Вимірювання опору провідників за допомогою моста постійного струму.

Лабораторна робота 2-1

 

Вимірювання опору провідників за допомогою моста постійного струму.

Мета роботи: ознайомлення з класичним способом вимірювання опору за допомогою моста постійного струму.

Обладнання: стрілочний гальванометр з нульовою точкою посередині, магазин опорів на 10кОм, перемикач, джерело живлення на 6 В, невідомі опори.

 

Теоретичний вступ

Провідниками називаються речовини, в яких може відбуватися впорядкований рух електрично заряджених частинок під дією електричного поля. Провідниками є метали, напівпровідники, електроліти, іонізовані гази (плазма). В металах носіями заряду (рухомими зарядженими частинками) є електрони, в електролітах – іони, в плазмі – і електрони, і іони.

Впорядкований рух заряджених частинок в провідниках під дією прикладеного електричного поля називається електричним струмом, а здатність провідників проводити струм – електропровідністю.

Кількісною характеристикою струму є густина струмуj:

j =n^–q ^- v^-+ n⁺q⁺v⁺ (1)

де n⁺, n^- -густини додатньо і від’ємно заряджених частинок, q⁺, q^- - їх заряди а v⁺, v ^- - швидкості.

В металах носіями струму є вільні електрони, тому

j = n^- e^- v (2)

де e^- = -1,6*10^-19 Кл –заряд електрона.

Густина струму – це кількість заряду, що протікає через одиницю площі поперечного перетину провідника за одиницю часу.

Отже, густина струму в провідниках залежить від концентрації вільних електронів у ньому, а також від швидкості їх напрямленого руху (так звана дрейфова швидкість, наприклад. для мідногопровідника при густині струму 10⁷ А/м², дрейфова швидкість = 0,8мм/с, хоча середня швидкість теплового руху електронів при кімнатній температурі є набагато більшою, приблизно 10⁵м/с). В металах концентрація вільних електронів є практично сталою для даного металу і не залежить від температури.

Силою струму називається величина, яка чисельно дорівнює електричному заряду dq, що проходить через поперечний переріз провідника за час :

= (3)

Зв’язок між силою струму і густиною:

= (4)

де – площа поперечного перетину провідника.

В системі СІ одиницею сили електричного струму є ампер (А),Це основна одиниця,названа такначесть французького фізика А.Ампера. Одиниця густини струму - А/м² .

Електричний струм в провідниках називають струмом провідності, за напрямок струму прийнято вважати напрямок руху додатних зарядів, тому напрямок струму в металах протилежний до напрямку руху електронів. Важливо розрізняти дрейфову швидкість електронів і швидкість поширення струму, Швидкість поширення струму – це швидкість поширення електричного поля, яка дорівнює швидкості поширення світла 3*10⁸ м/с.

Якщо сила струму в провіднику з часом не змінюється, то такий струм називають постійним.

 

 

 

Мал.1.Структура металу:в вузлах гратки - додатні іони, оточені електронним газом

Характерними провідниками є чисті метали: мідь, залізо, срібло та інші. Такі метали мають кристалічну структуру, в вузлах кристалічної решітки знаходяться важкі додатні іони, а слабо зв’язані електрони утворюють так званий ідеальний електронний газ (див. мал.1). Кількість вільних електронів дуже велика - порядку 10²² частинок в 1см³, але від’ємний заряд електронів повністю дорівнює додатному заряду іонів, і тому метал не має заряду – є нейтральним.

При внесенні провідника в електричне поле миттєво електрони змістяться в напрямку проти поля. Але вилетіти з металу вони не можуть, бо їх утримує кулонівська сила зі сторони додатних іонів.

Мал.2. Всередині провідника електричне поле дорівнює нулю.

 

 

Тому електрони зміщуються відносно решітки на малу відстань (біля 0,0001 мкм.). Отже, на одній поверхні виникає надлишок електронів (від’ємний заряд), а на протилежній – їх недостача (додатний заряд), див. мал.2.

Надлишковий заряд на поверхні породжує електричне поле , напрям якого протилежний до напряму зовнішнього електричного поля , але модулі цих полів однакові, і тому всередині провідника електричне поле дорівнює нулю. Електричне поле є тільки на поверхні провідника (зображене стрілочками). Сумарний заряд в кожній точці всередині провідника дорівнює нулю.

Таким чином, ніякого впорядкованого переміщення електронів всередині провідника, тобто струму, немає. Це означає, що електричні сили не можуть спричиняти струм. Для підтримання електричного струму в провіднику потрібно, щоб виконувалась робота по переміщенню електронів силами неелектричного походження - так званими ’сторонніми’ силами, які діють на електрони зі сторони джерел струму (генераторів, гальванічних елементів, акумуляторів та інше). Сторонні сили – це сили не електричні. Це можуть бути сили хімічної природи (гальванічні елементи, акумулятори), теплової (термоелементи), сонячної (сонячні батареї).

Робота сторонніх сил джерела струму при переміщенні одиничного позитивного точкового електричного заряду називається електрорушійною силою (е.р.с.) і визначається як:

= (5)

де - робота сторонніх сил, - заряд (якщо =1, то = ).

Електрорушійна сила джерела струму вимірюється в вольтах, В.

Закони Ома.

Електричним колом називається з’єднання провідниками джерел живлення, споживачів електричної енергії і вимірювальних приладів.

Мал. 3. Найпростіші електричні кола.

 

Найпростішим електричним колом є з’єднання провідника (резистора з опором R) і джерела живлення. На малюнку зображено найпростіші електричні кола: а)- коло складається з опору і джерела живлення, б) – коло складається зі змінного опору (реостата), джерела живлення і вимірювальних приладів-вольтметра і амперметра (крапками позначено місця з’єднань).

Напругою (або спадом напруг) називається різниця потенціалів на будь-якій ділянці кола: . Якщо на ділянці кола між точками 1 і 2 немає джерела живлення, то така ділянка кола називається однорідною.

Німецький фізик Г.Ом у 1826 р. експериментально встановив, що сила струму в однорідній ділянці електричного кола прямо пропорційна напрузі та обернено пропорційна до опору::

(6)

Формула (6) називається законом Ома для однорідної ділянки кола. Напруга в системі одиниць СІ вимірюється в вольтах (В)

Якщо ж замкнене електричне коло складається з джерела живлення з е.р.с. та внутрішнім опором джерела , а також з зовнішньої частини з опором . то сила струму в такому колі визначається формулою, що називається законом Ома для повного кола:

/( (7)

Правила Кірхгофа:

Для розгалужених електричних кіл виконуються правила Кірхгофа:

1. Алгебраїчна сума струмів (з урахуванням їх знаків), що сходяться в вузлі, дорівнює нулю:

(8)

Це означає, що скільки заряду у вузол втекло, стільки і витекло, тому що виконується закон збереження заряду. (вузлом називається місце з’єднання трьох і більше провідників, точки А і В на схемі б), мал. 3).

2. В будь-якому замкнутому контурі, довільно вибраному в розгалуженому колі, алгебраїчна сума спадів напруг дорівнює алгебраїчній сумі всіх електрорушійних сил в контурі:

_j (9)

(Прикладом розгалуженого кола є схема електричного кола на мал. 4 ).

 

При проходженні струму через провідник електрони розсіюються на іонах кристалічної решітки металу, при цьому зменшується швидкість їх впорядкованого руху і це є причиною електричного опору. Опір провідника залежить від матеріалу провідника, тобто від будови його кристалічної решітки та від температури.

Опір однорідного циліндричного провідника довжиною і площею поперечного перетину провідника дорівнює:

(10)

де - питомий опір (це опір однорідного циліндричного провідника, що має одиничні довжину і площу поперечного перерізу). Він залежить від матеріалу провідника і температури, вимірюється в ом-метрах (Ом*м).

Одиницею опору провідника є ом (Ом).

Ом – це опір провідника, по якому при напрузі 1 В проходить струм 1 А, (1 Ом=1 В/А).

Питомою електричною провідністю називають величину,обернену до питомогоопору: .

Одиницею електричної провідності є сіменс (См).

Найкращими провідниками є срібло, мідь. алюміній, їх питомі опори дорівнюють відповідно 1,6*10^-8, 1,7*10^-8, 2,9*10^-8 Ом*м.

При збільшенні температури провідника амплітуда коливань іонів в вузлах решітки збільшується. При цьому зростає розсіяння електронів на іонах, а, отже, і опір. Для металів існують наближені формули залежності опору від температури:

(11)

(12)

де і - відповідно питомий опір і опір при температурі =0⁰ С, - температурний коефіцієнт опору, - температура (за шкалою Цельсія, ⁰С ).

Температурний коефіцієнт опору характеризує відносну зміну опру провідника при нагріванні його на 1⁰ С, для різних речовин він різний при різних температурах. Але для всіх чистих металів він дорівнює приблизно: =1/273 ⁰С^-1.

На залежності опору від температури ґрунтується спосіб вимірювання як дуже високих, так і дуже низьких температур за допомогою термометрів опору.

В 1911 р. голландський фізик Г. Камерлінг- Оннес досліджував залежність опору ртуті від температури і виявилося, що при температурі 4,2 К питомий опір стрибкоподібно зменшився до дуже малого значення, близького до нуля. Це явище було названо надпровідністю. Згодом було виявлено надпровідність у більш як у 25 металів (зокрема у цинку, свинцю, алюмінію), а також у багатьох сплавів, деяких напівпровідників і полімерів. Температура, при якій відбувається перехід в стан надпровідності провідників (критична температура) знаходиться в межах від 0,14 К для іридію до 9,22 К для ніобію.

У 1986 р. швейцарський фізик К. Мюлер і німецький фізик Г. Беднорц відкрили (працювали на той час в Цюріху) так звані високотемпературні надпровідники (металооксидні сполуки ), для яких стрибкоподібне падіння опору спостерігається при температурах близько 100 К.

Надпровідні матеріали широко використовуються в науці і техніці, зокрема для створення сильних магнітних полів, електричних кабелів з дуже малим опором, потужних двигунів і генераторів. В електроніці розроблені і використовуються перетворювачі частот, резонатори, підсилювачі сигналів для мобільного зв’язку. Можна використовувати високотемпературні надпровідники для виготовлення елементів пам’яті для комп’ютерів.

 

Порядок виконання роботи.

1. Під’єднати невідомий опір до затискача.
2. Увімкнути джерело живлення.
3. Натиснути і утримувати кнопку К (замкнути коло) і, змінюючи опір (магазин опорів),добитисящоб стрілка гальванометра показувала нуль. Повторити виміри по три рази для п’яти різних опорів.
4. Дані записати в таблицю 1. Не забути записати значення відомих опорів!
5. Вичислити середнє значення опору і також записати в таблицю.
6. За формулою (18) розрахувати опір кожного з п’яти резисторів, записати в таблицю.

Таблиця 1.

, кОм	, кОм	, кОм	, кОм	, кОм
сер,	сер	сер	сер	сер

 

Контрольні запитання:

1. Якіречовининазиваються провідниками?

2. Що називається: електричним струмом, густиною струму в металах?

3. Що називається силою струму?

4. Що називається електрорушійною силою?

5. Сформулюйте закон Ома для: для однорідної ділянки кола, повного кола.

8. Що є причиною появи опору в провіднику?

9. Чому дорівнює опір однорідного циліндричного провідника?

10. Як залежить опір провідника від температури і чому?

11. Сформулюйте правила Кірхгофа.

12. В чому полягає мостовий метод вимірювання опору?

13. Отримайте рівняння (16) для невідомого опору.

14 Від чого залежить точність визначення опору.

15. В яких випадках застосовують мостовий метод?

16. Поясніть, що і як вимірює гальванометр, вольтметр, амперметр.

Додаток

Вимірювання сили струму.

 

Силу струму вимірюють за допомогою приладів, які називаються гальванометри. Сила струму – це кількість заряду, що переноситься через провідник за одиницю часу. Безпосередньо виміряти скільки переноситься заряду неможливо. Тому для вимірювання сили струму використовують дію самого струму. Це може бути теплова дія – при проходженні струму провідник нагрівається і при цьому видовжується. Це видовження можна виміряти. Тому що видовження пропорційне силі струму, то таким чином можна виміряти і силу струму. Найпростіший тип гальванометра зображено на мал.1.

 

 

 

Мал. 1. Принцип дії теплового амперметра: 1 – тонка дротина, 2 – нитка, О – стрілка.

а) струм через дротину не тече, б) струм тече через амперметр.

 

По тонкій дротині 1, закріпленій на кінцях, пропускають струм. До середини дротини прикріплено один кінець міцної нитки 2, яку накручено на стрілку О. Другий кінець нитки прикріплено до розтягнутої пружини. При пропусканні струму дротина нагрівається і видовжується, при цьому нитка, відтягнута пружиною, повертає стрілку на деякий кут, який залежить від видовження дротини, а, значить, і від сили струму. На шкалі гальванометра проставляють цифри, які вказують силу струму в амперах (або міліамперах). В цьому випадку гальванометр називається амперметром (або міліамперметром).

Для вимірювання сили струму амперметр вмикають в коло послідовно, щоб через нього пройшов повний струм. Якщо опір амперметра , а опір кола , то повний опір буде:

= + = (1+ / )

Звідси видно, що опір амперметра має бути малим порівняно з опором кола. Тому амперметри виготовляють з дуже малим опором (десяті або соті долі ома).

 

Вимірювання напруги.

Напругу в електричному колі вимірюють також гальванометром, тому що напруга, згідно з законом Ома, пропорційна силі струму:

,

де - внутрішній опір гальванометра (опір тих частин гальванометра, по яких тече струм). Але тепер шкалу гальванометра треба проградуювати в вольтах, і тому такий гальванометр називають вольтметром. Вольтметр вмикають паралельно до ділянки кола, напругу на якій хочемо виміряти.

.

Мал. 2.

Наприклад, хочемо виміряти напругу на лампочці. Напруга на лампочці і на вольтметрі однакова. Повний опір кола буде дорівнювати:

,

де - опір лампочки, а - опір вольтметра. Отже, чим більший опір вольтметра, тим менше загальний опір відрізняється від опору лампочки, і тим менша похибка вноситься вольтметром. Тому вольтметр повинен мати великий опір (декілька тисяч ом).

Крім вищезгаданого, існують гальванометри, принцип дії яких полягає у взаємодії магнітного поля магніту зі струмом, що протікає через рухому котушку (рамку) (мал.3)

 

Мал. 3. Мал. 4.

 

Принцип дії такого гальванометра: рухома рамка S (до якої приєднана стрілочка) розміщена між полюсами магніту. При пропусканні струму через рамку виникає момент сили Ампера, внаслідок якого рамка повертається на деякий кут , який залежить прямо пропорційно від сили струму : = , де - коефіцієнт пропорційності, що залежить від конструкції приладу. Отже, шкала такого приладу рівномірна.

Електромагнітні гальванометри (мал.4) складаються з прямокутної котушки з вузькою щілиною. Сердечник виготовлений з м’якого заліза і закріплений ексцентрично на осі разом зі стрілкою , спіральною пружиною . При протіканні струму через котушку всередині котушки виникає магнітне поле, під дією якого сердечник повертається довкола осі і втягується в щілину котушки. При зростанні струму зростає індукція магнітного поля в щілині котушки і збільшується намагнічення сердечника, а тому сердечник більше втягується в щілину і на більший кут повертається стрілка. Залежність кута відхилення стрілки від сили струму є квадратичною (), тому шкала такого гальванометра є нерівномірною.

 

Лабораторна робота 2-2

Порядок виконання роботи.

 

1. Встановити рухомий контакт B реохорда в середнє положення, замкнути вимикач К₁.

2. Увімкнути електронне джерело e.

3. Підключити в коло джерело e _x за допомогою перемикача К₂.

4. Добитися компенсації, тобто відсутності струму через гальванометр, шляхом пересування рухомого контакту B реохорда вліво чи вправо.

5. Визначити l _x та записати в таблицю.

6. Перемкнути К₂ в положення e _n, добитись компенсації.

7. Визначити l _n, записати в таблицю.

8. Повторити пункти 3.-7. ще два рази, тобто всього по 3 вимірювання для кожного джерела.

9. Знайти середнє значення á e _xñ та оцінити абсолютну та відносну похибки D e _x, D e _x / e _x.

 

 

 

Точне значення е.р.с. нормального елемента, як правило, зазначене на його корпусі. Якщо такого напису нема, то вважати e _n = 1.0186 В.

 

 

№	l x	l n	e n	e x	á e xñ	D e x	D e x / e x
	0.2301	0.198
	0.23	0.195
	0.234	0.196

 

 

Контрольні запитання.

 

1. Дайте визначення та вкажіть одиниці вимірювання:

струму,

електрорушійної сили;

різниці потенціалів;

напруги;

спаду напруги;

опору.

2. Сформулюйте закони Ома та Кіргофа. Ви повинні вміти їх застосовувати для аналізу простих електричних кіл, у всякому разі для кола в даній роботі.

3. Методи вимірювання напруги та е.р.с.

4. Якій умові повинен задовольняти вольтметр, щоб систематична похибка при вимірюванні ним е.р.с. та спадів напруг була мінімальною?

5. Опишіть метод компенсації.

6. Чи можна буде компенсувати е.р.с. e _x та e _n, якщо полярність їх підключення змінити на протилежну? А якщо і полярність e змінити?

7. Яка роль додаткового опору R _д в колі?

8. Що таке нормальний елемент Вестона, яка його роль?

 

Література

 

Савельев И.В. Курс общей физики, Том 2, §31-36.

Додаток.

 

Цей розділ призначений для загального ознайомлення. Розуміння фізичних основ функціонування приладів, що тут обговорюються, не вимагається, оскільки це виходить за рамки початкового курсу фізики.

 

Лабораторна робота 2-3

Порядок виконання роботи.

1. Встановивши за допомогою мікрометричного гвинта відстань між пластинами конденсатора в межах 5,0 – 10,0мм, з кроком 2мм виміряти фарадометром по 3 значення ємності для кожного значення і записати в таблицю 1.

2. Виміряти діаметр пластини D. (Перед вимірюванням ємності фарадометр потрібно обнулити)

3. Покласти на нижню обкладку конденсатора діелектричну пластину, за допомогою мікрометричного гвинта опустити верхню обкладку на діелектрик і виміряти відстань між обкладками конденсатора і ємність.

4. Виміряні значення записати в таблицю 2. Виміри повторити ще для двох діелектричних пластин. Для кожної пластини вимір повторити тричі.

5. Розмістити між обкладками конденсатора всі три діелектричні пластини, виміряти відстань між обкладками конденсатора і ємність.

6. Повторити виміри, змінюючи порядок розташування пластин. Для кожної комбінації пластин діелектрика вимір ємності повторити тричі. Результати записати в таблицю 3.

Таблиця 1.

d, *10^-3 м	Ce, пкФ	Ce,сер.,пкФ	Сp, пкФ	С, пкФ	Стеор, пкФ	Похибка,%
	_________ _________
	_________ _________
	_________ _________ _________
	_________ _________
	_________ _________

 

Таблиця 2.

№ зразка, (речовина)	d*10^-3 м	Се,діел. пкФ	Се, діел.сер, пкФ			Похибка, %
		____________ ____________

 

Таблиця 3.

№	Се,3діел,пкФ	Середнє значення Се,3діел, пкФ	Теоретичне значення Стеор., пкФ	Похибка,%
1-2-3	__________ __________
1-3-2	__________ __________
2-1-3	__________ __________

Відносна похибка *100%.

 

Обробка результатів вимірювання.

1. Вичислити середнє значення виміряної ємності ,_сер, записати в таблицю 1.

2. Побудувати графік залежності. ,_сер від (Мал.2), визначити паразитну ємність .

3. Вичислити ємність за формулою: .

4. Вичислити теоретичне значення ємності _теор.за формулою: _теор= ().

5. Вичислити відносну похибку. Сформулювати висновки.

6. Вичислити середнє значення виміряної ємності конденсатора з діелектричною пластинкою С_{е,діел ,.}

7. Визначити діелектричну проникливість діелектрика за формулою: С_е,діел/С.

8. Порівняти з , зробити висновки.

9. Вичислити середнє значення виміряної ємності конденсатора з трьома діелектричними пластинами С_е,3діел,.

10. Вичислити теоретичне значення ємності і порівняти з виміряним, визначити відносну похибку, зробити висновки.

Контрольні запитання.

1. Що називається: ємністю відокремленого провідника, ємністю конденсатора?

2. Що називається: конденсатором?Чому дорівнює ємність плоского конденсатора?.

3. Що таке „ крайовий ефект” і за яких умов ним можна знехтувати?

4. Чому та як внесення діелектрика змінює ємність конденсатора?

5. Чому дорівнює ємність системи конденсаторів, з”єднаних: а) паралельно; б) послідовно?

6. Чи можна розглядати конденсатор з двома (або трьома) шарами діелектрика як два (або три) послідовно з”єднані прості конденсатори?

7. Що таке паразитна ємність і від чого залежить її величина?

8. Які існують види конденсаторів?

9. Де застосовуються конденсатори? Для чого?

10. В яких одиницях вимірюється ємність?

 

Література

1. Кучерук І.М., Горбачук І.І., Луцик П,П. Загальний курс фізики. Електрика і магнетизм.-К: Техніка, 2001.

2. Иродов И.Е. Электромагнетизм. Основные законы. «Физматлит», М-СП, 2002.

3. Савельєв И.В. Курс общей физики, т.2, „Наука”, М., 1979.

 

Додпток.

Лабораторна робота 2-1

 

Вимірювання опору провідників за допомогою моста постійного струму.

Мета роботи: ознайомлення з класичним способом вимірювання опору за допомогою моста постійного струму.

Обладнання: стрілочний гальванометр з нульовою точкою посередині, магазин опорів на 10кОм, перемикач, джерело живлення на 6 В, невідомі опори.

 

Теоретичний вступ

Провідниками називаються речовини, в яких може відбуватися впорядкований рух електрично заряджених частинок під дією електричного поля. Провідниками є метали, напівпровідники, електроліти, іонізовані гази (плазма). В металах носіями заряду (рухомими зарядженими частинками) є електрони, в електролітах – іони, в плазмі – і електрони, і іони.

Впорядкований рух заряджених частинок в провідниках під дією прикладеного електричного поля називається електричним струмом, а здатність провідників проводити струм – електропровідністю.

Кількісною характеристикою струму є густина струмуj:

j =n^–q ^- v^-+ n⁺q⁺v⁺ (1)

де n⁺, n^- -густини додатньо і від’ємно заряджених частинок, q⁺, q^- - їх заряди а v⁺, v ^- - швидкості.

В металах носіями струму є вільні електрони, тому

j = n^- e^- v (2)

де e^- = -1,6*10^-19 Кл –заряд електрона.

Густина струму – це кількість заряду, що протікає через одиницю площі поперечного перетину провідника за одиницю часу.

Отже, густина струму в провідниках залежить від концентрації вільних електронів у ньому, а також від швидкості їх напрямленого руху (так звана дрейфова швидкість, наприклад. для мідногопровідника при густині струму 10⁷ А/м², дрейфова швидкість = 0,8мм/с, хоча середня швидкість теплового руху електронів при кімнатній температурі є набагато більшою, приблизно 10⁵м/с). В металах концентрація вільних електронів є практично сталою для даного металу і не залежить від температури.

Силою струму називається величина, яка чисельно дорівнює електричному заряду dq, що проходить через поперечний переріз провідника за час :

= (3)

Зв’язок між силою струму і густиною:

= (4)

де – площа поперечного перетину провідника.

В системі СІ одиницею сили електричного струму є ампер (А),Це основна одиниця,названа такначесть французького фізика А.Ампера. Одиниця густини струму - А/м² .

Електричний струм в провідниках називають струмом провідності, за напрямок струму прийнято вважати напрямок руху додатних зарядів, тому напрямок струму в металах протилежний до напрямку руху електронів. Важливо розрізняти дрейфову швидкість електронів і швидкість поширення струму, Швидкість поширення струму – це швидкість поширення електричного поля, яка дорівнює швидкості поширення світла 3*10⁸ м/с.

Якщо сила струму в провіднику з часом не змінюється, то такий струм називають постійним.

 

 

 

Мал.1.Структура металу:в вузлах гратки - додатні іони, оточені електронним газом

Характерними провідниками є чисті метали: мідь, залізо, срібло та інші. Такі метали мають кристалічну структуру, в вузлах кристалічної решітки знаходяться важкі додатні іони, а слабо зв’язані електрони утворюють так званий ідеальний електронний газ (див. мал.1). Кількість вільних електронів дуже велика - порядку 10²² частинок в 1см³, але від’ємний заряд електронів повністю дорівнює додатному заряду іонів, і тому метал не має заряду – є нейтральним.

При внесенні провідника в електричне поле миттєво електрони змістяться в напрямку проти поля. Але вилетіти з металу вони не можуть, бо їх утримує кулонівська сила зі сторони додатних іонів.

Мал.2. Всередині провідника електричне поле дорівнює нулю.

 

 

Тому електрони зміщуються відносно решітки на малу відстань (біля 0,0001 мкм.). Отже, на одній поверхні виникає надлишок електронів (від’ємний заряд), а на протилежній – їх недостача (додатний заряд), див. мал.2.

Надлишковий заряд на поверхні породжує електричне поле , напрям якого протилежний до напряму зовнішнього електричного поля , але модулі цих полів однакові, і тому всередині провідника електричне поле дорівнює нулю. Електричне поле є тільки на поверхні провідника (зображене стрілочками). Сумарний заряд в кожній точці всередині провідника дорівнює нулю.

Таким чином, ніякого впорядкованого переміщення електронів всередині провідника, тобто струму, немає. Це означає, що електричні сили не можуть спричиняти струм. Для підтримання електричного струму в провіднику потрібно, щоб виконувалась робота по переміщенню електронів силами неелектричного походження - так званими ’сторонніми’ силами, які діють на електрони зі сторони джерел струму (генераторів, гальванічних елементів, акумуляторів та інше). Сторонні сили – це сили не електричні. Це можуть бути сили хімічної природи (гальванічні елементи, акумулятори), теплової (термоелементи), сонячної (сонячні батареї).

Робота сторонніх сил джерела струму при переміщенні одиничного позитивного точкового електричного заряду називається електрорушійною силою (е.р.с.) і визначається як:

= (5)

де