Електричний струм. Ми з’ясували, що в електричному полі рухомі носії зарядів у провіднику переміщуються під дією поля, поки не вирівняються потенціали усіх точок провідника. Проте, якщо у двох точках провідника якимось чином штучно підтримувати різні потенціали, то всередині провідника поле існуватиме. Це поле створюватиме безперервний рух зарядів. Позитивні заряди при цьому рухаються від точок з більшим потенціалом до точок з меншим потенціалом, а негативні - навпаки. Якщо ця різниця потенціалів не змінюється з часом, у провіднику встановлюється постійний електричний струм.
Напрямлений рух вільних зарядів у провіднику називається електричним струмом провідності, або електричним струмом.
Короткочасний електричний струм у провіднику можна добути, просто з’єднавши провідником два заряджених тіла, які мають різні потенціали. Струм у провіднику зникне, коли потенціали тіл зрівняються. Для тривалого струму необхідно замкнути коло з провідників, щоб заряди могли циркулювати в ньому. Крім того, у провідниках треба весь час підтримувати електричне поле, для цього використовують спеціальні пристрої - джерела струму. В джерелах струму постійно відбувається розділення позитивних та негативних зарядів, які зосереджуються на його полюсах, у результаті чого й створюється електричне поле.
Стаціонарне електричне поле. З’ясуємо особливості електричного поля, яке існує в замкнутому електричному колі, коли по ньому тече постійний електричний струм. Чим воно відрізняється від електростатичного поля, створюваного нерухомими електричними зарядами?
Як ви вже знаєте, електричне поле нерухомих зарядів є потенціальним: робота поля по замкненому контуру дорівнює нулю, його лінії напруженості є не замкненими. Електричне поле рухомих зарядів має замкнені лінії на пруженості. Дійсно, щоб у колі існував електричний струм, необхідно, щоб це коло складалось із провідників і було замкненим. Робота такого поля по переміщенню заряду вздовж замкненої лінії напруженості не дорівнює нулю. Таким чином, електричне поле у провідниках зі струмом не є потенціальним. Таке поле називають вихровим.
Для характеризування електричного струму введено відповідні фізичні величини, зокрема силу струму1 та густину електричного струму.
Сила струму І - фізична величина, яка характеризує швидкість перерозподілу електричного заряду в провіднику і визначається відношенням заряду q, що проходить через будь-який переріз провідника за час t, до величини цього інтервалу часу,
Одиниця сили струму - ампер,
Густина електричного струму j - фізична величина, яка характеризує розподіл електричного струму в провіднику. У випадку постійного струму з рівномірним розподілом струму густина струму дорівнює
де / - сила струму, S - площа перерізу провідника, перпендикулярного до напрямку руху струму.
Одиниця густини електричного струму - ампер на квадратний метр, [j] = 1 А/м2.
Робота і потужність електричного струму. Електричне поле, створюючи впорядкований рух заряджених частинок у провіднику, виконує роботу, яку прийнято називати роботою струму. Коротко нагадаємо відомості з курсу фізики 9 класу про роботу і потужність електричного струму.
Робота електричного струму А - фізична величина, що характеризує зміну електричної енергії струму - перехідну інші види. У загальному випадку повна робота електричного струму у зовнішній ділянці кола визначається як А - qU = UIt} де q - заряд, що пройшов через поперечний переріз провід-■ ника за час t,U - електрична напруга на ділянці кола, І - сила струму в ній.
Якщо вся електрична енергія перетворюється у внутрішню енергію, тобто йде на нагрівання провідника, робота електричного струму обчислюється за законом Джоуля-Ленца: кількість теплоти Q, що виділяється за час t в провіднику з опором R під час проходження по ньому струму силою І дорівнює Q = І2Ш.
Одиниця роботи електричного струму - джоуль, [Q] = 1 Дж.
У побуті та техніці використовують також позасистемну одиницю - кіло-ватгодину (кВттод), 1 кВт-год = 3,6-Ю6 Дж.
1 Термін «сила струму* виник задовго до встановлення наукових положень електродинаміки і є дещо не вдалим, оскільки ніякого відношення до «сили» він не має.
Потужність електричного струму Р - фізична величина, що характеризує здатність електричного струму виконувати певну роботу і вимірюється
роботою, виконаною за одиницю часу.
робота електричного
струму, t - час, за який ця робота виконана.
Потужність, що виділяється на ділянці кола, можна також визначити за формулами
електрична напруга, І - сила
струму, R - електричний опір ділянки кола. Одиниця потужності - ват, [Р] = ІДж/с = ІВт.
Дайте відповіді на запитання
1. Що називають електричним струмом? силою струму?
2. Чим електричне поле провідника зі струмом відрізняється від електричного поля нерухомих зарядів?
З Які умови необхідні для того, щоб існував постійний електричний струм?
4. У якій з двох ламп, потужністю 100 Вт чи 75 Вт, протікає струм більшої сили?
