Ііі.6 Електричний струм. Сила струму. Електрорушійна сила

Електричним струмом називають направлений рух заряджених частинок.

Для того, щоб по провіднику 3 електрони рухались у певному напрямку (у звичайних умовах вони рухаються хаотично), потрібно його кінці під'єднати до двох тіл, одне з яких заряджене позитивно (до потенціалу φ₁), а друге – негативно (до потенціалу φ₂) (рис.ІІІ.10). Рис. ІІІ.10

Внаслідок відштовхування від тіла 2 і притягання до тіла 1 електрони в провіднику 3 почнуть рухатись у напрямку 2 31.

Величина заряду, що переноситься через поперечний переріз провідника за 1 с, називається силою електричного струму.

Якщо за деякий час tчерез поперечний переріз переноситься зарядq, то сила струмуІ:

І = . (ІІІ.7)

За одиницю вимірювання сили струму прийняли 1 ампер (1 А).

Сила струму дорівнює 1 А, якщо за 1 с через поперечний переріз провідника переноситься заряд, рівний 1 Кл.

Якщо носіями струму є електрони (нагадаємо, що заряд електрона q_eКл), то для того, щоб сумарний перенесений заряд дорівнював 1 Кл, а сила струму – 1 А, необхідно, щоб через поперечний переріз пройшлоштук електронів.

Історично за напрямок струму прийняли напрямок руху позитивних зарядів. Це було зроблено ще до того, як стало відомо, що в металах носіями заряду є негативно заряджені електрони. (Тому на схемах напрямок струму є протилежним реальному напрямку руху електронів у металевих провідниках).

Електричний струм постійний, коли напрямок і сила струму Із часом не змінюються, і змінний – коли змінюються.

Очевидно, що через деякий час провідники 1 і 2 розрядяться (стануть електронейтральними) і струм у провіднику 3 припиниться. Струм не припиняється, якщо провідники 1 і 2 є частиною деякого пристрою, що підтримує незмінність зарядів (потенціалів) цих провідників. Такі пристрої називають джерелами (генераторами)струму, а провідники 1 і 2 –полюсами (клемами)генератора.

Для того, щоб потенціал тіл 1 і 2 не змінювався з часом, у генераторі повинні діяти сили, які заставляють позитивні заряди рухатись до позитивно зарядженого тіла 1, а негативні – до негативно зарядженого тіла 2. Ці сили називають сторонніми електророздільними силамиі, зрозуміло, їх природа не електрична. В акумуляторах і гальванічних елементах вони обумовлені енергією хімічних реакцій, у фотоелементах – енергією світла тощо. Для переміщення в тілі генератора негативних зарядів до негативного полюса, а позитивних – до позитивного, повинна виконуватись робота А₁проти сил електричного поляА₁=q (φ₁ – φ₂) (див.ІІІ.3). Окрім цього, має виконуватись і деяка робота А_{2 ПО} подоланню опору матеріалу генератора руху зарядів у ньому. Тоді повна робота А сторонніх сил є:

А= А₁ + А₂ = q (φ₁ – φ₂) +А₂, (ІІІ.8)

де q – сумарний заряд частинок (позитивних і негативних), що переносяться до полюсів генератора.

Характеристикою джерел струму служить поняття електрорушійної сили.

Електрорушійною силою Є ℇ генератора струму називають роботу, яку виконують сторонні електрорушійні сили щодо переміщення одиничного заряду між його полюсами:

Є = , або Є = (φ₁ – φ₂) +. (ІІІ.9)

Якщо клеми генератора не замкнуті зовнішнім електричним колом, то електророздільні сили не переміщують заряди в тілі генератора, а лише підтримують незмінність потенціалів φ₁та φ₂іА₂ = 0.

Тоді:

Є =φ₁ – φ₂, або Є =U. (ІІІ.10)

Отже, електрорушійна сила Є джерела струму чисельно дорівнює напрузі між його клемами, не замкнутими зовнішнім колом.