3.2. Законы постоянного тока

3.2.1. Электрический ток, сила тока. Единицы силы тока в СИ. Закон Ома для однородного участка электрической цепи. Сопротивление однородного цилиндрического проводника. Удельное сопротивление. Зависимость сопротивления металлических проводников от температуры. Сверхпроводимость. Законы последовательного и параллельного соединения проводников. Шунты и добавочные сопротивления

Электрический ток – направленное (упорядоченное) движение заряженных частиц.

Условия, необходимые для существования электрического тока: 1) наличие свободных заряженных частиц; 2) сила, действующая на них со стороны электрического поля в определенном направлении (существующая при наличии между концами проводника разности потенциалов).

Сила тока – физическая величина, равная отношению заряда q, перенесенного через поперечное сечение проводника за некоторый отрезок времени t, к величине этого временного отрезка: I = q/t.

Единица силы тока в СИ: 1А (ампер) (устанавливается по магнитному взаимодействию токов).

Силу тока измеряют амперметрами.

Закон Ома для однородного участка цепи: сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах цепи и обратно пропорциональна сопротивлению этого участка.

Формула закона Ома для однородного участка цепи: I = U/R, где U – напряжение на концах участка, R – сопротивление участка.

Сопротивление однородного цилиндрического проводника зависит: 1) от материала проводника; 2) его длины; 3) площади поперечного сечения. Сопротивление проводника обозначается буквой R.

Единица сопротивления проводника: 1 Ом (1 Ом = 1В/А).

Формула для расчета сопротивления однородного цилиндрического проводника: , где ρ – удельное сопротивление проводника, ℓ – длина проводника, S – площадь поперечного сечения проводника.

Удельное сопротивление проводника – физическая величина, численно равная сопротивлению проводника, изготовленного из данного материала, длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1м².

Единица удельного сопротивления в СИ: 1 Ом·м.

Единица удельного сопротивления, принятая в технике: .

Формула, выражающая зависимость удельного сопротивления металлических проводников от температуры: , где ρ_о – удельное сопротивление проводника при 0⁰С, α – температурный коэффициент сопротивления, t ^o – температура проводника.

Сверхпроводимость – явление исчезновения сопротивления проводника при его охлаждении ниже критической температуры (открыто голландским физиком Камерлинг – Оннесом в 1911 году в опытах с ртутью).

Законы последовательного соединения проводников:

I₁= I₂= … = I_n – сила тока во всех проводниках одинакова.

U_o= U₁ + U₂ + …+ U_n, где U_o – напряжение на концах всего участка, U₁ ,U₂,…,U_n – напряжение на концах каждого проводника.

R_o= R₁ + R₂ + …+ R_n, где R_o – сопротивление всего участка, R_1, R₂ ,… ,R_n – сопротивление каждого проводника.

Законы параллельного соединения проводников:

I₀= I₁+ I₂+ … + I_n, где I₀ – сила тока в участке, I_{1 ,}I₂, …, I_n – сила тока в каждом проводнике.

, где R_o – сопротивление всего участка, R_1,R₂,… ,R_n – сопротивление каждого проводника.

U_o= U₁ = U₂= … = U_n – напряжение на всех проводниках одинаково.

Шунт – проводник, позволяющий расширить пределы измерений амперметра. Шунт подключается к амперметру параллельно.

Формула для расчета сопротивления шунта: , где R_Г – сопротивление гальванометра, n – отношение «нового» предела измерений амперметра к прежнему (т.е. число, показывающее, во сколько раз изменился предел измерений амперметра).

Добавочное сопротивление – проводник, позволяющий расширить пределы измерений вольтметра. Добавочное сопротивление подключается к вольтметру последовательно.

Формула для расчета добавочного сопротивления: , R_Г – сопротивление гальванометра, n – отношение «нового» предела измерений вольтметра к прежнему (т.е. число, показывающее, во сколько раз изменился предел измерений вольтметра).