Закон Ома для повного кола

За законом Ома сила струму в замкненому колі , де r — опір джерела струму (внутрішній опір), R — опір споживачів електричної енергії і з’єднувальних провідників. Закон Ома для ділянки U= IR. З класичної теорії електропровідності металів можна зробити висновок, що при замиканні електричного ланцюга кожний вільний електрон металу під дією сил електричного поля починає рухатися з прискоренням а=Ее/m, де Е - напруженість електричного поля; m - маса електрона.

До зіткнення з іоном гратки електрон рухається впродовж часу вільного пробігу . Максимальна швидкість електрона перед зіткненням з іоном v_m=a. Час вільного пробігу електрона залежить від середньої довжини вільного пробігу і середньої швидкості його теплового руху

.

Тоді максимальна швидкість спрямованого руху електрона

.

а середня швидкість спрямованого руху електрона

.

81. Густина струму за напрямом збігається з напрямом струму і вимірюється величиною заряду, що переноситься за одиницю часу через одиничну площину, перпендикулярну до напряму струму: j=dq/dS*dt=dI/dS. Якщо провідник однорідний і струм рівномірно розподілений по всьому перерізу: j=I/S. Густини струмів у різних перерізах провідника обернено пропорційні площам цих перерізів. Урахувавши, що q=en₀Sl, j=en₀v, де v=l/t – середня швидкість упорядкованого руху заряджених частинок; е – елементарний заряд. Отже густина струму визначається густиною носіїв зарядів і швидкістю їх упорядкованого руху. Закон Ома:сила струму в провіднику прямо пропорційна різниці потенціалів на кінцях провідника й обернено пропорційна опору на кінцях цього провідника

I=U/R. A=В/Ом. Закон порушується в тих випадках, коли в провідниках не вистачає носіїв електричних зарядів і настає насичення, наприклад, коли струм проходить через іонізований газ. Закон Ома виражає лінійну залежність величини струму від напруги:

Графік функції І=f (U) назив вольт-амперною характеристикою даного провідника.

82. Пито́мий о́пір — кількісна характеристика речовини, якою визначається здатність створювати опір електричному струму. Позначається зазвичай грецькою літерою ρ.

Одиниця вимірювання питомого опору в системі СІ — Ом*м або Ом*м²/м.

Питомий опір використовується для характеристики провідників і напівпровідників в умовах, коли виконується закон Ома. Питомий опір — обернена величина до питомої провідності σ. Найменший питомий опір мають срібло, мідь, алюміній. Для хімічно чистих металів у межах температур Т=273-373 К опір провідника лінійно залежить від температури. Істотний вплив на опір провідника мають домішки. Сплави мають більший питомий опір. Із зниженням температури і наближенням до абсолютного нуля опір провідників зменшується.

Опір провідника довжиною l і з поперечним перерізом S визначається співвідношенням.

Питомий опір провідників зростає зі збільшенням температури. Це явище зумовлене посиленням хаотичного руху атомів, а отже збільшенням частоти розсіяння носіїв заряду. Для напівпровідників питомий опір здебільшого зменшується при підвищенні температури, з-за росту концентрації носіїв заряду.

Провідність – здатність тіла, речовини проводити тепло, звук, електрику, іншу плинну речовину (газ, рідину) тощо. Відповідно розрізняють теплопровідність, звукопровідність, електропровідність, провідність пласта і т.д.

• Електропровідність — здатність речовини проводити електричний струм.

• Теплопровідність — здатність речовини переносити теплову енергію, а також кількісна оцінка цієї здатності.

• Звукопровідність

Величина σ, обернена до питомого опору провідника, називається питомою електропровідністю: σ=1/ρ. Питому провідність вимірюють у сименсах на метр: См/м. Залежно від електропровідності всі речовини поділяють на провідники, діелектрики і напівпровідники. Електропровідність змінюється при зміні температури, тику, агрегатного стану і залежить від електричного та магнітного полів, опромінення

83. суть опору зводиться до витрат енергії джерел на роботу проти сил взаємодій рухомих заряджених частинок з навколишнім середовищем, зокрема в твердих тілах – проти сил взаємодії рухомих електронів з іонами кристалічної решітки. Звичайно за опором тіла поділяються на три класи: провідники, напівпровідники та ізолятори. Цей поділ умовний, тому що опір провідника залежить від таких факторів: роду матеріалу, розмірів, домішок, деформацій, температури. При заданій температурі опір однорідного провідника з незмінним перерізом S дорівнює: R=ρ*l/S, де l– довжина провідника, ρ- питомий опір провідника. Для існування електричного струму в речовині мають бути вільні заряджені частинки і створена між кінцями провідника різниця потенціалів. Закон Ома:сила струму в провіднику прямо пропорційна різниці потенціалів на кінцях провідника й обернено пропорційна опору на кінцях цього провідника

I=U/R. A=В/Ом. Закон порушується в тих випадках, коли в провідниках не вистачає носіїв електричних зарядів і настає насичення, наприклад, коли струм проходить через іонізований газ. Закон Ома виражає лінійну залежність величини струму від напруги:

Графік функції І=f (U) назив вольт-амперною характеристикою даного провідника.

Електрична енергія від джерела струму передається по проводах споживачам: електродвигунам, лампам, нагрівальним приладам, телевізорам, радіоприймачам тощо. За допомогою з’єднувальних провідників і вимикачів в електричне коло часто вмикають також вимірювальні прилади: амперметри, вольтметри, омметри, лічильники електричної енергії тощо.

84. Закон Джоуля - Ленца - фізичний закон, що дає кількісну оцінку теплового дії електричного струму. Встановлено в 1841 році Джеймсом Джоулем і незалежно від нього в 1842 Емілем Ленцов.

У словесній формулюванні звучить таким чином

Потужність тепла, що виділяється в одиниці обсягу середовища при протіканні електричного струму, пропорційна добутку щільності електричного струму на величину електричного поля

Математично може бути виражений в такій формі:

де w - Потужність виділення тепла в одиниці об'єму, - Щільність електричного струму, - напруженість електричного поля, σ - провідність середовища.

Закон також може бути сформульований в інтегральній формі для випадку протікання струмів в тонких проводах :

Кількість теплоти, що виділяється в одиницю часу в даній ділянці ланцюга, пропорційно добутку квадрата сили струму на цій ділянці і опору ділянки

У математичній формі цей закон має вигляд

де dQ - кількість теплоти, що виділяється за проміжок часу dt, I - сила струму, R - опір, Q - повна кількість теплоти, виділене за проміжок часу від t 1 до t 2. У випадку постійних сили струму і опору:

.

Зниження втрат енергії.

При передачі електроенергії теплова дія струму є небажаним, оскільки веде до втрат енергії. Оскільки передана потужність лінійно залежить як від напруги, так і від сили струму, а потужність нагріву залежить від сили струму квадратично, то вигідно підвищувати напругу перед передачею електроенергії, знижуючи в результаті силу струму. Однак, підвищення напруги знижує електробезпека ліній електропередачі.

Для застосування високої напруги в ланцюзі для збереження колишньої потужності на корисному навантаженні доводиться збільшувати опір навантаження. Підвідні проводи й навантаження з'єднані послідовно. Опір проводів ( ) Можна вважати постійним. А от опір навантаження ( ) Росте при виборі більш високої напруги в мережі. Також зростає співвідношення опору навантаження і опору проводів. При послідовному включенні опорів (провід - навантаження - провід) розподіл виділеної потужності ( ) Пропорційно опору підключених опорів.

Струм в мережі для всіх опорів постійний. Отже, виконуються співвідношення

• І кожному конкретному випадку є константами. Отже, потужність, що виділяється на проводах, обернено пропорційна опору навантаження, тобто зменшується із зростанням напруги, так як . Звідки випливає, що . В кожному конкретному випадку величина є константою, отже, тепло виділяється на дроті назад пропорційно квадрату напруги на споживачеві.