2 Постійній електричний струм

2.1 Електричний струм

2.1.1 Сила струму. Густина струму. Їх одиниці вимірювання

Електричний струм провідності – це впорядкований рух електричних зарядів. Крім струму провідності, існує струм зміщення і конвекційний струм.

За напрямок сили струму прийнятий напрямок руху позитивних зарядів. І – сила струму. За визначенням

.

І – це кількість заряду, що проходить через поперечний переріз провідника за одиницю часу.

(постійний струм).

[I]=1 Кл/с=1 А

j – густина струму – це кількість заряду, що проходить через дану точку перерізу провідника в напрямку, перпендикулярному до швидкості носіїв, за одиницю часу.

[j]=1 А/м²

Густина струму, на відміну від сили струму, - величина векторна.

,

n_i – концентрація, - дрейфова швидкість і-того сорту частинок (носіїв заряду), q_і – заряд частинок.

Для металів

е – заряд електрона, n - їх концентрація.

Швидкість частинок в даних виразах є дрейфовою, тобто тою швидкістю, яку отримує заряд в електричному полі.

Для електролітів

,

q₊, q_- - заряд іонів.

2.1.2 Сторонні сили. Електрорушійна сила та її одиниці

Щоб в колі протікав електричний струм необхідно:

1. різниця потенціалів на кінцях провідника;

2. наявність вільних зарядів;

3. замкненість кола.

Сторонні сили – це сили некулонівського походження, які розділяють різнойменні заряди і створюють напругу на кінцях провідника (хімічні, механічні, електромагнітні, вихрові електричні – все це сторонні сили). Їх робота

.

Звідси

.

Введемо величину , що називається е.р.с.

.

Звідси дамо три визначення е.р.с.

1. Електрорушійною силою називається величина, яка чисельно рівна роботі сторонніх сил по переміщенню одиничного заряду з однієї точки кола в другу.

2. Електрорушійна сила дорівнює циркуляції вектора напруженості сторонніх сил по замкнутому контуру .

3. Електрорушійна сила визначається як різниця потенціалів на кінцях розімкненого кола.

,

.

Пам’ятайте:

 кулонівське поле потенціальне

 поле сторонніх сил - вихрове

2.2 Закон Ома в диференціальній та інтегральній формах

Однорідною називається ділянка, в якій немає електрорушійної сили. Для неї закон Ома:

.

Для неоднорідної ділянки кола, при наявності е.р.с. ₁₂

.

Тут величина - спад напруги.

Якщо коло замкнуто і в нього включено джерело з опором r та опір R, то

,

r – внутрішній опір джерела

Опір провідника , де  - питомий опір провідника;  - довжина провідника; S – площа поперечного перерізу.  - залежить від температури та домішок і дефектів в провідниках. Для металів

,

де  - температурний коефіцієнт опору, ₀ – питомий опір при 0^С.

[]=1 град^-1; []=1 Ом^-1м^-1.

Для однорідного провідника довжиною  і перерізом S можна записати:

.

Тоді

,

j – густина струму,  - питома провідність – величина, обернена до питомого опору. Отримана формула

- закон Ома в диференціальній формі.

2.3 Закон Джоуля-Ленца в інтегральній та диференціальній формах

Джоуль встановив, що при проходженні по провіднику електричного струму виділяється теплота:

,

І – сила струму, U – напруга на провіднику, t – час проходження струму,

або:

,

R – опір провідника.

Звідси:

,

- потужність, що виділяється в одиниці об’єму.

.

Отримана формула

- закон Джоуля-Ленца в диференціальній формі.