависимости от проводящей среды носителями зарядов могут быть движущиеся электроны (в металлах и полупроводниках) или положительные и отрицательные ионы (в электро-



a) 6) 6) г)

Рис. 1.3 Рис. 1.4

литах). За положительное направление тока принимают направление движения положительных носителей зарядов, которые во внешней цепи перемещаются от положительного зажима источника питания к отрицательному (см. рис. 1.2, участок аЬ), т. е. во внешней цепи положительные направления тока и напряжения совпадают. На участке 1-2 (см. рис. 1.2), содержащем источник питания, положительные носители зарядов под действием сил стороннего поля перемещаются от меньшего потенциала к большему: здесь положительное направление тока совпадает с положительным направлением э. д. с. и противоположно положительному направлению напряжения.

Электрический ток оценивается количеством носителей зарядов, проходящих в единицу времени через поперечное сечение проводника. Электрический ток, изменяющийся во времени, называется переменным. Значение переменного тока для заданного момента времени называют мгновенным значением тока и обозначают г. Переменный ток определяется как отношение количества электричества dq, протекающего через поперечное сечение проводника за время dt, к этому времени:

i = dq/dt. (1.5)

Электрический ток, значение и направление которого не изменяются, называется гюстоянным и обозначается I. Постоянный ток определяется отношением

/ = q/t. (1.6)

Основными единицами заряда, тока и времени в Международной системе единиц (СИ) являются: кулон (Кл), ампер (А) и секунда (с). Для тока используют также производные единицы: миллиампер - 1 мА = 10" А и микроампер - 1 мкА = 10" А. Свойства приемников характеризуют параметрами элементов электрической цепи: сопротивлением г, индуктивностью L, взаимной индуктивностью М и емкостью С. Элементы электрической цепи, поглощающие или накапливающие энергию магнитного или электрического поля и характеризуемые параметрами г, L, М, С, называют пассивными (рис. 1.4, а, б, в, г). Источники, заряженные аккумуляторы, двигатели постоянного тока, электронные лампы, транзисторы, диоды, для характеристики работы которых кроме пассивных параметров необходимо вводить э. д. с, называют активными.

Так как мощность, потребляемая элементом, который характеризуется параметром г,

Р = 1\ (1.7)

то г = Р .





Рис. 1.5

Рис. 1.6

Реальный элемент электрической цепи, основной характеристикой которого является параметр сопротивление г, называется резистором. Резистор - это специальное устройство, вводимое в электрическую цепь для регулирования тока и напряжения. Основной единицей сопротивления в СИ является ом (Ом), однако часто используют и производные единицы: килоом - 1 кОм = 10 Ом, мегаом - 1 МОм = 10* Ом.

Параметр L является коэффициентом пропорциональности между потокосцеплением Ч* и током / элемента: *Р = LI, откуда L= *Р .

Для характеристики индуктивной катушки как реального элемента электрической цепи часто не требуется знать распределение магнитного поля вокруг катушки. Достаточно вычислить потокосцепление Ч* магнит-

ного потока со всеми w ее витками: = + Ф2 + ... + Ф„ = Е

где Ф - магнитный поток, сцепленный с к-м витком. Если все витки катушки пронизаны одним потоком Ф, то ее собственное потокосцепление *Р = wO, где W - число витков катушки. Основной единицей потоко-сцепления и магнитного потока в СИ является вебер (Вб): 1 Вб = = 1 В • 1 с. За 1 Вб принимают магнитный поток, пронизываюший площадь, ограниченную замкнутым контуром, если при равномерном убывании этого потока до нуля в течение 1 с в контуре индуцируется э. д. с. в 1 В.

Параметр L называют коэффициентом самоиндукции или просто индуктивностью элемента цепи. Единицей индуктивности в СИ является генри (Гн): 1 Гн=1 В-с-А~* = Вб-А~*. Часто используют производную единицу миллигенри - 1 мГн = 10~ Гн. О значении индуктивности элемента в зависимости от тока судят по его еебер-амперной характеристике (рис. 1.5).

Параметр взаимной индуктивности М (см. рис. 1.4, г) характеризует способность одного индуктивного элемента с током Ii создавать магнитное поле, которое частично пронизывает витки другого индуктивного элемента. Параметр М представляет собой коэффициент пропорциональности между током первого 7i элемента с индуктивностью Li и потокосцеплением второго элемента, созданным во втором элементе этим током, т. е. 4*21 = MIi, или, наоборот, между потокосцеплением первого элемента, обусловленного током второго элемента с индуктивностью L2, и током I2, т. е. *Pi2 = MI2. Параметр взаимной индуктивности, как и индуктивность, выражают в генри.



0 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 34 35 36 37 38 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 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148


0.0842