La corrente continua è la resistenza di corrente di un conduttore. Corrente elettrica continua

In fisica per il grado 11 (Kasyanov V.A., 2002),
un compito №17
al capitolo" Corrente elettrica costante. PRINCIPALI DISPOSIZIONI».

Elettricità

Elettricità- movimento ordinato (diretto) di particelle cariche Il movimento diretto di cariche libere (portatori di corrente) in un conduttore è possibile sotto l'influenza di un campo elettrico esterno

La direzione del movimento delle particelle caricate positivamente viene presa come direzione della corrente.

Forza attuale in un dato momento- una grandezza fisica scalare pari al limite del rapporto tra l'entità della carica elettrica che è passata sezione trasversale conduttore, all'intervallo di tempo del suo passaggio

Unità di corrente (unità base SI) - ampere (1 A) 1 A = 1 C/s

Costante elettricità - corrente che non cambia nel tempo

Fonte corrente- un dispositivo che separa cariche positive e negative

Forze di terzi- forze di origine non elettrostatica, che provocano la separazione delle cariche nella sorgente di corrente

EMF- quantità fisica scalare uguale al rapporto tra il lavoro delle forze esterne per spostare una carica positiva dal polo negativo della sorgente di corrente al positivo al valore di questa carica:

EMF è uguale alla tensione tra i poli di una sorgente di corrente aperta.

Legge di Ohm per un conduttore omogeneo (sezione del circuito): la corrente in un conduttore omogeneo è direttamente proporzionale alla tensione applicata e inversamente proporzionale alla resistenza del conduttore

La resistenza di un conduttore è direttamente proporzionale alla sua resistività e lunghezza e inversamente proporzionale alla sua area della sezione trasversale.

L'unità di resistenza è ohm (1 ohm) 1 ohm = 1 V/A

Resistore- un conduttore con una certa resistenza costante

Resistività - grandezza fisica scalare, numericamente uguale alla resistenza di un conduttore cilindrico omogeneo di lunghezza e area unitaria.

L'unità di resistività è un ohmmetro (1 ohm m).

La resistenza specifica di un conduttore metallico aumenta linearmente con la temperatura:

dove ρ 0 - resistività a T 0 \u003d 293 K, ΔT \u003d T- T 0, α - coefficiente di resistenza alla temperatura. Unità coefficiente di temperatura resistenza K-1. La resistività di un semiconduttore diminuisce all'aumentare della temperatura a causa dell'aumento del numero di cariche libere in grado di trasportare corrente elettrica.

Buco- uno stato elettronico vuoto nel reticolo cristallino, che ha una carica positiva in eccesso.

Superconduttività- un fenomeno fisico consistente in un brusco azzeramento della resistenza di una sostanza.

Temperatura criticaè la temperatura della brusca transizione della materia dallo stato normale allo stato superconduttore.

effetto isotopico- dipendenza della temperatura critica dalla massa di ioni nel reticolo cristallino.

La corrente elettrica in un superconduttore è dovuta al movimento coordinato di coppie di elettroni interconnessi dall'interazione con il reticolo cristallino

In connessione seriale resistori, la resistenza totale del circuito è uguale alla somma delle loro resistenze. collegamento in parallelo resistori, la conduttività del circuito è uguale alla somma delle loro conducibilità Legge di Ohm per un circuito chiuso: l'intensità della corrente in un circuito chiuso è direttamente proporzionale all'EMF della sorgente e inversamente proporzionale all'impedenza del circuito:

dove R e r sono le resistenze esterne ed interne del circuito.

Legge di Ohm per un circuito chiuso con più sorgenti di corrente collegate in serie:

l'intensità della corrente in un circuito chiuso con sorgenti di corrente collegate in serie è direttamente proporzionale alla somma algebrica della loro EMF e inversamente proporzionale all'impedenza del circuito:

Amperometro misura la forza della corrente elettrica, è incluso nel circuito in serie

Shunt- un conduttore collegato in parallelo all'amperometro per aumentare il limite delle sue misure *

dove R A è la resistenza dell'amperometro, n è la molteplicità delle variazioni del limite di misura.

Voltmetro le misure tensione elettrica. Collegato in parallelo

Resistenza aggiuntiva - un conduttore collegato in serie con un voltmetro per aumentarne il campo di misura.

dove R v è la resistenza del voltmetro La quantità di calore rilasciata nel conduttore è uguale al lavoro della corrente elettrica.

Legge Joule-Lenz: la quantità di calore rilasciata in un conduttore con la corrente è uguale al prodotto del quadrato dell'intensità della corrente, della resistenza del conduttore e del tempo impiegato dalla corrente per attraversarlo:

Corrente elettrica - lavoro svolto per unità di tempo da un campo elettrico durante il movimento ordinato di particelle cariche in un conduttore

La potenza massima viene trasferita al consumatore se la resistenza del carico è uguale alla resistenza totale della sorgente di corrente e dei cavi di alimentazione

I liquidi, come i solidi, possono essere conduttori di corrente elettrica.

elettroliti- sostanze le cui soluzioni e fusi hanno conducibilità ionica.

Dissociazione elettrolitica - scissione di molecole elettrolitiche in ioni positivi e negativi sotto l'azione di un solvente

Elettrolisi- rilascio sugli elettrodi di sostanze che compongono l'elettrolita, quando una corrente elettrica scorre attraverso la sua soluzione (o fusione)

Legge di Faraday: la massa della sostanza rilasciata sull'elettrodo è direttamente proporzionale alla carica che è passata attraverso la soluzione (fusione) dell'elettrolita. dove k è l'equivalente elettrochimico della sostanza.

L'unità dell'equivalente elettrochimico è il chilogrammo per pendente (1 kg/C).

Legge di Faraday combinata:

dove M è la massa molare, n è la valenza elemento chimico; Costante di Faraday F = 9,65-10 4 C/mol.

Una corrente elettrica costante è il movimento continuo di elettroni da una regione di carica negativa (-) a una regione di carica positiva (+) attraverso un materiale conduttivo come un filo metallico. Sebbene le scariche statiche siano movimenti spontanei di particelle cariche da una superficie caricata negativamente a una superficie caricata positivamente, non vi è alcun movimento continuo di particelle attraverso un conduttore.

Per creare un flusso di elettroni, è necessario un circuito di corrente elettrica costante. Questa è una fonte di energia (ad esempio una batteria) e un conduttore che va dal polo positivo al negativo. Nel circuito possono essere inclusi vari dispositivi elettrici.

Movimento continuo degli elettroni

La corrente continua è il movimento continuo di elettroni attraverso un materiale conduttivo come un filo metallico. Le particelle cariche si muovono verso il potenziale positivo (+). Per creare un flusso di elettricità è necessario un circuito elettrico, costituito da una fonte di alimentazione corrente continua e un filo che forma un anello chiuso. Un buon esempio di un tale circuito è una torcia.

Sebbene gli elettroni caricati negativamente si muovano attraverso il filo verso il polo positivo (+) dell'alimentatore, il movimento della corrente è indicato nella direzione opposta. Questo è il risultato di una convenzione sfortunata e confusa. Gli scienziati che hanno sperimentato le correnti credevano che l'elettricità si spostasse da (+) a (-), e questo era generalmente accettato anche prima della scoperta degli elettroni. In realtà, le particelle cariche negative si muovono verso il polo positivo, opposto alla direzione indicata come direzione del flusso di corrente. È fonte di confusione, ma una volta raggiunto un accordo, è difficile sistemare le cose.

Tensione, corrente e resistenza

L'elettricità che passa attraverso un filo o un altro conduttore è caratterizzata da tensione U, corrente I e resistenza R. La tensione è energia potenziale. La corrente è il flusso di elettroni in un conduttore e la resistenza è la sua forza di attrito.

Un buon modo per pensare a una corrente elettrica costante è usare l'analogia dell'acqua che scorre attraverso un tubo. La tensione è il potenziale che aumenta a un'estremità di un filo a causa di un eccesso di elettroni caricati negativamente. È come un aumento della pressione dell'acqua in un tubo. Il potenziale fa sì che gli elettroni si muovano attraverso il filo in una regione di carica positiva. Questa energia potenziale è chiamata tensione e viene misurata in volt.

La corrente elettrica continua è il flusso di elettroni, misurato in ampere. È come la velocità dell'acqua che si muove attraverso un tubo.

Ohm è un'unità di misura per la resistenza elettrica. Gli atomi del conduttore sono disposti in modo che gli elettroni attraversino con poco attrito. Negli isolanti o nei cattivi conduttori, gli atomi offrono una forte resistenza o impediscono il movimento delle particelle cariche. Questo è analogo all'attrito dell'acqua in un tubo mentre lo attraversa.

Pertanto, la tensione è come la pressione, il flusso è come la corrente e la resistenza idraulica è come quella elettrica.

Creazione di corrente continua

Sebbene l'elettricità statica possa essere scaricata attraverso un filo metallico, non è una fonte di corrente continua. Sono batterie e generatori.

Le batterie utilizzano reazioni chimiche per creare elettricità CC. Per esempio, batteria dell'autoè costituito da lastre di piombo poste in una soluzione di acido solforico. Quando le piastre ricevono una carica dalla griglia o dall'alternatore dell'auto, cambiano chimicamente e mantengono la carica. Questa sorgente CC può quindi essere utilizzata per alimentare i fari delle auto, ecc. Il problema è quello acido solforico molto corrosivo e pericoloso.

Un'altra batteria può essere realizzata indipendentemente da un limone. Non richiede carica, ma dipende dalla reazione acida di vari metalli. Il rame e lo zinco funzionano meglio. Puoi usare filo di rame o una moneta. Un chiodo zincato può essere utilizzato come un altro elettrodo. Anche il ferro funzionerà, ma non altrettanto bene. Abbastanza per restare filo di rame e un chiodo zincato in un normale limone e misurare la tensione tra di loro con un voltmetro. Alcuni sono persino riusciti ad accendere una torcia con questa batteria.

Una fonte affidabile è il generatore, che è costituito da un filo avvolto tra i poli nord e sud di un magnete.

Pertanto, la corrente elettrica continua è il movimento continuo degli elettroni dal polo negativo al polo positivo di un conduttore come un filo metallico. È necessario un circuito per il passaggio delle particelle cariche. In esso, la direzione del movimento della corrente è opposta al flusso di elettroni. Il circuito è caratterizzato da quantità come tensione, corrente e resistenza. Le sorgenti CC sono batterie e generatori.

Circuiti elettrici

Il circuito elettrico di corrente continua è costituito da una sorgente, ai cui poli sono collegati i conduttori, che collega i ricevitori in un circuito chiuso. Questo è un prerequisito per il passaggio della corrente. I circuiti possono essere in serie, in parallelo o una combinazione.

Se prendi una fonte di corrente continua, come una batteria, e colleghi i suoi poli positivo e negativo con fili a un carico, come una lampadina, si forma un circuito elettrico. In altre parole, l'elettricità scorre da un terminale della batteria all'altro. In serie alla lampada può essere installato un interruttore che, se necessario, regolerà l'erogazione di corrente elettrica continua.

Sorgenti DC

Il circuito richiede una fonte di alimentazione. Di norma, per questo viene utilizzata una batteria o un accumulatore. Un'altra fonte di energia è un generatore CC. Inoltre, è possibile far passare la corrente alternata attraverso il raddrizzatore. Un comune adattatore utilizzato con alcuni dispositivi portatili (come gli smartphone) converte 220V corrente alternata in una tensione costante di 5 V.

conduttori

I fili e il carico devono condurre elettricità. Il rame o l'alluminio sono buoni conduttori e hanno una bassa resistenza. Il filamento di tungsteno in una lampada a incandescenza conduce corrente ma ha un'elevata resistenza che lo fa riscaldare e brillare.

Collegamento seriale e parallelo

In un circuito elettrico, più dispositivi, come le lampadine, possono essere collegati in un'unica linea tra i poli positivo e negativo di una batteria. Tale connessione è chiamata seriale. Un problema con questa disposizione è che se una lampadina si brucia, funge da interruttore e spegne l'intero circuito.

I ricevitori possono anche essere collegati in parallelo in modo che se una delle spie si spegne, il circuito non viene diseccitato. circuito parallelo l'accensione viene utilizzata non solo nelle ghirlande di alberi di Natale: anche il cablaggio elettrico nelle case viene eseguito in parallelo. Pertanto, l'illuminazione e gli elettrodomestici possono essere accesi e spenti indipendentemente l'uno dall'altro.

Legge di Ohm

Le leggi della corrente elettrica continua includono la legge di Ohm, che è la formula più fondamentale per i circuiti elettrici. Secondo lui, la corrente che passa attraverso il conduttore è direttamente proporzionale alla differenza di potenziale ai suoi capi. La legge fu formulata per la prima volta nel 1827 Il fisico tedesco Georg Ohm quando ha studiato la conduttività dei metalli. La legge di Ohm descrive al meglio i circuiti elettrici CC semplici. Sebbene sia applicabile anche alla corrente alternata, in questo caso devono essere prese in considerazione altre possibili variabili. Il rapporto tra corrente, tensione e resistenza permette di calcolare una grandezza fisica se si conoscono i valori delle altre due.

La legge di Ohm mostra la relazione tra tensione, corrente e resistenza in un semplice circuito elettrico.. Nella sua forma più semplice, è scritto come U = I × R. Qui U è la tensione in volt, I è la corrente in ampere e R è la resistenza in ohm. Quindi, se I e R sono noti, si può calcolare U. Se necessario, la formula può essere modificata con metodi algebrici. Ad esempio, se U e R sono noti e devo essere trovato, allora dovrebbe essere utilizzata l'equazione I = U / R. Oppure, se U e I sono dati e R deve essere calcolato, allora l'espressione R = U / io sono usato.

L'importanza della legge di Ohm è che se si conosce il valore di due variabili in un'equazione, allora si può determinare la terza. Ognuna di queste grandezze fisiche può essere misurata con un voltmetro. La maggior parte dei voltmetri o multimetri misura U, I, R di corrente elettrica CC e CA.

Calcolo U, I, R

La tensione CC con corrente e resistenza note può essere trovata dalla formula U = I × R. Ad esempio, se I = 0,2 A e R = 1000 ohm, allora U = 0,2 A * 1000 ohm = 200 V.

Se la tensione e la resistenza sono note, la corrente può essere calcolata utilizzando l'equazione I = V / R. Ad esempio, se U = 110 V e R = 22000 ohm, allora I = 110 V / 22000 ohm = 0,005 A.

Se la tensione e la corrente sono note, allora R = V / I. Se V = 220 V e I = 5 A, allora R = 220 V / 5 A = 44 ohm.

In questo modo, La legge di Ohm mostra la relazione tra tensione, corrente e resistenza in un semplice circuito elettrico.. Può essere applicato sia a circuiti CC che CA.

Potenza CC

Una carica che si muove in un circuito (se non è un superconduttore) consuma energia. Ciò potrebbe causare il riscaldamento o la rotazione del motore. Energia elettricaè la velocità con cui l'energia elettrica viene convertita in un'altra forma come energia meccanica, calore o luce. È uguale al prodotto di corrente e tensione: P = U × I. Si misura in watt. Ad esempio, se U \u003d 220 V e I \u003d 0,5 A, quindi P \u003d 220 V * 0,5 A \u003d 110 W.

DC(DC - Corrente continua) - una corrente elettrica che non cambia intensità e direzione nel tempo.

In realtà, la corrente continua non può mantenere un valore costante. Ad esempio, all'uscita dei raddrizzatori c'è sempre una componente variabile delle ondulazioni. Quando si utilizzano celle galvaniche, batterie o accumulatori, la quantità di corrente diminuisce con il consumo di energia, il che è importante per carichi pesanti.

La corrente continua esiste condizionatamente nei casi in cui è possibile trascurare le variazioni del suo valore costante.

La componente costante di corrente e tensione. DC

Se consideriamo la forma della corrente nel carico all'uscita di raddrizzatori o convertitori, si possono vedere increspature: cambiamenti nell'entità della corrente che esistono a causa delle capacità limitate degli elementi filtranti del raddrizzatore.
In alcuni casi, l'entità delle increspature può raggiungere abbastanza grandi valori, che non può essere ignorato nei calcoli, ad esempio, nei raddrizzatori senza l'uso di condensatori.
Tale corrente è solitamente chiamata pulsante o pulsata. In questi casi, si dovrebbe considerare la costante DC e variabile corrente alternata componenti.

Componente DC- un valore pari al valore medio della corrente del periodo.

AVG- sigla Avguste - Medio.

Componente variabile AC- variazione periodica dell'ampiezza della corrente, diminuzione e aumento rispetto al valore medio.

Dovrebbe essere preso in considerazione quando si calcola che l'entità della corrente pulsante non sarà uguale al valore medio, ma alla radice quadrata della somma dei quadrati di due quantità: la componente costante ( DC) e il valore efficace della componente variabile ( corrente alternata), che è presente in questa corrente, ha una certa potenza e si somma alla potenza della componente costante.

Le definizioni di cui sopra, così come i termini corrente alternata e DC può essere utilizzato allo stesso modo sia per la corrente che per la tensione.

La differenza tra corrente continua e corrente alternata

Per preferenze associative nella letteratura tecnica corrente impulsiva spesso indicato come permanente, poiché ha una direzione permanente. In questo caso è necessario chiarire cosa si intende per corrente continua a componente variabile.
E a volte è chiamato variabile, perché cambia periodicamente il valore. Corrente alternata a componente costante.
Di solito prendono come base la componente più grande o più significativa nel contesto.

Va ricordato che la corrente continua o la tensione caratterizza, oltre alla direzione, il criterio principale è il suo valore costante, che funge da base alle leggi fisiche ed è decisivo nelle formule di calcolo dei circuiti elettrici.
La componente DC, come valore medio, è solo uno dei parametri AC.

Per la corrente alternata (tensione), nella maggior parte dei casi, il criterio è importante: l'assenza di una componente costante quando il valore medio è zero.
Questa è la corrente che scorre nei condensatori, trasformatori di potenza, linee elettriche. Questa è la tensione sugli avvolgimenti dei trasformatori e nella rete elettrica domestica.
In tali casi, la componente costante può esistere solo sotto forma di perdite causate dalla natura non lineare dei carichi.

Parametri di corrente e tensione CC

Va immediatamente notato che il termine obsoleto "forza attuale" nella moderna letteratura tecnica nazionale non è più usato spesso ed è riconosciuto come errato. La corrente elettrica è caratterizzata non dalla forza, ma dalla velocità e dall'intensità del movimento delle particelle cariche. Vale a dire, la quantità di carica che è passata per unità di tempo attraverso la sezione trasversale del conduttore.
Il parametro principale per la corrente continua è l'ampiezza della corrente.

L'unità di misura della corrente è Ampere.
Il valore corrente è 1 Ampere - la carica si sposta di 1 Coulomb in 1 secondo.

L'unità di misura della tensione è Volt.
Il valore di tensione di 1 Volt è la differenza di potenziale tra due punti del campo elettrico necessari per fare il lavoro di 1 Joule quando si passa una carica di 1 Coulomb.

Per raddrizzatori e convertitori, i seguenti parametri sono spesso importanti per tensione costante o corrente:

Intervallo di ondulazione tensione (corrente) - un valore uguale alla differenza tra i valori massimo e minimo.
Fattore di ondulazione- un valore pari al rapporto tra il valore effettivo della componente variabile tensione o corrente alternata e la sua componente costante continua.

4.1. Caratteristiche della corrente elettrica. La condizione per l'esistenza della corrente di conduzione.

Elettricità- movimento ordinato delle particelle cariche. La corrente elettrica che si verifica nei mezzi conduttori come risultato del movimento ordinato di cariche libere sotto l'azione di un campo elettrico creato in questi mezzi è chiamata corrente di conduzione. Nei metalli, i portatori di corrente sono elettroni liberi, negli elettroliti - ioni negativi e positivi, nei semiconduttori - elettroni e lacune, nei gas - ioni ed elettroni.

La direzione della corrente elettrica è la direzione del movimento ordinato delle cariche elettriche positive. Ma in realtà, nei conduttori metallici, la corrente viene effettuata dal movimento ordinato degli elettroni, che si muovono nella direzione opposta a quella della corrente.

forza attuale detta grandezza fisica scalare uguale al rapporto di carica dq, trasferito attraverso la superficie considerata in un piccolo periodo di tempo, al valore di questo intervallo: .

Si chiama corrente elettrica permanente, se la forza attuale e la sua direzione non cambiano nel tempo. Per corrente continua.

In accordo con la teoria elettronica classica, la forza attuale , dove e- carica elettronica, - concentrazione di elettroni liberi nel conduttore, - velocità del movimento diretto degli elettroni, S- area della sezione trasversale del conduttore. L'unità di forza della corrente in SI è ampere: 1 A \u003d 1 C / s - l'intensità della corrente alla quale in 1 s una carica di 1 C passa attraverso la sezione del conduttore.

La direzione della corrente elettrica in vari punti della superficie in esame e la distribuzione della forza di corrente su questa superficie sono determinate dalla densità di corrente.

Vettore di densità di correnteè diretto opposto alla direzione del movimento degli elettroni - portatori di corrente nei metalli ed è numericamente uguale al rapporto tra la forza della corrente attraverso un piccolo elemento superficiale, normale alla direzione del movimento delle particelle cariche, al valore dS area di questo elemento: .

Corrente attraverso una superficie arbitraria S:, dove è la proiezione del vettore j nella direzione della normale.

per un conduttore omogeneo.

La corrente elettrica si verifica sotto l'influenza di un campo elettrico. In questo caso, la distribuzione di equilibrio (elettrostatica) delle cariche nel conduttore è disturbata e la sua superficie e il suo volume cessano di essere equipotenziali. All'interno appare il conduttore campo elettrico e la componente tangenziale dell'intensità del campo elettrico sulla superficie del conduttore. La corrente elettrica nel conduttore continua fino a quando tutti i punti del conduttore diventano equipotenziali. Affinché la corrente sia costante nel tempo, è necessario che la stessa carica fluisca attraverso la superficie dell'unità per gli stessi intervalli di tempo, cioè l'intensità del campo elettrico in tutti i punti del conduttore attraverso il quale scorre questa corrente è rimasta invariata. Pertanto, le cariche non dovrebbero accumularsi o diminuire in alcun punto in un conduttore che trasporta corrente continua. Altrimenti, il campo elettrico di queste cariche cambierebbe. La condizione specificata significa che il circuito CC deve essere chiuso e l'intensità della corrente deve essere la stessa in tutte le sezioni trasversali del circuito.

Per mantenere la corrente, fonte energia elettrica - un dispositivo in cui qualsiasi tipo di energia viene convertita in energia elettrica.

Se si crea un campo elettrico nel conduttore e non vengono prese misure per mantenerlo, il campo all'interno del conduttore scomparirà molto rapidamente e la corrente si interromperà. Per mantenere la corrente, è necessario effettuare la circolazione delle cariche, in cui si muoverebbero lungo un percorso chiuso. Circolazione vettoriale campo elettrostaticoè uguale a zero, quindi, insieme alle aree in cui le cariche positive si muovono lungo le linee di forza del campo elettrico, devono esserci aree in cui il trasferimento di cariche avviene contro le forze del campo elettrico. Il movimento delle cariche in queste aree è possibile con l'ausilio di forze di origine non elettrica, ad es. forze esterne.

4.2. Forza elettromotiva. Voltaggio. Differenza di potenziale.

Le forze esterne per mantenere la corrente possono essere caratterizzate dal lavoro che svolgono sulle cariche. Viene chiamato il valore pari al lavoro delle forze esterne, riferito ad un'unità di carica positiva forza elettromotiva(EMF). L'EMF che agisce in un circuito chiuso può essere definito come la circolazione del vettore dell'intensità di campo delle forze esterne.

L'EMF è espresso in volt.

voltaggio(o caduta di tensione) nella sezione del circuito 1-2 chiamata una quantità fisica numericamente uguale al lavoro svolto dal campo risultante di forze elettrostatiche ed esterne quando si sposta lungo la catena dal punto 1 Esattamente 2 carica positiva unitaria: .

In assenza di forze esterne, la tensione u corrisponde alla differenza di potenziale.

4.2. Legislazione a corrente diretta.

Nel 1826, lo scienziato tedesco G. Ohm stabilì sperimentalmente la legge secondo la quale la forza della corrente che scorre attraverso un conduttore metallico omogeneo è proporzionale alla caduta di tensione attraverso il conduttore: (Legge di Ohm in forma integrale). Omogeneoè chiamato un conduttore in cui le forze esterne non agiscono.

Valore R chiamato resistenza elettrica conduttore, dipende dalle proprietà del conduttore e dalle sue dimensioni geometriche: , dove - resistività, cioè. resistenza di un conduttore con una lunghezza di 1m 2 con una sezione trasversale di ​​​​1m 2, - la lunghezza del conduttore, S- area della sezione trasversale del conduttore. La resistenza del conduttore è, per così dire, una misura della resistenza del conduttore all'instaurarsi di una corrente elettrica in esso. L'unità di resistenza è 1 ohm. Un conduttore ha una resistenza di 1 ohm se, con una differenza di potenziale di 1 V, la corrente al suo interno è 1 A.

generalizzato Legge di Ohm per una sezione di circuito con EMF: il prodotto della resistenza elettrica di una sezione del circuito e l'intensità della corrente in essa è uguale alla somma della caduta di potenziale elettrico in questa sezione e l'EMF di tutte le fonti di energia elettrica incluse nella sezione in esame: .

La legge di Ohm generalizzata per una sezione di un circuito esprime la legge di conservazione e trasformazione dell'energia in relazione a una sezione di un circuito elettrico.

Legge di Ohm in forma differenziale: La densità di corrente di conduzione è proporzionale all'intensità e campo elettrico nel conduttore e coincide con esso nella direzione, cioè . Viene chiamato il fattore di proporzionalità conducibilità elettrica specifica del mezzo e il valore - la resistività elettrica del mezzo.

Resistività contro temperaturaè espresso dalla formula , dove - resistività a , - coefficiente di resistenza termica, a seconda delle proprietà del conduttore, - temperatura in gradi Celsius.

Molti metalli e leghe a temperature inferiori a 25 K perdono completamente la loro resistenza: diventano superconduttori. Superconduttivitàè un fenomeno quantistico Quando la corrente scorre in un superconduttore, non vi è alcuna perdita di energia. Un campo magnetico molto forte distrugge lo stato superconduttore.

Dipendenza dalla temperatura:

Coerente Tale connessione di conduttori viene chiamata quando l'estremità di un conduttore è collegata all'inizio di un altro. La corrente che scorre attraverso i conduttori collegati in serie è la stessa. La resistenza totale del circuito è uguale alla somma delle resistenze di tutti i singoli conduttori inclusi nel circuito:.

Parallelo tale connessione di conduttori viene chiamata quando un'estremità di tutti i conduttori è collegata in un nodo, l'altra termina in un altro . Con una connessione in parallelo, la tensione in tutti i conduttori è la stessa, uguale alla differenza di potenziale ai nodi di connessione:. La conducibilità (cioè il reciproco della resistenza) di tutti i conduttori paralleli è uguale alla somma delle conducibilità di tutti i singoli conduttori: .

Legge di Ohm per un circuito completo: circuito chiuso completo costituito da resistenza esterna R e una sorgente di corrente con un EMF uguale a , e resistenza interna . L'intensità della corrente in un circuito completo è direttamente proporzionale all'EMF della sorgente di corrente e inversamente proporzionale all'impedenza del circuito: .

2.1. Corrente elettrica costante.
Forza attuale. densità corrente

Una corrente elettrica è un movimento diretto di cariche elettriche. Se la sostanza contiene portatori di carica liberi - elettroni, ioni, in grado di muoversi su distanze considerevoli, in presenza di un campo elettrico acquisiscono un movimento diretto, che si sovrappone al loro movimento caotico termico. Di conseguenza, i vettori di carica gratuita si spostano in una certa direzione.

La caratteristica quantitativa della corrente elettrica è l'entità della carica trasferita attraverso la superficie in esame per unità di tempo. Si chiama forza attuale. Se una carica D viene trasferita sulla superficie nel tempo q, allora la corrente è uguale a:

L'unità di forza attuale nel sistema di unità SI è Ampere (A), . Una corrente che non cambia nel tempo è chiamata corrente costante.

Sia i portatori positivi che quelli negativi possono partecipare alla formazione della corrente; il campo elettrico li muove in direzioni opposte. La direzione della corrente è solitamente determinata dalla direzione del movimento dei portatori positivi. Infatti la corrente nella maggior parte dei casi è creata dal movimento degli elettroni, i quali, caricati negativamente, si muovono in direzione opposta a quella presa per la direzione della corrente. Se i portatori positivi e negativi si muovono contemporaneamente in un campo elettrico, la corrente totale è definita come la somma delle correnti formate dai portatori di ciascun segno.

Per quantificare la corrente elettrica viene utilizzato anche un altro valore, chiamato densità di corrente. La densità di corrente è un valore uguale alla carica che passa per unità di tempo attraverso un'area unitaria perpendicolare alla direzione di movimento delle cariche. La densità di corrente è una grandezza vettoriale.

Riso. 3.1

Indica con n la concentrazione dei vettori attuali, cioè il loro numero per unità di volume. Disegniamo un'area D infinitamente piccola in un conduttore percorso da corrente S, perpendicolare alla velocità delle particelle cariche. Costruiamo su di esso un cilindro rettilineo infinitamente corto di altezza , come mostrato in Fig. 3.1. Tutte le particelle racchiuse all'interno di questo cilindro passeranno attraverso l'area nel tempo, trasferendo una carica elettrica attraverso di essa nella direzione della velocità:

Pertanto, una carica elettrica viene trasferita attraverso un'unità di area per unità di tempo. Introduciamo un vettore coincidente in direzione con il vettore velocità. Il vettore risultante sarà la densità di corrente elettrica. Poiché esiste una densità di carica volumetrica, la densità di corrente sarà uguale a . Se i portatori di corrente sono sia cariche positive che negative, la densità di corrente è determinata dalla formula:

,

dove e sono le densità di volume delle cariche positive e negative e sono le velocità del loro moto ordinato.

Il campo vettoriale può essere rappresentato utilizzando linee di flusso, che sono costruite allo stesso modo delle linee del vettore di intensità, ovvero il vettore di densità di corrente in ciascun punto del conduttore è diretto tangenzialmente alla linea di corrente.

Forza elettromotiva

Se si crea un campo elettrico nel conduttore e questo campo non viene mantenuto, il movimento dei portatori di corrente farà scomparire il campo all'interno del conduttore e la corrente si fermerà. Per mantenere la corrente nel circuito per un tempo sufficientemente lungo, è necessario eseguire il movimento delle cariche lungo un percorso chiuso, cioè chiudere le linee CC. Pertanto, in un circuito chiuso devono esserci sezioni in cui i portatori di carica si sposteranno contro le forze del campo elettrostatico, cioè da punti con potenziale inferiore a punti con potenziale maggiore. Ciò è possibile solo in presenza di forze non elettriche, dette forze estranee. Le forze esterne sono forze di qualsiasi natura, eccetto quelle di Coulomb.

Quantità fisica, uguale al lavoro delle forze esterne quando si sposta una carica unitaria in una determinata sezione del circuito, è chiamata forza elettromotrice (EMF) che agisce su questa sezione:

La forza elettromotrice è la caratteristica energetica più importante della sorgente. La forza elettromotrice viene misurata, come il potenziale, in volt.

In qualsiasi circuito elettrico reale, puoi sempre selezionare una sezione che serve a mantenere la corrente (sorgente di corrente) e considerare il resto come un "carico". Le forze esterne agiscono necessariamente nella sorgente di corrente, quindi, nel caso generale, è caratterizzata da una forza e una resistenza elettromotrici r, che è chiamata resistenza interna della sorgente. Anche le forze esterne possono agire nel carico, ma nei casi più semplici sono assenti e il carico è caratterizzato solo dalla resistenza.

La forza risultante che agisce sulla carica in ogni punto del circuito è uguale alla somma delle forze elettriche e di terzi:

Il lavoro svolto da questa forza sulla carica in alcune sezioni del circuito 1-2 sarà pari a:

dove è la differenza di potenziale tra le estremità della sezione 1-2, - forza elettromotiva operante in questo settore.

Il valore numericamente uguale al lavoro svolto dalle forze elettriche ed esterne quando si sposta una singola carica positiva è chiamato caduta di tensione o semplicemente tensione in una determinata sezione del circuito. Di conseguenza, .

Si dice omogenea la sezione della catena su cui non agiscono le forze esterne. L'area in cui le forze esterne agiscono sui portatori di corrente è chiamata disomogenea. Per una sezione omogenea del circuito, cioè la tensione coincide con la differenza di potenziale ai capi della sezione del circuito.

Legge di Ohm

Ohm ha stabilito sperimentalmente la legge secondo la quale la forza della corrente che scorre attraverso un conduttore metallico omogeneo è proporzionale alla caduta di tensione attraverso il conduttore:

dove è la lunghezza del conduttore, è l'area della sezione trasversale, è un coefficiente che dipende dalle proprietà del materiale, chiamato resistività elettrica. La resistività è numericamente uguale alla resistenza di una lunghezza unitaria di un conduttore avente un'area della sezione trasversale uguale all'unità.

Riso. 3.2

In un conduttore isotropo, il movimento ordinato dei portatori di corrente avviene nella direzione del vettore dell'intensità del campo elettrico. Pertanto, le direzioni dei vettori e coincidono. Troviamo il collegamento tra e nello stesso punto del conduttore. Per fare ciò selezioniamo mentalmente in prossimità di un certo punto un volume cilindrico elementare con generatori paralleli ai vettori e (Fig. 3.2). Una corrente scorre attraverso la sezione trasversale del cilindro. Poiché il campo all'interno del volume selezionato può essere considerato uniforme, la tensione applicata al cilindro è uguale a , dove è l'intensità del campo in una data posizione. La resistenza del cilindro, secondo (3.2), è . Sostituendo questi valori nella formula (3.1), arriviamo alla relazione:

,

Sfruttando il fatto che i vettori e hanno la stessa direzione, possiamo scrivere

Riscriviamo (3.4) nella forma

.

Riso. 3.3

Questa formula esprime la legge di Ohm per una sezione disomogenea di una catena.

Considera il circuito chiuso più semplice contenente una sorgente di corrente e un carico con resistenza R(Fig. 3.3). Trascuriamo la resistenza dei conduttori. Mettendo , otteniamo l'espressione della legge di Ohm per un circuito chiuso:

Un voltmetro ideale, collegato ai terminali di una sorgente di corrente di lavoro, mostra la tensione, come segue dalla legge di Ohm per una sezione omogenea del circuito, in questo caso per la resistenza del carico. Sostituendo la forza attuale di questa espressione nella legge di Ohm per un circuito chiuso, otteniamo:

Si può vedere da questo che la tensione u ai terminali di una sorgente funzionante è sempre inferiore alla sua EMF. È più vicino a più resistenza carichi R. Nel limite a , la tensione ai terminali di un open source è uguale alla sua EMF. Nel caso opposto, quando R=0, che corrisponde a un cortocircuito della sorgente di corrente, U=0, e la corrente di cortocircuito è massima: .

La legge di Ohm ti permette di calcolarne qualsiasi catena complessa. Un circuito ramificato è caratterizzato dalla forza delle correnti che scorrono attraverso le sue sezioni, dalla resistenza delle sezioni e dall'EMF inclusi in queste sezioni. La forza della corrente e l'EMF sono quantità algebriche, cioè sono considerate positive se la forza elettromotrice contribuisce al movimento di cariche positive nella direzione scelta e la corrente scorre in questa direzione e negativa nel caso opposto. Tuttavia, il calcolo diretto delle catene ramificate può essere difficile. Questo calcolo è notevolmente semplificato utilizzando le regole proposte da Kirchhoff.

Le regole di Kirchhoff

G. Kirchhoff (1824–1887) studiò in dettaglio la legge di Ohm e sviluppò un metodo generale per calcolare le correnti continue in circuiti elettrici, compresi quelli contenenti diverse fonti di campi elettromagnetici. Questo metodo si basa su due regole chiamate leggi di Kirchhoff. La prima regola di Kirchhoff si applica ai nodi, cioè ai punti in cui convergono almeno tre conduttori. Poiché stiamo considerando il caso di correnti costanti, in qualsiasi punto del circuito, compreso in qualsiasi nodo, la carica disponibile deve rimanere costante, quindi la somma delle correnti che fluiscono al nodo deve essere uguale alla somma di quelle in uscita. Se accettiamo di considerare positive le correnti in avvicinamento al nodo e negative le correnti uscenti, allora possiamo dire che la somma algebrica delle forze delle correnti nel nodo è uguale a zero:

Puoi ottenere lo stesso rapporto se sei d'accordo, bypassando il circuito in una certa direzione, ad esempio in senso orario, considera positive quelle correnti la cui direzione coincide con la direzione del bypass e negative - quelle la cui direzione è opposta alla direzione del bypass . Considereremo anche positivi quei campi elettromagnetici che aumentano il potenziale nella direzione di bypassare il circuito e negativi, quelli che abbassano il potenziale nella direzione di bypass.

Questo ragionamento può essere applicato a qualsiasi ciclo chiuso, quindi la seconda regola di Kirchhoff può essere scritta in generale come segue:

,

dove nè il numero di sezioni nel circuito e m è il numero di sorgenti EMF. La seconda regola di Kirchhoff esprime l'ovvia circostanza che quando giriamo completamente il circuito, torniamo al punto di partenza con lo stesso potenziale.

Pertanto, in qualsiasi circuito chiuso, scelto arbitrariamente in un circuito ramificato di conduttori, la somma algebrica dei prodotti delle forze delle correnti che scorrono attraverso le resistenze delle corrispondenti sezioni del circuito è uguale alla somma algebrica dell'EMF che si incontra in questo circuito.