Енергія електричного поля
Якщо на обкладках конденсатора електроємністю С розміщено електричні заряди +q й -q, то напруга між обкладками конденсатора дорівнює: U = q/С. Під час розряджання конденсатора напруга між його обкладками убуває прямо пропорційно заряду q від первинного значення U до 0. Середнє значення напруги упродовж розряджання дорівнює:
Для роботи А, здійснюваної електричним полем під час розряджання конденсатора, будемо мати:
Отже, потенціальна енергія Wp конденсатора електроємністю С, зарядженого до напруги U, дорівнює:
Енергія конденсатора обумовлена тим, що електричне поле між його обкладками має енергію. Напруженість Е поля пропорційна до напруги U, тому енергія електричного поля пропорційна до квадрата його напруженості.
Вільні заряджені частинки в провідниках рухаються безперервно й хаотично. Якщо ж вільним зарядженим частинкам передати ще й напрямлений рух, то через будь-який переріз провідника буде переноситися заряд.
Ø Електричним струмом називають спрямований рух заряджених частинок.
Для виникнення й існування електричного струму необхідні: y наявність вільних заряджених частинок — носіїв струму; y наявність електричного поля, дія якого створює й підтримує напрямлений рух вільних заряджених частинок.
За створення електричного поля «відповідають» джерела струму.
Джерела електричного струму — пристрої, що перетворюють різні види енергії в електричну енергію.
У джерелах електричного струму виконується робота з поділу електричних зарядів, у результаті чого на одному полюсі джерела накопичується позитивний заряд, а на іншому — негативний. Прикладом джерел струму можуть служити акумулятори й гальваніч-
ні елементи.
Сила струму
Коли в провіднику протікає електричний струм, через поперечний переріз провідника щомиті переноситься деякий електричний заряд. Для оцінювання електричних зарядів, що проходять через провідник, була уведена спеціальна фізична величина — сила електричного струму.
Ø Сила струму I — це фізична величина, що характеризує електричний струм і дорівнює відношенню заряду ∆q, перенесеного через поперечний переріз провідника за проміжок часу ∆t, до цього проміжку:
I=∆q \t
Якщо сила струму не змінюється з часом, то такий електричний струм називають постійним.
Сила постійного струму I в провіднику чисельно дорівнює заряду q, перенесеного через поперечний переріз провідника за одиницю часу:
I= qt .
У системі СІ силу струму вимірюють в амперах (А). Ампер є однією з основних одиниць системи СІ й визначається за допомогою магнітної взаємодії струмів. За сили струму в 1 А через переріз провідника щомиті проходить заряд в 1 Кл (1 А = 1 Кл/с).
Прилад для вимірювання сили струму називають амперметром.
Амперметр вмикають в електричне коло послідовно із провідником, у якому вимірюють силу струму.
Закон Ома для ділянки кола
Якщо ділянка кола не містить джерела струму, електрична напруга U на його кінцях чисельно дорівнює роботі електричного поля з переміщення одиничного позитивного заряду q на цій ділянці:
U= A\q .
Прилад для вимірювання напруги називають вольтметром.
Вольтметр вмикають в електричне коло паралельно до ділянки кола, на якому необхідно виміряти напругу.
Напруга характеризує не електричний струм, а електричне поле, що підтримує цей струм. Очевидно, що між значеннями сили струму й напругою існує зв’язок.
Досліди показують, що сила струму змінюється прямо пропорційно прикладеній напрузі. Тому відношення для кожного провідника є постійним. Ця величина характеризує конкретний провідник і називається електричним опором провідника. Отже, формулу залежності сили струму від напруги можна записати у такому вигляді:
R=I/U
Це твердження називають законом Ома для ділянки кола.
Ø Сила струму I на ділянці кола прямо пропорційна напрузі U на кінцях цієї ділянки.
Опір ділянки кола залежить від властивостей провідників,
з яких утворена ця ділянка.
Електричний опір — це фізична величина, що характеризує властивість провідника протидіяти електричному струму.
У СІ одиницею електричного опору є 1 Ом (це опір такого провідника, у якому протікає струм силою 1 А за напруги 1 В). Опір провідника залежить від матеріалу й геометричних розмірів провідника. Залежність електричного опору від розмірів провідника має вигляд:
Ø Питомий опір провідника — це фізична величина, що характеризує електричні властивості речовини й чисельно дорівнює опору провідника завдовжки 1 м і площею поперечного переріза 1 м2 .
Оскільки , одиниця питомого опору в СІ:
[ρ ] = 1 Ом∙ м.
Значення питомого опору речовини обумовлено хімічною природою речовини й істотно залежить від температури.