Постійний струм

це електричний струм, який не змінюється за напрямком та величиною з часом. Заряджені частинки рухаються в одному напрямку, створюючи стабільний потік електрики.

1. Основні поняття та закон Ома

Сила струму:

I = \frac{Δ q}{Δ t}

Пояснення

I — сила струму; Δq — кількість заряду, що пройшов через провідник; Δt — час. Характеризує інтенсивність руху заряду в колі.

Напруга:

U = φ_{1} - φ_{2}

Коментар

Різниця потенціалів між двома точками кола. Визначає роботу, виконану для переміщення заряду між ними.

Опір провідника:

R = ρ \cdot l / S

Пояснення

R — опір; ρ — питомий опір матеріалу; l — довжина провідника; S — площа поперечного перерізу. Впливає на струм: чим більший R, тим слабший струм при фіксованій напрузі.

Закон Ома для ділянки кола:

I = \frac{U}{R}

Коментар

Основний зв'язок між струмом, напругою та опором. Використовується в розрахунках для лінійного кола.

Повне коло з ЕРС:

I = \frac{ε}{R + r}

Пояснення

ε — електрорушійна сила джерела; R — опір зовнішнього кола; r — внутрішній опір джерела. Формула враховує втрати всередині джерела, що важливо для розрахунків ККД.

2. Джерело струму та напруга

Напруга на зовнішній ділянці кола:

U = ε \cdot I \cdot r

Пояснення

ε — ЕРС джерела; I — сила струму в колі; r — внутрішній опір. При підключенні навантаження струм викликає падіння напруги всередині джерела. Чим більше r, тим більше U відхиляється від ε.

Коментар:

Джерело струму — це пристрій, що перетворює енергію (хімічну, механічну тощо) в електричну. ЕРС ε характеризує максимальну напругу, доступну без навантаження. При підключенні навантаження з'являється струм I, і частина енергії втрачається через внутрішній опір r. Фактична напруга U на клемах завжди менша за ε.

3. Робота, потужність та теплова дія

Робота струму:

A = I \cdot U \cdot Δ t = Δ q \cdot U

Пояснення

A — робота, виконана електричним струмом при проходженні заряду через провідник. Може бути виражена як добуток сили струму, напруги та часу, або як заряд, помножений на напругу.

Еквівалентні формули для роботи:

A = \frac{U^{2} \cdot Δ t}{R} = I^{2} \cdot R \cdot Δ t

Коментар

Використовуються при розв'язанні задач, де не всі параметри відомі. При сталому опорі та напрузі дозволяють швидко знайти розсіяну енергію.

Потужність електричного струму:

P = \frac{A}{Δ t} = I \cdot U = \frac{U^{2}}{R} = I^{2} \cdot R

Коментар

P — потужність, характеризує швидкість перетворення енергії. У задачах важливо вибрати правильну форму: за напругою, за струмом або за опором.

Кількість теплоти:

Q = I \cdot U \cdot Δ t = I^{2} \cdot R \cdot Δ t

Коментар

Теплота, що виділяється в провіднику при проходженні струму — як тепловий ефект. Формула Джоуля-Ленца пояснює, як електрична енергія перетворюється на теплоту.

4. Коефіцієнт корисної дії джерела струму

ККД джерела:

η = \frac{U}{ε} = \frac{R}{R + r}

Пояснення

η — ККД; ε — ЕРС джерела; U — напруга на зовнішньому колі; R — зовнішній опір; r — внутрішній опір. Показує, яка частина енергії джерела йде на навантаження, а яка втрачається всередині.

Короткий довідник з фізики

Формули основних розділів