Тема 3.1.1 Постійний електричний струм. Закони постійного струму.
План 1 Постійний електричний струм. 2 Основні електричні величини. 3 Закон Ома. 4 Закон Джоуля-Ленца.
Література: [1] Чолпан П.П. Фізика: Підручник. – К.: Вища шк., 2004. – 567 с. (§ 8.9) [2] За редакцією І.Є. Лопатинського. Зачек І.Р., Кравчук І.М., Романишин Б.М. та ін. Курс фізики: Навчальний підручник. – Львів: Видавництво «Бескид Біт», 2002 р. – 367 с. (§ 58) 1 Електричним струмом називають всякий упорядкований рух електричних зарядів. Електричний струм, який виникає у провіднику внаслідок того, що в ньому створюється електричне поле, називається струмом провідності. Для появи й існування електричного струму треба, щоб виконувалися дві умови: перша - наявність у даному середовищі вільних електричних зарядів. Такими зарядами в металах є електрони провідності: у газах – позитивні іони й електрони. друга – наявність у даному середовищі електричного поля, енергія якого витрачалась б на переміщення електричних зарядів. Щоб струм був тривалим, енергія електричного поля повинна весь час поповнюватись, тобто потрібен такий пристрій, в якому би певний вид енергії безперервно перетворювався в енергію електричного поля. Такий пристрій називається джерелом електрорушійної сили, або джерелом струму. Якщо перенесення електричних зарядів здійснюється при нерівномірному переміщені у просторі зарядженого макроскопічного тіла, то виникає струм, що називається конвекційним. За напрямок електричного струму умовно приймають напрямок руху позитивних електричних зарядів.
2 Кількісною мірою електричного струму служить сила струму – скалярна фізична величина, яка числово дорівнює електричному заряду, що проходить через поперечний переріз провідника за одиницю часу:
Для характеристики розподілу електричного струму по перерізу провідника вводять вектор густини струму Вектор У джерелі Е.Р.С. на електрони повинні діяти сили не електростатичного походження, які називають сторонніми. Сторонні сили, переміщаючи електричні заряди, виконують роботу. Фізична величина, що числово дорівнює роботі, яка виконується сторонніми силами під час переміщення одиничного позитивного заряду, називається електрорушійною силою (Е.Р.С.), що діє в колі:
Е.Р.С., що діє в замкненому колі, визначається циркуляцією вектора напруженості сторонніх сил. Напругою U12 на ділянці 1 – 2 називається фізична величина, що визначається роботою, що виконується сумарним полем електростатичних і сторонніх сил при переміщенні одиничного позитивного заряду на даній ділянці кола: U12 = φ1 - φ2 + ε12.
3 Німецький фізик Ом експериментально встановив, що сила струму І, що тече по однорідному металевому провіднику, пропорційна до напруги U на кінцях провідника де R – електричний опір провідника. Це рівняння виражає закон Ома для однорідної ділянки кола.
Одиниця опору – Ом: Ом – опір такого провідника, в якому при напрузі 1 В тече струм силою 1 А. Закон Ома для однорідної ділянки кола в диференціальній формі Рухливість носіїв заряду числово дорівнює швидкості напрямленого руху, якої вони набувають під дією електричного поля у провіднику з одиничною напруженістю: Нехай замкнене електричне коло складається із джерела струму з Е.Р.С. ε і внутрішнім опором r і зовнішньої частини, яка має опір Rзов Тоді
Якщо коло розімкнуте, то ε12 = φ2 – φ1. це означає, що Е.Р.С., прикладена до розімкнутого кола, дорівнює різниці потенціалів на кінцях цього кола. Якщо струм проходить по нерухомому металевому провіднику, то вся робота струму йде на його нагрівання і за законом збереження енергії dQ = dA. Тоді закон Джоуля –Ленца має вигляд dQ = IUdr = I2Rdr = U2/R*dr.
Контрольні запитання 1. Сформулюйте основні закони постійного електричного струму. 2. Які умови потрібні для існування електричного струму? 3. Що називається джерелом електрорушійної сили? 4. Що називається силою струму?
Змістовий модуль 3.1 Електричний струм в металах, вакуумі і газах
Лекція № 10
|
.
.
,
