DC brevemente. Corrente elettrica continua

2.1. Costante elettricità.
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 gratuiti 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; 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 una traiettoria chiusa, cioè tracciare linee corrente continua Chiuso. Pertanto, in un circuito chiuso devono esserci sezioni in cui i portatori di carica si sposteranno contro le forze campo elettrostatico, cioè da punti con meno potenziale a punti con più potenziale. 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.

Viene chiamata una quantità fisica uguale al lavoro delle forze esterne quando si sposta una carica unitaria in una determinata sezione del circuito forza elettromotiva(EMF) operanti in questo settore:

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

In qualsiasi reale circuito elettrico 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, è la forza elettromotrice che agisce su questa sezione.

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 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 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 consente di calcolare qualsiasi circuito complesso. 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.

Regole di Kirchhoff

G. Kirchhoff (1824–1887) studiò in dettaglio la legge di Ohm e sviluppò un metodo generale per calcolare le correnti continue nei circuiti elettrici, compresi quelli contenenti diverse sorgenti 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 delle correnti continue, 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 ciclo chiuso, scelto arbitrariamente in catena ramificata 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 incontrata in questo circuito.

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 quantità fisica scalare pari al limite del rapporto tra l'intensità della carica elettrica che ha attraversato la sezione del conduttore e l'intervallo di tempo del suo passaggio

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

Corrente elettrica continua - 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 misura la 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.

Argomento 4. Corrente elettrica continua

Domande di studio:

1. Leggi della corrente elettrica continua.

2. Un semplice circuito elettrico.

introduzione

L'elettrostatica studia l'interazione di corpi elettrificati (cariche) che non lo sono

muoversi l'uno rispetto all'altro. Ma in natura, e soprattutto in ingegneria elettrica,

i fenomeni sono più spesso associati cariche mobili, cioè elettrico

correnti di sci. Lo studio della corrente elettrica come fenomeno e la scoperta di modi per crearla (generarla) è stato il fattore che ha assicurato lo sviluppo dell'industria dell'energia elettrica, elettronica, elettrochimica, e quindi ha contribuito allo sviluppo di molte moderne tecnologie.

Moderni metodi di ricezione e trasmissione energia elettrica si basano su diverse leggi scoperte nel XIX secolo. I fenomeni e i processi associati alla corrente elettrica sono studiati nella sezione della dottrina dell'elettricità, che è chiamata elettrodinamica. Ad oggi, l'applicazione di queste leggi ha portato alla creazione di diverse scienze tecniche, nella loro complessità notevolmente superiore all'elettrodinamica.

Questa lezione discute le leggi di base del tipo più semplice di corrente: la corrente elettrica continua, nonché le sue leggi per la corrente nei conduttori metallici e un semplice sistema di conduttori, chiamato circuito elettrico.

uno . Leggi della corrente elettrica continua

1.1 Elettricità. Corrente di conduzione

1. Il fenomeno della corrente elettrica si rivela in un semplice esperimento. Se due corpi con carica opposta (ad esempio piastre del condensatore) sono collegati con un filo metallico (Fig. 1.1.1), è possibile rilevare un aumento a breve termine della temperatura del filo, fino alla sua fusione con un condensatore sufficiente carica. Il motivo è che i corpi carichi avevano potenziali diversi e un campo elettrico comune, e quando erano collegati da un filo, il campo faceva il lavoro e

spostare le cariche lungo un filo da un corpo all'altro. Le cariche spostate ("fluttuate") si compensavano a vicenda, la differenza di potenziale delle piastre si riduceva a zero e il processo di spostamento delle cariche si interrompeva. Questo movimento di cariche è una corrente elettrica. Nel caso considerato, la corrente era breve termine. In pratica si utilizzano correnti sia a breve che a lungo termine.

Definizione. Una corrente elettrica è chiamata il movimento ordinato di cariche elettriche - corpi elettrificati micro e macroscopici.

conosciuto tre varietà corrente elettrica:

1) correnti macroscopiche in natura, a causa del movimento di nubi temporalesche nell'atmosfera o di flussi di magma all'interno

ri del globo, scariche elettriche da fulmine; 2) correnti di conduzione in materia; i portatori di carica sono elettroni e io-

3) correnti nel vuoto, cioè in aree dello spazio in cui la materia è assente o ha una concentrazione molto bassa (ad esempio, correnti di elettroni nei tubi catodici, particelle elementari nei raggi cosmici e acceleratori).

Le correnti elettriche sono rilevate dal loro effetto sui corpi esterni. Queste influenze sono:

1) termica: le correnti riscaldano i corpi attraverso i quali passano;

2) meccanico - le correnti deviano un ago magnetico o altre correnti;

3) chimico - le correnti forniscono il processo di elettrolisi in soluzioni di sostanze (elettroliti);

4) biologico: le correnti avviano la contrazione muscolare e influenzano le funzioni vitali degli oggetti biologici.

2. Di massima importanza pratica sono correnti di conduzione.

Definizione. La corrente di conduzione è una corrente elettrica nei corpi.

Per l'esistenza di una corrente di conduzione è necessario avere (1) una differenza di potenziale tra i punti del corpo e (2) liberi portatori di carica elettrica nei corpi.

Si chiamano i corpi in cui è possibile l'esistenza di una corrente di conduzione conduttori elettrici . Devono essere allo stato solido o liquido. I conduttori includono metalli ed elettroliti - soluzioni saline. Nei metalli, i portatori liberi di carica elettrica sono gli elettroni e negli elettroliti

– ioni (cationi e anioni).

In assenza di un campo elettrico esterno, si muovono anche i portatori di carica all'interno dei conduttori, ma questo movimento è termico, cioè caotico. Le microcorrenti presenti nei conduttori si compensano a vicenda. Un campo elettrico esterno impartisce a tutte le cariche componente di movimento direzionale, che si sovrappone al caotico.

Definizione. La velocità del movimento ordinato dei portatori di carica in un conduttore con corrente elettrica è chiamata velocità di deriva dei portatori di carica

contro DOTT.

Definizione. Le linee lungo le quali c'è un movimento ordinato di portatori di carica in un conduttore sono chiamate linee di flusso.

I vettori di velocità di deriva sono diretti tangenzialmente alle corrispondenti linee di flusso.

Regola: la direzione della velocità di deriva dei portatori di carica positivi (q0 0 .

Per effetto di un campo elettrostatico, le cariche positive si spostano da punti con potenziale maggiore in valore assoluto a punti con potenziale minore.

Nei conduttori metallici, la direzione della corrente è opposta alla vera direzione del movimento degli elettroni: i veri portatori di carica.

3. Le principali grandezze quantitative utilizzate per descrivere la corrente elettrica sono l'intensità della corrente e la densità di corrente.

Selezioniamo un punto N all'interno del conduttore e tracciamo il vettore della velocità di deriva v DR e la corrispondente linea di flusso attraverso di esso (Fig. 1.1.2). Quindi costruiamo un'area elementare (infinitamente piccola) dS, che passa per t.Nperpendi-

in particolare al vettore v DR : dS v DR .

In presenza di corrente nel conduttore, una carica dq attraversa l'area dS nel tempo dt. È ovvio che

d qd td q= Id t.

Definizione Forza attuale in prossimità di un dato punto Viene chiamato N conduttore

una quantità fisica scalare pari alla carica elettrica che passa per l'area elementare d S per unità di tempo:

I = dq/dt.

Se la concentrazione di portatori di carica nel conduttore è n, e ogni portatore ha una carica q 0,

allora è facile mostrare che dq =q 0 n v DS dS dt . Quindi Fig. 1.1.2 densità di corrente e intensità di corrente nel punto N del conduttore

sono descritti da espressioni:

j =q 0 n v DR ,j =q 0 n v DR ;

I = jd S = q0 nv DR d S.

L'unità di base per misurare l'intensità della corrente è "ampere": \u003d 1A e densità di corrente - "ampere divisa per metro quadro": \u003d 1A / m 2.

La stima mostra che a una corrente I = 1A in un conduttore di rame, per il quale la concentrazione in volume degli elettroni di valenza è n 1028 m–3, la loro velocità di deriva è v DR 10–2 m/s. Questa velocità è molto inferiore alla velocità media del movimento caotico degli elettroni di valenza nel volume del conduttore (v СР 106 m/s).

4. In pratica, i conduttori metallici sono molto utilizzati. sezione normale costante:S=idem. Per loro, le linee di flusso sono parallele e il vettore

densità di corrente ry in tutti i punti di qualsiasi sezione normale nello stesso mo-

I punti temporali sono gli stessi, cioè sono paralleli, diretti in una direzione e uguali in valore assoluto: j S , j = = const. La forza di corrente nei conduttori di sezione costante è la somma delle forze di corrente attraverso tutte le n aree elementari dS i, in cui è possibile suddividere qualsiasi sezione normale S:

5. Definizione. Una corrente elettrica si dice costante se la corrente

non cambia nel tempo.

Dalla definizione dell'intensità della corrente segue che a corrente costante attraverso una data sezione S del conduttore per uguali periodi di tempo t passa la stessa quantità

carica q :

IPOST =cost d q = Id t q= Id t= IPOST d t = IPOST t IPOST = q/ t.

Per due conduttori di diverse sezioni trasversali S 1 e S 2 alla stessa intensità di corrente (I 1 \u003d I 2), i moduli di densità di corrente, inversamente proporzionali alle aree della sezione trasversale dei conduttori (j \u003d I / S ) sono correlati secondo la seguente espressione:

j1/j2 = S2/S1.

1.2 Legge di Ohm per la corrente in un conduttore

1. Una corrente elettrica in un conduttore esiste quando c'è una differenza di potenziale nel campo elettrico (tensione elettrostatica) alle estremità del conduttore. Sperimentalmente, la relazione tra intensità di corrente e tensione è stata stabilita dal fisico tedesco G. Ohm

Legge di Ohm per la corrente in un conduttore: la forza della corrente in un conduttore omogeneo è direttamente proporzionale alla tensione elettrostatica alle sue estremità -

Viene chiamato il coefficiente di proporzionalità (in greco "lambda"). conduttività elettrica(conduttività elettrica) conduttore.

Ma di solito, invece della conduttività elettrica, l'inversamente proporzionale

il suo valore - resistenza elettrica del conduttore R 1/ .

In questo caso, la legge di Ohm per il conduttore ha la forma:

I = U/R.

Unità di misura di base resistenza elettricaè "ohm": [ R ] \u003d 1 V / A \u003d 1 Ohm - questa è la resistenza del conduttore, in cui, con una differenza di potenziale di 1 V, scorre una corrente continua 1A.

2. È stato sperimentalmente stabilito che la resistenza elettrica dipende da (1). Composizione chimica conduttori, (2) la loro forma e dimensione e (3) la loro temperatura.

Resistenza di un conduttore omogeneo di sezione costante direttamente proporzionale alla sua lunghezza e inversamente proporzionale alla sua area normale sezione trasversale:

R = l/S.

Il coefficiente di proporzionalità in questa espressione è una caratteristica fisica della sostanza di cui è costituito il conduttore, e si chiama elettrico specifico

la resistenza chimica della sostanza di cui è composto il conduttore.

L'unità di resistività è "ohm volte

metro ": \u003d 1 Ohm m. L'argento ha la resistività più bassa

(= 1,6 10–8 ohm m) e rame (= 1,7 10–8 ohm m).

3. La dipendenza della resistenza del conduttore dalla temperatura è dovuta alla dipendenza dalla temperatura della resistività. A temperature non troppo diverso dal normale, questa dipendenza in prima approssimazione ha la forma seguente:

0 (1 +t) =0 T ,R =R 0 (1 +t) =R 0 T ;

qui e 0 ,R e R 0 – resistività e la resistenza del conduttore a temperature, rispettivamente, t e 0°C (T e 273,15K). Il coefficiente di proporzionalità (1/273)K -1 è quasi lo stesso per tutti i conduttori metallici:

(1/273) K -1 - ed è chiamato coefficiente di resistenza alla temperatura.

L'aumento della resistenza elettrica all'aumentare della temperatura è la caratteristica principale, secondo la quale, da tutte le sostanze conduttive, gruppo di direttori. Altri gruppi di sostanze sono caratterizzati da una diminuzione della resistenza all'aumentare della temperatura; si compongono gruppi di semiconduttori andare-

elettricisti.

4. Nei circuiti elettrici e radio è spesso necessario avere determinati valori specifici della resistenza dei conduttori. Sono installati selezionando conduttori standardizzati chiamati resistori. I resistori sono combinati in sistemi. Calcolo della resistenza del sistema resistivo (equivalente a

resistenza del sistema) si basa sulle dipendenze, che sono soggette a

tivleniya due semplici sistemi- catena parallela e seriale-

zistori.

schema catena parallela i resistori con resistenze R 1, R 2, R 3, .., R n sono mostrati in Fig. 1.2.1a: prima uno dei due terminali di ciascun resistore è collegato e forma il primo nodo A, quindi le seconde conclusioni sono collegati nel secondo nodo B. Al nodo-

ly A e B tensione U è applicata, lo stesso per tutte le resistenze:

U 1 \u003d U 2 \u003d U 3 \u003d ... \u003d U n \u003d U.

Una corrente di forza I fluisce dal polo positivo della sorgente al nodo A. Qui è divisa in correnti I 1, I 2, I 3,.., I n, che si collegheranno al nodo B in una corrente della stessa forza iniziale I. Cioè, la forza attuale I è uguale alla somma delle forze attuali in tutti i resistori:

D'altra parte, secondo la legge di Ohm, I \u003d U / R PAR, dove R PAR è la resistenza equivalente di una catena parallela di resistori. Uguagliare le parti giuste delle ultime espressioni

zhenii, otteniamo una formula per il calcolo RPAR: il valore inversamente proporzionale alla resistenza equivalente di una stringa parallela di resistori è uguale alla somma dei valori inversamente proporzionale alle loro resistenze:

5. Schema catena seriale resistori con resistenze R 1, R 2, R 3, .., R n sono mostrati in Fig. 1.2.1b: i resistori sono collegati ai loro terminali come vagoni ferroviari.

Se viene applicata tensione ai terminali liberi dei resistori estremi R 1 e R n, allora

la corrente sarà la stessa in tutti i resistori:

io 1 \u003d io 2 \u003d io 3 \u003d ... \u003d io n \u003d io,

e la tensione su ciascuno dei resistori, secondo la legge di Ohm, dipende dalla propria resistenza:

Ui = Ii Ri = IRi .

Ovviamente, la tensione U ai capi della catena è uguale alla somma delle tensioni ai capi di ciascun resistore:

U = IR LAST , dove R LAST è la resistenza equivalente del circuito considerato. Uguagliando le parti giuste delle ultime espressioni, otteniamo che l'equivalente

La resistenza del nastro di una catena in serie di resistori è uguale alla somma delle loro resistenze:

R ULTIMO= R io . io 0

Utilizzando i rapporti R PAR e R LATCH ottenuti, è possibile calcolare la resistenza di un qualsiasi sistema di resistori, evidenziando in esso progressivamente serie e/o catene parallele.

1.3 Legge di Joule-Lenz per la corrente in un conduttore

1. La corrente elettrica nel conduttore esiste a causa del lavoro svolto dal campo elettrostatico per trasferire una carica positiva lungo il conduttore:

AR \u003d q (1 - 2) \u003d q U.

A corrente continua q \u003d I t. Poi, considerando Legge di Ohm per la corrente in un conduttore, possiamo esprimere il lavoro del campo elettrostatico in termini di parametri di corrente:

AR \u003d I2 R t \u003d (U2 / R) t \u003d IU t

2. JP Joule e, indipendentemente da lui, il fisico russo E.Kh. Lenz (1804-1865) a

1841-42 stabilito sperimentalmente: se la corrente viene fatta passare attraverso un fermo

conduttore metallico, quindi l'unico effetto osservato è il riscaldamento del conduttore, cioè il rilascio di calore Q nello spazio circostante.

In questo caso, in virtù della legge di conservazione e trasformazione dell'energia

QR = AR = I2 R t.

Questa uguaglianza è un'espressione quantitativa della legge di Joule-Lenz per un conduttore: quantità di calore rilasciata in qualunque conduttore quando pro-

quando viene attraversata da una corrente continua, è uguale al prodotto del quadrato dell'intensità della corrente e della resistenza elettrica del conduttore e del tempo in cui la corrente è passata.

L'uso della legge di Ohm consente di modificare l'espressione della legge di Joule-Lenz:

QR = I2 R t = (U2 / R) t = UI t.

È chiaro che se un conduttore percorso da corrente si muove sotto l'azione di campo magnetico(motore elettrico) o processi chimici (elettrolisi), quindi il lavoro della corrente supererà la quantità di calore rilasciata.

L'intensità del rilascio di calore è caratterizzata dalla potenza della corrente - fisica

con un valore pari al lavoro della corrente per unità di tempo:

N A / t \u003d I 2 R \u003d U2 / R \u003d IU.

3. Il rilascio di calore è spiegato dal fatto che i portatori di carica interagiscono con il reticolo cristallino del conduttore e trasferiscono ad esso l'energia del loro movimento ordinato.

L'effetto termico della corrente ha trovato ampia applicazione nella tecnologia, iniziata con l'invenzione nel 1873. Ingegnere russo AN Lodygin (1847-1923) lampadina incandescente. Su questo fenomeno si basa l'azione di forni elettrici a muffola, apparecchiature per la saldatura ad arco elettrico e a resistenza di metalli, stufe elettriche domestiche e molto altro.

2. Circuito elettrico semplice

2.1 Sorgente di corrente continua. Forza elettromotrice della sorgente di corrente

1. Se solo la forza del campo elettrostatico agisce sui portatori di carica nel conduttore (resistenza) (come nell'esperimento illustrato in Fig. 1.1.1), i portatori si spostano da punti del conduttore con potenziale maggiore a punti con un potenziale inferiore. Ciò porta all'equalizzazione dei potenziali in tutti i punti del conduttore e, di conseguenza, alla scomparsa della corrente.

La principale applicazione pratica è per le correnti continue, comprese le correnti continue. Per l'esistenza corrente continua sono necessari dispositivi in ​​grado di creare e mantenere alle estremità del conduttore differenza di potenziale costante. Ta-

quali dispositivi sono chiamati sorgenti di corrente continua.Nelle fonti attuali, pro-

arriva una continua separazione spaziale delle cariche positive e negative ai poli della sorgente , che fornisce una potenziale differenza tra di loro.

ai poli della sorgente di corrente (Fig.2.1.1).

È importante che, a differenza della corrente nel conduttore, fonte interna attuale (as

cariche positive) è diretto da negativo polo è positivo

nom . Questa direzione è chiamata direzione naturale della corrente nella sorgente.

Riflette fisicamente correttamente l'essenza dei processi nella sorgente di corrente e corrisponde alla regola che determina la direzione della corrente nel resistore collegato ai poli della sorgente.

Il ruolo della fonte di alimentazione è simile al ruolo di una pompa, necessaria per pompare il fluido attraverso i tubi di un sistema idraulico. Formalmente, la sorgente di corrente "pompa" cariche positive dal suo polo negativo a quello positivo.

2. Le forze esterne fanno il lavoro A STOP sulla separazione e il movimento delle cariche elettriche all'interno della sorgente e sulla creazione di un campo elettrico tra i suoi poli.

Definizione. La forza elettromotrice (EMF) di una sorgente di corrente è una quantità fisica pari al lavoro delle forze esterne eseguite nella sorgente nella produzione di un'unità di carica positiva:

E A STOR / q + .

La somiglianza delle definizioni dell'EMF della sorgente di corrente e del potenziale del campo elettrico spiega che anche la principale unità di misura dell'EMF è "volt":

[ E ] \u003d 1 J / C \u003d 1 V.

3. La base di tutte le sorgenti di corrente sono sostanze elettricamente conduttive. Pertanto, le sorgenti hanno una resistenza elettrica, che viene chiamata resistenza interna ed è indicato dalla lettera r. La resistenza interna si manifesta nel riscaldamento della sorgente in modalità operativa, ovvero quando un resistore è collegato a una sorgente di corrente. La quantità di calore rilasciata nelle fonti attuali obbedisce alla legge di Joule-Lenz:

Qr = I2 r t.

La resistenza interna aumenta con la temperatura.

2.2 Sezione del circuito elettrico. Semplice circuito chiuso

1. Per creare correnti elettriche, resistori e sorgenti di corrente devono essere utilizzati insieme.

Definizione. Semplici circuiti elettrici sono chiamati sistemi, stato-

da resistori, sorgenti di corrente e tasti (interruttori) collegati in serie.

Definizione. Sezione di una catena semplice Viene chiamata una parte di un semplice circuito elettrico, contenente l'uno o l'altro numero di resistori e / o sorgenti di corrente.

Definizione. Sezione omogenea di una catena semplice è chiamata area che contiene

tirando solo resistenze.

Un esempio di sezione omogenea di un circuito è una catena in serie di resistori (Fig. 1.2.1b). Il fenomeno della corrente continua in una sezione omogenea del circuito, costituita da resistori, è descritto dalle leggi di Ohm e di Joule-Lenz per la corrente nel conduttore.

2. Definizione. Sezione disomogenea della catena chiamata sezione contenente resistori collegati in serie e sorgenti di corrente.

Definizione. Si chiama la somma delle resistenze dei resistori R e delle resistenze interne r i delle sorgenti di corrente in una sezione disomogenea di un circuito semplice resistenza totale

dalla formazione di una sezione disomogenea della catena.

kov corrente nella zona.

Definizione. Tensione elettrica sulla sezione disomogenea del circuito A-

B è il valore pari alla somma algebrica della tensione elettrica esterna e dell'EMF (somma tenendo conto dei segni) delle sorgenti di corrente comprese nella sezione:

U AB (A -B) + E AB \u003d U + E AB;

qui E AB \u003d E 1 + E 2 + ... è la somma algebrica (somma tenendo conto dei segni) dell'EMF delle attuali fonti nella sezione.

Commento. Si può notare che per una sezione omogenea del circuito, la tensione è identica a tensione elettrostatica tra gli attuali punti di entrata e di uscita:

(U AB) UNO (A - B) UNO = U.

EMF E i nell'espressione per E AB sono grandezze algebriche: valore di E i

viene preso con un segno "+" se la direzione della corrente IAB nella sezione del circuito coincide con la direzione naturale del movimento delle cariche positive nell'i-esima sorgente (in Fig. 2.2.1 E 1 0); se la direzione della corrente IAB è opposta alla direzione naturale di movimento delle cariche positive nella sorgente, allora il valore di E i è preso da

segno "-" (in Fig.2.2.1E 2 0). In questo modo,

E AB \u003d E 1E 2 ... .

3. Se i conduttori di sezione non omogenea catene A-B sono immobili, quindi secondo la legge di conservazione e trasformazione dell'energia, il lavoro delle forze elettrostatiche ed esterne agenti nell'area è uguale al calore rilasciato nel resistore e nelle sorgenti di corrente:

A AB \u003d Q AB.

Considera una sezione del circuito contenente solo una sorgente di corrente con resistenza interna r (in questo caso, E AB \u003d E 1 ). È ovvio che

A AB \u003d A R + A r + A STOR,

dove (А R +А r ) =q + (А –В ) è il lavoro delle forze elettrostatiche quando si sposta una carica positiva q + .

Dalla definizione di EMF segue che A STOR \u003d q + E AB. Quindi

A AB \u003d q + (A - B) + q + E AB \u003d q + (A - B) + E AB \u003d q + U AB.

D'altra parte, la quantità di calore Q AB \u003d Q R + Q r e secondo la legge di Joule-Lenz

e la definizione di corrente elettrica (I t \u003d q + )

QAB = I2 R t+ I2 r t= I(R+ r)(I t) = I(R+ r) q+ .

Uguagliando le parti giuste delle ultime espressioni per A AB e Q AB si ottiene l'espressione

legge di Ohm generalizzata per una sezione di catena disomogenea:

la forza di corrente in una sezione disomogenea di un circuito elettrico è direttamente proporzionale a tensione elettrica alle estremità della sezione ed è inversamente proporzionale alla resistenza totale della sezione -

I \u003d (A -B) + E AB / (R + r) \u003d U AB / (R + r).

Quindi ne consegue che

U AB \u003d I (R + r) \u003d IR + Ir U R + U r,

dove U R IR e U r Ir sono le tensioni elettrostatiche attraverso il resistore e l'interno

resistenza della sezione della catena. Questo è la tensione elettrica ai capi della sezione disomogenea del circuito è uguale alla somma delle tensioni elettrostatiche ai capi del resistore e della resistenza interna della sorgente di corrente:

U R + U r \u003d ( A - B) + E AB.

Commento. Per una sezione omogenea del circuito (E AB \u003d 0, r \u003d 0, U r \u003d 0) con resistenza equivalente R, la legge di Ohm generalizzata si trasforma nella legge di Ohm per la corrente nel conduttore:

U=UR=IR.

Commento. La legge di Ohm generalizzata vale non solo per la corrente continua (U = const), ma anche per qualsiasi variazione di corrente nel tempo. In questo caso, la sezione del circuito può contenere anche altri elementi elettrici: (1) condensatori con tensione U C \u003d q / C sulle loro piastre e (2) solenoidi che creano l'EMF di induzione elettromagnetica E i \u003d -LdI / dt. Quindi le quantità U C ed E i devono essere prese in considerazione, rispettivamente, nelle parti sinistra e destra dell'equazione della legge di Ohm generalizzata:

U R + U r + U C \u003d ( A - B) + E AB + E i].

È importante ricordare che la lettera A indica la fine della sezione del circuito da dove la corrente (q 0) scorre nella sezione.

4. La legge di Ohm generalizzata indica un metodo per misurare l'EMF di una sorgente di corrente. Se non c'è corrente nella sezione disomogenea (I = 0), ne consegue che

E AB \u003d - (A -B) \u003d (B -A),

cioè, l'EMF che agisce in un circuito disomogeneo è uguale alla differenza di potenziale elettrostatico alle estremità del circuito nel modo quando non sono chiuse attraverso altre sezioni.

Questa misura si realizza collegando i poli della sorgente ai terminali del voltmetro.

2.3 Circuito chiuso semplice

1. Definizione. Semplice circuito chiuso si chiama una catena, che si ottiene collegando (chiudendo) la chiave K alle estremità di un tratto di una catena semplice (Fig. 2.3.1).

Viene chiamata la resistenza R in un circuito chiuso semplice resistenza esterna

mangiare.

Usando la legge di Ohm per la corrente nel conduttore, puoi determinare quale frazione dell'EMF E è la tensione U R sulla resistenza esterna R:

I \u003d U R / R U R \u003d I R \u003d E R / (R + r) \u003d E / (1 + (r / R )) \u003d E (1 - (r / R )), con r R.

Si può notare che maggiore è la resistenza esterna del circuito, più il valore di U R si avvicina al valore di E .

Se la resistenza esterna del circuito è molto inferiore a quella interna

(R r ), quindi la catena andrà corrente di cortocircuito:

I KOR \u003d E / r.

La modalità di cortocircuito è estremamente pericolosa per le sorgenti di corrente. La loro resistenza interna ha valori vicini a 1 ohm (r 1 ohm). Pertanto, le correnti di cortocircuito, anche a bassa EMF, possono raggiungere decine di ampere. Il calore Joule rilasciato in questo caso, proporzionale al quadrato dell'intensità della corrente (Q I 2 ), può disabilitare la sorgente.

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 CC e un filo che forma un circuito 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 galvanizzato 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 220 V AC in tensione costante 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. Anche se vale anche per corrente alternata, nel qual caso dovrebbero 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. nessuno di questi quantità fisiche può essere misurato 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, 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.

2. Corrente elettrica nei metalli. Prova sperimentale della natura dei portatori di carica elettrica nei metalli. Fondamenti della teoria elettronica classica della conduzione nei metalli.

L'idea della natura elettronica dei portatori di carica nei metalli, espressa nella teoria di Drude e Lorentz, si basa su una serie di prove sperimentali classiche.

Il primo di questi esperimenti è l'esperienza di Rikke (1901), in cui durante l'anno el. la corrente veniva fatta passare attraverso tre cilindri metallici (Cu, Al, Cu) dello stesso raggio collegati in serie con estremità accuratamente levigate. Nonostante il fatto che la carica totale che è passata attraverso i cilindri abbia raggiunto un valore enorme (circa 3,5 * C), non sono state riscontrate variazioni nella massa dei metalli più esterni. Ciò ha dimostrato l'ipotesi che particelle di massa estremamente piccola siano coinvolte nel trasferimento di carica.

Nonostante la piccola massa dei portatori di carica, hanno la proprietà dell'inerzia, che è stata utilizzata negli esperimenti di Mandelstam e Papaleksi, e poi negli esperimenti di Stewart e Tolman, che hanno fatto ruotare la bobina con un numero molto elevato di giri in un enorme velocità (dell'ordine di 300 m/s), per poi frenarla bruscamente. Come risultato dello spostamento delle cariche dovuto all'inerzia, creava un impulso di corrente e conoscendo le dimensioni e la resistenza del conduttore e l'entità della corrente registrata nell'esperimento, è stato possibile calcolare il rapporto tra la carica e la massa della particella, che si è rivelata molto vicina al valore che si ottiene per un elettrone (1,7 * C /kg).

Fondamenti della teoria elettronica classica della conduzione nei metalli

L'esistenza di elettroni liberi nei metalli è spiegata dal fatto che durante la formazione di un reticolo cristallino di un metallo (come risultato dell'approccio di atomi isolati), gli elettroni di valenza, legati relativamente debolmente ai nuclei atomici, si staccano dagli atomi di metallo , diventano "liberi" e possono muoversi attraverso il volume. Gli ioni metallici positivi si trovano ai nodi del reticolo cristallino e gli elettroni liberi si muovono casualmente tra di loro, formando una specie di gas di elettroni, il percorso libero medio degli elettroni è di circa m ( la distanza tra i nodi del reticolo). Gli elettroni di conduzione entrano in collisione con gli ioni del reticolo, trasferendo loro energia, in tal modo si stabilisce un equilibrio termodinamico tra il gas dell'elettrone e il reticolo. Secondo la teoria di Drude-Lorentz, gli elettroni hanno lo stesso energia del moto termico come le molecole di un gas monoatomico ideale ea temperatura ambiente la velocità termica degli elettroni sarà di ordini di grandezza/s, tutto l'elettrone Sono considerati indipendenti e per spiegare fenomeni macroscopici (ad esempio la corrente) è sufficiente conoscere il comportamento di un elettrone per determinare il comportamento di tutti gli elettroni. Pertanto, tale teoria è chiamata "approssimazione a singolo elettrone" e, nonostante la sua semplificazione, fornisce risultati soddisfacenti.

Il movimento caotico termico degli elettroni non può portare alla comparsa di una corrente. Quando un campo elettrico viene applicato ad un conduttore metallico, tutti gli elettroni acquisiscono un movimento diretto, la cui velocità può essere stimata dalla densità di corrente; anche a densità molto elevate (dell'ordine di 10 -10 A/m), la velocità di movimento ordinato è di circa m / s. Pertanto, nei calcoli, la velocità risultante dell'elettrone (termica + ordinata) può essere sostituita dalla velocità del moto termico.

Sorge la domanda, come spiegare il fatto della trasmissione istantanea di segnali elettrici su lunghe distanze? Il fatto è che il segnale elettrico è trasportato non da quegli elettroni che si trovano all'inizio della linea di trasmissione, ma da un campo elettrico con una velocità di circa 3 * m / s, che coinvolge quasi istantaneamente tutti gli elettroni lungo la catena. Pertanto, una corrente elettrica si verifica quasi istantaneamente con la chiusura del circuito

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