ReferatFolder.Org.Ua — Папка українських рефератів!


Загрузка...

Головна Фізика → Закон Ома

Закон Ома → Реферат


Реферат

на тему:

Закон Ома

Закон Ома

Георг Симон Ом

План

  • 1 Фізична природа

  • 2 Математичне формулювання

    • 2.1 Закон Ома в диференційній формі

    • 2.2 Закон Ома для електролітів

  • 3 Змінний струм

  • 4 Закон Ома для повного кола

  • 5 Історія відкриття

Зако́н О́ма — це твердження про пропорційність сили струму в провіднику прикладеній напрузі.

Закон Ома справедливий для металів і напівпровідників при не надто великих прикладених напругах.

Фізична природа

Закон Ома справедливий для провідників, виготовлених із матеріалів, у яких є вільні носії заряду: електрони провідності, дірки або йони Якщо до таких провідників прикласти напругу, то в провідниках виникає електричне поле, що змушуватиме носії струму рухатися. Підчас цього руху носії струму прискорюються й збільшують свою кінетичну енергію. Проте зростання енергії носіїв струму обмежене зіткненнями між собою, зі зміщеними з положень рівноваги внаслідок теплового руху атомами матеріалу, з домішками. При таких зіткненнях надлишкова кінетична енергія носіїв струму передається коливанням кристалічної ґратки, виділяючись у вигляді тепла. В середньому носії струму мають швидкість, яка визначається частотою зіткнень. Математичною характеристикою таких зіткнень є час розсіяння і зв\'язана із ним довжина вільного пробігу носіїв заряду. Обчислення показують, що середня швидкість носіїв заряду пропорційна прикладеному електричному полю, а отже й напрузі.

Таким чином, у матеріалах із вільними носіями заряду сила струму пропорційна напруженості електричного поля. Проходження струму через матеріал супроводжується виділеннями тепла. Детальніше про це у статті закон Джоуля-Ленца.

У сильних електричних полях закон Ома часто не виконується навіть для гарних провідників, оскільки фізична картина розсіяння носіїв заряду змінюється. Розігнаний до великої швидкості носій заряду може іонізувати нейтральний атом, породжуючи нові носії заряду, які теж у свою чергу вносять вклад у електричний струм. Електричний струм різко, іноді лавиноподібно, наростає.

У деяких матеріалах при низьких температурах процеси розсіяння носіїв заряду гасяться завдяки особливій взаємодії між ними та коливаннями кристалічної ґратки.

В такому випадку виникає явище надпровідності

Математичне формулювання

У електротехніці заведено записувати закон Ома у вигляді

де U — прикладена напруга, I — сила струму, R — опір провідника.

Проте опір є характеристикою провідника, а не матеріалу, й залежить від довжини та поперечного перерізу провідника. Тому в фізиці застосовують закон Ома у вигляді:

де j — густина струму, σ — питома провідність матеріалу, E — напруженість електричного поля.

Питома провідність залежить від кількості вільних носіїв заряду в провіднику і від їхньої рухливості.

Закон Ома в диференційній формі

Величина сили струму визначається як:

Закон Ома

Опір

Закон Ома

де питомий опір

Закон Ома

Запишемо струм як

Закон Ома

де

Закон Ома

втоді

але

дістанемо

Закон Ома у векторній формі:

Вектор густини струму дорівнює провідності, помноженій на напруженість електричного поля.

Закон Ома для електролітів

Густина струму електроліта пропорційна напруженості між електродами в електроліті.

Змінний струм

У випадку змінного струму закон Ома можна розширити, включивши в розгляд також елементи електричного кола, які характеризуються ємністю й індуктивністю. Змінний струм проходить через конденсатор, опереджаючи за фазою напругу. В індуктивності змінний струм відстає за фазою від напруги. Проте в обох випадках амплітуда змінного струму пропорційна амплітуді прикладеної змінної напруги. Математично це можна описати, ввівши комплексні опори (імпеданси).

Тоді можна записати

де U — амплітуда змінної напруги, I — амплітуда змінного стуму, Z — імпеданс.

Закон Ома для повного кола

І=ξ/R+rДе ξ - це електрорушійна сила R-опір навантаження r-опір джерела струму

Історія відкриття

Ґеорґ Ом проводив дослідження протікання струму в електричному колі на початку XIX столітття. На шляху до встановлення закономірності йому довелося подолати чимало перешкод. Для проведення досліджень і встановлення закономірності необхідно було мати вимірювальні прилади, джерела струму із стандартними властивостями, що не змінювалися б з часом, стандартні провідники. Усе це довелося створити або вдосконалити.

Було добре відомо, що магнітна дія струму змінюється при зміні елементів замкнутого кола: джерела електричного струму та провідників, з\'єднуючих полюси джерела. Чи існує закономірність, яка пов\'язує магнітну дію струму з величинами, які характеризують елементи замкнутого кола? Мабуть, таке питання виникало у багатьох дослідників.

Легко уявити атмосферу, в якій почалися пошуки інтуїтивно відчуваної закономірності. Поняття напруги, падінння напруги, електрорушійної сили ще не були сформульовані. Точаться суперечки щодо механізму дії гальванічних елементів, незрозуміле взаємовідношення електростатичних сил та сил, які виникають при перетіканні електрики; нарешті невідомо що таке рухома електрика та електрика в спокої. Ом, наприклад, називає в своїх перших працях електричний струм \"контактною електрикою\".