Сверхпроводники, мощность тока, электропроводимость
Зависимость сопротивления проводника от температуры. Сверхпроводники, их свойства. Элементарная классическая теория электропроводности металлов. Работа и мощность тока. Закон удельной мощности тока Джоуля-Ленца. Правила Кирхгофа для разветвленных цепей.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | лекция |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 19.10.2014 |
| Размер файла | 70,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
§1. Зависимость сопротивления проводника от температуры. Сверхпроводники
С увеличением температуры сопротивление проводника возрастает по линейному закону
где R0 - сопротивление при t=0? С; R- сопротивление при температуре t, б - термический коэффициент сопротивления, показывает как меняется сопротивление проводника при изменении температуры на 1 градус. Для чистых металлов при не очень низких температурах , т.е. можно записать
При определенных температурах (0,14-20 К), называемых «критическими» сопротивление проводника резко уменьшается до 0 и металл переходит в сверхпроводящее состояние. Впервые в 1911 г. Это обнаружил Камерлинг-Оннес для ртути. В 1987 г. разработаны керамики, переходящие в сверхпроводящее состояние при температурах превышающих 100 К, так называемые высокотемпературные сверхпроводники - ВТСП.
§2. Элементарная классическая теория электропроводности металлов
Носителями тока в металлах являются свободные электроны, т.е. электроны слабо связанные с ионами кристаллической решетки металла. Наличие свободных электронов объясняется тем, что при образовании кристаллической решетки металла при сближении изолированных атомов валентные электроны, слабо связанные с атомными ядрами, отрываются от атома металла, становятся "свободными", обобществленными, принадлежащими не отдельному атому, а всему веществу, и могут перемещаться по всему объему. В классической электронной теории эти электроны рассматриваются как электронный газ, обладающий свойствами одноатомного идеального газа.
Электроны проводимости в отсутствии электрического поля внутри металла хаотически двигаются и сталкиваются с ионами кристаллической решетки металла. Тепловое движение электронов, являясь хаотическим, не может, привести к возникновению тока. Средняя скорость теплового движения электронов
при Т = 300 К.
2. Электрический ток в металле возникает под действием внешнего электрического поля, которое вызывает упорядоченное движение электронов. Выразим силу и плотность тока через скорость v упорядоченного движения электронов в проводнике.
За время dt через поперечное сечение S проводника пройдет N электронов
, ;
следовательно, даже при очень больших плотностях тока средняя скорость упорядоченного движения электронов , обуславливавшего электрический ток, значительно меньше их скорости теплового движения .
1. Электрический ток в цепи устанавливается за время , где L-
длина цепи, с = 3·108 м/с - скорость света в вакууме. Электрический ток возникает в цепи практически одновременно с ее замыканием.
2. Средняя длина свободного пробега электронов л по порядку величины должна быть равна периоду кристаллической решетки металла л 10-10 м.
3. С ростов температуры увеличивается амплитуда колебаний ионов кристаллической решетки и электрон чаше сталкивается с колеблющимися ионами, поэтому его длина свободного пробега уменьшается, а сопротивление металла растет,
Недостатки классической теории электропроводности металлов:
1. (1)
т.к. ~ , n и л f(T) с ~ ,
т.е. из классической теории электропроводности следует, что удельное сопротивление пропорционально корню квадратному из температуры, а из опыта следует, что оно линейно зависит от температуры, с ~ Т
2. Дает неправильное значение молярной теплоемкости металлов. Согласно закону Дюлонга и Пти См = 3R, а по классической теории С = 9 / 2R=См ионной решетки = 3R + Смдноатомного электронного газа = 3/2R.
3. Средняя длина свободного пробега электронов из формулы (1) при подстановке экспериментального значения с и теоретического значения дает 10 -8, что на два порядка больше средней длины пробега принимаемой в теории (10-10).
§3. Работа и мощность тока. Закон Джоуля-Ленца
Т.к. заряд переносится в проводнике под действием электростатического поля, то его работа равна
Мощность - работа, совершаемая в единицу времени
[Р]=Вт (Ватт).
Если ток проходит по неподвижному проводнику, то вся работа тока идет на нагревание металлического проводника, и по закону сохранения энергии
- Закон Джоуля-Ленца.
Удельной мощностью тока называется количество теплоты, выделенное в единице объема, проводника за единицу времени.
- Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме.
§4. Правила Кирхгофа для разветвленных цепей
проводник мощность ток металл
Любая точка разветвленной цепи, в которой сходится не менее трех проводников, с током называется УЗЛОМ. При этом ток, входящий в узел, считается положительным, а выходящий - отрицательный,
Первое правило Кирхгофа: алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю.
Первое правило Кирхгофа вытекает из закона сохранения заряда (заряд, вошедший в узел, равен вышедшему заряду).
Второе правило Кирхгофа: в либом замкнутом контуре произвольно выбранном в разветвленной электрической цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов на сопротивления соответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме ЭДС. встречающихся в контуре.
При расчете сложных цепей пстоянного тока с применением правил Кирхгофа необходимо:
1. Выбрать произвольное направление токов на всех участках цепи; действительное направление токов определится при решении задачи; если искомый ток получился положительным, то направление выбрано правильно, если отрицательным, то его истинное направление противоположно выбранному.
2. Выбрать направление обхода контура. Произведение положительно, если ток на данном участке совпадает с направлением обхода, и наоборот. ЭДС положительны, если они создают ток направленный в сторону обхода контура, против - отрицательны.
3. Записывается первое правило для N -1 узла.
4. Записать второе правило Кирхгофа для замкнутых контуров, которые могут быть выделены в цепи. Каждый рассматриваемый контур должен содержать хотя бы один элемент, не содержащийся в предыдущих контурах.
Число независимых уравнений, составленных в соответствии с первым и вторым правилом Кирхгофа, оказывается равным числу различных токов, текущих в разветвленной цепи. Поэтому, если заданы ЭДС и сопротивления для всех неразветвленных участков, то могут быть вычислены все токи.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Причины электрического тока. Закон Ома для неоднородного участка цепи. Закон Ома в дифференциальной форме. Работа и мощность. Закон Джоуля–Ленца. Плотность тока, уравнение непрерывности. КПД источника тока. Распределение напряженности и потенциала.
презентация [991,4 K], добавлен 13.02.2016Свободные колебания в электрическом контуре без активного сопротивления. Свободные затухающие и вынужденные электрические колебания. Работа и мощность переменного тока. Закон Ома и вытекающие из него правила Кирхгофа. Емкость в цепи переменного тока.
презентация [852,1 K], добавлен 07.03.2016Закон Ома электропроводности металлов. Состояние металла, возникающее в процессе электропроводности. Уравнение энергетического баланса процесса электропроводности в металлах. Деформационная поляризация металлов под действием электрического тока.
реферат [56,3 K], добавлен 26.01.2008Понятие электрического тока, выбор его направления, действие и сила. Движение частиц в проводнике, его свойства. Электрические цепи и виды соединений. Закон Джоуля-Ленца о количестве теплоты, выделяемое проводником, закон Ома о силе тока на участке цепи.
презентация [194,6 K], добавлен 15.05.2009Сверхпроводники. У начала пути. Сверхпроводники первого второго рода. Абрикосовские вихри. Свойства сверхпроводников. Микроскопическая теория сверхпроводимости Бардина - Купера - Шриффера (БКШ) и Боголюбова. Теория Гинзбурга - Ландау.
курсовая работа [60,1 K], добавлен 24.04.2003Электрический ток как направленное движение электронов. Сущность понятия "сила тока". Метод измерения сопротивления проводника при помощи амперметра и вольтметра. Содержание первого закона Кирхгофа. Общий вид мостика Уитстона. Электронная теория.
лабораторная работа [60,8 K], добавлен 25.06.2015Анализ электрического состояния линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока. Определение токов во всех ветвях методом контурных токов. Расчет однофазных цепей переменного тока. Уравнение мгновенного значения тока источника, баланс мощности.
реферат [1,3 M], добавлен 05.11.2012Особенности экспериментальной проверки законов Кирхгофа. Сущность основных свойств линейных цепей постоянного тока. Проверка принципа наложения и теоремы об эквивалентном генераторе. Исследование трехфазной цепи при соединении приемников звездой.
контрольная работа [2,3 M], добавлен 29.06.2012Основные элементы и характеристики электрических цепей постоянного тока. Методы расчета электрических цепей. Схемы замещения источников энергии. Расчет сложных электрических цепей на основании законов Кирхгофа. Определение мощности источника тока.
презентация [485,2 K], добавлен 17.04.2019Работа и устройство двигателя постоянного тока. Вращая генератор постоянного тока какой-нибудь внешней силой, мы затрачиваем определенную механическую мощность Pмех, а в сети получаем соответствующую злектрическую мощность Рэл.
реферат [7,7 K], добавлен 08.05.2003Характеристика электрического поля как вида материи. Исследование особенностей проводников, полупроводников и диэлектриков. Движение тока в электрической цепи. Изучение законов Ома, Джоуля-Ленца и Кирхгофа. Изоляционные материалы. Электродвижущая сила.
презентация [4,5 M], добавлен 19.02.2014Закон Ома для участков цепи и закон Ома для полной цепи. Применения правил Кирхгофа для расчета цепей постоянного тока. Постановка задачи о расчете цепи постоянного тока.
лабораторная работа [22,7 K], добавлен 18.07.2007Сборка макета источника тока с гель-полимерным электролитом. Технология приготовления отрицательного и положительного электродов. Методика измерения максимальной пористости катода. Зависимость массовой удельной энергии источников тока от температуры.
дипломная работа [1,8 M], добавлен 22.11.2015Понятие и разновидности электрических схем, их отличительные признаки, изображение тех или иных предметов. Идеальные и реальные источники напряжения и тока. Законы Ома и Кирхгофа для цепей постоянного тока. Баланс мощности в цепи постоянного тока.
презентация [1,5 M], добавлен 25.05.2010Анализ и расчет линейных электрических цепей постоянного тока. Первый закон Кирхгоффа. Значение сопротивления резисторов. Составление баланса мощностей. Расчет линейных электрических однофазных цепей переменного тока. Уравнение гармонических колебаний.
реферат [360,6 K], добавлен 18.05.2014Наиболее известные работы Ома. Сила тока, напряжение и сопротивление. Физический закон, определяющий связь между напряжением, силой тока и сопротивлением проводника в электрической цепи. Закон Ома в интегральной форме, для участка цепи и переменного тока.
презентация [152,6 K], добавлен 21.02.2013Мощность, поглощаемая активным сопротивлением. Мощность и энергия, поступающие в индуктивность и ёмкость. Скорость поступления электромагнитной энергии в цепь. Соотношение между максимальным, средним и эффективным токами в случае переменного тока.
реферат [243,3 K], добавлен 20.03.2016Какое устройство используют для накопления заряда. Понятие электрического тока. Условия возникновения электродвижущей силы. Сила тока и его мощность. Закон Ома для участка сети. Электронапряженность и электропроницаемость. Проводники и диэлектрики.
тест [14,2 K], добавлен 14.03.2011Основные законы электрических цепей. Освоение методов анализа электрических цепей постоянного тока. Исследование распределения токов и напряжений в разветвленных электрических цепях постоянного тока. Расчет цепи методом эквивалентных преобразований.
лабораторная работа [212,5 K], добавлен 05.12.2014Система уравнений для расчётов токов на основании законов Кирхгофа. Определение токов методами контурных токов и узловых потенциалов. Вычисление баланса мощностей. Расчет тока с помощью теоремы об активном двухполюснике и эквивалентном генераторе.
практическая работа [276,5 K], добавлен 20.10.2010
