7. Закон Ома

Німецький фізик Георг Ом в 1826 році експериментально встановив, що сила струму I, що протікає по однорідному металевому провіднику, пропорційна напрузі U на кінцях провідника : (3.32)

Величина R називається електричним опором. Провідник, що має електричний опір, називається резистором. Співвідношення (3.32) виражає закон Ома для однорідної ділянки кола: сила струму в провіднику прямо пропорційна прикладеній напрузі і обернено пропорційна опору провідника.

У СІ одиницею електричного опору провідників служить Ом (Ом). Опір 1 Ом має така ділянка кола, в якій при напрузі 1 В виникає струм силою 1 А.

Для однорідного лінійного провідника опір прямо пропорційний його довжині l і обернено пропорційний до площі поперечного перерізу S:(3. 33)

ρ -питомий електричний опір матеріалу провідника (вимірюється в Ом·м).

Закон Ома можна представити в диференціальній формі: (3.34)

де величина γ - питома електрична провідність.

Е -напруженість електричного поля в провіднику.

Оскільки в провіднику носії струму в кожній точці рухаються у напрямі вектора Е, то напрями густини струму J і напруженості електричного поля співпадають Е.

Провідники, що підпорядковуються закону Ома, називаються лінійними. Графічна залежність сили струму I від напруги U зображується прямою лінією, що проходить через початок координат (такі графіки називаються вольт-амперними характеристиками, скорочено ВАХ). Слід зазначити, що існує багато матеріалів і пристроїв, де закон Ома не виконується. До них відносяться напівпровідниковий діод або газорозрядна лампа. Навіть у металевих провідників при досить великих струмах спостерігається відхилення від лінійного закону Ома, оскільки електричний опір металевих провідників росте із зростанням температури.

Для ділянки кола, що містить ЕРС, закон Ома записується в наступній формі:

IR = U12 = φ1 - φ2 +ε = Δφ12 +ε. (3.35)

Вираз (3.35) прийнято називати узагальненим законом Ома для ділянки електричного кола.

3.20.

На рисунку 3.20 зображене замкнуте коло постійного струму.

Ділянка кола (cd) є однорідною. За законом Ома

IR = Δφcd.

Ділянка (ab) містить джерело струму з ЕРС, рівною εі опором r. За законом Ома для неоднорідної ділянки:

I·r= Δφab + ε.

Склавши обидві рівності, отримаємо: I(R+ r) = Δφcd + Δφab +ε. .

Але Δφcd = Δφba = - Δφab, тому

(3.36)

Ця формула виражає закон Ома для повного електричного кола: сила струму в повному колі дорівнює електрорушійній силі джерела поділеній на суму опорів однорідного і неоднорідного ділянок кола.

Опір rнеоднорідної ділянки на рисунку 3.20 можна розглядати як внутрішній опір джерела струму. В цьому випадку ділянка (ab) на рисунку 3.20 є внутрішньою ділянкою джерела.

Якщо точки a і b замкнути провідником, опір якого малий в порівнянні з внутрішнім опором джерела (R << r), тоді в колі потече струм короткого замикання(3.37)

Сила струму короткого замикання - максимальна сила струму, яку можна отримати від даного джерела з електрорушійною силою ε і внутрішнім опоромr. У джерел з малим внутрішнім опором струм короткого замикання може бути дуже великий і викликати руйнування електричного кола або джерела. Наприклад, у свинцевих акумуляторів сила струму короткого замикання може складати декілька сотень ампер. Особливо небезпечні короткі замикання в освітлювальних мережах, що живляться від підстанцій (тисячі ампер). Щоб уникнути руйнівної дії таких великих струмів, в коло включаються запобіжники або спеціальні автомати захисту мереж.

8. Закон Ампера — закон взаємодії постійних струмів. Установлений Андре-Марі Ампером в 1820 році. Із закону Ампера виходить, що паралельні провідники з постійними струмами, що течуть в одному напрямі, притягуються, а в протилежному — відштовхуються. Законом Ампера називається також закон, що визначає силу, з якою магнітне поле діє на малий відрізок провідника із струмом.

Сила Ампера — це сила, з якою магнітне поле діє на провідник зі струмом .

Сила Ампера залежить від сили струму I , елемента (частини) довжини провідника кута між напрямом струму і напрямом ліній магнітного поля \ та магнітної індукції }, і задається формулою

У векторній формі сила Ампера записується

Якщо кут між векторами } менший, ніж 90°, то:

Якщо кут між векторами дорівнює 90°, тоді sin90°=1, звідси:

Магнітна індукція у просторі навколо провідника зі струмом визначається законом Біо-Савара.

Си́ла Ло́ренца — сила, що діє на рухомий електричний заряд, який перебуває у електромагнітному полі.

Тут q — величина заряду,— напруженість електричного поля, {v} — швидкість руху заряду, {B— вектор магнітної індукції[1]. Іноді силою Лоренца називають лише другу складову цього виразу — силу, яка діє на заряд, що рухається, з боку магнітного поля

Електричне поле діє на заряд із силою, направленою вздовж силових ліній поля. Магнітне поле діє лише на рухомі заряди. Сила дії магнітного поля перпендикулярна до силових ліній поля й до швидкості руху заряду. В однорідному магнітному полі заряджена частинка рухається по гвинтовій лінії, яку в фізиці дещо нестрого часто називають спіраллю. Радіус гвинтової лінії (циклотронний радіус) визначається перпендикулярною до поля складовою початкової швидкості частинки. Крок гвинтової лінії — паралельною до поля складовою початкової швидкості частинки. Гвинтова лінія закручена за чи проти годинникової стрілки, в залежності від знаку заряду частинки.

9. Властивості електромагнітних хвиль

1. Поглинання електромагнітних хвиль.

2. Відбивання електромагнітних хвиль.

3. Заломлення електромагнітних хвиль.

4. Поперечність електромагнітних хвиль.

5. Поширення електромагнітних хвиль.

6. Явище інтерференції та дифракції електромаг­нітних хвиль.

7. Світло — це електромагнітна хвиля.

8. Дисперсія хвиль.

9. Поляризація хвиль.

• Шкала електромагнітних хвиль – неперервна послідовність частот і довжин хвиль електромагнітних випромінювань, які являють собою змінне електромагнітне поле, що поширюється у просторі.

• Принципової різниці між всіма видами випромінювання не має. Все це електромагнітні хвилі , які збуджуються зарядженими частинками і поширюються в просторі з швидкістю 3 ·108 м:с

• Кількісні характеристики хвиль, довжина й частота, визначають їх властивості

Зліва направо по шкалі електромагнітних хвиль хвильові властивості( інтерференція, дифракція, поляризація) проявляются дедалі слабше, а корпускулярні властивості- дедалі сильніше