150267 (732663), страница 2
Текст из файла (страница 2)
=
= 
( 5 )
Формула ( 5 ) визначає величину напруженості електричного поля.
Напруженість електричного поля точкового заряду прямопропорційна заряду, що її створює та оберненопропорційна квадрату відстані між точковим зарядом та точкою, де величину напруженості електричного поля вимірюють.
Електричне поле позитивного заряду зображено на рисунку 8. а. Лінії на рисунку зображають електричне поле.
Фарадей назвав дані лінії лініями сили, адже вони прямо вказують на силу, що діє на позитивний точковий заряд, що розташований у полі. Але оскільки різнойменні заряди притягуються, то сила між точковим зарядом -q та пробним зарядом q0 буде силою притягання. Тому лінії напруженості поля направлені радіально всередину області, де міститься заряд - q
в) суперпозиція електричних полів. +q1
Якщо присутні більш чим один заряд F3 то сила, 1що діє на вибраний заряд q рівна: +q2 q
+.....(6) F2
Якщо заряд q1 створює поле напруженістю Е1 то q2 створить поле Е2 і q3 створить поле Е3,тоді сили будуть рівні:
( 7 )
2 ( 8 )
3 ( 9 )
Заміна виразів ( 7 ) – (9) у виразі ( 6 ):
, винесемо заряд q та поділимо силу F на нього.
3 , але 
це буде результуюча напруженість поля і тому: 
( 7 )
Вираз (7) є математичним записом принципу суперпозиції електричних полів, згідно якого, коли декілька зарядів створюють електричні поля, то результуюча напруженість поля є векторною сумою напруженостей створених окремими зарядами.
г) потенціал.
Електричний заряд володіє потенціальною енергією, яка визначається як енергія, якою володіє тіло у певному положенні і рівна роботі, яку потрібно виконати, щоб помістити тіло у дане положення. Потенціальна енергія рівна:
W=Fq,
де сила може носити різний характер, вона може бути і електричною, тоді
W=Eqx ( 8 )
Оскільки потенціальною енергією володіє заряд q та іноді важко прямо вивчати електричні заряди, то потрібно ввести характеристику вільну від заряду q. Електричний потенціал – це потенціальна енергія ділена на заряд:
( 9 )
У системі СІ розмірністю потенціалу буде вольт.
( 10 )
Еквіпотенціальні лінії – це лінії однакового чи сталого потенціалу. Потенціал точкового заряду можна обчислити за допомогою формули:
( 11 )
Вираз (11) дозволяє обчислити потенціал у точці простору, яка віддалена на відстань r від точки у якій розміщений заряд q. Принцип суперпозиції потенціалів: якщо присутні декілька точкових зарядів, то результуючий потенціал у певній точці рівний сумі потенціалів, створених кожним окремим зарядом: V=V1+V2+V3+….. (12)
Оскільки потенціал є скалярною величиною, то вони додаються згідно правил арифметики.
д) рух заряджених частинок у електричному полі.
Якщо електричний заряд розміщений у електричному полі, то на нього діє сила: 
( 13 )
Якщо заряд вільний та може рухатися, то за другим законом Ньютона: 
(14 )
Якщо електричне поле стале і прискорення руху частинки теж стале, то формули кінематики опишуть рух частинки. Положення заряда у будь- який момент часу можна визначити за формулою:
(15 )
швидкість частинки буде рівна: 
. Рух частинки у електричному полі зображено на рисунку 10.
е) електрична батарея – джерело електричного струму.
Цинкова та мідна пластинки занурені у розчин сірчаної кислоти Н2SО4. Таку комбінацію ми Y називаємо електролітичною коміркою. Якщо декілька таких комірок з”єднати разом, то ми одержимо батарею. Пластинки називають електродами, а розчин Н2SО4 у воді - електроліт. На цинковому електроді позитивні йони Zn+2 переходять у розчин, заряджаючи пластинку негативно. Сірчана V0 кислота містить у складі молекули два позитивні йони Н+ та негативний йон кислотного залишку SО4-2 Кожен йон захоплює електрон на мідному електроді, заряджаючи його позитивно. Далі два йони водню, захопивши електрони, з”єднуються у молекулу водню Н2.
У результаті цих хімічних процесів ми одержуємо негативно заряджений цинковий електрод та позитивний мідний, а між ними буде існувати різниця потенціалів. Якщо замкнути ключ, то з цинкового електрода через провідники потече потік електронів, через лампу, змусивши її світитися і так далі, до мідного електрода. Цей потік триватиме доти, поки не розчиниться весь цинковий електрод, чи не прореагує вся кислота. Всі сучасні батареї працюють на такому принципі, але електродами у них є цинкова та графітова пластинки.
Електричний струм та електричне коло.
а) електричний струм.
Перед 1800 роком вивчення електрики обмежувалося вивченням електричних зарядів у стані спокою, але добути значні електричні заряди та зберігати їх тривалий час було неможливо. У 1800 році Алессандро Вольта створив “Вольтів стовп “, пізніше названий електричною батареєю. Із створенням електричної батареї вивчення електрики значно розширилося.
У металах є велика кількість вільних електронів, які хаотично рухаються між іонами та якщо прикласти різницю потенціалів, то рух електронів стане впорядкованим. Це створить електричний струм, який визначають як електричний заряд, що пройшов через поперечний переріз провідника протягом часу t.
( 16 )
Результуючий струм називають постійним струмом, адже електричні заряди рухаються в одному напрямі.
б) закон Ома.
Якщо зібрати електричне коло згідно та змінювати у ньому величину сили струму, то буде змінюватись і значення напруги у колі.
Причому струм буде пропорційний напрузі : I ~ U , а відношення 
буде стале і його називають опором електричного кола:
( 17 )
Формула (17 ) виражає закон Ома, згідно якого струм у колі прямопропорційний напрузі та оберненопропорційний опору кола. У системі СІ електричний опір вимірюють у омах, цю одиницю назвали на честь Г. Ома, який відкрив дану залежість.
в) поняття електричного опору
Якщо до металевого провідника прикласти різницю потенціалів, то електрони, що рухаються під впливом різниці потенціалів, стикаються із іонами, молекулами чи атомами, що містяться у вузлах кристалічної решітки і розсіюються, із- за цього й виникає електричний опір. Очевидно, чим більша довжина провідника, тим більшим буде й електричний опір, тобто електричний опір пропорційний довжині: R~ l. Чим більший поперечний переріз провідника, тим опір буде меншим, бо у електронів буде більше вільного простору для руху:
R~
(18)
Якщо ввести коефіцієнт пропорційності, опір провідника буде рівний:
R= ρ (19)
Із виразу (19) видно, що опір провідника прямопропорційний добутку питомого опору на довжину провідника та оберненопропорційний площі поперечного перерізу провідника. Питомий опір є сталим для кожної речовини і його значення для деяких речовин наведені у таблиці на рисунку 15.
Дослідження довели, що опір матеріалу не є сталим та залежить від температури:
| Матеріал | ρ, Ом·м | α, ̉°̉̉С-1 |
| алюміній | 2,82 · 10-8 | 3,9 · 10-3 |
| графіт | 3,57 · 10-8 | -0,5 · 10-3 |
| мідь | 1,73· 10-8 | 3,93 · 10-3 |
| золото | 2,44 · 10-8 | 3,4 · 10-3 |
| залізо | 9,71 · 10-8 | 5,2 · 10-3 |
| ртуть | 94,8 · 10-8 | 8,9 · 10-3 |
| платина | 10,6 · 10-8 | 3,9 · 10-3 |
| срібло | 1,59 · 10-8 | 3,8 · 10-3 |
| янтар | 5 · 1014 | |
| скло | 1013 - 1014 | |
| дерево | 108 - 104 | |
- R=R0 ( 1 + α Δt ) ( 20 ),
де α – це температурний коефіцієнт опору.
При зниженні температури до абсолютного нуля у металах спостерігається досить цікаве явище, коли при певній (критичній) температурі опір спадає до нуля. Це явище назвали надпровідністю. Його вперше спостерігав у 1911 році голландський вчений Камерлінг Оннес, який досліджуючи плівки ртуті, спостерігав, як їх опір спадає до нуля при температурі 0,05 К. Залежність питомого опору від температури для надпровідників зображена на
Дослідження виявили, що надпровідність проявляється лише при дуже низьких температурах. Лише у 80-их роках на основі сплавів оксидів барію, лантану, ітрію та міді вдалося досягти значень критичної температури близько 90 К. Потужність у колах постійного струму рівна Р=І·U , якщо її пов"язати із опором кола, то тоді потужність у колі постійного струму буде рівна:
( 21 )
Втрати енергії у провіднику рівні: Е=Р·t=I2Rt, і якщо опір рівний нулю, то втрати енергії у колі відсутні. Саме тому дослідження надпровідності такі важливі. Якщо будуть створені надпровідники із високою критичною температурою, то це дасть змогу знизити вартість електроенергії, створювати економічні електродвигуни та генератори.
При послідовному з"єднанні резисторів їх сумарний опір рівний сумі опорів окремих резисторів
R= R1+R2+R3+…. ( 22 )
Опір R називають еквівалентним резистором.
На рисунку 19 зображено типове паралельне з"єднання провідників. Напруги на всіх резисторах будуть рівні, тому V=V1=V2=V3 , а струм І буде рівний сумі струмів на кожному резисторі: І=І1+І2+І3. Тоді еквівалентний опір кола рівний:
( 23 )
Електрорушійна сила ( ЕРС ) рівна:
Ε= ІR+ Ir ( 24 ), де
R – це опір зовнішнього навантаження, а r – це внутрішній опір електричної батареї. R1 R2 R3
Формула (24) виражає закон Ома для повного кола. Електрорушійна сила завжди більша за номінальну напругу електричної батареї живлення.
г) закони Кірхгофа.
Досить часто нам потрібно обчислити струм та ЕРС у колах, що містять декілька електричних батарей, а резистори з”єднані змішано, тому скористатися законом Ома у даному випадку не можна.
Для обчислення струму та напруги у колі за таких умов використовують правила Кірхгофа, яких є два.
Перше правило Кірхгофа: сума струмів, що входять у вузол рівна сумі струмів, що виходять із вузла. Цей закон, по суті, є законом збереження електричного заряду.
( 25 )
Друге правило Кірхгофа: сумарна зміна потенціалів у вибраному замкнутому контурі рівна нулю.
ΔV=0 (26)
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
