фізика / 2 семестр 1 атестація К9 / тема 7 Пост струм / заняття 31

Тема 4. Закони постійного струму

Заняття 31

Електричний струм

Мета: дати визначення про електричний струм, питомий опір та опір провідників; пояснити фізичне значення закону Ома для ділянки кола, вказати межі його застосування, навчити учнів розв’язувати нескладні задачі на застосування формули закону Ома та визначення опору провідників.

1. Умови існування струму.

2. Швидкість руху носіїв заряду

3. Опір провідника. Питомий опір провідника

4. Закон Ома для ділянки кола.

Ключові слова: електричний струм, опір провідника, питомий опір провідника, закон Ома для ділянки кола

Теоретичні відомості

Електричним струмом називається підпорядкований (спрямований) рух заряджених частинок.

Наявність електричного струму виявляється:

1. провідник, по якому тече струм, нагрівається;

2. електричний струм може змінювати хімічний склад провідника;

3. струм діє на сусідні струми і намагнічені тіла (основна властивість).

Основна силова характеристика електричного струму - векторна фізична величина сила струму , чисельно рівна відношенню заряду q, що пройшов через поперечний перетин провідника за інтервал часу  t.

. Одиниці вимірювання сили струму - ампер: [I] = А = .

За напрям струму приймають напрям руху додатно заряджених частинок.

Необхідною умовою існування електричного струму є наявність вільних носіїв заряду (електронів, іонів). Достатньою умовою існування є різниця потенціалів на кінцях провідника.

Швидкість руху носіїв заряду. Якщо носії заряду в провіднику за час t проходять відстань l із швидкістю , то сила струму , де q_o - заряд однієї частинки, n - концентрація зарядів в елементарному об'ємі, S - площа поперечного перерізу провідника. Звідси швидкість заряджених частинок , зокрема, для металевих провідників .

Опір провідника. Питомий опір провідника

Основною електричною характеристикою провідника є його опір R, тобто здатність перешкоджати електричному струму. Опір провідника залежить від матеріалу провідник і його геометричних розмірів.

Матеріал	ρ, Ом·м
алюміній	2,82 · 10-8
графіт	3,57 · 10-8
мідь	1,73· 10-8
золото	2,44 · 10-8
залізо	9,71 · 10-8
ртуть	94,8 · 10-8
платина	10,6 · 10-8
срібло	1,59 · 10-8
янтар	5 · 1014
скло	1013 - 1014
дерево	108 - 104

, де  - питомий опір провідника, l - довжина провідника, S - площа поперечного перетину. Вимірюється опір в омах. [R] = Ом.

Питомий опір чисельно рівний опору провідника, що має форму куба з ребром 1 м, якщо струм направлений уздовж нормалі до двох протилежних граней куба. Значення питомих опорів різних матеріалів можна знайти в спеціальних таблицях. Одиниці вимірювання питомого опору - омметри. [] = Ом^.м.

Провідник має опір 1 Ом, якщо при різниці потенціалів 1 В сила струму в ньому 1А.

Закон Ома для ділянки кола. Якщо усередині провідника є електричне поле, то між кінцями провідника відповідно до формули існує різниця потенціалів. Електричне поле виконує роботу А по переміщенню електричного заряду q. Енергетична характеристика електричного струму - напруга U чисельно рівна відношенню роботи А по переміщенню електричного заряду до величини цього заряду q: .

Закон Ома для ділянки кола: сила струму на ділянці кола прямо пропорційна напрузі на цій ділянці і обернено пропорційна опору цієї ділянки. .

Приклад рішення задач

Приклад 1. Знайти швидкість підпорядкованого руху електронів у провіднику перерізом 5 мм² при силі струму 10 А, якщо концентрація електронів провідності 5^.10²⁸ м^-3.

Рішення.

S =5 мм² = 5^.10^-6 м² Звідси швидкість заряджених частинок , зокрема,

I = 10 A для металевих провідників .

n = 5^.10²⁸ м^-3 =2,5^.10^-3 м/с.

 -?

Контрольні питання

1. Що таке електричний струм?

2. Що називається силою струму?

3. Що приймається за напрям струму?

4. Що таке напруга?

5. Від чого залежить опір провідників?

6. Що таке питомий опір?

7. Як формулюється закон Ома для ділянки кола?

Вправа 31

Якісні задачі

1. Мідний та алюмінієвий провідники мають однакову масу та опір. Який провідник довше та у скільки разів.

2. Що стане з мережею якщо замінити мідні провідники на ніхромові?

3. Як зміниться опір провідника без ізоляції, якщо його скласти навпіл? а потім що навпіл?

4. Чи збільшиться швидкість електронів, якщо провідник нагріти?

Задачі для закріплення матеріалу

1. Скільки електронів проходить крізь поперечний переріз провідника за 1 нс при силі струму 32 мкА?

2. Знайти швидкість підпорядкованого руху електронів у мідному провіднику перерізом 25 мм² при силі струму 50 А, вважаючи що на кожен атом прийдеться один електрон провідності.

3. Яка напруженість поля в алюмінієвому провіднику перерізом 1,4 мм² при силі струму 1 А?

4. Знайти силу струму у стальному провіднику довжиною 10 м та перерізом 2 мм², на який подана напруга 12 мВ.