2. Закон Ома для однорідного провідника.

Струм провідності у провіднику зумовлений дією на носії заряду сили

з боку електричного поля. Джерелом такого поля є електричні заряди, що зосереджені на поверхні однорідних провідників. Стаціонарне електричне поле має потенціальний характер. Уздовж провідника потенціал поля змінюється. Різницю потенціалів називають спадом напруги на провіднику.

Г. Ом експериментально встановив співвідношення між силою струму в провіднику та напругою на його кінцях: або

Залежність I від геометричних розмірів і матеріалу ділянки враховує коефіцієнт γ (електрич­на провідність):

[γ]=См - сименс

Частіше користуються оберненою величиною — опором R (від "rasistanse"). Тоді:

[R]=Ом=См^-1

Опір провідника (дроту) залежить від речовини та геометричних розмірів провідника:

де l і S — довжина і площа поперечного перерізу провідника. Коефіцієнт ρ враховує властивості матеріалу і називається питомим опором. [ ] = Ом*м.

Величина, обернена до питомого опору, називається питомою провідністю або питомою електропровідністю:

Походження опору пояснюється зіткненнями електронів, які напрям­лено рухаються, з іонами кристалічної решітки,що здійснюють коливальний рух. При збільшенні температури матеріалу амплітуда коливань збільшується, що призводить до збільшення опору (і навпаки, при зменшенні Т змен­шується R). У шкалі Цельсія залежність питомого опору від температу­ри має вигляд:

ρ₀ –питомий опір металу при температурі 0⁰С,

Термічний коефіцієнт опору для чистих металів

В диференціальній формі закон Ома має такий вираз:

Густина електричного струму в будь-якій точці фізично однорідного провідника пропорційна напруженості електричного поля

Питома електропровідність σ залежить тільки від хімічного складу провідника і не залежить від його розмірів.

3. Сторонні сили. Електрорушійна сила (ерс). Закон Ома для неоднорідної ділянки кола.

Для тривалого протікання струму через провідник (струму провідності) необхідно тривалий час підтримувати на кінцях провідника різницю потенціалів (яка має тенденцію до зменшення під дією електричних сил). Для цього незастосовні згадані способи електризації тертям (ні вручну, ні механізовано).

Було винайдено різного типу пристрої для відокремлення різноймен­них зарядів атомів (або молекул): магнітомеханічні, електрохімічні, термоелектричні, фотоелектричні. Такі пристрої можуть використову­ватись як джерела струму.

Сили, які відокремлюють, всупереч кулонівським силам, різнойменні заряди називаються сторонніми силами. Прикладом джерела струму може служити акумулятор, всередині якого хімічні сили здійснюють поділ молекули на позитивні і негативні іони та переносять їх на клеми (зажими) акумулятора.

Найпростіше електричне коло — це сукупність джерела струму, споживача і з'єднувальних про­відників.

Вважається, що струм тече від клеми "+" до клеми "-", хоча в металі струм створюється рухом електронів від клеми "-". Цією невідповідністю людство зобов'язане Бенджаміну Франклі­ну, який 250 років назад припус­тив, що якась "електрична ріди­на" тече у провіднику від ділянок, де її надлишок (від "+"). Якби заряд електрона назвали позитивним, невідповідності не було б. Енергетичну характеристику джерела струму назвали "електрорушій­ною силою" (EРС). Очевидна невдалість цього терміна по відношенню до скалярної величини.

ЕРС враховує тільки другу функцію сторонніх сил — перенесення уже відокремлених різнойменних зарядів.

Повна робота в колі по перенесенню зарядів:

2-й і 3-й члени суми мають однакові числові значення, але протилежні знаки (А₂>0, А₃<0), тобто

А₃= - A_2­ , так що робота кулонівських сил у всьому колі дорівнює нулю. Тому:

Отже, хоча безпосередньо сторонні сили виявляються всередині джере­ла, роботу вони виконують у всьому колі.

Формула електрорушійної сили:

Ця величина чисельно дорівнює роботі сторонніх сил по перенесенню одиничного заряду всередині джерела струму.

ЕРС вимірюється у вольтах і характеризує джерело струму.

Закон Ома для неоднорідної ділянки кола. Напруга

де r_год. — опір додаткового джерела струму.

Величина U_1,2 = ( ) ± називається напругою на ділянці. В

окремому випадку однорідної ділянки (такої, що не містить джерела)

U_1,2 =

Закон Ома для повного кола: сила струму в колі пропорційна ЕРС джерела струму та обернено пропорційна повному опору кола.

,

де R — зовнішній опір (опір зовнішніх відносно джерела ділянок), r - внутрішній опір (опір джерела).