Villamos áramvezetők - stadopedia
Elektromos áram jellemzői. A fémek elektromos vezetőképességének klasszikus elmélete. Ohm és Joule-Lenz törvényei különbözõ formában. Egyenáramú áramszabályok integrált formában. Az elektromos áramkör jellemzői, emf. Az ellenállások és az emf. Kirchhoff szabályai.
1.
Az elektrodinamika a villamosenergia-tanítás egyik szakasza, amely az elektromos töltések vagy a feltöltött testek mozgásával kapcsolatos jelenségekkel és folyamatokkal foglalkozik.
2.
Az elektromos áram az elektromos töltések szabályos mozgása.
1.
A villamos tápközeg áram alatt lévő villamos áram a vezetési áram.
2.
A makroszkopikus tárgyak mechanikai mozgása konvekciós áram.
3.
Az elektromos áram iránya a pozitív töltések mozgásának iránya.
4.
A vezetékekben lévő elektromos áram létezésének feltételei:
- a szabad fuvarozók jelenléte;
- létezés az elektromos tér vezetõ közegében. amelynek energiáját a díjak mozgása terheli, és feltöltik az elektromos energiaforrásokból.
3.
Az elektromos áram a skála mennyisége egyenlő a dq. a vizsgált felületen a rövid idő alatt dt. a rés értékéig
Egyenáram esetén
4.
Az elektromos áram irányát a j sűrűség-vektor határozza meg. amely az elektromos térerősség vektor mentén van irányítva, és számszerűen egyenlő a dI áramerősségének a dS felület kis elemén keresztüli arányával. normál a töltött részecskék mozgásának irányára, ennek az elemnek a nagyságára
Általában az aktuális sűrűségvektort a kapcsolat határozza meg
1.
Meghatározzuk az áramot egy tetszőleges S felületen
Egyenáram esetén
2.
Az elektromos áram sűrűsége arányban van a vezetéken lévő elektromos mező erősségével, és ezzel egybeesik vele (az Ohm törvénye differenciál formában)
ahol # 947; - a közeg speciális vezetőképessége (specifikus elektromos vezetőképesség); # 961; A tápközeg speciális elektromágneses ellenállása.
3.
Az Ohm törvénye két feltételezésen alapul:
a) a vezetőelektronok koncentrációja nem függ a vezetõ elektromos térerõsségétõl;
b) az elektronok rendezett mozgásának átlagsebessége sokszor kisebb, mint a termikus mozgásuk átlagsebessége
ahol az elektronok átlagos szabad útja; e az elektron töltés.
5.
A fémek elektromos vezetőképességét nagyszámú szabad töltéshordozó-vezetőelektronok - kollektivizált elektronok biztosítják.
1.
A klasszikus Drude-Lorentz-elméletben a vezetőelektronokat elektrongázként kezelik. rendelkeznek az ideális gáz tulajdonságaival.
2.
A vezetőelektronok koncentrációja arányos az atomok koncentrációjával
(10 28 ÷ 10 29 m 3)
ahol NA az Avogadro konstans, A a fém atomtömege, # 961; Sűrűsége.
3.
Az elektronok (kaotikus) mozgásának átlagos kinetikus energiája
4.
Az elektromos mező az elektronok rendezett mozgását okozza (sodródás). Az áramsűrűséget a következőképpen határozták meg:
hol van az átlagos elektron sodrási sebesség (<10 -4 м/с)
5.
Az áramkörben lévő áramerősség időben van beállítva
ahol L a lánchossz, c a fénysebesség.
6.
A klasszikus elméletnek megfelelően,
ahol m az elektrontömeg; u az elektronok átlagos hőátviteli sebessége.
6.
Az átlagos szabad útvonalon az elektron egy elektromos mező hatása alatt vmax sebességet kap. Egy ionnal való ütközés esetén az elektron elveszti ezt az energiát, amely a vezető belső energiájába kerül (a karmester felmelegszik).
1.
A villamos áram hõteljesítményének térfogati sûrûségének nevezik a mennyiséget, amely számszerûen megegyezik a vezetõ egy egységnyi térfogatárak felszabadított energiájával.
2.
Az elektromos áram termikus teljesítményének térfogatsűrűsége megegyezik az aktuális sűrűségvektorok skaláris termékeivel és az elektromos térerősséggel (Joule-Lenz-törvény)
az elektromos áram termikus teljesítményének térfogati sűrűsége nem függ az elektronütközés jellegétől;
az energiatakarékossági törvényektől és a lendületből az következik, hogy az ütközés ionjában csak az elektron energia kis részét
- nem rugalmas ütközés esetén;
- rugalmas ütközés esetén.
7.
Minden fém esetében a hővezetőképesség aránya # 955; az adott elektromos vezetőképességhez # 947; közvetlenül arányos a T hőmérséklet (Wiedemann-Franz-törvény)
8.
A fémek elektromos vezetőképességének klasszikus elméletének hátrányai:
1.
Nem lehet megmagyarázni a rezisztencia hőmérsékleten a kísérletileg megfigyelt lineáris függőséget.
2.
Helytelen érték moláris hőkapacitás fém kotoravya kell kialakulni a kristályrács fajhő (3R), és a hőkapacitása az elektron gáz (3R / 2). A Dulong-Petit-törvény szerint azonban a fémek moláris hőkapacitása kis mértékben eltér a 3R-tól.
3.
Az ellenállások kísérleti értékei, valamint az elektronok átlagos sebességének elméleti értékei átlag szabad úton vezetnek, ami két nagyságrenddel nagyobb, mint a fém kristályrácsának időszaka.
9.
A Coulomb-interakció erői a vezetékekben a töltések ilyen újraelosztását okozzák, amelyben a potenciál minden pontján kiegyenlítik a vezetőt, és a vezetéken belül a térerősség nullara változik.
1.
Annak érdekében, hogy állandó áramot tartson fenn az áramkörben, szükséges, hogy ne csak a Coulomb erők, hanem a nem elektrosztatikus erők is hatnak az aktuális hordozókra. amely támogatja az elektromos térerősség adott értékét a vezetőben. Az ilyen erőket oldalirányú erőknek hívják.
2.
A külső erők az áramforrásokon belül hatnak az aktuális hordozókra, amelyek az elektrosztatikus mező erőivel szemben mozognak.
10.
Ha a vezető egy villamos energiaforrást, tetszőleges pontja a vezeték van egy elektrosztatikus térbe, amelynek erőssége a Coulomb erők Ekul és külső térerő intenzitása Estoril = Fstor / q. és a kapott mező intenzitása
1.
Ohm törvénye szerint a jelenlegi sűrűség
2.
Mindkét oldalt megszorozzuk # 961; és a lánc kis részének dl-je. A láncnak az 1 és 2 pontok között (I = jS)
3.
Az integrál számszerűen megegyezik a Coulomb erők által az egységnyi pozitív töltésnek az 1. pontról a 2. pontra való áthelyezésével végzett munkájával
4.
A második integrál numerikusan egyenlő a külső erők munkájával az egységnyi pozitív töltésnek az 1. ponttól a 2. pontig történő elmozdulásáig. Ez az integrátor meghatározza az elektromotoros erő koncepcióját
5.
Az 1-12. Láncszegmens U12 feszültsége olyan fizikai mennyiség, amely számszerűen egyenlő a Coulomb és a harmadik fél által kifejtett erővel, ha egy egység pozitív töltést mozgat az 1. pontról a 2. pontra
6.
A láncrész R12 ellenállása az 1. és 2. pont között az integrál
Egyenes keresztmetszetű homogén vezető esetén
7.
Az általános Ohm-törvény (Ohm-törvény beépített formában) a lánc tetszőleges szegmensére
8.
Egy el nem ágazó zárt áramkörben az áram minden szakaszban megegyezik. Maga a lánc egy olyan régió, amely egybeesett végekkel.
ahol # 958; Az összes EMF algebrai összege az áramkörben alkalmazott.
9.
Ha egy zárt áramkör EMF-ből származó villamos energiaforrásból áll # 958; és a belső ellenállás r. és a lánc külső részének ellenállása R. Ezután Ohm törvénye van
és a potenciálkülönbség a forrás terminálokon megegyezik az áramkör külsõ feszültségével
10.
Ha az áramkör nyitva van, akkor nincs benne áram, és
11.
Amikor az áram a Joule-Lenz-törvénynek megfelelően áthalad a vezetéken, a hő felszabadul
11.
Az elágazó láncok kiszámítása abban áll, hogy az áramköröket az áramkörök különböző szakaszaiban megtaláljuk az áramkörszakaszok adott ellenállási értékei és az azokban alkalmazott EMF szerint.
1.
A csomópont egy elágazó lánc egyik pontja, amelyben több mint két vezető konvergál.
2.
Kirchhoff első szabálya (csomópontok szabálya). A csomóponton konvergáló áramok algebrai összege nulla.
3.
A második szabály Kirchhoff (szabály kontúrok). bármely zárt hurkú önkényesen kiválasztott egy elágazó láncú, az algebrai összege termékek áramok Ii ellenállás Ri a megfelelő részein ez az áramkör megegyezik a algebrai összege EMF egy áramkörben
4.
A második Kirchhoff szabály lehetővé teszi számodra az áramerősség és az ellenállások nagyságát az elektromos áramkörök összetett szakaszaiban
1.
Amikor a vezetékek sorosan az R1, R2 és R3 ellenállásokhoz vannak csatlakoztatva, akkor írhat
de egy nem elágazó lánchoz és
Ez azt jelenti, hogy amikor a vezetékek sorba vannak kötve, az áramkör ellenállása megegyezik az áramkört alkotó vezetékek ellenállásának összegével.
2.
Ha az R1, R2 és R3 ellenállásokkal rendelkező vezetékek párhuzamos csatlakoztatása írható
De az első Kirchhoff-szabály alkalmazása bármely csomópontra, akkor kapunk
Ez azt jelenti, hogy amikor a vezetékek párhuzamosan vannak csatlakoztatva, az áramkör ellenállása megegyezik az áramkört alkotó vezetők ellenállásának kölcsönös értékeivel.