32. Основна характеристика струму – сила струму.Сила струму – це скалярна фізична величина, яка визначається електричним зарядом, що проходить через поперечний переріз провідника за одиницю часу:

Якщо сила струму і його напрям не змінюються з часом, то такий струм називається постійним:

Густина струму – це фізична величина, яка визначається силою струму, що проходить через одиницю площі поперечного перерізу провідника, перпендикулярного напрямку струму: .Зазначимо, що сила і густина струму виражаються через швидкість упорядкованого руху зарядів в провіднику. сила струму Густина струму або в векторній формі: тобто густина струму – вектор, напрям якого співпадає з упорядкованим рухом позитивних зарядів. Одиниця густини струму – ампер на м2 (А/м2)

Опір току залежить від структури речовини, а також від його температури. При збільшенні температури опір збільшується. Силу опору у фізиці вимірюють в одиницях, званих Ом. Позначається опір буквою R. Опір провідника в один Ом — це такий опір, при якому при напрузі на кінцях провідника в один вольт сила струму дорівнює одному амперу. Опір провідників розрізняється. Є провідники, які проводять струм краще, як наприклад, срібло або мідь, або гірше, як наприклад, залізо. Від цього залежать втрати струму при проходженні через провідник. У деяких речовин опір струму настільки сильно, що вони не здатні його проводити в звичайних умовах. Такі речовини називають непроводниками. Їх використовують в якості ізоляторів. Це такі речовини, як фарфор, гума, ебоніт і так далі. Величина, що характеризує опір речовини, називається питомим опором.

Залежність опору від розмірів провідника Для провідника довжиною l і поперечним перерізом S опір визначається за формулою. де ρ — питомий опір — характеристика матеріалу з якого виготовлений провідник. Питомий опір — це опір провідника кубічної форми з одиничними розмірами. Найменше значення ρ для срібла і золота. Ці матеріали використовують для виготовлення контактів в мікросхемах.

Залежність опору від температуриПричиною виникнення опору є розсіювання (зіткнення) носіїв заряду на атомах ґратки. При збільшенні температури, по-перше, збільшується теплова швидкість електронів; по-друге, збільшується амплітуда коливання атомів відносно їхнього рівноважного положення. Необхідно зазначити, що вплив першого процесу, а саме — збільшення теплової швидкості, в меншій мірі впливає на опір провідника, ніж коливання атомів, оскільки при кімнатній температурі (20o С) теплова швидкість становить близько 105 см/сек, або 100 км/сек. Тому підвищення температури, наприклад на Δt = 40 — 60 oС, не приведе до суттєвого збільшення швидкості. А от амплітуда коливання атомів може збільшитися в кілька разів. Це викличе збільшення ефективного перетину розсіювання носіїв заряду на атомах і, як наслідок, приведе до збільшення ймовірності розсіювання. Зазначені явища призводять до втрат енергії носіями заряду. Струм через провідник при цьому зменшиться, тобто опір провідників при нагріванні збільшується.

33. Закон Ома для ділянки кола.

Найпростіше електричне коло може складатися з джерела струму, споживача опоруR, з’єднувальних провідників, амперметра і вольтметра.  Закон Ома для ділянки електричного кола: на деякій ділянці кола сила струму Iпрямо пропорційна напрузі U і обернено пропорційна опору R ділянки: 

- закон Ома

закон Ома для неоднорідної ділянки кола: сила струму в неоднорідній ділянці кола прямо пропорційна сумі електрорушійної сили на ділянці, різниці потенціалів на кінцях ділянки і обернено пропорційна повному опору ділянки.

Ома для повного кола: сила струму в колі прямо пропорційна електрорушійній силі джерела струму і обернено пропорційна повному опору кола.

Закон Ома для замкнутого колаЗамкнуте коло складається з двох частин – внутрішньої та зовнішньоїВнутрішня – джерело струму, зовнішня – споживачі провідники, тощоСила струму прямо пропорційна ЕРС і обернено пропорційна повному опору колаАналіз деяких режимів роботиЗ’єднання джерел струмуПослідовне: для більшого значення струму в n раз (n – кількість джерел струму) Паралельне: для створення більшого струму, ніж допустимий для 1 джерела

Закон Ома для однорідної ділянки кола.Сила струму І в однорідній ділянці кола прямо пропорційна напрузі, яку прикладено до ділянки і обернено пропорційна характеристиці ділянки, яку називають електричним опором провідника

Пам"ятаємо, що опір провідника R визначає його здатність обмежувати силу струму в колі і пов"язаний ( в металах ) з розсіюванням електронів провідності на теплових коливаннях кристалічної решітки та структурних неоднорідностях.Вектор густини струму в довільній точці провідного середовища визначається вектором напруженості електричного поля в цій точці та провідністю цього середовища Зауважу, що диференціальна форма запису закону Ома, містить величини, котрі характеризують електричний стан середовища в одній і тій же точці.

34. Напруга на зовнішньому опорі замкненого кола завжди менша від ЕРС, що дорівнює: U = IR = ε - Ir. Переміщуючи заряди у провіднику, електричне поле виконує роботу. Її значення можна визначити, використавши визначення напруги і сили струму: , де q = I∆t A = UI∆t. (4.2.5)

Робота струму дорівнює добутку сили струму напруги і часу, впродовж якого виконується робота. Як і в механіці, роботу струму вимірюють у джоулях. Якщо у формулу (4.2.5) підставити почергово значення сили струму, а потім напруги із закону Ома для ділянки кола, то отримаємо інший вираз для визначення роботи електричного струму: Формула (4.2.6) зручна для визначення роботи струму в колі з паралельним з'єднанням провідників, оскільки напруга на всіх провідниках при цьому однакова: A = UI∆t, де U = IR, A = I 2R∆t. (4.2.7)

Формулою (4.2.7) зручно користуватись у разі послідовного з'єднання провідників у колі, оскільки через всі провідники проходить однаковий струм.Будь-який електричний прилад розрахований на споживання певної енергії за одиницю часу. Тому поряд із роботою струму велике значення має потужність струму. Вона дорівнює відношенню роботи струму за час ∆t до цього часу: Як і в механіці, її вимірюють у ватах (Вт). На більшості приладів вказано потужність, яку вони споживають. На практиці широко застосовують одиницю потужності - кіловат і одиницю роботи - кіловат-годину: 1 кВт = 103 Вт, 1 кВт·год = 3,6·106 Дж.

Потужність струму P = IU = I 2 R, що споживається зовнішньою ділянкою повного кола, називають корисною. Затраченою потужністю називають потужність джерела струму Pзат = εI = I 2(R + r). Коефіцієнт корисної дії джерела Коефіцієнт корисної дії зростає зі зменшенням внутрішнього опору джерела.