2. Постійний струм

2.Постійний струм

2.1.Електричний струм. Сила струму. Густина струму

Електричний струм — це впорядкований (напрямлений)

рух вільних носіїв заряду.

За напрям струму прийнято вважати напрям, у якому рухався б позитивний заряд.

Речовини, у яких можливий такий рух, називаються

провідниками електрики.

Струм, який виникає у провідниках, називається струмом провідності.

Умови існування струму

1.Наявність вільних носіїв заряду.

2.Наявність електричного поля.

3.Замкнене електричне коло (рис. 176). У металах вільні носії заряду — це

вільні електрони (напрям руху електро-

нів протилежний до напряму струму). Сила струму (I) — скалярна вели-

чина, яка чисельно дорівнює кількості електрики (заряду q), що переноситься за одиницю часу крізь площу поперечного перерізу:

q = It , 1 Кл = 1 А с .

Постійний струм — це струм, сила і напрям якого з часом не змінюються.

223

Електродинаміка

Ампер — сила постійного струму, який, проходячи по двох паралельних провідниках нескінченної довжини і зовсім малого поперечного перерізу, розміщених на відстані 1 м один від одного у вакуумі, викликав би між ними силу взаємодії, яка дорівнювала б 2 10−7 Н на кожний метр їхньої довжини.

Густина струму (j ) — векторна величина, модуль якої дорівнює відношенню сили струму до площі перерізу, через яку проходить струм:

j = SI .

Вектор густини струму напрямлений уздовж струму. Якщозарядвільногоносіязаряду (q0 ) ,концентраціяно-

сіївупровідникуn(їхнякількістьнаодиницюоб’єму),середня швидкість упорядкованого руху v , а площа поперечного перерізу провідника S, то сила струму I у провіднику дорівнює:

I = q0nvS .

Густина струму провідності в металах: j = nev .

2.2. Закон Ома для ділянки кола.

Опір металевих провідників. Надпровідність

Закон Ома для ділянки кола (рис. 177): сила струму I

в ділянці кола прямо пропорційна прикладеній напрузі U і обернено пропорційна опору провідника R:

R =ρ Sl , ρ =ρ0 (1+αt) ,

224

2. Постійний струм

де ρ — питомий опір провідника. Це величина, яка чисельно дорівнює опору провідника завдовжки 1 м з поперечним перерізом 1 м2 (рис. 178):

Одиниця опору встановлена на підставі закону Ома:

Термічний коефіцієнт опору (α) — відносна зміна опо-

ру провідника при нагріванні його на один градус.

Для чистих металів α ≈ 2731

У деяких металів і сплавів при температурах Tс , близьких до абсолютного нуля (0,2 ... 23 К), питомий опір дорівнює нулю — надпровідність (рис. 179).

Електропровідність провідника (G) — це величина,

обернена опору провідника:

G = R1 .

Одиниця електропровідності — сименс (См):

Закон Ома у векторній формі: j = γE,

де γ — питома електропровідність, величина, обернена пи-

томому опору провідника:

γ = 1ρ .

225

Електродинаміка

Напруга (спадання напруги) (див. «Електростатика­ »):

U = Aq .

Під час дії тільки кулонівських сил ( A = Aк ) :

U = ϕ1 −ϕ2 .

Під час дії тільки сторонніх сил (A = Aстор ): U =E — електрорушійна сила (ЕРС).

Під час дії кулонівських і сторонніх сил (A = Aк + Aстор ) :

U=(ϕ1 −ϕ2 ) +E .

2.3.Послідовне і паралельне з’єднання провідників

При послідовному з’єднанні провідників:

1.Сила струму однакова, оскільки I = qt .

2.Напруга на з’єднанні провідників дорівнює сумі напруг на кожному провіднику, оскільки

A = A1 + A2 +…+ An :

U =U1 +U2 +…+Un (рис. 180).

U

U1 U2

Рис. 180

Напруга на провідниках прямо пропорційна їхнім опо- рам: U1 = R1 .

U2 R2

226

2. Постійний струм

3. Опір з’єднання дорівнює сумі опорів провідників:

R = R1 + R2 + …+ Rn .

При паралельному з’єднанні провідників:

1. Напруга на провідниках однакова, бо

U = Aq .

2.Сила струму в нерозгалуженій частині кола дорівнює сумі струмів у провідниках (рис. 181):

I = I + I2 + …+ In .

Сила струму у провідниках обернено пропорційна­ опору

провідників:

I1 = R2 .

I2 R1

3.Електропровідність з’єднання дорівнює сумі електропровідностей провідників:

Провідник, носій опору у колі, називається резистор. Резистори бувають із постійним опором (постійні резистори)

і регульовані (реостати, потенціометри).

Реостат — прилад для регулювання сили струму в колі

шляхом зміни опору кола:

реостат з ковзаючим контактом — рис. 182, а; реостат штепсельний (магазин опорів) — рис. 182, б.

Потенціометр — прилад для регулювання напруги

(рис. 182, в).

227