Электрический ток. Сила тока, напряжение, сопротивление. Закон Ома для участка цепи
Условия существования электрического тока. Сила тока (I) и амперметр. Электрическое напряжение (U) и вольтметр. Сопротивление проводника (R) и удельное сопротивление. Закон Ома: I = U / R.
Электрическим током называется упорядоченное (направленное) движение свободных электрических заряженных частиц.
В металлах носителями тока являются свободные электроны; в растворах электролитов — положительные и отрицательные ионы; в газах — ионы и электроны.
Обязательные условия существования электрического тока в проводнике:
1. Наличие в веществе свободных носителей заряда;
2. Наличие электрического поля внутри проводника, заставляющего свободные заряды двигаться направленно;
3. Замкнутость электрической цепи.
Историческое соглашение: за направление электрического тока условно принято направление движения положительных зарядов — от положительного полюса источника (+) к отрицательному (-), хотя электроны в металлах на самом деле движутся наоборот!
Условие 1
Условие 2
Чтобы ток тек непрерывно, необходимо постоянно поддерживать разность потенциалов на концах проводника. Это выполняют источники тока.
В источнике тока за счет сторонних сил неэлектрической природы совершается работа по разделению положительных и отрицательных зарядов, которые накапливаются на выходных клеммах (полюсах).
Виды источников тока:
• Гальванические элементы и аккумуляторы: химическая энергия окислительно-восстановительных реакций превращается в электрическую (батарейки, автоаккумуляторы);
• Электромашинные генераторы: механическая энергия вращения ротора турбины превращается в электрическую (ГЭС, ТЭС, ветропарки);
• Солнечные фотоэлементы: энергия света выбивает электроны в p-n переходах кремния;
• Термоэлементы: разность температур спаев металлов создает ток.
Химический источник
Индукционный источник
Простейшая замкнутая электрическая цепь состоит из:
1. Источника тока (батарея, генератор);
2. Потребителя (нагрузки: лампа, нагреватель, резистор, электродвигатель);
3. Замыкающего устройства (ключ, выключатель, кнопка);
4. Соединительных проводов.
Схемой называют чертеж, на котором элементы цепи изображены общепринятыми условными графическими знаками:
• Гальванический элемент: длинная тонкая полоса (+) и короткая толстая (-);
• Батарея элементов: чередование длинных и коротких полос;
• Ключ: наклонный размыкающий контакт;
• Лампа накаливания: круг с крестиком внутри;
• Резистор постоянный: прямоугольник;
• Реостат: прямоугольник со стрелкой-ползунком;
• Измерительные приборы: кружок с буквой «A» (амперметр) или «V» (вольтметр).
Анимированная модель: Замкнутая электрическая цепь постоянного тока
Правило замкнутости цепи:
Ток протекает только по непрерывному замкнутому проводящему контуру. При размыкании ключа или перегорании нити лампы ток мгновенно прекращается во всей цепи со скоростью света.
1. Сила тока (I) — скалярная величина, равная отношению электрического заряда q, прошедшего через поперечное сечение проводника, ко времени его прохождения t:
В СИ сила тока измеряется в Амперах (А). Прибор для измерения силы тока — амперметр. Амперметр включают в цепь ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО с потребителем, соблюдая полярность (+ к +, - к -). Сопротивление идеального амперметра стремится к нулю (RA ≈ 0).
2. Электрическое напряжение (U) — скалярная величина, численно равная работе электрического поля по перемещению единичного положительного заряда на участке цепи:
В СИ напряжение измеряется в Вольтах (В): 1 В = 1 Дж / 1 Кл. Прибор — вольтметр. Вольтметр включают ПАРАЛЛЕЛЬНО исследуемому участку цепи. Сопротивление вольтметра должно быть максимально большим (RV → ∞), чтобы он не шунтировал ток цепи.
Электрическое сопротивление (R) — свойство проводника препятствовать прохождению электрического тока, обусловленное соударениями дрейфующих электронов с колеблющимися ионами кристаллической решетки металла.
Сопротивление однородного цилиндрического проводника прямо пропорционально его длине l, обратно пропорционально площади поперечного сечения S и зависит от удельного сопротивления материала ρ:
В СИ сопротивление измеряется в Омах (Ом), удельное сопротивление ρ — в Ом · м (или Ом · мм² / м).
Закон Ома для участка цепи (немецкий физик Георг Ом, 1826 г.): сила тока в участке цепи прямо пропорциональна напряжению на концах этого участка и обратно пропорциональна его сопротивлению:
Определить известные величины
Выбрать формулу треугольника Ома
Выполнить расчет
- 1. Электрический ток и условия его существования~5 мин
- 2. Источники электрического тока: преобразование энергии~5 мин
- 3. Электрическая цепь: схема, элементы и условные обозначения~5 мин
- 4. Сила тока и электрическое напряжение. Амперметр и вольтметр~5 мин
- 5. Электрическое сопротивление проводника. Закон Ома для участка цепи~5 мин
