Законы Ома

Постоянный электрический ток может быть создан только в замкнутой цепи, в которой свободные носители заряда циркулируют по замкнутым траекториям. Электрическое поле в разных точках такой цепи неизменно во времени. Для существования постоянного тока в электрической цепи необходимо наличие устройства, способного создавать и поддерживать разность потенциалов на участках цепи за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Такие устройства называются источниками постоянного тока. Силы неэлектростатического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются сторонними силами. Под действием сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля, благодаря чему в замкнутой цепи может поддерживаться постоянный электрический ток.

При перемещении электрических зарядов по цепи постоянного тока сторонние силы, действующие внутри источников тока, совершают работу.

Физическая величина, равная отношению работы A _ст сторонних сил при перемещении заряда q от отрицательного полюса источника тока к положительному к величине этого заряда, называется электродвижущей силой источника (ЭДС) e:

. ( 1.6)

Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).

Цепь постоянного тока можно разбить на определенные участки. Те участки, на которых не действуют сторонние силы (т. е. участки, не содержащие источников тока), называются однородными ( рис. 1 ). Участки, включающие источники тока, называются неоднородными ( рис. 2 ).

При перемещении положительного заряда по некоторому участку цепи работу совершают как электростатические (кулоновские), так и сторонние силы. При этом величина, равная отношению суммарной работы сторонних А_СТ и электростатических А_ЭЛ сил при перемещении заряда между начальной и конечной точками участка к величине этого заряда, называется напряжением на данном участке U₁₂

. (1.7)

В случае однородного участка напряжение равно разности потенциалов:

. (1.8)

Немецкий физик Г. Ом в 1826 г. экспериментально установил, что сила тока I, текущего по однородному металлическому проводнику, пропорциональна напряжению U на концах проводника:

, (1.9)

где R - сопротивление проводника. В СИ единицей электрического сопротивления проводников служит ом (Ом). Для однородного проводника длиной l и постоянного сечения S

, (1.10)

где r - удельное сопротивление материала, из которого изготовлен проводник.

Сопротивление проводника зависит от температуры:

, (1.11)

где R₀ – сопротивление при температуре 0 ^оС, α – температурный коэффициент сопротивления, t – температура проводника, ^оС.

Для неоднородного участка цепи закон Ома записывается в виде (обобщенный закон Ома)

, (1.12)

где r - внутреннее сопротивление источника тока.

ЭДС считается положительной, если она повышает потенциал в направлении тока.

В дифференциальной форме обобщенный закон Ома запишется в виде

, (1.13)

где σ – удельная проводимость среды , – напряженность электрического поля, – напряженность поля сторонних сил.

Закон Ома для полной цепи (рис. 3) имеет вид

. (1.14)

Если точки a и b замкнуть проводником, сопротивление которого мало по сравнению с внутренним сопротивлением источника (R < < r), тогда в цепи потечет ток короткого замыкания