Вопросы для подготовки к зачету по теме "Законы постоянного тока."

25. Электрический ток. Условия существования электрического тока. Сила тока.

26. Закон Ома для участка электрической цепи без Э.Д.С. Зависимость электрического сопротивления от материала, геометрических размеров и температуры.

27. Последовательное и параллельное соединение проводников.

28. Э.Д.С. источника тока. Закон Ома для полной цепи.

29. Тепловое действие тока. Закон  Джоуля – Ленца. Работа и мощность электрического тока.

30. Электрический ток в полупроводниках. Собственная и примесная проводимости полупроводников.

Ответы.

Часть 1. Основные физические величины, единицы их измерения, формулы для нахождения.

 

Часть 2. Основные понятия.

1. Постоянный электрический ток. Направление тока.

Электрический ток -  это упорядоченное движение заряженных частиц.

За направление электрического тока принято направление движения положительных свободных зарядов.

2. Условия существования электрического тока.

Для существования электрического тока в проводнике необходимо создать в нем и длительное время поддерживать электрическое поле.

Условия существования электического тока:

1.  свободных зарядов внутри проводника,

2. Наличие разности потенциалов на концах проводника (создание электрического поля внутри проводника)

3. Сила тока (определение, обозначение, формула, ед. измерения).

Сила тока -  скалярная физическая величина, равная отношению заряда q, переносимого через поперечное сечение проводника за интервал времени t, к этому интервалу времени.

Сила тока обозначается I.

Единица измерения силы тока - А (ампер)

3. Напряжение (определение, обозначение, формула, ед. измерения).

Напряжение - это физическая величина, характеризующая действие электрического поля на заряженные частицы, численно равно работе электрического поля по перемещению заряда из точки с потенциалом φ1 в точку с потенциалом φ2.

 

Напряжение обозначается U.

Единица измерения напряжения - В (вольт)

4. Сопротивление (определение, обозначение, формула, ед. измерения).

Сопротивление - это физическая величина, характеризующая противодействие электрическому току в проводнике, которое обусловлено внутренним строением проводника и хаотическим движением его частиц.

 

Сопротивление обозначается R.

Единица измерения сопротивления - Ом (ом)

5. Зависимость электрического сопротивления от материала, геометрических размеров и температуры.

Электрическое сопротивление проводника зависит от размеров и формы проводника и от материала, из которого изготовлен проводник.

S – площадь поперечного сечения проводника
l – длина проводника
ρ – удельное сопротивление проводника.

Сопротивление проводника прямо пропорционально его длине и обратно пропорционально площади его поперечного сечения.

Величину ρ, характеризующую зависимость сопротивления проводника от материала, из которого он сделан, и от внешних условий, называют удельным сопротивлением проводника. Оно численно равно сопротивлению проводника длиной 1 м и площадью сечения 1 мм² , изготовленного из данного вещества. Единица удельного сопротивления в СИ [1 Ом*м = 1 Ом*мм²/м]

Сопротивление проводника зависит и от его состояния, а именно от температуры.

Эта зависимость выражается формулой  или 

α – температурный коэффициент сопротивления. Для всех чистых металлов .

При нагревании чистых металлов их сопротивление увеличивается, а при охлаждении – уменьшается.

6. Закон Ома для участка цепи без ЭДС (определение, формула).

Закон Ома для участка цепи - сила тока в участке цепи прямопропорциональна напряжению на концах этого участка и обратнопропорциональна его сопротивлению.

7. Последовательное соединение проводников (чертеж, законы).

При последовательном соединении проводников:

1. Сила тока во всех проводниках одинакова:

   I₁ = I₂ = I

2. Общее напряжение U на обоих проводниках равно сумме напряжений U₁ и U₂ на каждом проводнике:

   U = U₁ + U₂

3. При последовательном соединении полное сопротивление цепи равно сумме сопротивлений отдельных проводников.

   R = R₁ + R₂

8. Параллельное соединение проводников (чертеж, законы).

При параллельном соединении проводников:

 1. Напряжения U₁ и U₂ на обоих проводниках одинаковы:

    U₁ = U₂ = U

2. Сумма токов I₁ + I₂, протекающих по обоим проводникам, равна току в неразветвленной цепи:

    I = I₁ + I₂

3. При параллельном соединении проводников величина, обратная общему сопротивлению цепи, равна сумме величин, обратных сопротивлениям параллельно включенных проводников.

 или для двух проводников 

9. ЭДС источника тока (определение, обозначение, формула, ед. измерения).

ЭДС - электродвижущая сила - это физическая величина, равная отношению работы сторонних сил при перемещении заряда от отрицательного полюса источника тока к положительному к величине этого заряда.

ε - ЭДС

Aст - работа сторонних сил

q - заряд

ЭДС обозначается ε.

Единица измерения ЭДС - В (вольт)

10. Закон Ома для полной цепи, содержащей ЭДС (определение, формула).

Закон Ома для полной цепи - сила тока в цепи прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи

11. Тепловое действие тока. Закон  Джоуля – Ленца.

12. Работа электрического тока (определение, формулы, обозначение, ед. измерения).

Работа электрического тока - это физическая величина, которая показывает, сколько электрической энергии (т.е. энергии электрического поля), превратилось в другие виды энергии

A = U·I·t

A = I²·R·t

A = U²·t/R

Работа обозначается А.

Единица измерения работы - Дж (джоуль)

13. Мощность электрического тока (определение, формулы, обозначение, ед. измерения).

Мощность электрического тока - это физическая величина, которая показывает, какая работа совершается за единицу времени.

Мощность электрического тока обозначается Р.

Единица измерения мощности - Вт (ватт)

14. Тепловое действие тока. Закон Джоуля-Ленца (определение, формула).

При протекании тока по участку цепи, обладающему сопротивлением, энергия электрического тока преобразуется во внутреннюю энергию проводника – в тепло. Закон преобразования работы тока в тепло был экспериментально установлен независимо друг от друга Дж. Джоулем и Э. Ленцем и носит название закона Джоуля–Ленца.

Закон Джоуля-Ленца - работа электрического тока, протекающего по неподвижному проводнику с сопротивлением R, преобразуется в тепло Q, выделяющееся на проводнике.

Q = A = R·I²·t

15. Электрический ток в полупроводниках.

Полупроводниками называются вещества, удельное сопротивление которых убывает с повышением температуры.

Рассмотрим качественно механизм электрического тока в полупроводниках на примере германия (Ge).

Атомы германия имеют четыре слабо связанных электрона на внешней оболочке. Их называют валентными электронами. В кристаллической решетке каждый атом окружен четырьмя ближайшими соседями. Связь между атомами в кристалле германия является ковалентной, то есть осуществляется парами валентных электронов. Каждый валентный электрон принадлежит двум атомам.

Валентные электроны в кристалле германия гораздо сильнее связаны с атомами, чем в металлах; поэтому концентрация электронов проводимости при комнатной температуре в полупроводниках на много порядков меньше, чем у металлов. Вблизи абсолютного нуля температуры в кристалле германия все электроны заняты в образовании связей. Такой кристалл электрического тока не проводит. При повышении температуры некоторая часть валентных электронов может получить энергию, достаточную для разрыва ковалентных связей. Тогда в кристалле возникнут свободные электроны (электроны проводимости). Одновременно в местах разрыва связей образуются вакансии, которые не заняты электронами.

Вакансии, которые не заняты электронами получили название дырок.

Вакантное место может быть занято валентным электроном из соседней пары, тогда дырка переместиться на новое место в кристалле. При заданной температуре полупроводника в единицу времени образуется определенное количество электронно-дырочных пар.

Если полупроводник помещается в электрическое поле, то в упорядоченное движение вовлекаются не только свободные электроны, но и дырки, которые ведут себя как положительно заряженные частицы. Поэтому ток I в полупроводнике складывается из электронного I_n и дырочного I_p токов: I = I_n + I_p

Электрическим током в полупроводниках называется направленное движение электронов к положительному полюсу, а дырок к отрицательному .

16. Собственная и примесная проводимость полупроводников (определения).

Концентрация электронов проводимости в полупроводнике равна концентрации дырок: n_n = n_p. Электронно-дырочный механизм проводимости проявляется только у чистых (то есть без примесей) полупроводников.

Собственной электрической проводимостью полупроводников называется электронно-дырочный механизм проводимости, который проявляется только у чистых (то есть без примесей) полупроводников.

Примесной проводимостью называется проводимость полупроводников при наличии примесей.

Необходимым условием резкого уменьшения удельного сопротивления полупроводника при введении примесей является отличие валентности атомов примеси от валентности основных атомов кристалла.

17. Полупроводники n-типа. Донорная примесь (определения).

Донорской примесью – называется примесь из атомов с валентностью, превышающей валентность основных атомов полупроводникового кристалла.

Проводимость, при которой основными носителями свободного заряда  являются электроны  называется электронной.

Полупроводник, обладающий электронной проводимостью, называется полупроводником n-типа.

18. Полупроводники p-типа. Акцепторная примесь (определения).

Акцепторной примесью – называется примесь из атомов с валентностью меньшей, чем валентность основных атомов полупроводникового кристалла , способных захватывать электроны.

Проводимость, при которой основными носителями свободного заряда  являются дырки,  называется дырочной проводимостью.

Полупроводник с дырочной проводимостью называется полупроводником p-типа.

Расширения для Joomla