3. Електричні кола постійного струму

Електричний струм – це напрямлений рух вільних електричних зарядів у провіднику під дією зовнішнього електричного поля. В провідниках 1-го роду (метали)струм зумовлений рухом електронів, а в провідниках 2-го роду (електроліти) струм зумовлений рухом іонів.

Постійний струм – це струм, який протягом тривалого часу не змінюється за величиною та напрямком.

За напрям електричного струму вважають напрям протилежний руху електронів, вле прийнято, що струм протікає від точки з більшим потенціалом до точки з меншим потенціалом до точки з меншим потенціалом (тобто від + до - ).

Інтенсивність електричного струму оцінюється силою струму - це відношення кількості заряду через поперечний переріз провідника за одиницю часу.

I= , [A]

Силу струму вимірюють приладом, який називається амперметр та одиницею вимірювання є ампер, А; А=Кл/с.

Крім величини і напряму, характеризується густиною.

Густина струму – це відношення сили струму до площі поперечного перерізу провідника, через який протікає струм

j = , [ ]

Для провідників різного перерізу сила струму однакова, а густина різна.

Залежність густини струму від напруженості зовнішнього електричного поля визначається за формулою

j =

де - питома провідність, 1/( ).

Щоб визначити фізичну суть електропровідності, розглянемо частину провідника довжиною l, поперечним перерізом S при напрузі U і напруженості електричного поля Е ( рис 8.)

1

I + -

U

Рис. 8

обидві частини , де E= , тоді

Звідки G = , [См]

Провідність (активна провідність G) – це відношення величини струму до напруги джерела енергії. Вимірюється в сіменсах, См.

Електричний опір – це величина, що характеризує протидію електричного кола електричним зарядам, які рухаються. Вимірюється в омах, Ом. Опір є величиною, оберненою до провідності:

R= , [Ом]

Залежність опору від матеріалу і розмірів провідника визначається за формулою:

R= ,

де - питомий електричний опір, 1/Ом

Фізичний зміст електричного опору: електрони провідності під час руху зіштовхуються з вузлами кристалічної решітки металу і при цьому втрачають частину своєї кінетичної енергії, яка перетворюється в теплову і провідник нагрівається. Із збільшенням опору ймовірність зіткнень зростає.

Якщо провідники з металів і сплавів нагрівати, то в них зростає рух вільних електронів, збільшується число зіткнень з вузлами кристалічної решітки та між собою і при цьому електрони втрачають свій впорядкований рух. Внаслідок цього опір провідника збільшується.

Залежність опору від температури визначається за формулою

R2 =R1(1+ (t2 -t 1))

де R1- опір провідника при температурі t1,Ом;

R2-опір провідника при температурі t2 ,Ом;

-температурний коефіцієнт.

В техніці застосовують елементи лінійними та нелінійними опорами. У лінійних елементів (резистори) опір не залежить від напруги або струму і їх вольт-амперна характеристика (ВАХ) є прямою лінією (рис. 2).

У нелінійних елементів (транзистори, діоди ) опір залежить від напруги або струму і їх вольт-амперна характеристика (ВАХ) є непрямою лінією (рис. 10)

U U

I I

Рис. 9 Рис.10