Выражающим закон Ома для полной цепи

При протекании постоянного электрического тока по проводнику, имеющем сопротивление, находящееся под напряжением совершается работа. Как известно. ток представляет собой перемещение заряда под действием электрического поля:

(3.23)

t – время, за которое рассчитывается работа

.Если падение напряжение вызвано одним только сопротивлением проводника, то при протекании по проводнику постоянного тока совершаемая им работа идет только на нагрев этого проводника. В последнем выделяется теплота, зависящая от силы тока и сопротивления проводника: ЗАКОН ДЖОУЛЯ-ЛЕНЦА: количество теплоты, выделяющееся в проводнике, пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени протекания тока.

, (3.24)

где t – время протекания тока через проводник.

Выделение теплоты происходит за счет того, что кинетическая энергия движения по проводнику электронов переходит в теплоту при каждом столкновении электрона с ионами кристаллической решетки металлов-проводников.

Если работу разделить на время, то получим выражениядляМОЩНОСТИ постоянного тока в цепи [Вт] . (3.25)

Магнитное поле

Опыты показали, что подобно тому, как в пространстве, окружающем электрические заряды, возникает электростатическое поле, так и в пространстве, окружающем токи и постоянные магниты, возникает силовое поле, которое называется магнитным.

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ – одна из форм существования материи.

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ действует только на движущиеся электрически заряженные частицы и тела, а также на проводники с током.

МАГНИТНОЕ ПОЛЕ может быть создано проводниками с током, движущейся электрически заряженными частицами и телами, обладающими магнитными моментами, а также изменяющимся во времени электрическим полем.

Магнитное поле существенно отличается от электростатического, которое действует как на движущиеся, так и на неподвижные заряды.

Магнитное поле не действует на покоящиеся заряды.

Силовой характеристикой магнитного поля служит вектор магнитной индукции . Единица измерения магнитной индукциив системе единиц СИназывается Тесла [Тл].

Рассмотрим поля, которые создаются самими движущимися зарядами. Движущаяся электрическая частица с зарядом q создает магнитное поле, магнитная индукция которого равна

, (3.26)

где q – заряд частицы, r – расстояние между движущейся частицей и рассматриваемой точкой, m₀ – магнитная постоянная, равная m₀ 12,57×10^-7 Н/А².

Магнитную индукцию проводника с током определяют с помощью закона Био-Савара-Лапласа

, (3.27)

где Dl – малый прямолинейный участок, в пределах которого силу тока I можно считать постоянной.

Помимо движущихся зарядов магнитное поле может создаваться ферромагнитными материалами

Графически магнитное поле изображается с помощью МАГНИТНЫХ СИЛОВЫХ ЛИНИЙ – линий, касательные к которым в каждой точке указывают направление вектора индукции магнитного поля в этой точке. Линии магнитной индукции всегда замкнуты и охватывают проводники с током

Рассмотрим магнитное поле прямого тока Направление магнитного поля в этом случае определяется по «правилу буравчика»:если ввинчивать буравчик по направлению тока, то вращение ручки буравчика покажет направление магнитных силовых линий прямого тока.

Действие магнитного поля на проводник с током

Поскольку направленное движение многих электрических зарядов есть электрический ток, то со стороны магнитного поля будет также действовать силаи на проводники с электрическим Эта сила носит название СИЛЫ АМПЕРА. Сила Ампера, действующая на участок с током I длины , численно равна , (3.28)

где a – угол между направлением тока I и вектором .

Соотношение (3.28) представляет собой ЗАКОН АМПЕРА: величина силы, действующей на участок провода с током в магнитном поле, пропорциональна силе тока I, длине участка провода , на который действует поле, и синусу угла a между направлением индукции магнитного поля и направлением оси участка провода. Направление силы Ампера определяется по правилу левой руки: левую руку располагают таким образом, чтобы вектор индукции входил в ладонь, а четыре пальца указывали направление тока в проводнике, тогда отведенный в сторону большой палец покажет направление вектора силы Ампера F_A

Поскольку проводник с током создает магнитное поле, то помещенный рядом с данным проводником другой проводник с током будет взаимодействовать с первым посредством магнитного поля согласно закону Ампера (рис. 3.17).

Если токи в параллельных проводах текут в одном направлении, то проводники будут притягиваться (рис. 3.17(а)),

Eсли токи в параллельных проводах текут в противоположных – отталкиваться (рис. 3.18(б)).