Електричний струм. Закон Ома.

Електричний струм – це . рух вільних заряджених частинок.

Речовини, які добре проводять електричний струм

Які дії електричного струму ви знаєте? (виберіть усі можливі правильні відповіді)

Джерела електричного струму бувають . (оберіть усі правильні відповіді)

Електричне коло складається з

джерела струму, споживачів, пристроїв керування.

електричних споживачів, пристроїв керування, провідників.

джерела струму, споживачів, пристроїв керування та провідників.

провідників, ключа та джерела струму.

Для існування струму обов’язковими є дві умови:

наявність електричного струму та вільних частинок

наявність електричного поля та вільних заряджених частинок

наявність струму та вільних електричних частинок

наявність електричного провідника та джерела струму

Фізична величина, що характеризує електричний струм і чисельно дорівнює заряду, що проходить через поперечний переріз провідника за одиницю часу – це.

Сила струму позначається буквою . та вимірюється .

Фізична величина, що характеризує електричне поле і чисельно дорівнює роботі електричного поля з переміщення одиничного позитивного заряду по даній ділянці кола – це

§ 23. Електричний струм

ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ. Нара зі важко уявити наше життя без використання електричного струму. Він необхідний для функціонування побутової та промислової електротехніки. Тож спробуємо з’ясувати, що ж таке електричний струм.

Із попередніх параграфів ви знаєте, що в тілах наявні електрони — негативно заряджені частинки, які й зумовлюють різноманітні електричні явища.

Електричний заряд мають і значно більші частинки — йони. У металевих провідниках, наприклад, лініях електропередачі, є кристалічні ґратки, утворені атомами та позитивно зарядженими йонами. Між ними хаотично рухаються вільні електрони (рис. 23.1). Проте якщо провідник вмістити в електричне поле, то рух заряджених частинок стане напрямленим. У цьому випадку говорять, що в провіднику існує електричний струм.

Рис. 23.1. Між йонами кристалічних ґраток металу рухаються вільні електрони

Електричним струмом називають упорядкований (напрямлений) рух заряджених частинок.

УМОВИ ВИНИКНЕННЯ ТА ІСНУВАННЯ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ. Однією з важливих умов виникнення електричного струму є наявність вільних носіїв електричного заряду (заряджених частинок), наприклад, електронів або йонів. Зрозуміло, щоб заряджені частинки почали рухатися впорядковано й виник електричний струм, у провіднику потрібно створити електричне поле. Отже, друга умова: щоб електричний струм існував у провіднику, в ньому потрібно підтримувати електричне поле. Електричне поле створюється та підтримується за допомогою джерела електричного струму.

Рух електронів під дією електричного поля можна уявити собі, як рій мошок чи бджіл, що переміщується у певному напрямку під дією вітру. Швидкість напрямленого руху вільних електронів дуже мала порівняно зі швидкістю їх хаотичного руху — лише декілька міліметрів за секунду. Разом із тим електричне поле у провіднику поширюється зі швидкістю 300 000 км/с і під його дією практично всі вільні електрони майже одночасно починають рухатись у певному напрямі. Тому кажуть, що струм виникає в усіх точках електричного кола одночасно.

Отже, ще однією умовою існування електричного струму є наявність замкненого електричного кола. Тобто провідник і джерело струму мають утворювати замкнену систему. Щоб по провіднику протікав електричний струм, його обидва кінці під’єднують до джерела струму. Якщо розімкнути коло, струм зникає. Саме тому всі побутові прилади вмикаються в електричну мережу за допомогою вилки з двома виводами. Таким чином створюється замкнене електричне коло, по якому проходить електричний струм.

За напрям електричного струму приймають напрям руху позитивно заряджених частинок, тобто напрям від позитивно зарядженого полюса джерела струму до негативно зарядженого. Це правило є досить умовним і склалося історично. Ним користуються в сучасній науці та техніці.

ДІЇ ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ. Ми не можемо безпосередньо спостерігати впорядкований рух електронів у провіднику, який зумовлює електричний струм. Наявність електричного струму можна виявити завдяки фізичним явищам, що зумовлюють і супроводжують протікання електричного струму. Такі явища називають діями струму. Розрізняють теплову, хімічну, магнітну, фізіологічну дії струму.

Теплову дію струму можна спостерігати на прикладі нагрівання спіралей електричної лампи розжарювання, електропраски, електроплити, електричного обігрівача (рис. 23.2). Металевий провідник, по якому проходить електричний струм, нагрівається. Електрична енергія перетворюється на внутрішню енергію провідника, і його температура збільшується. В електричних лампах розжарювання вольфрамова нитка нагрівається до яскравого світіння.

Рис. 23.2. Теплова дія електричного струму

Хімічна дія струму полягає в тому, що під час проходження електричного струму через водні розчини кислот, лугів і солей на електродах, занурених у розчин, спостерігається виділення певних речовин. Так, при пропусканні струму через розчин мідного купоросу (CuSO₄) на негативно зарядженому електроді виділяється мідь (рис. 23.3).

Рис. 23.3. Хімічна дія струму

Рис. 23.4. Магнітна дія струму

Якщо на залізний стрижень намотати ізольований мідний дріт, а кінці провідника під’єднати до полюсів джерела струму, то дрібні металеві предмети будуть притягуватися до стрижня (рис. 23.4). Це явище зумовлене магнітною дією електричного струму, який проходить через провідник, намотаний навколо стрижня.

Вперше вплив електричного струму на магніт було доведено у 1820 р. датським ученим-фізиком Гансом Кристіаном Ерстедом. Зокрема, електричний струм, що проходить провідником, спричиняє відхилення магнітної стрілки, розташованої поблизу цього провідника. На відміну від теплової та хімічної, магнітна дія електричного струму спостерігається завжди, незалежно від того, який провідник: твердий, рідкий чи газоподібний.

Історично першою була виявлена фізіологічна дія електричного струму. Це явище у XVIII ст. описав голландський фізик Пітер ван Мушенбрук після відчуття дії електричного струму на організм. Фізіологічна дія електричного струму на організм людини може виявлятися в судомних скороченнях м’язів, опіках, порушеннях біологічних функцій, електролізі крові. Негативний вплив на організм людини пропорційний тривалості дії. Потрібно чітко дотримуватися правил безпеки під час проведення дослідів з електричним струмом та використання побутових електроприладів.

Разом із тим фізіологічна дія електричного струму може бути й корисною. У відновлювальній медицині широко використовують електрофорез. Електроди медичного пристрою для електрофорезу (рис. 23.5) обгортаються спеціальним матеріалом, який просочується лікарськими речовинами. Під дією слабкого електричного струму вони розділяються на позитивно заряджені частинки, які рухаються до катода, та негативно заряджені частинки, що рухаються до анода. У результаті підсилюється дія ліків на ушкоджені ділянки організму.

Рис. 23.5. Використання фізіологічної дії струму під час електрофорезу

Під час процедури міостимуляції органів і тканин організму низькочастотним струмом викликається фізіологічне скорочення м’язових волокон, що покращує кровообіг.

Головне в цьому параграфі

Електричним струмом називають упорядкований (напрямлений) рух заряджених частинок.

Для існування електричного струму потрібна наявність:

— вільних носіїв електричного заряду (заряджених частинок), наприклад, електронів або йонів;

— електричного поля, яке постійно підтримується джерелом живлення;

— замкненого електричного кола.

За напрям електричного струму приймають напрям руху позитивно заряджених частинок, тобто від позитивно зарядженого полюса джерела струму до негативно зарядженого.

Основними діями електричного струму є теплова, хімічна, магнітна та фізіологічна.

На відміну від теплової та хімічної, магнітна дія електричного струму спостерігається завжди, незалежно від виду провідника.

Запитання для самоперевірки

• 1. Що таке електричний струм?
• 2. За яких умов виникає та існує електричний струм?
• 3. Як визначають напрям електричного струму?
• 4. Які основні дії електричного струму ви знаєте?
• 5. Де використовують теплову дію електричного струму?
• 6. У чому полягає хімічна дія електричного струму?
• 7. Які особливості магнітної дії струму?
• 8. Як впливає на організм фізіологічна дія електричного струму?

Вправа до § 23

• 1(п). Назвіть, які дії чинить електричний струм під час проходження через спіраль лампи розжарювання.
• 2(п). Поясність, чому рухається стрілка компаса під час вмикання і вимикання струму в провіднику, розташованому поблизу компаса.
• 3(c). Розгляньте рисунок та вкажіть, у яких випадках і в якому напрямі проходитиме електричний струм по металевій паличці, що з’єднує два заряджені електроскопи.

• 4(c). Поясніть, чому напрямлений рух електронів у провіднику, який з’єднує два заряджених тіла, швидко припиняється. Що необхідно для одержання тривалого безперервного електричного струму в провіднику?
• 5(д). Назвіть дії електричного струму, використовувані в електропобутових приладах, які є у вас вдома (наприклад, електропраска, електричний чайник, пральна машина тощо).
• 6(в). Два тіла, що мають електричний заряд 10 мКл і 18 мКл, з’єднують провідником. Визначте кількість електронів, що проходитиме по провіднику.