2. Історія відкриття закону Ома, коротка біографія вченого.
3. Види законів Ома.
Закон Ома встановлює зависи-ність між силою струму I в провіднику і різницею потенціалів (напруги-ням) U між двома фіксованими точками (перерізами) цього провідника:
Провчившись три семестри, він прийняв запрошення зайняти місце вчителя математики в приватній школі швейцарського містечка Готтштадта.
У 1811 році він повертається в Ерланген, закінчує університет і отримує ступінь доктора філософії. Відразу ж після закінчення університету йому була запропонована посада приват-доцента кафедри математики цього ж університету.
У травні 1827 року "Теоретичні дослідження електричних ланцюгів" обсягом в 245 сторінок, в яких містилися тепер уже теоретичні міркування Ома по електричних ланцюгів. У цій роботі вчений запропонував характеризувати електричні властивості провідника його опором і ввів цей термін в науковий обіг. Ом знайшов більш просту формулу для закону ділянки електричного кола, що не містить ЕРС: "Величина струму в гальванічної ланцюга прямо пропорційна сумі всіх напруг і обернено пропорційна сумі наведених довжин. При цьому загальна приведена довжина визначається як сума всіх окремих наведених довжин для однорідних ділянок, що мають різну провідність і різне поперечний переріз ".
У 1830 році з'являється нове дослідження Ома "Спроба створення наближеної теорії уніполярної провідності".
Тільки в 1841 році робота Ома була переведена на англійську мову, в 1847 році - на італійський, в 1860 році - на французький.
Раніше всіх із зарубіжних вчених закон Ома визнали російські фізики Ленц і Якобі. Вони допомогли і його міжнародного визнання. За участю російських фізиків 5 травня 1842 року Лондонське королівське товариство нагородило Ома золотою медаллю і обрало своїм членом.
У загальному випадку залежність між I і U нелінійна, проте на практиці завжди можна в певному інтервалі напруг вважати її лінійною і застосовувати закон Ома; для металів і їх сплавів цей інтервал практично необмежений.
Закон Ома в формі (1) справедливий для ділянок ланцюга, що не містять источ-ників ЕРС. При наявності таких джерел (акумуляторів, термопар, ге-нераторов і т. Д.) Закон Ома має вигляд:
де - ЕРС всіх джерел, вклю-чённих в розглянутий ділянку ланцюга. Для замкненого кола закон Ома при-нимает вид:
де - повний опір ланцюга, яка дорівнює загальній кількості зовнішнього опору r і внутрішнього опору джерела ЕРС. Узагальненням закону Ома на випадок розгалуженою ланцюга є правило 2-е Кірхгофа.
Закон Ома можна записати в диференціальної формі, що зв'язує в кожній точці провідника щільність струму j з повною напруженістю електричного поля. Потенційне. електричне поле напруженості Е. створюване в провідниках мікроскопічними зарядами (електронами, іонами) самих провідників, не може підтримувати стаціонарний рух вільних зарядів (струм), т. к. робота цього поля на замкнутому шляху дорівнює нулю. Струм підтримується неелектростатіческімі силами різного походження (індукційного, хімічного, теплового і т.д.), які діють в джерелах ЕРС і які можна представити у вигляді деякого еквівалентного непотенційного поля з напруженістю Eст, званого стороннім. Повна напруженість поля, що діє всередині провідника на заряди, в загальному випадку дорівнює E + Eст. Відповідно, диференційний закон Ома має вигляд:
де - питомий опір матеріалу провідника, а - його питома електропровідність.
Закон Ома в комплексній формі справедливий також для синусоїдальних квазістаціонарних струмів:
де z- повне комплексне опір:. r - активний опір, а x - реактивний опір ланцюга. При наявності індуктивності L і ємності С в ланцюзі квазістаціонарного струму частоти
Існує кілька видів закону Ома.
Закон Ома для однорідної ділянки кола (що не містить джерела струму): сила струму в провіднику прямо про-пропорційна прикладеній напрузі і обернено про-пропорційна опору провідника:
Закон Ома для замкненого кола: сила струму в замкнутому ланцюзі дорівнює відношенню ЕРС джерела струму до сумарного опору всього ланцюга:
де R - опір зовнішньої ланцюга, r - внутрішній опір джерела струму.
Закон Ома для неоднорідної ділянки кола (ділянки кола з джерелом струму):
де - різниця потенціалів на кінцях ділянки кола, - ЕРС джерела струму, що входить до відділку.
Здатність речовини проводити струм характеризується його питомим опором або провідністю. Їх величина визначається хімічною природою речовини і умовами, зокрема температурою, при яких воно знаходиться. Для більшості металів питомий опір зростає з температурою приблизно за лінійним законом:
де - питомий опір при 0 ° С, t - температура за шкалою Цельсія, а - коефіцієнт, чисельно рівний приблизно 1/273. Переходячи до абсолютної температурі, отримуємо
При низьких температурах спостерігаються відступи від цієї закономірності. У більшості випадків залежність від T слід кривої 1 на малюнку.
Величина залишкового опору в сильному ступені залежить від чистоти матеріалу і наявності залишкових механічних напруг у зразку. Тому після відпалу помітно зменшується. У абсолютно чистого металу з ідеально правильної кристалічною решіткою при абсолютному нулі.
У великої групи металів і сплавів при температурі близько декількох градусів Кельвіна опір стрибком звертається в нуль (крива 2 на малюнку). Вперше це явище, назване надпровідність, було виявлено в 1911 р Камерлинг - Оннесом для ртуті. Надалі надпровідність була виявлена у свинцю, олова, цинку, алюмінію та інших металів, а також у ряду сплавів. Для кожного надпровідника є своя критична температура Тк, при якій він переходить в надпровідний стан. При дії на надпровідник магнітного поля надпровідний стан порушується. Величина критичного поля HK, що руйнує надпровідність, дорівнює нулю при Т = Тк і зростає зі зниженням температури.
Повний теоретичне пояснення надпровідності було дано в 1958 р радянським фізиком Н. Н. Боголюбовим і його співробітниками.
Залежність електричного опору від температури покладена в основу термометрів опору. Такий термометр представляє собою металеву (зазвичай платинову) дріт, намотаний на фарфоровий або слюдяною каркас. Проградуйований по постійним температурним точкам термометр опору дозволяє вимірювати з точністю порядку декількох сотих градуса як низькі, так і високі температури.
Список використаної літератури:
Прохоров А. М. Фізичний енциклопедичний словник, М. 1983
Дорфман Я. Г. Всесвітня історія фізики. М. 1 979
Ом Г. Визначення закону, за яким метали проводять контактна електрику. - В кн. Класики фізичної науки. М. 1 989
Роджерс Е. Фізика для допитливих. т. 3. М. 1 971
Орір Дж. Фізика. т. 2. М. 1 981
Джанкола Д. Фізика. т. 2. М. 1989