Джерело електричної енергії здійснює спрямоване переміщення електричних зарядів по всій замкненого кола (рис. 1.3.).
Енергія W, яку витрачає або може витратити джерело на переміщення одиниці позитивного заряду по всій замкненого кола, характеризує електрорушійну силу джерела Е (ЕРС):
З визначення випливає, що ЕРС є енергетичною характеристикою джерела струму, а не силовий, як можна було б вирішити за назвою «електрорушійна сила». Одиницею вимірювання ЕРС є вольт:
Енергія, витрачена на переміщення одиниці позитивного заряду на якій-небудь ділянці замкнутому ланцюзі, характеризує напругу або падіння напруги на цій ділянці (внутрішньому або зовнішньому):
Для замкнутого електричного кола умова рівноваги напруг
Таким чином, ЕРС джерела (Е) можна розглядати як суму падінь напруги на внутрішньому (U0) і на зовнішньому (U) ділянках замкненого кола (рис. 2.3).
Закон Ома для ділянки кола
Закон Ома для ділянки електричного кола встановлює залежність між струмом, напругою і опором на цій ділянці ланцюга.
Спрямоване переміщення електричних зарядів в провіднику (т. Е. Електричний струм I) відбувається під дією сил однорідного електричного поля (рис. 2.4). Напруженість поля визначається з виразу
де - напруга на ділянці провідника довжиною l. Щільність струму в провіднику пропорційна напруженості однорідного електричного поля, сили якого направлено переміщують в ньому заряди:
де # 947; - коефіцієнт пропорційності, званий питомою провідністю, що характеризує здатність провідника проводити електричний струм.
Підставивши у вираз (2.4) величину напруженості однорідного електричного поля, сили якого переміщують заряди в провіднику, отримаємо
де - електричний опір ділянки провідника (RAB) довгою l.
Це і є математичний вираз закону Ома для ділянки АВ електричного кола.
Таким чином, струм на ділянці електричного кола пропорційний напрузі на цій ділянці і обернено пропорційний опору цієї ділянки.
Закон Ома для ділянки кола дозволяє визначити напругу даній ділянці
а також обчислити опір ділянки електричного кола
Вирази (1.6) і (1.7) є арифметичними наслідками закону Ома, які широко застосовуються для розрахунку електричних ланцюгів.
Як вже говорилося, позначається електричний опір буквою R. Одиницею вимірювання опору є Ом:
Електричний опір провідника - це протидія, яке атоми або молекули провідника надають спрямованому переміщенню зарядів.
Опір R залежить від довжини провідника l. площі поперечного перерізу S і матеріалу провідника # 961; :
де - питомий опір провідника, залежне від властивості матеріалу провідника.
Питомий опір (# 961;) - це опір провідника даного матеріалу довжиною 1 м площею поперечного перерізу 1 мм 2 при температурі 20 ° С. Величина питомого опору деяких провідників приведена в Додатку 4.
Одиницею вимірювання питомого опору є
Однак на практиці перетин провідників висловлюють в мм 2. Тому.
Питомий опір провідника визначає область його застосування. Так, наприклад, для з'єднання джерела зі споживачем застосовуються металеві дроти з малим питомим опором - алюміній, мідь. Для обмоток реостатов нагрівальних приладів застосовуються сплави з великим питомим опором - ніхром, фехраль (при цьому зменшується довжина провідника).
Величину, зворотну опору, називають провідністю
Одиницею провідності є сіменс
Елементи електричного кола, які характеризуються опором R. називають резистивним, а промислові вироби, призначені для виконання ролі опору електричному струму, називаються резисторами. Резистори бувають регульовані і нерегульовані, дротові і недротяні, плівкові, композиційні та ін.
Опір провідників залежить від їх температури.
Опір провідника при будь-якій температурі (з достатнім ступенем точності при зміні температури в межах 0 ÷ 100 ° С) можна визначити виразом
де R2 - опір провідника при кінцевій температурі t2; R1 - опір провідника при початковій температурі t1; # 945; - температурний коефіцієнт опору.
Температурний коефіцієнт опору визначає відносне зміна опору провідника при зміні його температури на 1 o C. Одиницею вимірювання температурного коефіцієнта опору є
Для різних провідників температурний коефіцієнт опору має різні значення (Додаток 4).
Для металевих провідників (Додаток 4) температурний коефіцієнт опору # 945; позитивний, т. е. зі зростанням температури опір металевих провідників збільшується (2.9). Пояснюється це тим, що при нагріванні збільшується рухливість атомів і молекул металу, а отже, і число зіткнень з ними електричних зарядів збільшується. Таким чином, зростає протидія спрямованому переміщенню цих зарядів, т. Е. Збільшується опір металевого провідника.
Для провідників другого роду (електролітів) і вугілля температурний коефіцієнт опору # 945; негативний, т. е. зі зростанням температури їх опір зменшується (2.9). Пояснюється це тим, що з підвищенням температури послаблюються зв'язки між позитивно і негативно зарядженими частинками, що призводить до посилення іонізації, яка зумовлює електропровідність, т. Е. Зменшується опір електролітів і вугілля. Для більшості електролітів # 945; = -0,02 ° С -1. а для вугілля # 945; = - 0,005 ° С -1.