Електричний струм. Електричне коло. Джерела та споживачі електричного струму. Робота та потужність електричного струму. Безпека під час роботи з електричними пристроями. Електрорушійна сила. Закон Ома для повного кола.
1. Електричний струм
Відповідно до електронної теорії, у тілах є вільні електрони, рухом яких пояснюють різні електричні явища. Ці електрони хаотично рухаються, подібно до молекул газу.
Якщо до провідника прикладено зовнішнє електричне поле, то на безладний тепловий рух вільних електронів накладається напрямлений рух під дією сил електричного поля — так званий дрейф електронів, що й обумовлює електричний струм.
Напрямлений рух заряджених частинок називають електричним струмом.
За напрямок струму домовилися приймати напрямок, у якому рухаються позитивно заряджені частинки. Наприклад, позитивно заряджені іони рухаються в напрямку струму. У металах носіями заряду є негативно заряджені електрони, тому в металі напрямок струму протилежний до напрямку руху носіїв заряду. Електричний струм може бути отриманий тільки в речовині, у якій є вільні заряджені частинки. Щоб вони почали рухатися, потрібно створити в провіднику електричне поле.
Отже, для існування струму в провіднику необхідні такі умови:
1) наявність вільних заряджених частинок;
2) існування в провіднику електричного поля, що характеризується різницею потенціалів на кінцях провідника;
3) замкнуте електричне коло.
Якщо різниця потенціалів не змінюється з часом, то в провіднику встановлюється постійний електричний струм.
Джерела струму
Джерело струму — це пристрій, у якому відбувається перетворення певного виду енергії в електричну. У будь-якому джерелі струму відбувається робота з поділу позитивно й негативно заряджених частинок, які накопичуються на полюсах джерела.
Роботу цю виконують так звані сторонні сили. Такі сили не можуть мати електричне походження. У джерелах струму впродовж роботи з поділу заряджених частинок відбувається перетворення механічної, внутрішньої або якої-небудь іншої енергії в електричну.
2. Сила струму
У випадку постійного струму заряд, що проходить через поперечний переріз провідника, прямо пропорційний часу. Тому постійний струм характеризують відношенням заряду до проміжку часу, протягом якого було перенесено заряд.
Сила струму I дорівнює відношенню заряду Δq, перенесеного через поперечний переріз провідника за проміжок часу Δt, до цього проміжку часу:
У системі СІ силу
струму вимірюють в амперах
(А).
Ампер є однією з основних одиниць системи СІ й визначають його за допомогою магнітної взаємодії струмів.
За сили струму в 1 А через переріз провідника щомиті проходить заряд в 1 Кл
(1 А = 1 Кл/с).
2.1. Дії електричного струму
Безпосередній рух частинок у провіднику ми побачити не можемо. Про наявність електричного струму можна судити за тими діями, які його супроводжують (теплова, магнітна, хімічна).
Теплова дія струму обумовлена тим, що в разі напрямленого руху заряджених частинок крізь речовину вони зіштовхуються з іонами, атомами й молекулами речовини, збільшуючи кінетичну енергію їх хаотичного «теплового» руху.
Магнітна дія струму обумовлена тим, що навколо рухомих зарядів існує магнітне поле, яке діє на заряди, що рухаються.
Магнітна дія струму цікава тим, що вона проявляється завжди, тоді як інші дії струму (хімічна і теплова) можуть і не проявлятися.
Наприклад, хімічна дія струму відсутня під час проходження струму через метали, а теплова відсутня в разі проходження струму через надпровідники.
Тому магнітну дію струму використовують для вимірювання сили струму (і, зокрема, для визначення одиниці виміру сили струму), а також для створення точних електровимірювальних приладів.
Хімічну дію струму почав вивчати ще сам Вольт, але найбільш повно його досліджував на початку XIX століття Фарадей, що встановив кількісні закони електролізу.
Хімічну дію струму можна спостерігати, пропускаючи електричний струм через розчин мідного купоросу CuSO4 . Учні повинні знати, що під час взаємодії речовини з розчинником молекули речовини розпадаються на позитивні й негативні іони. Ці іони починають рухатися в електричному полі. Позитивні іони рухаються до негативно зарядженого електрода (катода), а негативні іони — до позитивно зарядженого електрода (анода).