Електричним струмом називають спрямоване переміщення заряджених частинок, що відбувається під впливом електричного струму.

Як утворюється струм?

Електричний струм з'являється у речовині за умови наявності вільних (незв'язаних) заряджених частинок. Носії заряду можуть бути в середовищі спочатку, або утворюватися за сприяння зовнішніх факторів(іонізаторів, електромагнітного поля, Температури).

Без електричного поля їх пересування хаотичні, а при підключенні до двох точок речовини стають спрямованими – від одного потенціалу до іншого.

Кількість таких частинок впливає – розрізняють провідники, напівпровідники, діелектрики, .

Де виникає струм?

Процеси утворення електричного струму у різних середовищах мають свої особливості:

1. У металахзаряд переміщують вільні негативно заряджені частинки електрони. Перенесення самої речовини не відбувається – іони металу залишаються у своїх вузлах кристалічних ґрат. При нагріванні хаотичні коливання іонів поблизу положення рівноваги посилюються, що заважає впорядкованому руху електронів, - провідність металу зменшується.
2. У рідинах(електролітах) носіями заряду є іони – заряджені атоми і молекули, що розпалися, освіта яких викликана електролітичною дисоціацією. Упорядкований рух у цьому випадку є їх переміщення до протилежно заряджених електродів, на яких вони нейтралізуються та осідають.
   

   Катіони (позитивні іони) рухаються до катода (мінусового електрода), аніони (негативні іони) – до анода (плюсового електрода). При підвищенні температури провідність електроліту зростає, оскільки зростає кількість молекул, що розклалися на іони.

3. У газахпід впливом різниці потенціалів утворюється плазма. Зарядженими частинками є іони, плюсові та мінусові та вільні електрони, що утворюються під впливом іонізатора.
4. У вакууміЕлектричний існує у вигляді потоку електронів, які рухаються від катода до анода.
5. У напівпровідникаху спрямованому русі беруть участь електрони, що переміщаються від одного атома до іншого, і утворюються при цьому вакантні місця - дірки, які умовно вважають плюсовими.
   

   При низьких температурахнапівпровідники наближаються за властивостями до ізоляторів, оскільки електрони зайняті ковалентними зв'язками атомів кристалічних ґрат.

   При збільшенні температури валентні електрони отримують достатню для розриву зв'язків енергію і стають вільними. Відповідно, чим вища температура – ​​тим краще провідність напівпровідника.

Подивіться відео нижче з детальною розповіддю про електричний струм:

Https:="">магнітного поля, іонізуючого випромінювання.

Https:="">амперметром.

Сила струму вимірюється в Амперах(А) і є величиною заряду, який проходить через поперечний переріз провідного матеріалу за одиницю часу. Одиниця виміру сили струму називається Ампер (А). Один ампер прирівнюють до одного Кулона (Кл) до однієї секунди.

Щільністю струму називають відношення сили струму до площі цього перерізу. Одиницею виміру вимірюють в Амперах квадратний метр (А/м2).

Нижче наведено відео про силу електричного струму в рамках шкільної програми:

Перш ніж говорити про силу струму, необхідно, загальних рисах, уявити собі, що це таке - електричний струм?

Згідно класичним визначенням- це спрямований рух заряджених частинок (електронів) у провіднику. Для того, щоб відбулося його виникнення, необхідне попереднє створення електричного поля, яке й почне рухати заряджені частинки.

Виникнення сили струму

Усі матеріальні речовини складаються з молекул, які діляться на атоми. Атоми також поділяються на складові: ядра та електрони. У період виникнення хімічної реакції відбувається перехід електронів з одних атомів в інші. Причина тут у тому, що в одних атомів нестача електронів, в інших – їх надмірна кількість. У цьому, насамперед, і полягає поняття «різноіменні заряди». У разі контакту таких речовин відбувається переміщення електронів, яке фактично і є електричним струмом. Перебіг струму триватиме доти, доки заряди двох речовин не вирівняються.

Ще в давнину люди помітили, що бурштин, який потерли об шерсть, стає здатним притягувати до себе різні легкі предмети. Далі з'ясувалося, що й інші речовини мають такі ж властивості. Їх почали називати наелектризованими, від грецького слова «електрон», що означає бурштин.

Сила дії електрики може бути сильною або слабкою. Залежить від величини заряду, що протікає електричним ланцюгом за певний проміжок часу. Що більше електронів переміщено від полюса до полюса, то вище значення заряду, перенесеного електронами. Загальну кількість заряду називають ще кількістю електрики, що проходить через провідник.

Вперше визначення сили струму дав Андре-Марі Ампер (1775-1836) – французький вчений, фізик та математик. Його визначення лягло основою поняття сили струму, яким ми користуємося нині.

Одиниця виміру

Сила струму - це величина, що дорівнює відношенню кількості заряду, що проходить через поперечний переріз провідника, до часу його проходження. Заряд, що проходить через провідник, вимірюється в кулонах (Кл), час проходження - в секундах (с). Для одиниці сили струму виходить значення (Кл/с). На честь французького вченого ця одиниця була названа (А) і в даний час є основною одиницею виміру сили струму.

Для вимірювання сили струму застосовують спеціальний вимірювальний прилад. Він включається безпосередньо в розрив ланцюга в тому місці, де необхідно виміряти силу. Прилади, за допомогою яких вимірюють малі струми - називаються міліамперметром або мікроамперметром.

Види провідників

Речовини, у яких заряджені частинки (електрони) вільно переміщуються між собою, називаються провідниками. До них відносяться практично всі метали, розчини кислот та солей. В інших речовинах електрони дуже слабко переміщуються між собою або взагалі не переміщаються. Ця група речовин називається діелектриками чи ізоляторами. До них можна зарахувати ебоніт, бурштин, кварц, гази без зміненого стану. В даний час існує велика кількістьштучних матеріалів, що виступають як ізолятори і широко використовуються в електротехніці.

16. Електричний струм. Сила струму. Щільність струму

Електричний струм - спрямований рух електрично заряджених частинок під впливом електричного поля.

Сила струму (I) - скалярна величина, що дорівнює відношенню заряду (q), що пройшов через поперечний переріз провідника, до проміжку часу (t), протягом якого йшов струм.

I=q/t, де I-сила струму, q-заряд, t-час.

Одиниця виміру сили струму в системі СІ: [I]=1A (ампер)

17. Джерела струму. ЕДС джерела

Джерело струму - це пристрій, у якому відбувається перетворення будь-якого виду енергії на електричну енергію.

ЕРС – енергетична характеристика джерела. Це фізична величина, що дорівнює відношенню роботи, виконаної сторонніми силами при переміщенні електричного заряду по замкнутому ланцюзі, до цього заряду:

Вимірюється у вольтах (В).

Джерело ЕРС - двополюсник, напруга на затискачах якого не залежить від струму, що протікає через джерело і дорівнює його ЕРС. ЕРС джерела може бути задана або постійним, або як функція часу, або як функція від зовнішнього впливу, що управляє.

18. Закон Ома : сила струму, що тече по однорідній ділянці провідника, прямо пропорційна падінню напруги на провіднику:

-закон Ома в інтегральній формі R – електричний опір провідника

Величина, зворотна опору, називається провідністю. Величина, обернена питомим опором, називається питомою провідністю: Одиниця, обернена Ом, називається Сіменсом [См].

- закон Ома у диференціальній формі.

19. Узагальнений закон Ома

Узагальнений закон Омавизначає зв'язок між основними електричними величинами на ділянці ланцюга постійного струму, що містить резистор та ідеальне джерело ЕРС (рис.1.2):

Формула справедлива для зазначених на рис.1.2 позитивних напрямів падіння напруги дільниці ланцюга ( Uab), ідеального джерела ЕРС ( Е) та позитивного напрямку струму ( I).

Закон Джоуля-Ленца

Вираз закону Джоуля – Ленца

Інтегральна форма закону

Якщо прийняти, що сила струму та опір провідника не змінюється протягом часу, то закон Джоуля – Ленца можна записати у спрощеному вигляді:

Застосувавши закон Ома та алгебраїчні перетворення, отримуємо наведені нижче еквівалентні формули:

Еквівалентні вирази теплоти згідно із законом Ома

Словове визначення закону Джоуля - Ленца

Якщо прийняти, що сила струму та опір провідника не змінюється протягом часу, то закон Джоуля – Ленца можна записати у спрощеному вигляді:

20. Магнітне поле - силове поле, що діє на рухомі електричні заряди і на тіла, що володіють магнітним моментом, незалежно від стану їх руху; магнітна складова електромагнітного поля

Магнітне поле може створюватися струмом заряджених частинок та/або магнітними моментами електроноватомах (і магнітними моментами інших частинок, що зазвичай проявляється значно меншою мірою) (постійні магніти).

Крім цього, воно виникає внаслідок зміни у часі електричного поля.

Основною силовою характеристикою магнітного поля є вектор магнітної індукції (Вектор індукції магнітного поля). З математичної точки зору- векторне поле, що визначає та конкретизує фізичне поняття магнітного поля. Нерідко вектор магнітної індукції називається для стислості просто магнітним полем (хоча, напевно, це не найсуворіше вживання терміна).

Ще однією фундаментальною характеристикою магнітного поля (альтернативної магнітної індукції та тісно з нею взаємопов'язаної, практично рівної їй за фізичним значенням) є векторний потенціал .

Разом, магнітне таелектричнеполя утворюютьелектромагнітне поле, проявами якого є, зокремасвітлота всі іншіелектромагнітні хвилі.

Магнітне поле створюється (породжується)струмом заряджених частинокабо таким, що змінюється в часіелектричним полем, або власнимимагнітними моментамичастинок (останні для однаковості картини можуть бути формально зведені до електричних струмів)

Графічне зображення магнітних полів

Для графічного зображення магнітних полів використовують лінії магнітної індукції. Лінія магнітної індукції – це лінія, у кожній точці якої вектор магнітної індукції спрямований щодо до неї.

Визначення електричного кола передбачає набір деяких об'єктів і пристроїв, між собою з'єднаних певним чином, які є шляхом протікання електричного струму. Фізична величина, що характеризується ставленням заряду, що перетин провідника за час, до значення цього часового проміжку – це сила струму в ланцюзі.

(ArticleToC: enabled=yes)

Складають ланцюг:

• генератор (джерела енергії);
• навантаження (енергоспоживачів);
• дроти.

Їх також ділять на розгалужені та нерозгалужені, тобто. прості, де струм, що протікає до споживача від джерела енергії, не змінює значення. Інакше кажучи, його величина однакова усім елементах. Прикладом найпростішого ланцюга є освітлення приміщення однією лампою, де від джерела енергії тече струм через вимикач до лампи розжарювання і повертається назад до джерела.

Для розгалужених кіл характерне одне чи кілька відгалужень, тобто. на своєму шляху розгалужується струм, що йде від джерела, і тече гілками до незалежних споживачів, змінюючи своє значення.

Як приклад служити теж освітлення, але за наявності люстри, що складається не з однієї, а з кількох лампочок та багатоклавішного вимикача. Струм, дійшовши до вимикача від джерела, поділяється, щоб живити лампи. Потім повертається по загальному для них дроту назад.

Гілка– це один або більше елементів, які послідовно з'єднані.

Напруга вимірюють щодо землі, де його величина становить нуль. Струм тече з вузла, в якому висока напруга, до вузла з низьким.

Обчислити напругу у вузлі легко:

V1-V2 = I1 * (R1), де

I1- Струм, що тече з 1 вузла до 2;

V1- Відома напруга;

R1- Опір між цими вузлами;

V2- Шукана напруга.

Провівши певні дії, маємо V2=V1-(I1*R1).

Також визначається струм відгалуження, коли відома напруга вузлів: I 1=(V1-V2)/R1або I 1+ I3=I2що означає, що вхідний струм вузла і вихідний однакові

Нелінійні та лінійні ланцюги

У перших присутній мінімум один елемент, у якого існує залежність параметрів від струму, поточного по них, і напруги, що прикладається.

У другий випадок, жодна характеристика складових ланцюг елементів, від виду струму, поточного із них, та її величини залежить. Крім цього, у самих ланцюгах розрізняють зовнішні частини та внутрішні.

До першої належить джерело електроенергії, а зовнішньої – дроти, вмикачі і вимикачі, вимірювальні прилади, тобто. все підключене до джерела за допомогою затискачів. Струм може текти виключно по замкнутому ланцюгу. Якщо ж у якомусь місці виникає розрив, він припиняється.

Ланцюги ще бувають постійного струму, тобто. для яких не властива зміна напряму струму (полярність джерел ЕРС постійна), і змінного, для яких характерна зміна в часі струму.

У ланцюгах виступати джерелами живлення можуть бути: акумулятори, електромеханічні генератори та термоелектричні, фотоелементи та гальванічні. У них опір внутрішній настільки мало, стосовно інших навантажень, що їх можна знехтувати.

Приймачами постійного струму служать освітлювальні прилади, електромотори, що перетворюють на механічну електричну енергію та ін.

До допоміжного обладнання відносять:

• рубильник;
• прилади для вимірювання різних параметрів (вольтметри та амперметри);
• елементи захисту типу плавких запобіжників

Для всіх електроприймачів важливі два параметри – напруга на їх затискачі та потужність. Елементи, складові електричний ланцюг, може бути активними, тобто. що індукують ЕРС (мотори, акумуляторні батареї) та пасивними (дроти, резистори, конденсатори, котушки індуктивності).

Ланцюг з активним опором та індуктивністю

Для ланцюга, що живиться від змінного струму, в яку включена котушка індуктивності, вважається, що активний опір її дорівнює нулю. Насправді і провід котушки, і сполучні володіють, шлях і дуже маленьким, активним опором. Тому ланцюг споживатиме енергію.

Отже, визначаючи загальний опір ланцюга, необхідно враховувати активний і реактивний опір. Проте, вони різняться характером, тому звичайним способом їх складати неможливо. Використовувати потрібно метод геометричного складання, який виглядає наступним чином (рисунок нижче):

Потрібно побудувати трикутник, одна зі сторін якого дорівнює величині опору активного, а інша індуктивного. Розмір сумарного опору відповідає третій стороні, тобто. гіпотенузі.

Вимірюється повний опір омамі, а позначається "Z". Зі виконаного побудови зрозуміло, що воно (гіпотенуза) більше завжди, ніж взяті окремо величини активного та індуктивного (катетів).

У вигляді виразу алгебри це виглядає так:

Тут:

Z- Повний опір;

R- Активне;

XL- індуктивне.

Так виглядає залежність між опорами складових ланцюг елементів та повним.

Потужність ланцюга з котушкою індуктивності

Потужність, як відомо з програми середньої школи, це твір струму та напруги, які є величинами змінними. Значить, змінною величиною ланцюга з активним опором і індуктивністю буде й потужність.

Її значення в певний момент можна обчислити, перемноживши значення струму та напруги в цей момент. Проробивши ці дії для кожного часового моменту, отримуємо графіки: а – для ланцюга, що містить індуктивність, б – активне:

Пунктирною кривою p показана потужність ланцюга змінного струму, що складається з індуктивності. Для її побудови справедливе множення алгебри: множення двох величин з однаковим знаком (два мінуси або два плюси) в результаті дають величину позитивну, а при множенні їх з різними знаками- Негативну.

Для ланцюга, який, крім індуктивності, містить резистор, графік потужності виглядає так:

Лінія потужності при цьому розташована на осі часу. Це означає, що генератор з ланцюгом не обмінюються енергією, тому потужність, що віддається в ланцюг генератором, ланцюгом споживається повністю.

Виходить, що при більшому зсуві фаз між струмом і напругою менше потужності, споживана ланцюгом.

Потужність електричного струму

Струм, що йде від високого потенціалу до низького, здійснює роботу. Швидкість її здійснення називається потужністю струму в ланцюзі. Оскільки, силою струму називають кількість проходить протягом секунди через переріз ланцюга електрики, то потужність є величиною, що знаходиться в прямо пропорційній залежності від сили струму в ланцюгу з резистором і напруги (різниці потенціалів). Вимірюють її у Вт (ватах) та позначають «Р».

P = I * U

Якщо відомі лише опір і сила струму, її обчислюють за такою формулою:

U=IR, а потім, P = I * U = I * IR

В результаті маємо:

Р = I2 * R

Якщо відомими величинами є опір та напруга, її вираховують так:

Р = I * U = U2 / R

Сила струму

Сила струму – це така фізична величина, яка показує швидкість проходження заряду через S поперечний переріз провідника за одну секунду t.

Сила струму – мабуть, одна з основних характеристик електричного струму. Вона означає великою літерою I латинського алфавіту і дорівнює Δq розділити на Δt, де Δt – це час, протягом якого через переріз провідника протікає заряд Δq.

По суті, сила струму вимірюється в кулонах Кл розділених на секунди з системою одиниць СІ, але для Кл/с було введено спеціальну назву - ампер, на честь відповідного вченого, якого також завали Ампером. І так розмірність у системі СІ для сили струму - це ампери, тобто струм вимірюється в амперах і позначається як 1А.

Що фізично ілюструє це поняття? Спрощено електричний струм можна розглядати як перебіг води трубою, тобто протікання електричних зарядів по дроту можна зіставити з протіканням води трубою. Так ось, по суті, швидкість цієї «води», а саме швидкість зарядів у дроті, вона і прямо пов'язана з силою струму. І чим швидше «вода» тече по «трубі», а саме чим швидше разом усі носії заряду рухаються з приводу, тим сила струму буде більшою.

Як ви вважаєте, чи велика це сила струму в 1 ампер? Так, це велика сила струму, але на практиці можна зустріти різні сили струму: і міліампери, і мікроампери, і ампери, і кіломпери, і всі вони досить різні.

Вимірювання сили струму

У колишні часи перші вчені-фізики могли виявити струм тільки за допомогою особистих відчуттів, а то й зовсім пропускаючи його через себе, тому що на той час вимірювальних приладів просто не існувало.

У сучасному світіє різні видивимірювальних приладів Для вимірювання сили струму використовують такий прилад як амперметр.

Амперметри бувають абсолютно різних конструкцій. Для шкільних потреб, з метою демонстраційних дослідів, найчастіше використовують амперметр, зображений малюнку.

Що розуміють під силою струму?

Погляньмо на малюнок 21б, де позначено поперечний переріз провідника, через який, як ви вже знаєте, проходять заряджені частинки, якщо у провіднику є електричний струм. Для металевого провідника такими частинками виступають вільні електрони, які, рухаючись провідником, переносять якийсь заряд. А далі, як уже ви знаєте з формули, чим швидше електрони рухаються і чим їх більше, тим більший заряд буде перенесений ними за той самий час.

Давайте розглянемо приклад. Якщо за час t = 5 c носіями струму через поперечний переріз провідника переноситься заряд q = 20 Кл, то сила струму I = q / t = 20 / 5 = 4 A. Заряд, який буде перенесено за 1 с, у цій ситуації буде вп'ятеро менший, тобто. за t = 1 c, q = 4 Кл, а сила струму – 4 А.

А ви знаєте, що крім того, що Андре-Марі Ампер ввів у фізику поняття «електричний струм», він також у 1830 році ввів такий науковий обіг, як «кібернетика», а в механіці саме йому належить термін «кінематика».

Андре-Марі Ампер був дуже різноплановим та різнобічно розвиненим ученим, деякі його дослідження стосувалися таких суміжних з фізикою наук, як хімія, ботаніка і навіть філософія! І саме А.М.Ампер винайшов такі важливі та корисні для людей пристрої, як електромагнітний телеграф та комутатор.

Запитання для самоперевірки

1. То що таке «сила струму»? Якою літерою латинського алфавіту вона позначається?
2. Яка формула для знаходження сили струму?
3. У яких одиниця системи СІ вимірюється сили струму? А як вона позначається? На честь якого вченого її названо?
4. Приладом вимірювання сили струму є …. А як він позначається на схемах?
5. Якщо ми знаємо силу струму та час, за який він проходить через поперечний переріз, то за допомогою якої формули можна знайти електричний заряд?