ЕЛЕКТРОНИ ТА ЇХ РОЛЬ В ЕЛЕКТРИЧНОМУ СТРУМІ
- 12 - й від довжини шляху , по якому воно розподілене .
Так Ом приходить до висновку , що сила струму прямо пропорційна електрорушійній силі і обернено пропорційна довжині шляху , або опору кола . Залежність опору від довжини , площі поперечного перерізу й матеріалу провідника також установив Ом на ряді дослідів .
Вже згадувалось , що Ом для встановлення закону про електричний стум використав аналогію із струменем води . розглянемо схему електричного кола ( мал. № 6 ) . Якщо коло замкнути , то по ньому піде електричний струм – виникне впорядкований рух електронів у металевих проводах . Струм ітиме в батареї , але там заряди переносяться іонами . Якщо розімкнути коло , то струм припиниться , амперметр покаже , амперметр покаже нуль , зате вольтметр показуватиме тепер найбільшу для даного кола різницю потенціалів - різницю електричних “ рівнів “ на клемах батареї . Звідки ж взялася ця різниця потенціалів ? Це результат хімічних реакцій в елементах . Замість хімічного джерела різниці потенціалів – батареї хімічних елементів – могли б взяти термоелемент . Тоді посилення теплового руху електронів в одному із спаїв двох металів , що відбувається внаслідок нагрівання , спричинило б виникнення різниці потенціалів . Можна було б узяти електричний генератор .Потрібна для підтримування струму в колі різниця потенціалів виникає внаслідок обертання якоря .
У часи Ома ще не було чіткого розуміння ні роботи , ні енергії . Усяку невідому причину явища пояснювали дією сили . Ще Вольт в своїх дослідах з різницею потенціалів при контакті двох різнорідних металів пояснював її виникнення дією електрорушійної сили , а метали називав електродвигунами . Слід визнати , що термін Вольта “ електрорушійна сила “ досить наочний і тому виявився живучим , зберігся до наших днів .
Який зміст ми тепер вкладаємо у цей термін ? Звернемося до схеми замкнутого кола ( мал. № 7 ) . У зовнішній частині кола струм проходить у напрямі електричного поля ( від плюса до мінуса ) . У джерелі він проходить проти поля , проти напряму електричних сил . Отже , цей рух не може спричинюватися
- 13 -
електричними силами . Прийнято називати ці сили , що діють у джерелі , сторонніми силами . Термін “сторонні сили “ , був запропонований пізніше . Робота сторонніх сил на внутрішній ділянці кола , тобто в елементах , спрямована на переміщення заряду 1 Кл , і характеризує електрорушійну силу .
Якщо коло розімкнуте й сили струму немає , то робота сторонніх сил спричинює тільки виникнення різниці потенціалів на полюсах джерела . Звідси уже простий спосіб визначення електрорушійної сили – потрібно виміряти різницю потенціалів на полюсах розімкнутого джерела . Якщо користуватися вольтметром,
то вимірювання буде , природно , лише наближеним , бо вольтметр сам замкне коло . Чим більший опір має вольтметр , тим ближчими будуть покази до дійсного значення ЕРС .У замкненому полі ЕРС проявляється в роботі переміщення одиничного заряду по зовнішній і внутрішній частинах кола . У зовнішній частині кола електрична енергія перетворюється в інші види енергії . Провідники нагріваються в усіх цих випадках . На внутрішній частині замкнутого кола робота сторонніх сил також спричинюватиме нагрівання джерела . У такому випадку відбувається спад напруги в зовнішньому колі і спад напруги у внутрішньому колі . Отже робота сторонніх сил обов’язкова для даного кола , але вона складається з двох частин : роботи в зовнішньому колі і роботи в внутрішньому колі . Коли зменшується напруга на зовнішній частині кола , то збільшується напруга на внутрішній частині кола . Внутрішній опір – величина стала , яка залежить тільки від будови елемента , отже , при цьому має збільшуватися сила струму . Спад напруги на зовнішній частині кола розраховують за формулою : UЗ=IR .Так само можна визначити спад напруги на внутрішній частині кола . Звідси E=IR + Ir , тому I=E/R+r . Розглянемо ще випадок , коли зовнішнє електричне коло , крім резисторів , має ділянку ЕРС , яка діє проти ЕРС джерела . Таку ЕРС має , наприклад , увімкнений на зарядження акумулятор або електродвигун постійного струму . У цьому випадку для зовнішнього кола у формулу U=IR замість U треба підставити U-E1 .
- 14 -
Тоді U- E1 =IR . Звідки I=U – E1 /R . Якщо подібну підстановку зробити у формулу для повного кола , то E=IR – E1 +Ir +Ir1 , звідки E + E1 = IR + Ir +Ir1 . Це рівняння відоме відоме під назвою другого правила Кіркгофа і є узагальненим законом Ома . Читається так : у будь-якому замкненому контурі алгебраїчна сума усіх електрорушійних сил дорівнює алгебраїчній сумі спадів напруг на всіх ділянках кола .