Реферат: Електрони та їх роль в електричному струмі

Ці числа досить задовільно можна виразити за формулою X=a/b+x , де х – це сила магнітної дії при довжині введеної дротини х ; а і b – сталі величини , які залежать від збуджувальної сили і опору інших частин кола . Якщо , наприклад , покласти ,

- 11 -

що b - дорівнює 20,25 і а=6800 , то дістанемо такі значення :

х,дюйми	2	4	6	10	18	34	66	130
Х,градуси	305,5	280,5	259	224	177	125,25	79	45

Якщо порівняти ці числа , здобуті розрахунками , з числами , здобутими раніше з досліду , то видно , що між цими двома рядами чисел є лише незначна різниця , цілком допустима в подібних дослідженнях .

Силу струму в формулі Ома позначають буквою І ; а – електрорушійна сила Е . Величини b й x мають бути в однакових мірах , оскільки додавати можна тільки однорідні величини . Вони виражають собою : b – внутрішній , х – зовнішній опір кола . Позначивши повний опір кола b+x буквою R , дістанемо формулу , що виражає закон Ома : І=Е/R. Залежність сили струму від електрорушійної сили Ом показав , створюючи не одинакові різниці температур на кінцях термоелемента , тобто занурюючи один з його кінців у воду різної температури , внаслідок чого виникали різні ЕРС . При цьому відповідно змінювалось і відхилення стрілки гальванометра .

У 1826 р. Ом добивається річного наукового відрядження в Берліні . Він дуже добре використав час перебування в столиці для роботи . У 1827 р. з’являється основна його праця – “Гальванічне коло , розроблене математично д-ром Г.С.Омом “, яка принесла йому славу . У цій праці закон Ома виведений теоретично . На це виведення Ома наштовхнули праці французького фізика Фур’є з теплопровідності , які незадовго до того були опубліковані . Фур’є встановив , що швидкість поширення теплового потоку залежить од різниці температур і від довжини шляху , на якому це падіння відбувається , подібно до того , як швидкість водяного потоку залежить від відношення зниження рівня до відстані по горизонталі, на якій зниження відбувається . Порівнюючи гальванічний струм з тепловим потоком або потоком води , Ом пише : “Перехід електрики від однієї ділянки до найближчої я прийняв пропорційним електрорушійній силі в кожній ділянці подібно до переходу теплоти, що пропорційний різниці температур.” Ом позначає різницю потенціалів на ділянці словом “падіння “ . Але падіння залежить ще й від довжини шляху ,

- 12 - й від довжини шляху , по якому воно розподілене .

Так Ом приходить до висновку , що сила струму прямо пропорційна електрорушійній силі і обернено пропорційна довжині шляху , або опору кола . Залежність опору від довжини , площі поперечного перерізу й матеріалу провідника також установив Ом на ряді дослідів .

Вже згадувалось , що Ом для встановлення закону про електричний стум використав аналогію із струменем води . розглянемо схему електричного кола ( мал. № 6 ) . Якщо коло замкнути , то по ньому піде електричний струм – виникне впорядкований рух електронів у металевих проводах . Струм ітиме в батареї , але там заряди переносяться іонами . Якщо розімкнути коло , то струм припиниться , амперметр покаже , амперметр покаже нуль , зате вольтметр показуватиме тепер найбільшу для даного кола різницю потенціалів - різницю електричних “ рівнів “ на клемах батареї . Звідки ж взялася ця різниця потенціалів ? Це результат хімічних реакцій в елементах . Замість хімічного джерела різниці потенціалів – батареї хімічних елементів – могли б взяти термоелемент . Тоді посилення теплового руху електронів в одному із спаїв двох металів , що відбувається внаслідок нагрівання , спричинило б виникнення різниці потенціалів . Можна було б узяти електричний генератор .Потрібна для підтримування струму в колі різниця потенціалів виникає внаслідок обертання якоря .

У часи Ома ще не було чіткого розуміння ні роботи , ні енергії . Усяку невідому причину явища пояснювали дією сили . Ще Вольт в своїх дослідах з різницею потенціалів при контакті двох різнорідних металів пояснював її виникнення дією електрорушійної сили , а метали називав електродвигунами . Слід визнати , що термін Вольта “ електрорушійна сила “ досить наочний і тому виявився живучим , зберігся до наших днів .

Який зміст ми тепер вкладаємо у цей термін ? Звернемося до схеми замкнутого кола ( мал. № 7 ) . У зовнішній частині кола струм проходить у напрямі електричного поля ( від плюса до мінуса ) . У джерелі він проходить проти поля , проти напряму електричних сил . Отже , цей рух не може спричинюватися

- 13 -

електричними силами . Прийнято називати ці сили , що діють у джерелі , сторонніми силами . Термін “сторонні сили “ , був запропонований пізніше . Робота сторонніх сил на внутрішній ділянці кола , тобто в елементах , спрямована на переміщення заряду 1 Кл , і характеризує електрорушійну силу .

Якщо коло розімкнуте й сили струму немає , то робота сторонніх сил спричинює тільки виникнення різниці потенціалів на полюсах джерела . Звідси уже простий спосіб визначення електрорушійної сили – потрібно виміряти різницю потенціалів на полюсах розімкнутого джерела . Якщо користуватися вольтметром,

то вимірювання буде , природно , лише наближеним , бо вольтметр сам замкне коло . Чим більший опір має вольтметр , тим ближчими будуть покази до дійсного значення ЕРС .

У замкненому полі ЕРС проявляється в роботі переміщення одиничного заряду по зовнішній і внутрішній частинах кола . У зовнішній частині кола електрична енергія перетворюється в інші види енергії . Провідники нагріваються в усіх цих випадках . На внутрішній частині замкнутого кола робота сторонніх сил також спричинюватиме нагрівання джерела . У такому випадку відбувається спад напруги в зовнішньому колі і спад напруги у внутрішньому колі . Отже робота сторонніх сил обов’язкова для даного кола , але вона складається з двох частин : роботи в зовнішньому колі і роботи в внутрішньому колі . Коли зменшується напруга на зовнішній частині кола , то збільшується напруга на внутрішній частині кола . Внутрішній опір – величина стала , яка залежить тільки від будови елемента , отже , при цьому має збільшуватися сила струму . Спад напруги на зовнішній частині кола розраховують за формулою : UЗ=IR .Так само можна визначити спад напруги на внутрішній частині кола . Звідси E=IR + Ir , тому I=E/R+r . Розглянемо ще випадок , коли зовнішнє електричне коло , крім резисторів , має ділянку ЕРС , яка діє проти ЕРС джерела . Таку ЕРС має , наприклад , увімкнений на зарядження акумулятор або електродвигун постійного струму . У цьому випадку для зовнішнього кола у формулу U=IR замість U треба підставити U-E1 .