Природознавство. 11 клас. Ільченко

§ 5. Електричний струм

1. Електричний струм. Електричне коло. Повторимо з 9 класу поняття, які необхідні для вивчення означених понять. Електричним струмом називається впорядкований рух електричних зарядів під дією електричного поля. За напрям електричного струму прийнятий напрям руху позитивних зарядів.

Електричні заряди можуть рухатися впорядковано під дією електричного поля. Тому достатньою умовою для існування електричного струму є наявність електричного поля і вільних носіїв електричного заряду.

Електричне поле може бути створене, наприклад, двома різнойменно зарядженими тілами. Сполучаючи провідником різнойменно заряджені тіла, можна отримати електричний струм, що протікає протягом короткого часу.

Відношення заряду Δq, що проходить через поперечний переріз провідника за інтервал часу Δt, до цього інтервалу часу називається силою струму I:

Якщо сила струму з часом не змінюється, електричний струм називають постійним струмом.

2. Закон Ома для повного кола. Електрорушійна сила. Повна робота сил електричного поля при русі зарядів по замкнутому колу постійного струму дорівнює нулю. Отже, вся робота електричного струму у замкненому електричному колі виконується за рахунок дії сторонніх сил. Відношення роботи А, здійсненої сторонніми силами з переміщення заряду q уздовж кола до значення цього заряду називається електрорушійною силою джерела (ЕРС):

Електрорушійна сила виражається в тих же одиницях, що і напруга або різниця потенціалів, тобто у вольтах.

Закон Ома для повного кола. Якщо в результаті проходження постійного струму в замкнутому електричному колі відбувається лише нагрівання провідників, то за законом збереження енергії повна робота електричного струму в цьому колі, що дорівнює роботі сторонніх сил джерела струму, дорівнює сумарній кількості теплоти, яка виділилася на зовнішній і внутрішній ділянках кола.

За допомогою закону збереження енергії знайдемо залежність сили струму в колі від ЕРС та його опору.

Розглянемо найпростіше повне замкнуте коло, що складається з джерела струму (гальванічного елемента, акумулятора або генератора) і резистора опором R (мал. 2.9). Джерело струму має електрорушійну силу ε і опір r. Опір джерела r називають внутрішнім опором на відміну від зовнішнього опору R кола. У генераторі r — це опір обмоток, а в гальванічному елементі — опір розчину електроліту й електродів.

Мал. 2.9. Схема електричного кола

Закон Ома для замкнутого кола пов’язує силу струму в колі, ЕРС і повний опір (R + r) кола. Цей зв’язок можна встановити теоретично на основі закону збереження енергії і закону Джоуля-Ленца.

Добуток сили струму на опір частини кола часто називають спадом напруги на цій ділянці кола або напругою. Отже, ЕРС дорівнює сумі спадів напруг на внутрішній і зовнішній частинах замкнутого кола.

Закон Ома для замкнутого кола записують так: