Что такое «напряжение»?
Электрическое напряжение между двумя точками (будь то две точки электрической цепи или две произвольные точки в пространстве) определяется как работа, необходимая для перемещения единичного электрического заряда между этими точками. Пробный заряд в этом определении считается точечным, то есть тело носитель заряда не имеет размера (аналог материальной точки). Второе важное допущение состоит в том, что при своем перемещении пробный заряд не изменяет конфигурации поля – то есть не влияет на расположение других зарядов, данное поле создающих. Третий немаловажный момент – это необходимость учета действия на пробник сторонних сил, а не только тех, что создают потенциальное электрическое поле. Формула для вычисления напряжения между точками A и B выглядит так:
То есть U представляет собой сумму разности потенциалов между точками и величины работы так называемой электродвижущей силы (ЭДС). Электродвижущие силы являются силами не электрического происхождения. Работа по преодолению этих сил входит в формулу для напряжения. В этом отличие между разностью потенциалов и напряжением. В отсутствии ЭДС не имеет значения, по какой траектории мы перемещаем пробный заряд из точки А в точку Б, т.к. электрическое поле потенциально. Учет ЭДС совершенно меняет дело – U зависит от траектории.
Закон Ома для участка цепи
Формулировка закона Ома в виде формулы выглядит так:
где U – напряжение на участке цепи, I – сила тока, а R – коэффициент пропорциональности, носящий название сопротивления. Важно четко представлять себе физическое содержание этих величин. Сила тока определяется как количество заряда, перемещенного через поперечное сечение проводника за единицу времени:
величина R зависит от свойств конкретного проводника. Сопротивление проводника характеризует его способность препятствовать протеканию по нему электрического тока. В случае обычного провода, то есть когда не меняется ни площадь поперечного сечения провода, ни форма этого сечения, R выражается следующим образом:
где, ρ — удельное сопротивление, S – площадь поперечного сечения куска проводки, l – длина куска проводки.
Для разных материалов величину удельного сопротивления можно отыскать в соответствующих таблицах. Закон ома является эмпирически установленным фактом, отражающим линейную зависимость силы тока от напряжения на участке.