Основные теоретические сведения

В международной системе единиц (СИ) сила тока измеряется в амперах.

Единица силы тока 1 А устанавливается по магнитному взаимодействию двух параллельных проводников с током.

 Постоянный электрический ток может быть создан только в замкнутой цепи, в которой свободные носители заряда циркулируют по замкнутым траекториям. Электрическое поле в разных точках такой цепи неизменно во времени. Следовательно, электрическое поле в цепи постоянного тока имеет характер «замороженного» электростатического поля. Но при перемещении электрического заряда в электростатическом поле по замкнутой траектории работа электрических сил равна нулю. Поэтому, для существования постоянного тока необходимо наличие в электрической цепи устройства, способного создавать и поддерживать разность потенциалов на участках цепи за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Такие устройства называют источниками постоянного тока.

Силы неэлектростатического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называют сторонними силами.  

Их природа может быть различной. В гальванических элементах и аккумуляторах они возникают в результате электрохимических процессов, в генераторах постоянного тока – при движении проводников в магнитном поле.

 Источник тока в электрической цепи играет ту же роль, что и насос, который необходим для перекачивания жидкости в замкнутой гидравлической системе. Под действием сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля, благодаря чему в замкнутой цепи может поддерживаться постоянный электрический ток. Перемещая электрические заряды по цепи постоянного тока, сторонние силы, действующие внутри источников тока, совершают работу.

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

(4.2)

Таким образом, ЭДС определяется работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда. Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах (1В).

При перемещении единичного положительного заряда по замкнутой цепи постоянного тока работа сторонних сил равна сумме ЭДС, действующих в этой цепи, а работа электростатического поля равна нулю.

Цепь постоянного тока можно разбить на отдельные участки. Те участки цепи, на которых не действуют сторонние силы ( т.е. не содержащие источников тока) называются однородными (ОУЦ), а участки цепи, содержащие источники тока, неоднородными (НУЦ).

При перемещении единичного положительного заряда по некоторому участку цепи работу совершают как электростатические (кулоновские), так и сторонние силы.

 Работа электростатических сил при перемещении заряда q по однородному участку цепи, отнесенная к модулю этого заряда равна разности потенциалов:

(4.3)

 

Напряжением (U₁₂) на неоднородном участке цепи называется физическая величина равная суммарной работе кулоновских и сторонних сил при перемещении заряда q по неоднородному участку цепи (А_кул+А_ст), отнесенной к модулю перемещаемого единичного заряда:

(4.4)

Подставив в выражение (4.4) соотношения (4.2) и (4.3), получим для неоднородного участка цепи:

(4.5)

В случае однородного участка цепи напряжение равно разности потенциа- лов на этом участке.

Немецкий физик Г.Ом в 1826 г. экспериментально установил, что сила тока I, текущего по однородному металлическому проводнику (т.е. по проводнику, в котором не действуют сторонние силы), прямо пропорциональна напряжению U на концах проводника:

(4.6) (4.7)

  где R=const.

Величина R называется электрическим сопротивлением.

Проводник, обладающий электрическим сопротивлением , называется резистором.

 Соотношение (4.6) выражает закон Ома для однородного участка цепи: