19. Постійний електричний струм. …

Під дією кулонівської сили в провіднику виникне напрямлений рух електричних зарядів, який і називають електричним струмом. За напрям електричного струму вважають напрям руху позитивних зарядів.

Для того, щоб виник та існував постійний електричний струм у речовині, потрібні: а) наявність вільних заряджених частинок; б) напруженість електричного поля в провіднику має не дорівнювати нулеві і бути сталою в часі; в) коло постійного струму має бути замкненим.

Величина, що дорівнює заряду, перенесеному за одиницю часу, є основною кількісною характеристикою струму і називається силою струму.

Сила струму - це скалярна фізична величина, що дорівнює відношенню заряду Δq, який переноситься через поперечний переріз провідника за інтервал часу Δt, до цього інтервалу часу:

У СІ [I]=A (Ампер), 1 А=Кл/с. Вимірюють силу струму амперметром.

Електричне коло складається з джерела електричного струму, до якого за допомогою з’єднувальних провідників підключено споживачі електричного струму, вимірювальні прилади і перемикачі.

Німецький фізик Георг Ом помітив, що відношення напруги U між кінцями металевого провідника, що є ділянкою електричного кола, до сили струму І в колі - величина постійна. Цю величину R називають електричним опором провідника. У СІ [R]=Ом. Електричний опір 1 Ом має така ділянка кола, на якій напруга дорівнює 1 В, якщо сила струму 1А.

Опір - це основна електрична характеристика провідника. Він виражає міру протидії речовини провідника напрямленому рухові вільних заряджених частинок у ньому.

Експерименти показали, що електричний опір провідника R прямо пропорційний його довжині l і обернено пропорційний площі поперечного перерізу S:

Сталий для речовини параметр ρ називають питомим опором цієї речовини, він залежить від фізичних властивостей речовини, її стану, наявності домішок.

Закон Ома для ділянки кола: сила струму I прямо пропорційна напрузі U і обернено пропорційна електричному опору R однорідної ділянки кола: I=U/R.

У разі послідовного з'єднання провідників кінець першого провідника з'єднується з початком другого і т.д.: I_заг=І₁=І₂=…=І_n, U_заг=U₁+U₂+…+U_n, R_заг=R₁+R₂+…+R_n.

У разі паралельного з'єднання початки і кінці провідників мають спільні точки приєднання до джерела струму: I_заг=І₁+І₂+…+І_n, U_заг=U₁=U₂=…=U_n, 1/R_заг=1/R₁+1/R₂+…+1/R_n.

Закон Ома для повного кола: сила струму в замкненому колі дорівнює відношенню ЕРС джерела струму до повного опору кола: I=ε/(R+r).

Електрорушійна сила (ЕРС) джерела – величина, що дорівнює відношенню роботи сторонніх (некулонівських) сил під час переміщення заряду вздовж контуру до заряду.

Як і напругу чи потенціал у СІ ЕРС вимірюють у вольтах: [ε]=B.

Переміщуючи заряди у провіднику, електричне поле виконує роботу. Її значення можна визначити, використавши визначення напруги і сили струму: A=UIt.

Як і в механіці, роботу струму вимірюють у джоулях.

Тому поряд із роботою струму велике значення має потужність струму. Вона дорівнює відношенню роботи струму за час t до цього часу:

Як і в механіці, її вимірюють у ватах (Вт).

Потужність струму P=IU=I²R, що споживається зовнішньою ділянкою повного кола, називають корисною. Затраченою потужністю називають потужність джерела струму P_зат=εI=I²(R+r). Коефіцієнт корисної дії джерела

Коефіцієнт корисної дії зростає зі зменшенням внутрішнього опору джерела.

Закон Джоуля-Ленца: Кількість теплоти, що виділяється в провіднику, по якому тече струм, прямо пропорційна квадрату сили струму, опору провідника і часу проходження струму: .