За напрямок струму домовилися приймати напрямок, у якому рухаються позитивно заряджені частинки. Наприклад, позитивно заряджені іони рухаються в напрямку струму. У металах носіями заряду є негативно заряджені електрони, тому в металі напрямок струму протилежний до напрямку руху носіїв заряду. Електричний струм може бути отриманий тільки в речовині, у якій є вільні заряджені частинки. Щоб вони почали рухатися, потрібно створити в провіднику електричне поле.

Отже, для існування струму в провіднику необхідні такі умови:

1) наявність вільних заряджених частинок;

2) існування в провіднику електричного поля, що характеризується різницею потенціалів на кінцях провідника;

3) замкнуте електричне коло.

Якщо різниця потенціалів не змінюється з часом, то в провіднику встановлюється постійний електричний струм.

3. Пояснення нового матеріалу

Сторонні сили

Усередині джерела струму відбувається розподіл зарядів, у результаті чого на позитивному полюсі джерела накопичується позитивний заряд, а на негативному — негативний. Внаслідок цього між полюсами виникає різниця потенціалів, а в зовнішній частині кола — електростатичне поле, під дією якого в зовнішньому колі тече струм.
Поза джерелом струму вільні заряди рухаються під дією сил електростатичного поля, але усередині джерела вони рухаються проти сил цього поля.
Наприклад, у хімічному джерелі струму позитивні іони рухаються до позитивного полюса, незважаючи на те, що електростатичне поле «тягне» їх до негативного полюса.
Отже, для того щоб у джерелі струму відбувався розподіл зарядів, усередині джерела струму на вільні заряди повинні діяти сили неелектростатичного походження. Їх називають сторонніми силами.
Наприклад, у хімічних елементах струму сторонні сили мають хімічну природу; у генераторах електростанцій сторонні сили — це зазвичай сили, що діють на вільні електрони провідника з боку вихрового електричного поля, породжуваного змінним магнітним полем.

Електрорушійна сила

Сторонні сили своєю роботою замикають коло і забезпечують сталість струму. Кожне джерело струму характеризується роботою сторонніх сил з переміщення одиниці позитивного заряду, що діють у ньому, тобто певноюелектрорушійною силою (ЕРС).

Усередині джерела струму сторонні сили виконують роботу A_стор , переміщаючи вільні заряди проти дії сил електростатичного поля. Ця робота пропорційна заряду, тому

відношення роботи сторонніх сил з переміщення заряду усередині джерела до заряду є характеристикою джерела струму й називається електрорушійною силою джерела:

.

У системі СІ .

Закон Ома для повного кола

Під час переміщення заряду q усередині джерела струму сторонні сили виконують роботу , де — ЕРС джерела. Під час протікання струму у зовнішньому колі в ньому виділяється кількість теплоти , де ^ R — опір зовнішнього кола. Джерело струму також має деякий опір, що позначають зазвичай r і називають внутрішнім опором джерела. Тому під час проходження струму усередині джерела в ньому виділяється кількість теплоти: .

Із закону збереження енергії випливає, що , звідки одержуємо , або .

Суму опорів R+r називають повним опором кола, і отримане співвідношення формулюють як закон Ома для повного кола:

сила струму в замкнутому колі, що містить одне джерело, дорівнює відношенню ЕРС джерела до повного опору кола:

.

Якщо коло містить кілька послідовно увімкнених елементів з ЕРС, то повна ЕРС кола дорівнює алгебраїчній сумі ЕРС окремих елементів. Загальний опір кола дорівнює сумі всіх опорів:

.

У разі паралельного з’єднання елементів з однаковою ЕРС електрорушійна сила батареї дорівнює ЕРС одного елемента.

Наслідки із закону Ома для повного кола

Як випливає із закону Ома для повного кола, сила струму убуває відповідно до збільшення R. Найбільша сила струму відповідає випадку , тобто короткому замиканню. Під час короткого замикання сила струму

Із цієї формули видно, що якщо внутрішній опір джерела дуже малий, струм короткого замикання буде дуже значним, що може вивести джерело з ладу.

^ Розімкнутому колу відповідає нескінченно великий зовнішній опір R.

При цьому, як випливає з формули закону Ома для всього кола, сила струму . Відповідно до закону Ома для ділянки кола, напруга між кінцями провідника . Із закону Ома для повного кола, записанного у вигляді , одержуємо . Звідси випливає, що у разі збільшення сили струму напруга між полюсами джерела струму зменшується.

Найбільше значення напруги між полюсами джерела дорівнює при (розімкнуте джерело струму), тобто напруга між розімкнутими полюсами джерела дорівнює ЕРС цього джерела:

Найменша ж напруга між полюсами дорівнює нулю — йому відповідає коротке замикання, за якого сила струму (струм короткого замикання).

4. Вчимося розв`язувати задачі.

Вправа 10 ст.72 (1-5)

§ 10 вивч. Вправа 10 задача 6

Тема. Напруженість електричного поля. Силові лінії електричного поля.

Накладання електричних полів.

Електричне поле точкових зарядів.

Мета уроку: пояснити властивості електричного поля, принцип суперпозиції, зв’язок напруженості електричного поля з різницею потенціалів; сутність силової та енергетичної характеристик електричного поля; навчити учнів розв’язувати стандартні задачі з даної теми; розвивати логічне мислення; виховувати впевненість у собі, необхідність в знаннях; шляхетність.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

Хід уроку.

І. Організаційний момент.

ІІ. Повторення теоретичного матеріалу.

1. Які взаємодії називають електромагнітними?

2. Що таке електричний заряд?

3. У чому схожість і відмінність електричного заряду і гравітаційної маси?

4. Як взаємодіють однойменні і різнойменні електричні заряди?

5. Який заряд називають елементарним? Яким є його значення?

6. У чому полягає явище електризації? Поясніть це явище з погляду електронної теорії.

7. Коли тіло буває електрично нейтральним, а коли зарядженим?

8. Чи відбудеться електризація двох тіл, що складаються з однакової речовини, під час їх дотику?

9. Сформулюйте закон збереження електричного заряду.

10. У яких випадках виконується закон збереження заряду?

11. Що визначає закон Кулона?

12. Як формулюють і записують закон Кулона для взаємодії зарядів у вакуумі?

13. Яка фізична величина характеризує вплив середовища на силу взаємодії між зарядами?

14. Запишіть закон Кулона для взаємодії зарядів з урахуванням середовища в системі СІ.

15. Чому дорівнює коефіцієнт пропорційності k в законі Кулона в СІ?

16. Чому дорівнює електрична стала e0?

17. Установіть одиницю електричного заряду в СІ, сформулюйте її означення.

18. Яке значення заряду і маси електрона?

19. Чи можна електричний заряд ділити нескінченно?

ІІІ. Вивчення нового матеріалу.

Нехай в точці О знаходиться позитивний точковий заряд q. У довільну точку поля С, створеного зарядом q, і яка знаходиться на відстані r від цього заряду, помістимо пробний заряд q. Модуль сили взаємодії між цими зарядами визначаємо за законом Кулона

Вираз правої частини формули не залежить від заряду q і має стале значення для кожної точки поля, в якій цей заряд знаходиться. Отже, відношення F/q є також сталим для кожної точки поля. Величину, що виражає це відношення, називають напруженістю електричного поля:

Напруженістю електричного поля називають фізичну векторну величину , що є силовою характеристикою електричного поля в кожній його точці і чисельно дорівнює відношенню сили, з якою поле діє на точковий заряд, поміщений у цю точку, до значення цього заряду. Напрям напруженості збігається з напрямом електричної сили, що діє на пробний позитивний заряд в цій точці:

Вектор напруженості в будь-якій точці (А, В) електричного поля напрямлений вздовж прямої, що сполучає цю точку і заряд, від заряду, якщо q > 0, і до заряду, якщо q < 0

Модуль напруженості електричного поля, створюваного точковим електричним зарядом, знаходимо за формулою:

Одиницю напруженості електричного поля визначаємо із формули. У СІ:

Отже, за одиницю напруженості в СІ - вольт на метр - взято напруженість такого однорідного електричного поля, потенціал якого вздовж лінії напруженості змінюється на 1 В на відстані 1 м. У кожній точці такого поля на заряд, що дорівнює 1 Кл, діє сила 1 Н.

Повне уявлення про розподіл поля можна дістати з рисунка, на якому зобразити вектори напруженості, а також показати неперервні лінії, дотичні до яких в кожній точці, через яку вони проходять, збігаються з вектором напруженості. Ці лінії називаються силовими лініями або лініями напруженості (рис.4.1.7). Силові лінії можна зробити видимими, якщо довгасті кристалики діелектрика, наприклад, хініну (ліків від малярії) добре перемішати у в'язкій рідині (рициновій олії) і помістити туди заряджені тіла; поблизу цих тіл кристалики "вишикуються" в ланцюжки вздовж ліній напруженості.

Силові лінії електричного поля точкових зарядів незамкнені. Вони починаються на позитивних електричних зарядах і закінчуються на негативних.

Електричне поле, напруженість якого однакова у всіх точках простору, називають однорідним.

Досліди показують, якщо на електричний заряд q діють одночасно електричні поля декількох зарядів, то результуюча сила дорівнює геометричній сумі сил, що діють з боку кожного поля окремо. Ця властивість електричних полів означає, що ці поля підлягають принципу суперпозиції: якщо в заданій точці простору різні заряджені частинки створюють електричні поля напруженістю ,, і т.д., то результуюча напруженість поля в цій точці дорівнює геометричній сумі напруженостей полів частинок, тобто:

Принцип суперпозиції (накладання) полів означає, що електричні поля під час накладання не впливають одне на одне.

Принцип суперпозиції дозволяє обчислити напруженість поля довільної системи зарядів, а не тільки точкових, зокрема і рівномірно зарядженої площини.

За рівномірного розподілу електричного заряду q по поверхні площею S поверхнева густина заряду s є сталою і дорівнює:

У фізиці доведено, що напруженість електричного поля нескінченої площини з поверхневою густиною заряду s однакова в довільній точці простору і дорівнює:

Напруженості полів, створених обома площинами, напрямлені в один бік. Отже, геометрична сума (згідно з принципом суперпозиції полів) є їх арифметичною сумою:

Поза площинами пластин їх напруженості напрямлені протилежно. Тому результуюча напруженість поля поза площинами дорівнює нулю і електричного поля в цих частинах простору немає.

ІV.Закріплення нового матеріалу.

1. Що таке електричне поле?

2. Назвіть основні властивості електричного поля.

3. Яке поле називають електростатичним?

4. Що називають напруженістю електричного поля? Яка формула виражає зміст цього поняття?

5. Чому дорівнює напруженість точкового заряду?

6. Виконайте рисунок і поясніть суть принципу суперпозиції електричних полів.

7. Що називають лініями напруженості електричного поля?

8. Яке електричне поле називають однорідним?

9. Наведіть приклади графічного зображення електричних полів.

10. Який напрям має вектор напруженості електричного поля?

V.Розв’язування задач.

№1 Яка сила діє на заряд 12 нКл, розташований у точці, в якій напруженість електричного поля становить 2 кВ/м?

Дано:

q=12·10^-9Кл

Е=2·10³ В/м

F-?

Розв’язування:

№2 Напруженість електричного поля точкового заряду на відстані 2 м від нього дорівнює 64 В/м. Визначити напруженість цього поля на відстані 8 м від заряду.

Дано:

R₁=2м

E₁=64В/м

R₂=8м

E₂-?

Розв’язування:

№3 Визначити напруженість поля в точках С і Д, якщо два зарядиq₁=30нКл іq₂=-20 нКл знаходиться в точках А і В, а відстані дорівнюють: АС=5 см, СВ=4 см, ВД=3 см.

Дано:

q₁=30·10^-9Кл

q₂=-20·10^-9Кл

АС=5·10^-2м

СВ=4·10^-2м

ВД=3·10^-2м

Е_с-?

Е_д-?

Розв’язування

№4 У двох вершинах А і С квадрату із стороною а=3 см розташовані різнойменні зарядиq₁ іq₂, модулі яких однакові і дорівнюють 2·10^-6 Кл. Знайдіть напруженість поля у двох інших вершинах квадрату.

Дано:

a=3м

q₁=2·10^-6Кл

q₂=-2·10^-6Кл

E_B-?

E_Д-?

Розв’язування:

VІ. Підсумок уроку.

Домашнє завдання:

На уроках в кабінеті фізики

Готуючись до уроку