Електричний струм

Електричний струм. Закон Ома. Паралельне та послідовне з'єднання провідників.

Мал. 1 Електричний струм в металевому провіднику

   Якщо  ізольований провідник помістити в електричне поле  Е. то на вільні носії заряду q в провіднику діятиме сила  F = qE. В результаті в провіднику виникне короткочасне переміщення вільних зарядів. Цей процес закінчиться тоді, коли власне електричне поле зарядів, яке зя’вляється на поверхні провідника, скомпенсує повністю зовнішнє поле. Результуюче електростатичне поле всередині провідника дорівнює нулеві.

Однак, в провідниках може при певних умовах виникнути неперервний впорядкований рух вільних носіїв електричного заряду. Такий рух називається електричним струмом. За напрям електричного струму прийняли напрям руху додатних вільних носіїв заряду. Щоб в провіднику протікав електричний струм, потрібно в ньому створити електричне поле.

Кількісною мірою електричного струму служить сила струму I – скалярна фізична величина, яка дорівнює заряду, який переноситься через поперечний переріз провідника (мал. 1) за одиницю часу:

I = Δq/Δt.

І знову закон Ома

Закон Ома для електролітів

Електричний струм в електролітах має спільні риси з електричним струмом в металах, проте суттєво відрізняється від газового розряду. В процесі проходження струму через електроліти виконуються закони Фарадея (оглядово ми знайомі з ними з уроку). Зауважу, що для електролітів, як і для металів, справедливим є також і ЗАКОН ОМА.

Запишимо густину струму, враховуючи, що він створюється дрейфом додатніх та від’ємних іонів.

j= j(+) + j(-) = n(+) e v(+) + n(-) e v(-)

Де n(+), n(-) - концентрація позитивних та негативних іонів, е – заряд іона, v(+),v(-)- дрейфова швидкість іонів.

Концентрація додатніх та від’ємних іонів в електролітах однакові (оскільки молекули дисоціюють на два іони), тому

n(+) = n(-) = α n

Де α- коефіцієнт дисоціації (чисельно дорівнює числу молекул, котрі дисоціювали на іони, до загального числа молекул речовини), а n- число молекул в одиниці об’єму електроліта.

Швидкості іонів виражаються через їх рухливість та напруженість електричного поля

v(+) = b(+) E, v(-) = b(-) E

Тому закон Ома для електролітів набуває наступного вигляду:

j= α n e{b(+) + b(-)}E

j= σ E

Опір електролітів при нагріванні зменшується. Це відбувається по двох причинах.

1. При збільшенні температури зростає коефіцієнт дисоціації α.
2. При нагріванні зменшується величина в’язкості, що зумовлює зменшення внутрішнього тертя в рідині. 

Схема іонної провідності

Прочитавши, дай відповіді на наступні запитання.

1. Сформулюйте закони Фарадея для електролітів?
2. Назвіть спільні риси між електричним струмом в металах та електролітах?
3. Як залежність провідності електролітів від температури? 

 Дана інформація лише для ознайомлення. Вчити не потрібно.                                                                                                                 

Цей відомий закон Ома

 Чотири формулювання закону Ома

Одним із найвідоміших законів фізики є, безперечно, закон Ома. Цей закон часто зустрічається як в народних прислів"ях так і в численних кросвордах. Напевне, у 1826 р. Г.Ом експериментально встановивши співвідношення між струмом та напругою навіть і не здогадувався про цю славу. Проте не всі пам"ятають про чотири різних формулювання цього закону для електричних кіл із постійним струмом.

  1. Закон Ома для однорідної ділянки кола.

Сила  струму І в однорідній ділянці кола прямо пропорційна напрузі, яку прикладено до ділянки і обернено пропорційна характеристиці ділянки, яку називають електричним опором провідника ( рис. 1 ).

Пам"ятаємо, що опір провідника R визначає його здатність обмежувати силу струму в колі і пов"язаний ( в металах ) з розсіюванням електронів провідності на теплових коливаннях кристалічної решітки та структурних неоднорідностях.

  2. Закон Ома в диференціальній формі.

Вектор густини струму в довільній точці провідного середовища визначається вектором напруженості електричного поля в цій точці та провідністю цього середовища ( рис. 2 ).

 Зауважу, що диференціальна форма запису закону Ома, містить величини, котрі характеризують електричний стан середовища в одній і тій же точці.
  
3. Узагальнений закон Ома (закон Ома для неоднорідної ділянки кола).

Добуток сили струму на опір для неоднорідної ділянки кола дорівнює сумі різниці потенціалів на цій ділянці та Е.Р.С. всіх джерел електричної енергії, які ввімкнуто на даній ділянці кола ( рис.3.1 ).

рис.3.1

При записанні цього закону слід пам"ятати про правило знаків ( рис. 3.2 ).

 

Якщо струм у джерелі протікає від катода ( "-" електрод ) до анода ("+" електрод ), тоді Е(12)>0, якщо навпаки, то Е(12)<0.

  4. Закон Ома для замкнутого кола.

Сила струму в замкнутому колі прямо пропорційна Е.Р.С. джерела і обернено пропорційна сумі зовнішнього і внутрішнього  опорів ( рис. 4 ).

 Зауважу, що електрорушійною силою джерела ( Е.Р.С. ) називається фізична величина, яка вимірюється роботою джерела струму при переміщенні одиничного додатнього заряду замкнутим колом.

Закон Ома не вичерпується цими чотирма формулюваннями. В недалекому майбутньому ми будемо говорити про цей закон для електролітів; змінного струму ... 

Доцільно прочитати:

1.  Олімпіадні задачі з електрики

та їх розв'язки.

2.  ККД електричної схеми.

3.  Задача на застосування закону Ома.

4.  Закон Ома для електролітів.

5.  Задача із застосуванням правил Кірхгофа.

P.S.Ознайомся з викладеним матеріалом, занотуй його та вивчи.

       Бажаю успіху!