Закон Ома для однорідної ділянки кола. Електрична провідність і опір

Сила струму

План

1. Електричний струм.

2. Сила струму.

3. Джерела струму, електрорушійна сила.

4. Закон Ома для однорідної ділянки кола.

5. Закон Ома для неоднорідної ділянки кола.

6. Робота і потужність струму.

7. Способи з’єднання споживачів.

8. Струм в електролітах. Електроліз.

9. Струм у газі

10.Струм у вакуумі.

11.Струм у напівпровідниках.

Електродинаміка - це розділ фізики, який вивчає явища, зумовлені рухом електричних зарядів.

Електричний струм

Це процес упорядкованого (напрямленого) руху заряджених частинок.

Для виникнення більшості видів струму потрібна наявність електричного поля, яке б діяло на заряджені частинки. Струми, що являють собою упорядкований рух роз'єднаних зарядів, називаються струмами провідності. Такі струми можуть існувати в металах, напівпровідниках, електролітах і газах. Однак бувають особливого типу струми, утворювані зв'язаними зарядами діелектрика струми поляризації.

Найбільш відомі струми в металах, які зумовлені наявністю різниці потенціалів на кінцях деякого провідника і являють собою упорядкова­ний рух колективізованих електронів металу.

Колективізовані (або "вільні") електрони в металах з'являються завдяки щільній упаковці атомів у кристалі. "Успільнюються" при цьому найбільш периферійні (валентні) електрони атомів, одержуючи мож­ливість переміщення по кристалу.

При відсутності зовнішнього електричного поля (відсутності ) рух колективізованих електронів нагадує хаотичний рух молекул ідеального газу (а). Під впливом зовнішнього поля електрони, продовжуючи хаотич­ний рух, напрямлено дрейфують, "здуваючись електричним вітром"(б). Умовна модель: у безвітряну погоду у вологій місцевості рій мошви в цілому нерухомий, хоча окремі мошки швидко й безладно рухаються; при наявності вітру рій напрямлено дрейфує.

Напрямлений рух заряджених частинок може відбуватись з різними швидкостями. Швидкість руху заряджених частинок характеризують силою струму.

Ця величина чисельно дорівнює заряду, що проходить через поперечний переріз провідника за секунду (не дивлячись на назву, сила струму скаляр).

[I] =А (ампер). Ця одиниця, одна з основних у СІ, вводиться на підставі закону магнітної взаємодії провідників із струмом. Формулою сили струму користуються для введення одиниці заряду:

кулон — це заряд, проходження якого через переріз провідника за секунду створює у провіднику струм в один ампер.

Для наочності пов'яжемо ампер з кулоном: при струмі в 1 ампер з провідника витікало б у землю щосекунди 6,25 10¹⁸ електронів.

Якщо ні швидкість руху зарядів, ні напрям їх руху з часом не змінюються, струм називають постійним. У випадку постійного струму для будь-яких проміжків часу:

Джерела струму. Електрорушійна сила

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 в колі.

Подумки виділимо в колі однорідну ділянку 1→2. На ній

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

[G]=См-сименс

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

[R]=Ом=См^-1

Опір провідника (дроту):

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

Походження опору пояснюється зіткненнями електронів, які напрямлено рухаються, з іонами кристалічної решітки, які коливаються. 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:

Термічний коефіцієнт опору для чистих металів є табличною величиною.

Дата добавления: 2017-02-01; Просмотров: 83; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!