Constant-current - електричний струм у фізиці, закон ома для однорідної ділянки кола
Ділянка ланцюга, на якому не діють сторонні сили, що призводять до виникнення ЕРС (рис. 1), називається однорідним.
Закон Ома для однорідної ділянки кола був встановлений експериментально в 1826 р Г. Омом.
Згідно з цим законом, сила струму I в однорідному металевому провіднику прямо пропорційна напрузі U на кінцях цього провідника і обернено пропорційна опору R цього провідника:
На малюнку 2 зображено схему електричного кола, що дозволяє експериментально перевірити цей закон. У ділянку MN ланцюга по черзі включають провідники, що володіють різними опорами.
Напруга на кінцях провідника вимірюється вольтметром і може змінюватися за допомогою потенціометра. Силу струму вимірюють амперметром, опір якого мізерно мало (RA ≈ 0). Графік залежності сили струму в провіднику від напруги на ньому - вольт-амперна характеристика провідника - наведено на малюнку 3. Кут нахилу вольт-амперної характеристики залежить від електричного опору провідника R (або його електропровідності G):.
Як уже зазначалося, сила струму в ланцюзі залежить не тільки від напруги на кінцях ділянки, але також і від властивостей провідника, включеного в ланцюг. Залежність сили струму від властивостей провідників пояснюється тим, що різні провідники володіють різним електричним опором.
Електричний опір R - фізична скалярна величина, яка характеризує властивість провідника зменшувати швидкість упорядкованого руху вільних носіїв зарядів в провіднику. Позначається опір буквою R. У СІ одиницею опору провідника є ом (Ом).
1 Ом - опір такого провідника, сила струму в якому дорівнює 1 А при напрузі на ньому 1 В.
Застосовуються й інші одиниці: килоом (кОм), мегаом (МОм), міліом (мОм): 1 кОм = 103 Ом; 1 МОм = 106 Ом; 1 мОм = 10-3 Ом.
Фізичну величину G, зворотний опору, називають електричну провідність:.
Одиницею електричної провідності в СІ є сіменс: 1 Див - це провідність провідника опором 1 Ом.
Провідник містить не тільки вільні заряджені частинки - електрони, а й нейтральні частинки і пов'язані заряди. Всі вони беруть участь в хаотичному тепловому русі, равновероятном в будь-яких напрямках. При включенні електричного поля під дією електричних сил буде переважати спрямоване впорядкований рух вільних зарядів, які повинні рухатися з прискоренням і їх швидкість повинна була б з часом зростати. Але в провідниках вільні заряди рухаються з деякою постійною середньою швидкістю. Отже, провідник чинить опір впорядкованого руху вільних зарядів, частина енергії цього руху передається провіднику, в результаті чого підвищується його внутрішня енергія. Через рух вільних зарядів спотворюється навіть ідеальна кристалічна решітка провідника, на викривлення кристалічної структури розсіюється енергія упорядкованого руху вільних зарядів. Провідник чинить опір проходженню електричного струму.
Опір провідника залежить від матеріалу, з якого він виготовлений, довжини провідника і площі поперечного перерізу. Для перевірки цієї залежності можна скористатися тією ж електричною схемою, що і для перевірки закону Ома (рис. 2), включаючи в ділянку ланцюга ΜΝ різні за розмірами провідники циліндричної форми, виготовлені з одного і того ж матеріалу, а також з різних матеріалів.
Результати експерименту показали, що опір провідника прямо пропорційно довжині l провідника, обернено пропорційно площі S його поперечного перерізу і залежить від роду речовини, з якого виготовлений провідник:
де ρ - питомий опір провідника.
Питомий опір провідника - скалярна фізична величина, чисельно рівна опору однорідного циліндричного провідника, виготовленого з даної речовини і має довжину 1 м і площа поперечного перерізу 1 м2, або опору куба з ребром 1 м. Одиницею питомого опору в СІ є ом-метр (Ом · м).
Питомий опір металевого провідника залежить від- концентрації вільних електронів в провіднику;
- інтенсивності розсіювання вільних електронів на іонах кристалічної решітки, які роблять теплові коливання;
- інтенсивності розсіювання вільних електронів на дефектах і домішках кристалічної структури.
Найменшим питомим опором володіє срібло і мідь. Дуже велике питомий опір у сплаву нікелю, заліза, хрому та марганцю - "нихрома". Питомий опір кристалів металів в значній мірі залежить від наявності в них домішок. Наприклад, введення 1% домішки марганцю збільшує питомий опір міді в три рази.