saveliev2 (797914), страница 17
Текст из файла (страница 17)
104 Втягивание диэлектрика в зазор между обкладками можно объяснить также и с микроскопической точки зрения. У краев пластин конденсатора имеется неодно» родное поле. Молекулы диэлектрика обладают собствен. ным дипольным моментом либо приобретают его под действием поля; поэтому на них действуют силы, стремящиеся переместить их в область сильного поля, т. е, внутрь конденсатора: Под действием этих сил жнд. кость втягивается в зазор до тех пор, пока электрические силы, действующие на жидкость у края пластин, не будут уравновешены весом столба жидкости, ГЛЛВЛ У ПОСТОЯННЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК 5 31. Электрический ток Если в проводнике создать электрическое поле, то носители заряда придут в упорядоченное движение: положительные в направлении поля, отрицательные в противоположную сторону.
Упорядоченное движение зарядов называется электрическим токо м. Его принято характеризовать с и л о й т о к а — скалярной величиной, равной заряду, переносимому носителями через рассматриваемую поверхность (например. через поперечное сечение проводника) в единицу времени.
Если за время Ж переносится заряд дд, то сила тока 1 по определению равна (31.1) Электрический ток может быть обусловлен движением как положительных, так и отрицательных носителей. Перенос отрицательного заряда в одном направлении эквивалентен переносу такого же по величине положительного заряда в противоположном направлении. Если в проводнике движутся носители обоих знаков, причем за время Ж через данную поверхность положительные носители переносят заряд г(д+ в одном направлении, а отрицательные дд в противоположном, то (д(1 — абсолютная величина отрицательного ааряда). 106 Электрический ток может быть распределен по по.
верхности, через которую он течет, неравномерно. Более детально электрический ток можно охарактеризовать с помощью вектора плотности тока 1. Этот вектор численно равен силе тока т(1 через расположенную в данной точке перпендикулярную к направлению движения носителей площадку ИЯ ; отнесенной к величине этой площадки: (31.2) За направление ) принимается направление вектора скорости и+ упорядоченного движения положительных носителей.
Поле вектора плотности тока можно изобразить с помощью линий тока, которые строятся так же, как и линии тока в текущей жидкости, линии вектора Е и т. д., Зная вектор плотности тока в каждой точке проводника, можно найти силу тока т через' любую поверхность 5: т'= ~ 1лт(5 (31.3) 1ср. (7.5) и т. 1, формула (32.14)]. ') Подобно этому в потоке газа на каотнческое тепловое дввжение молекул накладывается упорядоченное движение. За направление тока принимается направление, в котором перемешаются положительные носители. Носители заряда принимают участие в молекулярном тепловом движении и, следовательно, движутся с некоторой скоростью тг и в отсутствие поля. Но в этом случае через произвольную площадку, проведенную мысленно в проводнике, проходит в обе стороны в среднем одинаковое количество носителей любого знака, так что сила тока (31.Ц равна нулю.
При включении поля на хаотическое движение носителей со скоростью ч налагается упорядоченное движение со скоростью и '). Таким образом, скорость носителей будет у + и. Так как среднее значение и (но не о) равно нулю, то средняя скорость носителей равна и: тг + и = тг + и = и. Пусть в единице объема содержится а+ положительных носителей и а отрицательных. Абсолютная величина зарядов носителей равна соответственно е' и е .
Если под действием поля носители приобретают скорости и+ и и-, то за единицу времени через единичную площадку пройдет а+ и+ положительных носителей ') „ которые перенесут заряд е'а+и+. Аналогично отрицательные носители перенесут заряд е а й. Таким образом, для плотности тока получается следующее выражение: 1= е+а+и+ + е а и .
(31.4) Ток, не изменяющийся со временем, называется пос т о я н н ы м. Мы будем обозначать его силу буквой 1, сохранив для непостоянного тока обозначение 1. Очевидно, что (31.5) где г) — заряд, переносимый через рассматриваемую поверхность за конечное время 1. В СИ единица силы тока ампер (а) является основной. Ее определение будет дано позже (см, $38).
Единица заряда кулон определяется как заряд, переносимый за 1 сек через поперечное сечение проводника при силе тока в 1 а. За едннгшу тока в СГСЭ-системе принимается такой ток, при котором через данную поверхность переносится за ! сел одна СГСЭ-ед.
заряда. Учтя соотношение (3.2), получаем 1 а=з ° 10ь ° СГСЭ-ед. силы тока. (31.6) 2 32. Электродвижущая сила Если в проводнике создать электрическое поле и не принять мер для его поддержания, то, как мы установили гг' $22, перемещение носителей заряда приведет очень быстро к тому, что ноле внутри проводника ис- ') Выражение для числа молекул, пролетающих через единичную площадку в единицу времени, содержит, кроме того, множитель !/4, обусловленный тем, что молекулы движутся хаотически (см.
т. 1, формулу (100.6)1. В данном случае етого множителя нет, так как все носители данного анака движутоя упорядоченно в одну и ту же сторону. чезнет и, следовательно, ток прекратится. Для того чтобы поддерживать ток достаточно длительное время, нужно от конца проводника с меньшим потенциалом (носители заряда предполагаются положительными) непрерывно отводить приносимые сюда током заряды, а к концу с большим потенциалом непрерывно их подводить (рис. 54). Иными словами, необходимо осуществить круговорот зарядов, прн котором они двигались бы по замкнутому пути.
е — в«в Циркуляция вектбра Ъ электростатического поля равна нулю [см. формулу Ъ3. в' (9.2)). Поэтому в замкну- ' -- в — —-- той цепи наряду с участками, на которых положительные заряды движутся в сторону убывания ~р, должны иметься участки, на которых перенос положительных зарядов происходит в направлении возрастания ~р, т. е. против сил электростатического поля (см. изображенную пунктиром часть цепи на рис.
54). Перемещение носителей на этих участках возможно лишь с помощью снл неэлектростатического проиСхождення, называемых с т о р о н н и м нсил ами. Таким образом, для поддержания тока необходимы сторонние силы, действующие либо на всем протяжении цепи, либо на отдельных ее участках. Онн могут быть обусловлены ~ химическими процессами, днффузией носителей заряда в неоднородной среде или через границу двух разнородных веществ, электрическими (но не электростатическими) полями, порождаемыми меняющимися во времени магнитными полями (см. 2 103), и т. д.
Сторонние силы можно охарактеризовать работой, которую они совершают над перемещающимися по цепи зарядами. Величина, равная работе сторонних сил, отнесенной к единице положительного заряда, называется э л е к т. р о д в и ж у щ е й с и л о й (э. д. с.) д; действующей в цепи или на ее участке. Следовательно, если работа сторонних снл над.зарядом д равна А, то по определению (32Л) Из сопоставления формул (32.1) и (10.7) вытекает, что размерность э. д. с.
совпадает с размерностью потенциала. Поэтому д' измеряется в тех же единицах, что н ~э. Стороннюю силу $„, действующую на заряд д, можно представить в виде Векторную величину Е' называют н а п р я ж е ни ос т ь ю п о л я сто р о н н и х с и л. Работу сторонних сил над зарядом д на всем протяжении замкнутой цепи можно выразить следующим образом: А = ~ ~„, й! = д ~ Е~ сИ. Разделив эту работу на д, получим э.
д. с., действующую в цепи: (32.2) Г, = ~ Е~ г(Е 1 (32.3) Кроме сторонних сил на заряд действуют силы электростатического поля Ьв = дЕ. Следовательно, результирующая сила, действующая в каждой точке цепи на заряд д, равна т = $„+ та = д (Е + Е). Работа, совершаемая этой силой над зарядом д на участке цепи 1 — 2, дается выражением 2 2 А„=д ) Е~о(+д ) К~с((=дд'„+д(~р,— щ). (32.4) ! 1 Для замкнутой цепи работа электростатических сил равна нулю, так что А = дЮ'. 110 Таким образом, э. д. с., действующая в замкнутой цепи, может быть определена как циркуляция вектора напряженности поля сторонних сил.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
