Ііі.7 Опір провідників. Закон Ома для ділянки кола. Робота і потужність струму

При направленому русі в провідниках І роду електрони весь час наштовхуються на атоми і молекули провідника. Внаслідок цього зменшується швидкість їх направленого руху, а значить і зменшується сила струму І, тобто кількість електронів, що переноситься через поперечний переріз провідника за 1 с.Властивість провідників перешкоджати направленому руху зарядів називають опором R.Очевидно, що чим більша довжина провідника, тим його опірRбільший, а чим більша площаS його поперечного перерізу, тим опір менший. Досвід показує:

R = ,(ІІІ.11)

де ρ – питомий опір провідника, який залежить від типу його молекул, і їх взаємного розміщення в просторі.

Питомий опір речовиниρ (вимірюється в омах, помножених на метр) дорівнює вираженому в омах опору куба з ребром 1 м із певної речовини при струмі, паралельному одному із ребер куба.

Числове значення сили струму в провіднику визначають, користуючись експериментально встановленим законом Ома для ділянки кола:

Сила струму І в провіднику прямо пропорційна падінню напруги Uна кінцях провідникаі обернено пропорційна його опору R:

І = .(ІІІ.12)

Звідси:

R = . (ІІІ.13)

Величину опору провідників вимірюють в омах.

Опір провідника дорівнює 1 ому (1 Ом), якщо при падінні напруги на ньому, рівній 1 В, сила струму дорівнює 1 А.

1 Ом = 1 .

Вище неодноразово відмічалось, що робота Апо переміщенню зарядуq в електричному полі:

А = q (φ₁ ­- φ₂), або

А = q U.

Врахуємо, що q = Іt, тодіА = І U t, а з урахуванням закону Ома:

А = І U t = . (ІІІ.14)

Швидкість виконання роботи електричного струму, як і будь-якої роботи, характеризують поняттям потужності: . З урахуванням (ІІІ.14) дляPмаємо:

P = І U = .(ІІІ.15)

Робота електричного струму та його потужність, як і механічні робота та потужність, вимірюються у джоулях і ватах, відповідно.

Ііі.8 Закон Ома для замкнутого кола

Нехай електричне коло складається із джерела струму з внутрішнім опором rта електрорушійною силою Є і провідника, який з’єднує полюси генератора і має опірR(рис. ІІІ.11). Для такого кола згідно з формулою (ІІІ.9):

Є,

а з урахуванням того, що різниця потенціалів дорівнює напрузіU:

Є (ІІІ.16)

Використовуючи формули (ІІІ.7), (ІІІ,12) і (ІІІ.13), рівняння (ІІІ.16) приймає вигляд:

Є.

Звідси:

, (ІІІ.17)

де: – повний опір електричного кола.

Рис. ІІІ.11

Таким чином, закон Ома для замкнутого кола:

Сила електричного струму в замкнутому електричному колі пропорційна електрорушійній силі генератора і обернено пропорційна повному опору кола:

.

IV. Електромагнетизм

IV.1 Природа магнетизму. Взаємодія електричних струмів. Напруженість магнітного поля. Закон і формула Ампера

Всі магнітні явища пов’язані з рухом електричних зарядів. Зокрема, це проявляється у взаємодії електричних струмів (провідників зі струмами) між собою. Однаково направлені струми притягуються, протилежно направлені – відштовхуються. Взаємодія постійних магнітів пов’язана із зарядженими частинками, що входять до складу атомів.

Важливою особливістю магнітних явищ є те, що електричні струми взаємодіють між собою в будь-якому середовищі, у тому числі й у вакуумі. Цей факт привів до висновку, що навколо струмів і постійних магнітів існує особливий вид матерії – магнітне поле.

Особливий вид матерії, що існує навколо електричних зарядів, які рухаються (струмів), і через який передається дія від одних струмів до інших, називається магнітним полем.

Вивчаючи явище взаємодії електричних струмів для двох паралельних прямолінійних провідників, Ампер установив закон, відомий як закон Ампера:

Два паралельних провідники зі струмом взаємодіють між собою у вакуумі із силою F прямо пропорційною силам струмів в них І₁, І₂, довжинам провідників l₁, l₂ і обернено пропорційною квадрату відстані між ними (рис. ІV.1):

, (ІV.1)

де μ₀ – магнітна стала (μ₀ = 4π · 10^-7 Гн/м).

Із закону Ампера видно, що на різних відстаняхr від першого провідника на внесений в його магнітне поле другий провідник діє різна сила. Це означає, що магнітне поле струму в різних місцях про-стору різне. Для характеристики магнітних полів користуються поняттям напруженості. Рис. ІV.1

Напруженістю Н магнітного поля нази-

вають поділену на магнітну сталу силу, з якою магнітне поле в даному місці простору діє на провідник довжиною 1 м із силою струму 1 А.

Якщо в законі Ампера І₂ = 1 А, l₂ = 1 м, то для напруженостіН магнітного поля прямолінійного провідника зі струмом на будь-якій відстані від нього маємо:

(ІV.2)

Згідно з (1V.2) розмірність одиниці вимірювання напруженості магнітного поля:

.

Один ампер на метр є напруженість магнітного поля, що створюється довгим прямолінійним провідником зі струмом 1 А на відстані 1/(2) м від його осі.

Знання величини Ндозволяє знайти силу, що діє з боку магнітного поля на внесений в нього провідник зі струмом І довжиною l. Із формул (ІV.1) і (ІV.2) маємо:

(ІV.3)

Це рівняння називається формулою Ампера.