29. Постійний електричний струм. Умови існування струму. Сила струму. Електричне поле…..

Пості́йний струм — електричний струм, незмінний в часі.

Необхідно відзначити деяку некоректність терміну постійний струм: насправді для постійного струму незмінним є перш за все значення напруги(вимірюється у вольтах), а не значення струму (вимірюється в Амперах), хоча значення струму також може бути незмінним. Тому термін постійний струм слід розуміти як постійну напругу. Далі використовуватимемо термін саме в цьому значенні.

Використання терміну постійний струм (так само, як і змінний струм) підкреслює «силовий» характер даного сигналу, тобто це електричний сигнал, що передає потужність, призначений для живлення електричних пристроїв. У інших значеннях використовують точніші терміни: напруга, сигнал тощо

Нерідко цим терміном називають також електричний струм, який з часом може і змінюється за величиною, але не змінюється за напрямом (наприклад, пульсуючий електричний струм). 

Постійний струм широко використовується в техніці: живлення переважної більшості електронних схем виконується постійним струмом. Змінний струм використовується переважно для зручнішої передачі від генератора до споживача. Перетворення постійного струму в змінний забезпечують інвертори.

Для існування електричного струму в речовині мають бути вільні заряджені частинки і створена між кінцями провідника різниця потенціалів. Щоб струм через провідник був тривалим, цей провідник має бути замкнутим. У протилежному випадку заряди нагромаджуватимуться на кінцях провідника, відштовхуватимуть наступні однойменно заряджені частинки і струм припиниться. Якби рухомі заряджені частинки у провіднику не взаємодіяли з іншими зарядженими частинками, після приведення їх в рух вони продовжували б його як завгодно довго. Такий струм можна спостерігати в деяких металах при дуже низьких температурах, близьких до абсолютного нуля. Опір таких металів - їх називають надпровідниками - дорівнює нулеві.

Сила струму на ділянці кола прямо пропорційна прикладеній напрузі і обернено пропорційна опорові цієї ділянки: . Вперше цю залежність сили струму від напруги й опору встановив у 1827 р. німецький вчений Георг Ом. На його честь вона називається законом Ома для ділянки кола. Іноді формулу закону Ома записують так: U=IR, добуток IR називають спадом напруги на даній ділянці кола. Якщо вона не містить джерела струмку, то поняття напруги і спаду напруги співпадають. Си́ла електри́чного стру́му (сила струму або просто струм) — кількісна характеристика електричного струму в провіднику, скалярна величина  , яка відповідає кількості заряду ( ), що проходить через перетин провідника за час  , розділеному на цей проміжок часу. Силою струму, називають, ще величиною, що характеризує швидкість перенесення заряду частинками, які створюють струм, через поперечний переріз провідника. Струм - це упорядкований рух заряджених частинок. У системі СІ сила струму вимірюється в A. Відповідно, густина струму вимірюється в A/м².

Якщо за кожен проміжок часу   заряд   однаковий і напрямок струму незмінний, то такий струм називають постійним.

У випадку, коли ці величини залежать від часу, силу струму описують так:

,

такий струм називають змінним.

Електри́чне ко́ло — сукупність сполучених між собою провідниками резисторів, конденсаторів, котушок індуктивності, джерел струму й напруги,перемикачів тощо, через яку може проходити електричний струм.

Електричне коло може включати в себе як лінійні так і нелінійні елементи. Лінійними елементами електричного кола називають такі, для яких існує пропорційність між падінням напруги та силою струму. До лінійних елементів належать резистори, конденсатори та котушки індуктивності. Для нелінійних елементів залежність між силою струму та падінням напруги, яку називають вольт-амперною характеристикою, — складна функція. До нелінійних елементів належать, наприклад, діоди й транзистори.

Електри́чний о́пір — властивість провідника створювати перешкоди проходженню електричного струму.

Позначається здебільшого латинською літерою R, одиниця опору в СІ - Ом.

Електричний опір використовується у випадках лінійної залежності електричного струму в провіднику від прикладеної напруги, й є коефіцієнтом пропорційності між падінням напруги U й силою струму I

.

Опір - це величина, яка характеризує спроможність елемента перетворювати електричну енергію на тепло

Последовательное соединение резисторов[править]

При последовательном соединении резисторов их сопротивления складываются 

Если  , то общее сопротивление равно: 

При последовательном соединении резисторов их общее сопротивление будет больше наибольшего из сопротивлений.

Параллельное соединение резисторов

При параллельном соединении резисторов складываются величины, обратно пропорциональные сопротивлению (то есть общая проводимость   складывается из проводимостей каждого резистора  )

 

Если цепь можно разбить на вложенные подблоки, последовательно или параллельно включённые между собой, то сначала считают сопротивление каждого подблока, потом заменяют каждый подблок его эквивалентным сопротивлением, таким образом находится общее(искомое) сопротивление

Для двух параллельно соединенных резисторов их общее сопротивление равно:  .

Если  , то общее сопротивление равно: 

При параллельном соединении резисторов их общее сопротивление будет меньше наименьшего из сопротивлений.

Смешанное соединение резисторов

Схема состоит из двух параллельно включённых блоков, один из них состоит из последовательно включённых резисторов   и  , общим сопротивлением  , другой из резистора  , общая проводимость будет равна   , то есть общее сопротивление  .

Для расчёта таких цепей из резисторов, которые нельзя разбить на блоки последовательно или параллельно соединённые между собой, применяют правила Кирхгофа. Иногда для упрощения расчётов бывает полезно использовать преобразование треугольник-звезда и применять принципы симметрии.

Роботу сил електричного поля, які переміщують заряди у провіднику, можна розглядати як роботу струму. З формули напруги   випливає:  . З виразу сили струму   запишемо   і підставимо цей вираз у формулу роботи: А = IUt. Потужність струму P дорівнює роботі, поділеній на час, тому Р = IU, отже існує зв’язок вата з електричними одиницями:Вт=А•В. При зіткненні електронів з атомами в провіднику кінетична енергія електронів перетворюється на теплову енергію провідника. Кількість теплоти, що виділяється у провіднику зі струмом, дорівнює роботі електричного струму: Q = IUt. Якщо опір провідника відомо, то, виразивши U із закону Ома (тобто  ), запишемо: , тобто кількість теплоти, яку виділяє в провіднику струм, пропорційна квадрату сили струму, опору провідника і часу протікання струму через провідник. У такому вигляді найчастіше виражають закон теплової дії струму — закон Джоуля — Ленца (Емілій Християнович Ленц — російський фізик). 

Ккд джерела: η=U/εдж