Електричний струм. Закон Ома для ділянки кола

План

1.Умови існування електричного струму.

2.Закон Ома для ділянки кола.

1. Для існування електричного струму в речовині мають бути вільні заряджені частинки і створена між кінцями провідника різниця потенціалів.

Щоб струм через провідник був тривалим, цей провідник має бути замкнутим. У протилежному випадку заряди нагромаджуватимуться на кінцях провідника, відштовхуватимуть наступні однойменно заряджені частинки і струм припиниться.

Якби рухомі заряджені частинки у провіднику не взаємодіяли з іншими зарядженими частинками, після приведення їх в рух вони продовжували б його як завгодно довго. Такий струм можна спостерігати в деяких металах при дуже низьких температурах, близьких до абсолютного нуля. Опір таких металів – їх називають надпровідниками – дорівнює нулеві.

Нехай є два різнойменно заряджені тіла А і В. З’єднаємо ці тіла провідником (мал.1). Тоді позитивний заряд під дією електричного поля переміщатиметься в напрямі, вказаному стрілкою, а негативний – у протилежному напрямі, і провідником йтиме струм. Переміщення зарядів відбуватиметься лише доти, поки різниця потенціалів між тілами не дорівнюватиме нулю. Одночасно зникне і електричне поле в провіднику, яке виконувало роботу на переміщення зарядів. Після цього струм у провіднику припиниться.

Щоб струм не припинявся, треба щоб позитивні заряди, які переміщалися на тіло В з тіла А, знову повернулися на тіло А, наприклад по шляху ВА, вказаному пунктиром, тобто щоб заряди рухалися проти діючих електростатичних (кулонівських) сил. Для цього на заряди мають діяти зовнішні (сторонні) сили, спрямовані протилежно до електростатичних сил. Пристрій з двох заряджених тіл (електродів), між якими підтримується стала напруга, а внаслідок цього у провіднику, що сполучає ці тіла, діє незмінне електричне поле, називають джерелом струму. Такими джерелами струму є електрогенератори електростанцій, гальванічні елементи, акумулятори тощо.

2. Сила струму на ділянці кола прямо пропорційна прикладеній напрузі і обернено пропорційна опорові цієї ділянки: . Вперше цю залежність сили струму від напруги й опору встановив у 1827 р. німецький вчений Георг Ом. На його честь вона називається законом Ома для ділянки кола. На малюнку 2 показано графіки залежності сили струму від напруги для трьох різних металевих провідників. Звичайно такі графіки називають вольт амперними характеристиками провідника.

Іноді формулу закону Ома записують так:

U=IR,

добуток IR називають спадом напруги на даній ділянці кола. Якщо вона не містить джерела струмку, то поняття напруги і спаду напруги співпадають.

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.

Послідовне з’єднання провідників. Послідовне з’єднання двох споживачів зображене на малюнку 3. Це можуть бути електроплитки, лампи, обмотки електродвигуна тощо. Сила струму в обох провідниках однакова. Відповідно до закону Ома запишемо:

U1=IR1 і U2=IR2, звідки .

Таким чином, при послідовному з’єднанні провідників напруга на кожному з них пропорційна його опорові. Цей висновок справедливий для довільного числа з’єднаних послідовно провідників.