Постійний струм в металах. Сила і густина струму. Закон Відемана – Франца. Електрорушійна сила. Закони Ома і Джоуля-Ленца. Правила Кірхгофа і їх фізичний зміст.

Силою струму називають скалярну величину, яка чисельно дорівнює зарядові, що переноситься через поперечний переріз провідника за одиницю часу: . Струм називається постійним, якщо сила струму і його напрям не змінюються з часом:

Електричний струм характеризують вектором густини струму. Густина струму j чисельно дорівнює відношенню сили струму dI, що проходить через перпендикулярну до напряму руху носіїв поверхню dS, до площі цієї поверхні:

.Якщо виразити густину струму через характеристики носіїв заряду, то , де n₀ – концентрація частинок-носіїв, v_д – середня швидкість упорядкованого руху носіїв заряду.

Закон Відемана-Франца: для всіх металів відношення коефіцієнта теплопровідності() до коефіцієнта електропровідності() є величиною сталою:

.Подальші дослідження Лоренца показали, що відношення λ /σ пропорційне абсолютній температурі металу: , де А₁ константа, яка не залежить від природи металу.

Електрорушійною силою джерела струму, що діє в замкненому колі або на його ділянці, називають скалярну величину , яка рівна відношенню роботи сторонніх сил до одиниці позитивного заряду: .

Закон Ома: сила струму в однорідному провіднику прямо пропорційна напрузі на кінцях цього провідника і обернено пропорційна його опору:

Закон Ома в диференціальній формі: густина електричного струму в будь-якій точці фізично однорідного провідника пропорційна напруженості електричного поля: , де σ – питома електропровідність – залежить тільки від хімічної природи матеріалу провідника, а його форма і розміри значення не мають.

Закон Джоуля-Ленца: кількість теплоти, яка виділяється в провіднику при проходженні по ньому електричного струму, прямо пропорційна добутку квадрата сили струму, опору провідника і часу проходження струму: .

Закон Джоуля-Ленца в диференціальній формі: або ,

де ω – питома потужність струму.

І правило Кірхгофа (правило вузлів): алгебраїчна сума сил струмів, які сходяться у вузлі, дорівнює нулеві:

,

де n – кількість струмів, які сходяться у вузлі; додатними вважають струми, які входять у вузол, від’ємними – струми, що виходять з нього.

Це правило виражає закон збереження заряду у будь-якій точці кола постійного струму і стосується вузлів розгалуженого кола.

ІІ правило Кірхгофа (правило контурів): у контурі алгебраїчна сума спадів напруг (добутків сил струмів на опори відповідних ділянок) дорівнює алгебраїчній сумі електрорушійних сил, які діють у цьому контурі:

,

де n – кількість ділянок у контурі, m – кількість ЕРС, що діють у контурі.

Це правило є узагальненням закону Ома на розгалуженні електричні кола.