Закони Ома.

Електричним колом називається з’єднання провідниками джерел живлення, споживачів електричної енергії і вимірювальних приладів.

Мал. 3. Найпростіші електричні кола.

Н айпростішим електричним колом є з’єднання провідника (резистора з опором R) і джерела живлення. На малюнку зображено найпростіші електричні кола: а)- коло складається з опору і джерела живлення, б) – коло складається зі змінного опору ( реостата), джерела живлення і вимірювальних приладів-вольтметра і амперметра ( крапками позначено місця з’єднань ).

Напругою (або спадом напруг) називається різниця потенціалів на будь-якій ділянці кола: . Якщо на ділянці кола між точками 1 і 2 немає джерела живлення, то така ділянка кола називається однорідною.

Німецький фізик Г.Ом у 1826 р. експериментально встановив, що сила струму в однорідній ділянці електричного кола прямо пропорційна напрузі та обернено пропорційна до опору::

(6)

Формула (6) називається законом Ома для однорідної ділянки кола. Напруга в системі одиниць СІ вимірюється в вольтах (В)

Якщо ж замкнене електричне коло складається з джерела живлення з е.р.с. та внутрішнім опором джерела , а також з зовнішньої частини з опором . то сила струму в такому колі визначається формулою, що називається законом Ома для повного кола:

/( (7)

Правила Кірхгофа:

Для розгалужених електричних кіл виконуються правила Кірхгофа:

1. Алгебраїчна сума струмів ( з урахуванням їх знаків), що сходяться в вузлі, дорівнює нулю:

(8)

Це означає, що скільки заряду у вузол втекло, стільки і витекло, тому що виконується закон збереження заряду. (вузлом називається місце з’єднання трьох і більше провідників, точки А і В на схемі б), мал. 3 ).

2. В будь-якому замкнутому контурі, довільно вибраному в розгалуженому колі, алгебраїчна сума спадів напруг дорівнює алгебраїчній сумі всіх електрорушійних сил в контурі:

_j (9)

( Прикладом розгалуженого кола є схема електричного кола на мал. 4).

При проходженні струму через провідник електрони розсіюються на іонах кристалічної решітки металу, при цьому зменшується швидкість їх впорядкованого руху і це є причиною електричного опору. Опір провідника залежить від матеріалу провідника, тобто від будови його кристалічної решітки та від температури.

Опір однорідного циліндричного провідника довжиною і площею поперечного перетину провідника дорівнює:

(10)

де - питомий опір ( це опір однорідного циліндричного провідника, що має одиничні довжину і площу поперечного перерізу). Він залежить від матеріалу провідника і температури, вимірюється в ом-метрах (Ом*м).

Одиницею опору провідника є ом ( Ом ).

Ом – це опір провідника, по якому при напрузі 1 В проходить струм 1 А, ( 1 Ом=1 В/А ).

Питомою електричною провідністю називають величину,обернену до питомого опору: .

Одиницею електричної провідності є сіменс ( См ).

Найкращими провідниками є срібло, мідь. алюміній, їх питомі опори дорівнюють відповідно 1,6*10^-8, 1,7*10^-8, 2,9*10^-8 Ом*м.

При збільшенні температури провідника амплітуда коливань іонів в вузлах решітки збільшується. При цьому зростає розсіяння електронів на іонах, а, отже, і опір. Для металів існують наближені формули залежності опору від температури :

(11)

(12)

де і - відповідно питомий опір і опір при температурі =0⁰ С , - температурний коефіцієнт опору, - температура ( за шкалою Цельсія , ⁰С ).

Температурний коефіцієнт опору характеризує відносну зміну опру провідника при нагріванні його на 1⁰ С, для різних речовин він різний при різних температурах. Але для всіх чистих металів він дорівнює приблизно : =1/273 ⁰С^-1.

На залежності опору від температури ґрунтується спосіб вимірювання як дуже високих, так і дуже низьких температур за допомогою термометрів опору.

В 1911 р. голландський фізик Г. Камерлінг- Оннес досліджував залежність опору ртуті від температури і виявилося, що при температурі 4,2 К питомий опір стрибкоподібно зменшився до дуже малого значення, близького до нуля. Це явище було названо надпровідністю . Згодом було виявлено надпровідність у більш як у 25 металів (зокрема у цинку, свинцю, алюмінію), а також у багатьох сплавів, деяких напівпровідників і полімерів. Температура, при якій відбувається перехід в стан надпровідності провідників (критична температура) знаходиться в межах від 0,14 К для іридію до 9,22 К для ніобію.

У 1986 р. швейцарський фізик К. Мюлер і німецький фізик Г. Беднорц відкрили ( працювали на той час в Цюріху) так звані високотемпературні надпровідники (металооксидні сполуки ), для яких стрибкоподібне падіння опору спостерігається при температурах близько 100 К.

Надпровідні матеріали широко використовуються в науці і техніці, зокрема для створення сильних магнітних полів, електричних кабелів з дуже малим опором, потужних двигунів і генераторів. В електроніці розроблені і використовуються перетворювачі частот, резонатори, підсилювачі сигналів для мобільного зв’язку. Можна використовувати високотемпературні надпровідники для виготовлення елементів пам’яті для комп’ютерів.