Питання 12: Рух зарядів в електричному полі, електричний струм. Закон Ома для ділянки кола

До 1800 року розвиток електрики базувався в основному на одержанні статичних зарядів за рахунок тертя. У 1800 році відбулася подія величезного практичного значення: Алессандро Вольта винайшов електричну батарею і вперше одержав стійкий потік електричного заряду, тобто постійний електричний струм.

Якщо з’єднати дротиною два заряджених тіла (кулі, закріплені на електрометрах), між якими існує різниця потенціалів, то потенціали будуть вирівнюватись, при цьому заряди на тілах перерозподіляться, а в з’єднувальній дротині відбудеться напрямлений рух зарядів, який і називають електричним струмом. Причиною спрямованого руху носіїв струму є електричне поле, яке діє на заряджені частинки з силою .

Яка ж умова виникнення електричного струму?

1). Наявність в середовищі ( у провіднику) вільних заряджених частинок;

2). Наявність електричного поля, за рахунок енергії якого переміщувались би дані заряди.

Якщо всередині провідника існує електричне поле, то між кінцями провідника є різниця потенціалів, тому другу умову можна сформулювати так: наявність різниці потенціалів на кінцях провідника.

Струм в середовищі триватиме доти, поки потенціали обох тіл не зрівняються.

Історично так склалось, що за напрямок електричного струму прийняли рух позитивно заряджених частинок. В металах, як відомо, носії струму − електрони, тому вважають, що напрямок струму протилежний до руху заряджених частинок.

Для кількісної оцінки електричного струму введено поняття сили струму. Сила струму − скалярна фізичнавеличина, яка чисельно дорівнює величині заряду, що переноситься через поперечний переріз провідника за одиницю часу . Коли сила струму і його напрямок з часом не змінюються, то такий струм називається постійним. Для постійного струму

.

В системі СІ одиницею сили струму є [1 А]=[1 Кл/1 с]. Якщопровідник однорідний і струм рівномірно розподіляється по всьому перерізові провідника, то називається густиною струму. Густина струму − векторна величина, його напрямок збігається з напрямком струму.

Питання 13: Сторонні сили. Електрорушійна сила. Закон Ома для неоднорідної ділянки і повного кола. Робота і потужність постійного струму.

Якщо на ділянці кола діють лише потенціальні сили (рис.5.9,а), то закон Ома записується у відомому вигляді . Якщо ж у колі проявляється ще й дія сторонніх сил (рис.5.9,б), то закон Ома набуде вигляду + , звідки

+ . Це і є закон Ома для будь-якої ділянки кола.

Закон Ома можна поширити і на все коло. З’єднавши точки 2 та 1 (рис.5.9,в), перетворимо різницю потенціалів в нуль, і врахувавши опірджерела струму закон Ома набуде вигляду . Це і є вираз закону Ома для повного електричного кола.

Останній вираз можна подати в різних формах. Як відомо, напруга на зовнішній ділянці залежить від навантаження, тобто

, або , або .

У цих виразах Ir − це спад напруги всередині джерела струму, а також видно, що напруга U менша від ε на величину Ir. Причому, чим більший зовнішній опір порівняно із внутрішнім, тим більше Uнаближається до ε.

Розглянемо два особливих випадки, стосовно зовнішнього опору кола.

1). R=0 − таке явище називають коротким замиканням. Тоді, із закону Ома маємо − , тобто струм в колі зростає до максимуму, а зовнішній спад напруг U→0. При цьому в джерелі виділяється велика потужність, що може призвести до його псування.

2). R=∞, тобто електричне коло розірване, тоді , а . Отже, в цьому випадку, ЕРС чисельно дорівнює напрузі на клемах розімкнутого джерела струму.