Sens de déplacement du courant continu. Courant électrique constant. dispositions de base

4.1. Caractéristiques du courant électrique. Condition d'existence d'un courant de conduction.

Électricité- le mouvement ordonné des particules chargées. Courant électrique survenant dans les milieux conducteurs à la suite du mouvement ordonné de charges gratuites dans le cadre de l'action champ électrique créé dans ces environnements est appelé courant de conduction... Dans les métaux, les porteurs de courant sont les électrons libres, dans les électrolytes - les ions négatifs et positifs, dans les semi-conducteurs - les électrons et les trous, dans les gaz - les ions et les électrons.

Le sens du courant électrique est le sens du mouvement ordonné des charges électriques positives. Mais en réalité, dans les conducteurs métalliques, le courant est réalisé par le mouvement ordonné des électrons, qui se déplacent dans le sens inverse du courant.

Force actuelle est appelée quantité physique scalaire égale au rapport de la charge dq, transféré à travers la surface considérée dans un court laps de temps, à la valeur de cet intervalle :.

Le courant électrique est appelé permanent si l'intensité du courant et sa direction ne changent pas avec le temps. Pour courant continu.

Conformément à la théorie électronique classique, le courant , où e est la charge électronique, est la concentration d'électrons libres dans le conducteur, est la vitesse du mouvement dirigé des électrons, S- carré la Coupe transversale conducteur. L'unité d'intensité du courant en SI est l'ampère : 1 A = 1 C / s - intensité du courant auquel 1 charge C traverse la section du conducteur en 1 s.

La direction du courant électrique en différents points de la surface considérée et la répartition de l'intensité du courant sur cette surface sont déterminées par la densité de courant.

Vecteur de densité de courant est dirigé à l'opposé de la direction du mouvement des électrons - porteurs de courant dans les métaux et est numériquement égal au rapport du courant traversant un petit élément de la surface, normal à la direction du mouvement des particules chargées, à la valeur dS zone de cet élément : .

Courant à travers une surface arbitraire S :, où est la projection du vecteur j dans le sens de la normale.

Pour un conducteur homogène.

Un courant électrique est généré par un champ électrique. Dans ce cas, la distribution d'équilibre (électrostatique) des charges dans le conducteur est violée et sa surface et son volume cessent d'être équipotentiels. A l'intérieur de l'explorateur apparaît champ électrique, et la composante tangentielle de l'intensité du champ électrique à la surface du conducteur. Le courant électrique dans le conducteur continue jusqu'à ce que tous les points du conducteur deviennent équipotentiels. Pour que le courant soit constant dans le temps, il est nécessaire que la même charge traverse une unité de surface pendant des périodes de temps égales, c'est-à-dire la force du champ électrique à tous les points du conducteur à travers lequel ce courant circule, est restée inchangée. Par conséquent, les charges ne doivent pas s'accumuler ou diminuer n'importe où dans un conducteur qui transporte un courant continu. Sinon, le champ électrique de ces charges changerait. Cette condition signifie que le circuit à courant continu doit être fermé et que l'intensité du courant doit être la même dans toutes les sections transversales du circuit.

Pour maintenir le courant, il faut une source énergie électrique - un dispositif dans lequel s'effectue la conversion de tout type d'énergie en énergie d'un courant électrique.

Si un champ électrique est créé dans un conducteur et qu'aucune mesure n'est prise pour le maintenir, alors très rapidement le champ à l'intérieur du conducteur disparaîtra et le courant s'arrêtera. Pour maintenir le courant, il est nécessaire d'effectuer un cycle de charges, dans lequel elles se déplaceraient le long d'un chemin fermé. La circulation du vecteur champ électrostatique est donc égale à zéro, ainsi que les sections dans lesquelles se déplacent les charges positives les lignes électriques champ électrique, il doit y avoir des zones dans lesquelles le transfert de charges se produit contre les forces du champ électrique. Le mouvement des charges dans ces zones est possible à l'aide de forces d'origine non électrique, c'est-à-dire forces extérieures.

4.2. Force électromotrice. Tension. Différence de potentiel.

Les forces externes pour maintenir le courant peuvent être caractérisées par le travail qu'elles font sur les charges. Une quantité égale au travail des forces externes par unité de charge positive est appelée force électromotrice (CEM). La CEM agissant dans un circuit fermé peut être définie comme la circulation du vecteur de l'intensité du champ des forces externes.

EMF est exprimé en volts.

Tension(ou chute de tension) dans la section de circuit 1-2 est appelée une quantité physique qui est numériquement égale au travail effectué par le champ résultant des forces électrostatiques et externes lors du déplacement le long de la chaîne à partir du point 1 exactement 2 charge positive unique : .

En l'absence de forces extérieures, la tension U coïncide avec la différence de potentiel.

4.2. Lois du courant continu.

En 1826, le scientifique allemand G. Ohm a établi expérimentalement une loi selon laquelle le courant traversant un conducteur métallique uniforme est proportionnel à la chute de tension à travers le conducteur : (loi d'Omav sous forme intégrale). Homogène est appelé un conducteur dans lequel les forces extérieures n'agissent pas.

La quantité R appelé résistance électrique conducteur, cela dépend des propriétés du conducteur et de ses dimensions géométriques :, où - résistivité, c'est à dire. résistance d'un conducteur d'une longueur de 1m 2 avec une section transversale de 1m 2, - la longueur du conducteur, S - section transversale du conducteur. La résistance d'un conducteur est, pour ainsi dire, une mesure de la résistance du conducteur à l'établissement d'un courant électrique en lui. L'unité de résistance est 1 Ohm. Un conducteur a une résistance de 1 Ohm si, avec une différence de potentiel de 1 V, le courant y est de 1 A.

Généralisé La loi d'Ohm pour une section d'un circuit avec EMF: travail résistance électrique section du circuit pour le courant qu'il contient est égal à la somme de la chute Potentiel électrique dans cette section et la CEM de toutes les sources d'énergie électrique incluses dans la section considérée : .

La loi d'Ohm généralisée pour une section d'un circuit exprime la loi de conservation et de transformation de l'énergie par rapport à une section d'un circuit de courant électrique.

La loi d'Om sous forme différentielle : la densité de courant de conduction est proportionnelle à la force E champ électrique dans le conducteur et coïncide avec lui dans la direction, c'est-à-dire ... Le rapport hauteur/largeur est appelé conductivité électrique spécifique du milieu, et la valeur est la résistance électrique spécifique du milieu.

Résistivité en fonction de la température exprimé par la formule , où est la résistivité à, est le coefficient thermique de résistance, en fonction des propriétés du conducteur, est la température en degrés Celsius.

De nombreux métaux et alliages à des températures inférieures à 25K perdent complètement leur résistance - ils deviennent supraconducteurs. Supraconductivité est un phénomène quantique. Lorsqu'un courant circule dans un supraconducteur, aucune énergie n'est perdue. Un champ magnétique très puissant détruit l'état supraconducteur.

Dépendance à la température :

Cohérent une telle connexion de conducteurs est appelée lorsque la fin d'un conducteur est connectée au début d'un autre. Le courant circulant dans les conducteurs connectés en série est le même. La résistance totale du circuit est égale à la somme des résistances de tous les conducteurs individuels inclus dans le circuit :.

Parallèle une telle connexion de conducteurs est appelée lorsqu'une extrémité de tous les conducteurs est connectée à un nœud, l'autre se termine à un autre . À connexion parallèle la tension dans tous les conducteurs est la même, égale à la différence de potentiel dans les nœuds de connexion :. La conductivité (c'est-à-dire l'inverse de la résistance) de tous les conducteurs connectés en parallèle est égale à la somme des conductivités de tous les conducteurs individuels : .

La loi d'Ohm pour un circuit complet: un circuit fermé complet est constitué d'une résistance externe R et une source de courant avec une FEM égale à , et résistance interne . Le courant dans le circuit complet est directement proportionnel à la FEM de la source de courant et inversement proportionnel à la résistance totale du circuit :.

2.1. Constant électricité.
Force actuelle. La densité actuelle

Le courant électrique est le mouvement directionnel des charges électriques. Si la substance contient des porteurs de charge libres - des électrons, des ions, capables de se déplacer sur des distances considérables, alors en présence d'un champ électrique, ils acquièrent un mouvement directionnel, qui se superpose à leur mouvement chaotique thermique. En conséquence, les transporteurs gratuits dérivent dans une certaine direction.

La caractéristique quantitative du courant électrique est la quantité de charge transférée à travers la surface considérée par unité de temps. C'est ce qu'on appelle l'ampérage. Si une charge D q, alors la force actuelle est :

L'unité SI du courant est l'ampère (A), . Un courant qui ne change pas dans le temps est dit constant.

Les porteurs positifs et négatifs peuvent participer à la formation du courant ; le champ électrique les déplace dans des directions opposées. Le sens du courant est généralement déterminé par le sens de déplacement des porteurs positifs. En effet, dans la plupart des cas, le courant est créé par le mouvement des électrons qui, étant chargés négativement, se déplacent dans le sens opposé à celui pris comme sens du courant. Si les porteurs positifs et négatifs se déplacent simultanément dans un champ électrique, alors le courant total est défini comme la somme des courants générés par les porteurs de chaque signe.

Pour caractériser quantitativement le courant électrique, une autre quantité est également utilisée, appelée densité de courant. La densité de courant est une quantité égale à la charge passant par unité de temps à travers une unité de surface perpendiculaire à la direction de déplacement des charges. La densité de courant est une quantité vectorielle.

Riz. 3.1

Notons par m concentration des porteurs actuels, c'est-à-dire leur nombre par unité de volume. Introduisons dans un conducteur avec un courant une aire infiniment petite D S perpendiculaire à la vitesse des particules chargées. Construisons dessus un cylindre droit infiniment court avec une hauteur comme le montre la Fig. 3.1. Toutes les particules enfermées à l'intérieur de ce cylindre traverseront la zone dans le temps, transférant une charge électrique à travers elle dans le sens de la vitesse :

Ainsi, une charge électrique est transférée à travers une unité de surface par unité de temps. Introduisons un vecteur qui coïncide en direction avec le vecteur vitesse. Le vecteur résultant sera la densité du courant électrique. Puisqu'il existe une densité de charge volumétrique, la densité de courant sera égale à. Si les charges positives et négatives sont des porteurs de courant, la densité de courant est déterminée par la formule :

,

où et sont les densités volumétriques des charges positives et négatives, et sont les vitesses de leur mouvement ordonné.

Le champ vectoriel peut être représenté à l'aide de lignes de courant, qui sont construites de la même manière que les lignes du vecteur de tension, c'est-à-dire que le vecteur de densité de courant en chaque point du conducteur est dirigé tangentiellement à la ligne de courant.

Force électromotrice

Si un champ électrique est créé dans un conducteur et que ce champ n'est pas maintenu, le mouvement des porteurs de courant entraînera le fait que le champ à l'intérieur du conducteur disparaîtra et que le courant s'arrêtera. Afin de maintenir le courant dans le circuit assez longtemps, il est nécessaire d'effectuer le mouvement des charges le long d'un chemin fermé, c'est-à-dire de fermer les lignes de courant continu. Par conséquent, dans un circuit fermé, il devrait y avoir des sections dans lesquelles les porteurs de charge se déplaceront contre les forces du champ électrostatique, c'est-à-dire des points avec un potentiel inférieur aux points avec un potentiel plus élevé. Ceci n'est possible qu'en présence de forces non électriques, appelées forces externes. Les forces extérieures sont des forces de toute nature, à l'exception des forces de Coulomb.

Une quantité physique égale au travail des forces externes lors du déplacement d'une unité de charge dans une section donnée du circuit est appelée la force électromotrice (FEM) agissant dans cette section :

La force électromotrice est la caractéristique énergétique la plus importante de la source. La force électromotrice se mesure, comme le potentiel, en volts.

Dans tout circuit électrique réel, vous pouvez toujours sélectionner une section qui sert à maintenir le courant (source de courant), et le reste est considéré comme une "charge". Dans la source de courant, des forces externes agissent nécessairement, donc, dans le cas général, elle est caractérisée par une force électromotrice et une résistance r, qui s'appelle la résistance interne de la source. Dans la charge, des forces externes peuvent également agir, mais dans les cas les plus simples, elles sont absentes et la charge n'est caractérisée que par une résistance.

La force résultante agissant sur la charge en chaque point du circuit est égale à la somme des forces électriques et externes :

Le travail effectué par cette force sur la charge dans une section de la chaîne 1-2 sera égal à :

où est la différence de potentiel entre les extrémités de la section 1-2, est la force électromotrice agissant dans cette section.

Une quantité numériquement égale au travail effectué par les forces électriques et externes lors du déplacement d'une seule charge positive est appelée chute de tension ou simplement tension dans une section donnée du circuit. D'où, .

La section de la chaîne sur laquelle les forces extérieures n'agissent pas est dite homogène. La zone où les forces extérieures agissent sur les porteurs de courant est appelée inhomogène. Pour une section homogène du circuit, c'est-à-dire que la tension coïncide avec la différence de potentiel aux extrémités de la section du circuit.

La loi d'Ohm

Ohm a établi expérimentalement la loi selon laquelle le courant circulant dans un conducteur métallique uniforme est proportionnel à la chute de tension aux bornes du conducteur :

où est la longueur du conducteur, est la section transversale, est un coefficient dépendant du matériau appelé résistivité électrique. La résistivité est numériquement égale à la résistance d'une unité de longueur d'un conducteur ayant une section transversale égale à l'unité.

Riz. 3.2

Dans un conducteur isotrope, le mouvement ordonné des porteurs de courant se produit dans la direction du vecteur d'intensité du champ électrique. Par conséquent, les directions des vecteurs et coïncident. Trouvons une connexion entre et au même point du conducteur. Pour ce faire, sélectionnez mentalement au voisinage d'un certain point un volume cylindrique élémentaire avec des génératrices parallèles aux vecteurs et (Fig. 3.2). A travers la section transversale du cylindre, un courant circule par force. Étant donné que le champ à l'intérieur du volume sélectionné peut être considéré comme uniforme, la tension appliquée au cylindre est égale à, où est l'intensité du champ à un endroit donné. La résistance du cylindre, selon (3.2), est égale à. En substituant ces valeurs dans la formule (3.1), on arrive à la relation :

,

Profitant du fait que les vecteurs et ont la même direction, on peut écrire

On réécrit (3.4) comme

.

Riz. 3.3

Cette formule exprime la loi d'Ohm pour une section non uniforme d'un circuit.

Considérons un simple circuit fermé contenant une source de courant et une charge avec résistance R(fig. 3.3). On néglige la résistance des fils conducteurs. En mettant, nous obtenons l'expression de la loi d'Ohm pour un circuit fermé :

Un voltmètre idéal, connecté aux bornes d'une source de courant de travail, indique la tension, comme suit de la loi d'Ohm pour une section homogène du circuit - dans ce cas, pour la résistance de charge. En substituant l'intensité du courant de cette expression dans la loi d'Ohm pour un circuit fermé, nous obtenons :

De là, on peut voir que la tension U aux bornes d'une source de travail, il y a toujours moins de CEM. C'est plus près de, plus la résistance de charge est grande R. Dans la limite lorsque la tension aux bornes de la source ouverte est égale à sa FEM. Dans le cas contraire, lorsque R = 0, qui correspond à un court-circuit de la source de courant, U = 0, et le courant à court-circuit maximum:.

La loi d'Ohm vous permet de calculer n'importe quelle chaîne complexe. Un circuit dérivé est caractérisé par la force des courants circulant dans ses sections, les résistances des sections et la FEM incluse dans ces sections. La force du courant et la CEM sont des quantités algébriques, c'est-à-dire qu'elles sont considérées comme positives si la force électromotrice favorise le mouvement des charges positives dans la direction choisie et que le courant circule dans cette direction et négative dans le cas contraire. Cependant, le calcul direct des chaînes ramifiées peut être délicat. Ce calcul est grandement simplifié en utilisant les règles proposées par Kirchhoff.

Règles de Kirchhoff

G. Kirchhoff (1824-1887) a étudié en détail la loi d'Ohm et a développé méthode générale calcul des courants continus dans les circuits électriques, y compris ceux contenant plusieurs sources de CEM. Cette méthode est basée sur deux règles appelées lois de Kirchhoff. La première règle de Kirchhoff s'applique aux nœuds, c'est-à-dire aux points auxquels au moins trois conducteurs convergent. Puisque nous considérons le cas de courants constants, en tout point du circuit, y compris à n'importe quel nœud, la charge existante doit rester constante, donc la somme des courants circulant vers le nœud doit être égale à la somme des courants sortants. Si on accepte de considérer les courants approchant le nœud comme positifs, et les courants sortants comme négatifs, alors on peut dire que la somme algébrique des courants dans le nœud est égale à zéro :

Vous pouvez obtenir le même rapport si vous êtes d'accord, en contournant le contour dans un certain sens, par exemple dans le sens des aiguilles d'une montre, pour considérer comme positifs les courants dont le sens coïncide avec le sens de la dérivation et négatifs - ceux dont le sens est opposé au sens du contournement. Nous considérerons également comme positifs les champs électromagnétiques qui augmentent le potentiel dans le sens du contournement du circuit et négatifs - ceux qui abaissent le potentiel dans le sens du contournement.

Ce raisonnement peut être appliqué à n'importe quel contour fermé, donc la deuxième règle de Kirchhoff dans vue générale peut s'écrire comme suit :

,

où m Est le nombre de sections dans le circuit, et m est le nombre de sources EMF. La deuxième règle de Kirchhoff exprime le fait évident qu'après un parcours complet du contour, on revient au point de départ avec le même potentiel.

Ainsi, dans tout circuit fermé, choisi arbitrairement dans un circuit dérivé de conducteurs, la somme algébrique des produits des forces de courants traversant les résistances des sections correspondantes du circuit est égale à la somme algébrique des champs électromagnétiques apparaissant dans ce circuit.

DC(DC - Courant continu) - courant électrique qui ne change pas d'amplitude et de direction au fil du temps.

En réalité, le courant continu ne peut pas maintenir la valeur constante. Par exemple, à la sortie des redresseurs, il y a toujours une composante d'ondulation alternative. Lors de l'utilisation de cellules galvaniques, de batteries ou d'accumulateurs, la valeur du courant diminue au fur et à mesure que l'énergie est consommée, ce qui est important sous de fortes charges.

Le courant continu existe conditionnellement dans les cas où les changements de sa valeur constante peuvent être négligés.

Composante constante de courant et de tension. CC

Si nous considérons la forme du courant dans la charge à la sortie des redresseurs ou des convertisseurs, vous pouvez voir une ondulation - des changements dans l'amplitude du courant qui en résultent handicapéeséléments filtrants redresseurs.
Dans certains cas, la valeur d'ondulation peut atteindre des valeurs suffisamment grandes qui ne peuvent être ignorées dans les calculs, par exemple dans les redresseurs sans utiliser de condensateurs.
Ce courant est communément appelé pulsé ou pulsé. Dans ces cas, une constante CC et variable CA Composants.

Composant CC- une valeur égale à la valeur moyenne du courant sur la période.

MOYENNE- abréviation Avguste - Moyenne.

Composant CA- variation périodique de l'amplitude du courant, diminution et augmentation par rapport à la valeur moyenne.

Il convient de prendre en compte dans les calculs que la valeur du courant pulsé ne sera pas égale à la valeur moyenne, mais racine carréeà partir de la somme des carrés de deux quantités - la composante constante ( CC) et la valeur efficace de la composante variable ( CA), qui est présent dans ce courant, a une certaine puissance et s'ajoute à la puissance de la composante constante.

Les définitions ci-dessus, ainsi que les termes CA et CC peut être utilisé indifféremment pour le courant et la tension.

La différence entre le courant continu et le courant alternatif

Selon les préférences associatives de la littérature technique, le courant d'impulsion est souvent appelé constant, car il a une direction constante. Dans ce cas, il est nécessaire de préciser qu'il s'agit de courant continu à composante variable.
Et parfois, on l'appelle une variable, pour la raison qu'elle change périodiquement la valeur. Courant alternatif à composante constante.
Habituellement, ils prennent comme base la composante la plus grande ou la plus significative dans le contexte.

Rappelons que le courant continu ou la tension caractérise, outre le sens, critère principal- sa valeur constante, qui sert de base aux lois physiques et est déterminante dans les formules de calcul des circuits électriques.
La composante continue DC, en tant que valeur moyenne, n'est qu'un des paramètres du courant alternatif.

Pour le courant alternatif (tension), dans la plupart des cas, le critère est important - l'absence de composante constante, lorsque la valeur moyenne est nulle.
C'est le courant qui circule dans les condensateurs, les transformateurs de puissance, les lignes électriques. Il s'agit de la tension aux bornes des enroulements des transformateurs et dans le réseau électrique domestique.
Dans de tels cas, la composante continue ne peut exister que sous forme de pertes causées par la nature non linéaire des charges.

Paramètres de courant et de tension constants

Il convient de noter tout de suite que le terme obsolète "intensité du courant" dans la littérature technique domestique moderne est déjà utilisé peu fréquemment et est reconnu comme incorrect. Le courant électrique ne se caractérise pas par la force, mais par la vitesse et l'intensité du mouvement des particules chargées. À savoir, la quantité de charge qui a traversé par unité de temps la section transversale du conducteur.
Le paramètre principal pour le courant continu est la valeur actuelle.

L'unité de mesure du courant est l'ampère.
La magnitude du courant est de 1 Ampère - le mouvement de la charge est de 1 Coulomb en 1 seconde.

L'unité de mesure de la tension est le Volt.
La valeur de tension de 1 Volt est la différence de potentiel entre deux points du champ électrique, nécessaire pour faire le travail de 1 Joule lors du passage d'une charge de 1 Coulomb.

Pour les redresseurs et les convertisseurs, les paramètres suivants sont souvent importants pour la tension ou le courant continu :

Ondulation balançoire tension (courant) - une valeur égale à la différence entre les valeurs maximale et minimale.
Facteur d'ondulation- une valeur égale au rapport de la valeur efficace de la composante alternative de tension ou de courant à sa composante continue continue.

Électricité

Lorsque des particules chargées se déplacent dans un conducteur, une charge électrique est transférée d'un endroit à un autre. Cependant, si des particules chargées font un mouvement thermique aléatoire, comme des électrons libres dans un métal, alors il n'y a pas de transfert de charge. Une charge électrique se déplace à travers la section transversale d'un conducteur uniquement si, avec un mouvement aléatoire, les électrons participent à un mouvement ordonné. Dans ce cas, on dit qu'un courant électrique s'établit dans le conducteur.
Choc électrique appelé mouvement ordonné (dirigé) des particules chargées. Le courant électrique provient du mouvement ordonné d'électrons ou d'ions libres.
La charge totale transportée à travers toute section transversale du conducteur est nulle, car des charges de signes différents se déplacent à la même vitesse moyenne.
Le courant électrique a une certaine direction. La direction du mouvement des particules chargées positivement est considérée comme la direction du courant... Si le courant est formé par le mouvement de particules chargées négativement, alors la direction du courant est considérée comme opposée à la direction de mouvement des particules.
On ne voit pas directement le mouvement des particules dans le conducteur. La présence de courant électrique est indiquée par les actions ou phénomènes suivants qui l'accompagnent :
1.le conducteur à travers lequel le courant circule s'échauffe,
2. le courant électrique peut changer composition chimique conducteur,
3. le courant exerce un effet puissant sur les courants voisins et les corps magnétisés.
Si un courant électrique est établi dans le circuit, cela signifie qu'une charge électrique est constamment transférée à travers la section transversale du conducteur. La charge transférée par unité de temps sert de principale caractéristique quantitative du courant, appelée force actuelle... Si à travers la section transversale du conducteur dans le temps c'est les frais sont transférés q, alors la force actuelle est :

L'intensité du courant est égale au rapport de la charge Δq transférée à travers la section transversale du conducteur pendant l'intervalle de temps Δt à cet intervalle de temps. Si l'intensité du courant ne change pas avec le temps, le courant est dit constant.
La force du courant est une quantité scalaire. Il peut être positif ou négatif. Le signe de l'intensité du courant dépend de la direction prise le long du conducteur comme positive. L'intensité du courant I> 0, si le sens du courant coïncide avec le sens positif classiquement choisi le long du conducteur. Sinon je< 0.
La force actuelle dépend de :
1.la charge portée par chaque particule (q 0);
2. concentration en particules (n);
3. vitesse de mouvement dirigé des particules (v);
4. section transversale du conducteur (S).

Dans le système international d'unités l'intensité du courant est exprimée en ampères (A). Mesurez l'intensité du courant avec des ampèremètres.
Conditions d'émergence et d'existence d'un courant électrique constant :
1. la présence de particules chargées libres ;
2. les particules chargées doivent être sollicitées par des forces qui assurent leur mouvement ordonné sur une période de temps finie.
Pour qu'un courant de conduction constant existe dans un conducteur, les conditions suivantes doivent être remplies :
a) l'intensité du champ électrique dans le conducteur doit être différente de zéro et ne doit pas changer dans le temps ;
b) le circuit de conduction CC doit être fermé ;
c) sur les charges électriques libres, en plus des forces de Coulomb, des forces non électrostatiques, appelées forces extérieures, doivent agir. Des forces tierces peuvent être créées par des sources de courant (cellules galvaniques, batteries, générateurs électriques, etc.).

Loi d'Ohm pour un tronçon de chaîne

Le courant dans le conducteur est directement proportionnel à la tension appliquée et inversement proportionnel à la résistance du conducteur :

Résistance du conducteur R- une valeur caractérisant la résistance d'un conducteur à l'établissement d'un courant électrique dans celui-ci. La résistance est mesurée en ohms (ohms). Si, à une tension de 1 V, un courant de 1 A est défini dans le conducteur, la résistance d'un tel conducteur est de 1 Ohm.
La résistance d'un conducteur est directement proportionnelle à sa longueur l et inversement proportionnelle à sa section transversale S :

où le coefficient de proportionnalité est appelé résistivité... La résistivité dépend du type de substance et de la température (avec l'augmentation de la température, la résistivité de la plupart des métaux augmente), elle est numériquement égale à la résistance d'un conducteur de longueur unitaire avec une section transversale unitaire.

Force électromotrice

La quantité physique égale au rapport du travail du champ externe en déplaçant la charge à l'amplitude de cette charge est appelée force électromotrice:

La force électromotrice est exprimée en volts.
Tierce personne est appelé un champ d'origine non électrostatique, dont le travail dans tout circuit fermé n'est pas égal à zéro. Un tel champ, avec le champ de Coulomb, est créé dans les sources de courant : batteries, cellules galvaniques, générateurs, etc. C'est le champ externe qui compense les pertes d'énergie dans le circuit électrique.

La loi d'Ohm pour un circuit complet

La résistance de la source est souvent appelée résistance interne r par opposition à la résistance externe R du circuit. Dans le générateur, r est la résistance des enroulements, et dans pile galvanique- résistance de la solution électrolytique et des électrodes.
La loi d'Ohm pour un circuit fermé relie le courant dans le circuit, EMF et impédance chaînes R + r.

Le produit de l'intensité du courant et de la résistance d'une section d'un circuit est souvent appelé chute de tension dans cette section. Ainsi, la FEM est égale à la somme des chutes de tension dans les sections interne et externe du circuit fermé.
La loi d'Ohm pour un circuit fermé s'écrit sous la forme

Le courant dans le circuit complet est égal au rapport de la FEM du circuit à son impédance.
La force du courant dépend de trois quantités ; EMF, résistances R et r des sections externe et interne du circuit. La FEM totale du circuit est égale à la somme algébrique de la FEM des éléments individuels.

Connexion série et parallèle des conducteurs

Connexion en série des conducteurs... À connexion série le circuit électrique n'a pas de branches. Tous les conducteurs sont inclus dans le circuit les uns après les autres.

intensité de courant	Tension	la résistance	relation tension-résistance

Connexion en parallèle des conducteurs

intensité de courant	Tension	la résistance	relation entre l'intensité du courant et la résistance

La connexion parallèle est le moyen le plus courant de connecter différents consommateurs. Dans ce cas, la panne d'un appareil n'affecte pas le fonctionnement des autres, alors qu'avec une connexion série, la panne d'un appareil ouvre le circuit.

Règles de Kirchhoff

1. A chaque point de branchement des fils, la somme algébrique des courants est nulle. Les courants allant au point de dérivation et les courants qui en émanent doivent être considérés comme des valeurs de signes différents.

2.Dans tout circuit fermé du circuit, la somme algébrique des produits des intensités des courants dans les sections individuelles par leur résistance est égale à la somme algébrique des champs électromagnétiques des sources de ce circuit.

1. Les directions des courants sont choisies au hasard. Si après calculs I> 0, alors la direction est choisie correctement, si I<0, то направление противоположно.
2. Une boucle fermée arbitraire est parcourue dans une direction. Si cette direction coïncide avec la direction de la flèche, alors IR > 0, si elle est opposée, alors IR<0. Если при обходе контура источник тока проходит от "-" к "+", то его ξ>0.
3. Tous les champs électromagnétiques et tous les R doivent être inclus dans le système d'équations.

Courant de travail et de puissance

Coulomb et les forces électriques externes effectuent un travail A lorsque les charges se déplacent le long d'un circuit électrique. Si le courant électrique est constant et que les conducteurs formant le circuit sont immobiles, alors l'énergie W, qui se transforme irréversiblement en temps t dans le volume du conducteur, est égale au travail parfait :
W = A = IUΔt,

Où I est l'intensité du courant, U est la chute de tension dans le conducteur.
Courant de travail sur la section du circuit est égal au produit de l'intensité du courant, de la tension et du temps pendant lequel le travail a été effectué.
Les transformations irréversibles de l'énergie dans un conducteur avec courant sont causées par l'interaction des électrons de conduction avec les nœuds du réseau cristallin du métal. À la suite de la collision d'électrons avec des ions positifs situés dans les sites du réseau, les électrons transfèrent de l'énergie aux ions. Cette énergie est utilisée pour chauffer le conducteur.
Puissance de courant électriqueest égal au rapport du travail du courant au cours du temps sur cet intervalle de temps :

Où A est le travail effectué par le courant pendant le temps - l'intensité du courant, U - la chute de tension dans cette section du circuit. L'unité de puissance du courant électrique est le watt, [P] =.

Quantité de chaleur qui ressort dans l'explorateur pendant le temps :

La dernière formule exprime Loi Joule-Lenz: la quantité de chaleur dégagée par le courant dans le conducteur est directement proportionnelle à l'intensité du courant, au temps qu'il traverse le conducteur et à la chute de tension à ses bornes.

Courant électrique dans les semi-conducteurs

Semi-conducteurs en termes de conductivité électrique, ils occupent une position intermédiaire entre les métaux et les diélectriques. Le courant dans les semi-conducteurs est le mouvement ordonné des électrons et des trous, qui se produit sous l'action d'un champ électrique. La résistance des semi-conducteurs diminue fortement avec l'augmentation de la température, contrairement aux métaux.
Conductivité intrinsèque les semi-conducteurs sont généralement petits. En présence d'impuretés dans les semi-conducteurs, ainsi que de la conductivité intrinsèque, un impureté.
Si un élément est utilisé comme impureté, dont la valence est un de moins que la valence du semi-conducteur donné ( accepteur impureté), alors pour la formation de liaisons paires-électrons normales avec les atomes voisins, il manque un électron à l'atome d'impureté : en conséquence, trou... De tels semi-conducteurs sont appelés semi-conducteurs de type p(les principaux porteurs de charge sont des trous, les mineurs sont des électrons). Si la valence de l'impureté est supérieure de un à celle du semi-conducteur ( impureté du donneur), alors l'un des électrons de l'atome d'impureté, sans participer à la liaison chimique, quitte facilement l'atome et devient libre. Il s'avère qu'un semi-conducteur type n(les principaux porteurs sont des électrons, les mineurs sont des trous).
La zone de contact de deux types de semi-conducteurs est appelée jonction pn... Lorsqu'un tel contact est formé, les électrons commencent à se diffuser du semi-conducteur de type n vers le semi-conducteur de type p, et les trous commencent à se diffuser vers eux. En conséquence, la région n est chargée positivement et la région p est chargée négativement, et un champ électrique apparaît, qui arrête la diffusion des électrons et des trous. Si vous allumez un semi-conducteur avec une jonction p-n dans le circuit électrique, connectez la région p au pôle positif et la région n au négatif (habitent), la résistance de transition sera négligeable. À inclusion inverséeр-n - la transition ne passe pratiquement pas le courant. Cette propriété est utilisée dans les diodes semi-conductrices.
Les diodes à semi-conducteurs sont utilisées en génie électronique pour rectifier le courant électrique ainsi que les lampes à vide à double électrode. De plus, dans la production d'électronique grand public, les lampes ne sont pratiquement plus utilisées, car les diodes à semi-conducteur présentent un certain nombre d'avantages.
Par exemple, pour qu'une lampe à deux électrodes fonctionne, une source d'énergie spéciale est nécessaire pour incandérer le filament de la cathode (sinon l'émission thermoionique ne se produira pas et les porteurs de charge - les électrons thermoioniques - n'apparaîtront pas dans la lampe). Pour les diodes semi-conductrices, une telle source d'énergie n'est pas requise, et lorsqu'elles sont utilisées dans des conditions suffisamment grandes et schémas complexes d'importantes économies d'énergie sont obtenues. De plus, pour les mêmes valeurs de courant redressé, les diodes semi-conductrices sont beaucoup plus petites que les tubes à vide.

Courant électrique dans les électrolytes

Les expériences montrent que les liquides peuvent être des diélectriques, des semi-conducteurs ou des conducteurs. Le fluide diélectrique le plus connu est l'eau. Il est facile de s'assurer que l'eau est un diélectrique si vous mettez deux électrodes dans un pot d'eau en les connectant à une source de courant. Il n'y aura pratiquement pas de courant dans un tel circuit.
La situation sera complètement différente si l'eau est remplacée par une sorte de solution conductrice. De telles solutions avec conductivité électrique sont appelées électrolytes... Lorsqu'un champ électrique est créé dans les électrolytes, un courant y apparaît, à la suite duquel les ions positifs commencent à se déplacer vers la cathode et les ions négatifs (et les électrons) vers l'anode.
La conductivité ionique dans les électrolytes tels que les solutions d'acides, d'alcalis et de sels s'explique par dissociation électrolytique. Dissociation- C'est la désintégration des molécules en ions sous l'action du champ électrique des molécules de solvant polaire. Lorsque des ions de charges opposées entrent en collision, ils peuvent à nouveau s'unir en molécules neutres - se recombiner. En l'absence de champ électrique, un équilibre dynamique s'établit dans la solution, lorsque les processus de dissociation et de recombinaison s'équilibrent.
Lorsque le courant traverse l'électrolyte, le processus d'électrolyse est observé - la libération de substances sur les électrodes qui composent l'électrolyte.

Courant électrique dans les gaz

Les gaz, contrairement aux métaux et aux électrolytes, sont composés d'atomes et de molécules électriquement neutres et en conditions normales ne contiennent pas de porteurs de courant libres (électrons et ions). Les gaz dans des conditions normales sont des diélectriques. Les porteurs de courant électrique dans les gaz ne peuvent apparaître que lorsque ionisation des gaz- séparation des électrons de leurs atomes ou molécules. Dans ce cas, les atomes (molécules) des gaz sont convertis en ions positifs. Des ions négatifs dans les gaz peuvent apparaître si des atomes (molécules) s'attachent des électrons.
Le courant électrique dans les gaz est appelé décharge de gaz... Pour effectuer une décharge gazeuse, un champ électrique ou magnétique doit être appliqué sur un tube contenant un gaz ionisé (tube à décharge gazeuse).

Plasma.

Une substance contenant un mélange d'atomes neutres, d'électrons libres et d'ions positifs est appelée plasma. Plasma résultant de décharges électriques à courant relativement faible (par exemple dans des tubes " lumière du jour”) Se caractérise par de très faibles concentrations de particules chargées par rapport aux neutres ( ). On l'appelle généralement basse température car la température des atomes et des ions est proche de la température ambiante. L'énergie moyenne d'électrons beaucoup plus légers s'avère être beaucoup plus élevée. Cette. le plasma à basse température est un milieu ouvert sensiblement hors d'équilibre. Comme indiqué, des processus d'auto-organisation sont possibles dans de tels environnements. Un exemple bien connu est la génération d'un rayonnement cohérent hautement ordonné dans le plasma des lasers à gaz.
Le plasma peut également être à l'équilibre thermodynamique. Pour son existence, il faut très Chauffer(à laquelle l'énergie du mouvement thermique est comparable à l'énergie d'ionisation). De telles températures existent à la surface du Soleil, et peuvent se produire lors de décharges électriques très puissantes (foudre), lors d'explosions nucléaires. Ce plasma est dit chaud.

Loi Joule-Lenz

Dans un circuit électrique, lorsque le courant passe, un certain nombre de transformations d'énergie ont lieu. Dans la partie externe du circuit, le travail de déplacement de la charge est effectué par les forces d'un champ électrique stationnaire et l'énergie de ce champ est convertie en d'autres types: mécanique, thermique, chimique, en énergie de rayonnement électromagnétique. D'où, travail complet courant sur la section extérieure du circuit

UNE 0=Wmeh+Ahim+Wizl+Q.

Si sur la section du circuit sous l'action d'un champ électrique travail mécanique et les transformations chimiques ne se produisent pas, alors le travail du courant électrique ne conduit qu'à l'échauffement du conducteur.

Dans ce cas, la quantité de chaleur dégagée est égale au travail effectué par le courant.

Quantité de chaleur Q libéré par le courant je pendant t sur la partie du circuit avec résistance R, équivaut à Q=je 2Rt.

Cette formule exprime Loi Joule-Lenz, établie empiriquement au XIXe siècle. deux scientifiques (anglais - J. Joule et russe E. H. Lenz).

Lorsqu'un courant électrique traverse un conducteur, la quantité de chaleur libérée dans le conducteur est directement proportionnelle au carré de l'intensité du courant, de la résistance du conducteur et du temps de passage du courant.

L'action de nombreux appareils de chauffage électrique est basée sur la loi de Joule Lenz. Ce sont des fers à repasser, des cuisinières électriques, des bouilloires électriques, des chaudières, des fers à souder, des cheminées électriques, etc.

La partie principale de tout appareil de chauffage électrique est un élément chauffant(un conducteur à haute résistivité est enroulé sur une plaque en matériau résistant à la chaleur : mica, céramique).

La formule ci-dessus pour la loi de Joule-Lenz est pratique à utiliser lors de la connexion de résistances en série, car l'intensité du courant dans toutes les sections du circuit connecté en série est la même. Si deux résistances avec des résistances sont connectées en série R 1 et R 2, alors Q 1=je 2R 1t, Q 2=je 2R 2t, où Q 1Q 2=R 1R 2, c'est-à-dire la quantité de chaleur générée par le courant dans les sections d'un circuit connecté en série est proportionnelle aux résistances de ces sections.

D'après la loi d'Ohm, pour une section homogène d'un circuit continu je=UR... Puis Q=U 2Rt .

Cette formule est pratique à utiliser lors de la connexion de résistances en parallèle, car la tension sur chaque branche d'un tel circuit est la même. Si deux résistances avec des résistances sont connectées en parallèle R 1 et R 2, alors Q 1=U 2R 1t , Q 2=U 2R 2t, où

Q 1Q 2=R 2R 1,

celles. la quantité de chaleur générée par le courant dans les branches d'un circuit connecté en parallèle est inversement proportionnelle aux résistances des résistances incluses dans ces branches.

Un courant électrique constant est le mouvement continu des électrons d'une région de charges négatives (-) à une région de charges positives (+) à travers un matériau conducteur tel qu'un fil métallique. Bien que les décharges statiques soient des mouvements spontanés de particules chargées d'une surface chargée négativement à une surface chargée positivement, il n'y a pas de mouvement continu de particules à travers le conducteur.

Un circuit à courant continu est nécessaire pour créer un flux d'électrons. C'est une source d'énergie (comme une batterie) et un conducteur allant du pôle positif au pôle négatif. Divers appareils électriques peuvent être inclus dans le circuit.

Mouvement continu des électrons

Le courant continu est le mouvement continu des électrons à travers un matériau conducteur tel qu'un fil métallique. Les particules chargées se déplacent vers un potentiel positif (+). Pour créer un flux d'électricité, un circuit électrique est nécessaire, composé d'une alimentation en courant continu et d'un fil qui forme une boucle fermée. Un bon exemple une telle chaîne est une lampe de poche.

Bien que les électrons chargés négativement voyagent à travers le fil jusqu'au pôle positif (+) de la source d'alimentation, le mouvement du courant est indiqué dans la direction opposée. Cela est dû à un accord malheureux et déroutant. Les scientifiques qui ont expérimenté les courants croyaient que l'électricité passait de (+) à (-), et cela est devenu généralement accepté avant même la découverte des électrons. En réalité, les particules chargées négativement se déplacent vers le pôle positif, à l'opposé de la direction indiquée comme direction du mouvement du courant. C'est déroutant, mais une fois l'accord conclu, il est difficile de régler quoi que ce soit.

Tension, courant et résistance

L'électricité passant à travers un fil ou un autre conducteur est caractérisée par la tension U, le courant I et la résistance R. La tension est l'énergie potentielle. Le courant est le flux d'électrons dans un conducteur et la résistance est la force de son frottement.

Une bonne façon de penser à un courant électrique constant est de faire une analogie avec l'eau s'écoulant dans un tuyau. La tension est le potentiel qui s'accumule à une extrémité du fil en raison de l'excès d'électrons chargés négativement. Ceci est similaire à une augmentation de la pression de l'eau dans le tuyau. Le potentiel amène les électrons à se déplacer à travers le fil dans une région chargée positivement. Cette énergie potentielle est appelée tension et se mesure en volts.

Le courant électrique continu est le flux d'électrons, mesuré en ampères. Elle est similaire à la vitesse à laquelle l'eau s'écoule dans un tuyau.

Ohm est une unité de mesure pour la résistance électrique. Les atomes du conducteur sont disposés de manière à ce que les électrons passent avec peu de friction. Dans les isolants ou les mauvais conducteurs, les atomes offrent une forte résistance ou empêchent le mouvement des particules chargées. Ceci est analogue au frottement de l'eau dans un tuyau lorsqu'elle le traverse.

Ainsi, la tension est similaire à la pression, le débit - courant et la résistance hydraulique - électrique.

Génération CC

Bien que l'électricité statique puisse être déchargée à travers des fils métalliques, ce n'est pas une source de courant continu. Ce sont des batteries et des générateurs.

Utilisation des piles réactions chimiques... Par exemple, une batterie de voiture est constituée de plaques de plomb immergées dans une solution d'acide sulfurique. Lorsque les plaques sont chargées à partir du secteur ou du générateur du véhicule, elles changent chimiquement et maintiennent la charge. Cette alimentation en courant continu peut ensuite être utilisée pour alimenter des phares de voiture, etc. Le problème est que l'acide sulfurique est très corrosif et dangereux.

Vous pouvez fabriquer vous-même une autre batterie à partir de citron. Il ne nécessite pas de charge, mais dépend de la réaction acide de différents métaux. Le cuivre et le zinc fonctionnent mieux. Un fil de cuivre ou une pièce de monnaie peuvent être utilisés. Un clou galvanisé peut être utilisé comme une autre électrode. Le fer fonctionnera aussi, mais pas aussi bien. Il suffit de coller fil de cuivre et un clou galvanisé dans un citron ordinaire et mesurer la tension entre eux avec un voltmètre. Certains ont même réussi à allumer une ampoule de lampe de poche avec cette batterie.

Une source fiable est le générateur, qui est fait de fil enroulé entre le nord et pôles sud aimant.

Ainsi, le courant électrique continu est le mouvement continu des électrons du pôle négatif vers le pôle positif d'un conducteur, tel qu'un fil métallique. Une chaîne est nécessaire pour le passage des particules chargées. Dans celui-ci, le sens de déplacement du courant est opposé au flux d'électrons. Un circuit est caractérisé par des grandeurs telles que la tension, le courant et la résistance. Les sources de courant continu sont les batteries et les générateurs.

Circuits électriques

Le circuit électrique à courant continu est constitué d'une source, aux pôles de laquelle sont connectés des conducteurs, reliant les récepteurs en boucle fermée. ce condition requise pour le passage du courant. Les circuits peuvent être en série, en parallèle ou combinés.

Si vous prenez une source de courant continu, telle qu'une batterie, et connectez ses pôles positif et négatif avec des fils à une charge, telle qu'une ampoule, un circuit électrique se forme. En d'autres termes, l'électricité circule d'un contact de la batterie à l'autre. Un interrupteur peut être installé en série avec la lampe, qui, si nécessaire, régulera l'alimentation en courant électrique continu.

Sources CC

Le circuit nécessite une source d'alimentation. En règle générale, une batterie ou une batterie rechargeable est utilisée pour cela. Une autre source d'énergie est un générateur de courant continu. Alternativement, vous pouvez faire passer un courant alternatif à travers le redresseur. Un adaptateur courant utilisé avec certains appareils portables (tels que les smartphones) convertit le 220 V CA en courant continu 5 B.

Conducteurs

Les fils et les charges doivent conduire l'électricité. Le cuivre ou l'aluminium sont de bons conducteurs et ont une faible résistance. Le filament de tungstène dans une lampe à incandescence conduit le courant, mais a une résistance élevée, ce qui le fait chauffer et briller.

Connexion série et parallèle

Dans un circuit électrique, plusieurs appareils, tels que des ampoules, peuvent être connectés en une seule ligne entre les pôles positif et négatif de la batterie. Cette connexion est appelée série. Un problème avec cet arrangement est que si une ampoule grille, elle agit comme un interrupteur et coupe l'ensemble du circuit.

Les récepteurs peuvent également être connectés en parallèle de sorte que si une lampe s'éteint, le circuit ne sera pas mis hors tension. Un schéma de connexion en parallèle est utilisé non seulement dans les guirlandes d'arbres de Noël - le câblage électrique dans les maisons est également effectué en parallèle. Par conséquent, l'éclairage et les appareils peuvent être allumés et éteints indépendamment les uns des autres.

La loi d'Ohm

Les lois du courant électrique continu incluent la loi d'Ohm, qui est la formule la plus fondamentale pour les circuits électriques. Selon lui, le courant traversant un conducteur est directement proportionnel à la différence de potentiel qui le traverse. La loi a été formulée pour la première fois en 1827 Physicien allemand Georg Ohm quand il a étudié la conductivité des métaux. La loi d'Ohm décrit le mieux les circuits électriques simples à courant continu. Bien qu'il s'applique également à courant alternatif, dans ce cas, d'autres variables possibles doivent être prises en compte. La relation entre courant, tension et résistance permet de calculer une grandeur physique si les valeurs des deux autres sont connues.

La loi d'Ohm montre la relation entre la tension, le courant et la résistance dans un circuit électrique simple... Dans sa forme la plus simple, il s'écrit par l'équation U = I × R. Ici, U est la tension en volts, I est le courant en ampères et R est la résistance en ohms. Ainsi, si I et R sont connus, on peut calculer U. Si nécessaire, la formule peut être modifiée en utilisant des méthodes algébriques. Par exemple, si U et R sont connus et que vous devez trouver I, vous devez utiliser l'équation I = U / R. Ou, si U et I sont donnés et que vous devez calculer R, alors l'expression R = U / Je devrais être utilisé.

L'importance de la loi d'Ohm réside dans le fait que si la valeur de deux variables dans l'équation est connue, alors la troisième peut être déterminée. N'importe lequel de ces grandeurs physiques peut être mesuré avec un voltmètre. La plupart des voltmètres ou multimètres mesurent les courants électriques U, I, R AC et DC.

Calcul de U, I, R

La tension électrique continue avec un courant et une résistance connus peut être trouvée par la formule U = I × R. Par exemple, si I = 0,2 A et R = 1000 Ohm, alors U = 0,2 A * 1000 Ohm = 200 V.

Si la tension et la résistance sont connues, le courant peut être calculé en utilisant l'équation I = V / R. Par exemple, si U = 110 V et R = 22000 ohms, alors I = 110 V / 22000 ohms = 0,005 A.

Si la tension et le courant sont connus, alors R = V / I. Si V = 220 V et I = 5 A, alors R = 220 V / 5 A = 44 ohms.

Ainsi, La loi d'Ohm montre la relation entre la tension, le courant et la résistance dans un circuit électrique simple... Il peut être appliqué aux circuits CC et CA.

Courant continu

Une charge se déplaçant dans un circuit (si ce n'est pas un supraconducteur) consomme de l'énergie. Cela peut faire chauffer ou tourner le moteur. L'énergie électrique est la vitesse à laquelle l'énergie électrique est convertie en une autre forme, telle que l'énergie mécanique, la chaleur ou la lumière. Il est égal au produit du courant et de la tension : P = U × I. Mesuré en watts. Par exemple, si U = 220 V et I = 0,5 A, alors P = 220 V * 0,5 A = 110 W.