ЗАКОНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ     

§1 Електричний струм.

Сила й густина струму.

ЕРС і напруга

  1. Будь-яке впорядкований (спрямований) рух електричних зарядів називається ЕЛЕКТРИЧНИМ СТРУМОМ. При накладанні зовнішнього електричного поля Е в провіднику починається рух зарядів, тобто виникає електричний струм. При цьому позитивні заряди рухаються по полю, а негативні - проти поля. За напрямок струму приймають напрямок руху позитивних зарядів. Для виникнення й існування електричного струму необхідне виконання двох умов:
  2. наявність вільних носіїв зарядів ( тобто речовина повинна бути провідником або напівпровідником при високих температурах),
  3. Наявність зовнішнього електричного поля.
 Для кількісного опису електричного струму вводиться - СИЛА СТРУМУ – скалярна фізична велична, рівна кількості електричного заряду, переносимому за одиницю часу через поперечний переріз провідника S.

- для постійного струму, і

- для змінного струму.

Струм, сила й напрямок якого не змінюються з часом, називається постійним.

ГУСТИНА СТРУМУ  - векторна фізична величина, чисельно рівна силі струму, що проходить через одиницю площі, перпендикулярної до струму.

- для постійного струму, і

- для змінного струму.

II.       ЕРС

 Для того щоб через розглянуту ділянку провідника проходив струм I, необхідно підтримувати постійну різницю потенціалів між розглянутими точками провідника.

 

        к ЭДС   

Для того щоб підтримувати постійну різницю потенціалів на кінцях провідника його необхідно підключити до джерела струму. Джерело струму робить роботу з переміщення електричних зарядів уздовж усього кола. Ця робота виконується за рахунок СТОРОННІХ СИЛ – сил не електростатичного походження, що діють на заряди з  сторони джерела струму. Природа сторонніх сил може бути різної ( крім нерухомих зарядів) :

1) хімічні реакції – у гальванічних елементах (батарейках), акумуляторах,

2) електромагнітної – у генераторах. При цьому генератори можуть використовувати а) механічну енергію – ГЕС, б) ядерну – АЕС, в) теплову – ТЕС, г) припливів і відливів – ПЕС, д) вітрову – ВЕС і т.д.

3) використання фотоефекта – фотоерс у калькуляторах і сонячних батареях,

4) п'єзоефект – п’єзоерс, наприклад, у п’єзозажигалках,

5) контактна різниця потенціалів – термоерс у термопарах і т.д.

Під дією поля сторонніх сил електричні заряди рухаються усередині джерела струму проти сил електростатичного поля, за рахунок чого на клемах джерела струму підтримується різниця потенціалів і в ланцюзі тече струм.

Джерело струму характеризується електрорушійною силою – ЕРС.

 

ЕРС визначається роботою виконуваною сторонніми силами по переміщенню одиничного позитивного заряду уздовж замкненого кола.

 

                       Стороння сила рівна:

де  - напруженість поля сторонніх сил. Робота сторонніх сил по переміщенню заряду q на замкненій ділянці кола рівна:

               

тобто ЕРС дорівнює циркуляції вектора напруженості сторонніх сил. На ділянці 1 – 2 (див. рисунок) крім сторонніх сил діє сила електростатичного поля

так як результуюча сила на ділянці 1 - 2 дорівнює

тоді

Для замкненого кола

       Робота    

НАПРУГОЮ U на ділянці 1 -2 називається фізична величина, обумовлена роботою, чиненої сумарним полем електростатичних (кулонівських) і сторонніх сил при переміщенні одиничного позитивного заряду на даній ділянці кола

 при

 

§2 Закони Ома

  1. Закон Ома для однорідної ділянки кола.

Однорідною називається ділянка не утримуюча ЕРС.

Сила струму на однорідній ділянці кола прямо пропорційна напрузі й обернено

                                                          пропорційна опору кола

                                  

 1 Омопір такого провідника, у якому при напрузі 1 В тече струм 1 А.

 G - електрична провідність.  (Сименс).

Опір R провідника залежить від його розмірів і форми, а також від матеріалу провідника.

,

 

де  ρпитомий опір провідника -  опір одиниці довжини провідника.

l - довжина провідника; S - площа поперечного перерізу провідника.

 

2.Закон Ома для неоднорідної ділянки кола

НЕОДНОРІДНОЮ називається ділянка кола, що містить ЕРС

                                                             

           

           

- Закон Ома для неоднорідної ділянки кола в інтегральній формі.

 

3. Закон Ома для замкненого кола ( для повного кола).

де где R - опір зовнішнього кола,

г -опір джерела ЕРС, тоді

 - Закон Ома для повного кола

4. Закон Ома в диференціальній формі.

            

           

           

           

           

σ  - - питома електропровідність;

             - Закон Ома в диференціальній формі.

Густина струмупрямо пропорційна напруженості електричного поля Е. Коефіцієнт пропорційності σ - питома електропровідність.

 

 

 

До списку лекцій

Головна