Закон Ома

Было выяснено, что за счет медленно протекающей химической реакции гальванический элемент способен создавать во внешней цепи (то есть, цепи, подключенной к его выводам) постоянный электрический ток довольно продолжительное время. Простейшая цепь выглядит так

Она замкнута и состоит из источника и нагрузки (полезного элемента, через который протекает ток). Катод источника обозначен знаком «-», анод – знаком «+», направление тока во внешней цепи изображено стрелкой. За направление тока принято направление движения положительных частиц. Если носителями являются отрицательно заряженные частицы (например, электроны), то их движение в противоположном направлении приведет к аналогичному переносу заряда. Для изображения электрических схем пользуются символическими обозначениями их элементов, соединенных прямыми линиями (соединительными проводами).

1 гальванический элемент, 2 батарея элементов, 3 узел (электрический контакт нескольких проводов), 4 ключ, 5 резистор (сопротивление), 6 лампа накаливания, 7 плавкий предохранитель, 8 реостат, 9 переменное сопротивление, 10 амперметр, 11 вольтметр, 12 изображение резистора в западной литературе.

Теперь необходимо определить физические величины, характеризующие постоянный ток. Рассмотрим движение заряженных частиц по проводнику. После возникновения электрического поля в проводнике достаточно быстро устанавливается режим медленного дрейфа заряженных частиц в направлении поля. При этом через каждое поперечное сечение проводника в единицу времени должно проходить одно и то же число заряженных частиц, а следовательно, один и тот же заряд. Иначе электрический заряд начнет накапливаться внутри проводника, и нарушится условие его нейтральности.

Силой тока назовем величину заряда, протекающего через любое поперечное сечение проводника в единицу времени. . Единица силы тока в системе единиц СИ называется ампер, она является основной и определяется с помощью магнитного взаимодействия прямых проводников с током. Эту силу мы рассмотрим в дальнейшем. Считают, что ток в проводнике равен одному амперу (1А), если два параллельных проводника длиной 1м, расстояние между которыми 1м, притягиваются с силой 2*10^-7 Н. Единица заряда 1 Кл является производной, и определяется как заряд, протекший через сечение проводника за 1с при силе тока 1А. Ток 1А очень велик, поэтому в электротехнике пользуются кратными единицами 1 миллиампер=10^-3 А (обозначения 1 мА, в западной литературе 1 mA) и 1 микроампер=10^-6 А (обозначения 1 мкА, в западной литературе 1 mA).

Отчего зависит сила тока в данном проводнике? Очевидно, от быстроты прохождения по нему зарядов. А она зависит от величины поля, созданного внутри проводника. В качестве грубой механической аналогии рассмотрим перетекание жидкости из одного сосуда в другой через трубку.

Если трубка горизонтальна, то ток жидкости отсутствует. При поднятии одного конца трубки над другим, ток жидкости усиливается. Поле силы тяжести разгоняет жидкость сильнее. Электрическое напряжение аналогично уменьшению потенциальной энергии стекающей воды (работе силы тяжести), и по определению равно работе электрической силы в проводнике в расчете на единичный переносимый заряд. Если электрическая сила действует на длине L, работа равна A=F*L, тогда разделив работу на заряд, получим напряжение между концами проводника. Видно, что напряжение зависит от напряженности внутреннего электрического поля в проводнике и его длины. Единица напряжения в системе СИ носит название вольт. 1В=1Дж/1Кл.

Ясно, что с увеличением напряженности поля Е направленное движение зарядов в проводнике усиливается, и сила тока возрастает. То есть, с ростом напряжения сила тока будет увеличиваться. В разных средах зависимость силы тока от напряжения (вольт-амперная характеристика или ВАХ) будет разной. Она может выглядеть как-то так