Номер 1, страница 161 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 3. Электрические явления. Параграф 39. Закон Ома. Обсудить в классе - номер 1, страница 161.

Условие.

1. Изменится ли форма записи закона Ома, если за направление тока в цепи принять направление движения отрицательно заряженных частиц?

Решение.

1. Да, форма записи закона Ома изменится.

Рассмотрим этот вопрос подробнее.

Стандартная форма закона Ома для участка цепи выглядит так: $I = \frac{U}{R}$ или $U = I \cdot R$

В этой формуле приняты следующие соглашения:

1. Направление тока ($\text{I}$): По исторически сложившейся традиции, за направление электрического тока принимается направление упорядоченного движения положительных зарядов. Это означает, что ток течет от точки с более высоким электрическим потенциалом к точке с более низким потенциалом.

2. Напряжение или разность потенциалов ($\text{U}$): Это разность потенциалов между начальной и конечной точками участка цепи, $U = \phi_1 - \phi_2$. Принято, что если ток течет от точки 1 к точке 2, то $\phi_1 > \phi_2$, и, следовательно, $\text{U}$ — положительная величина.

В большинстве проводников (например, в металлах) реальными носителями заряда являются отрицательно заряженные электроны. Они движутся в направлении, противоположном принятому направлению тока, то есть от точки с более низким потенциалом к точке с более высоким потенциалом.

Теперь предположим, что мы изменим соглашение и будем считать направлением тока направление движения отрицательно заряженных частиц. Обозначим такой "новый" ток как $I'$.

Поскольку направление $I'$ противоположно направлению общепринятого тока $\text{I}$, то для их величин будет справедливо соотношение: $I' = -I$

При этом разность потенциалов $\text{U}$ на концах проводника и его сопротивление $\text{R}$ являются физическими характеристиками, не зависящими от выбора направления тока.

Подставим в исходную формулу закона Ома $I = \frac{U}{R}$ наше новое определение тока: $(-I') = \frac{U}{R}$

В результате мы получаем измененную форму записи закона Ома: $I' = -\frac{U}{R}$

Таким образом, при смене условного направления тока на противоположное в формуле закона Ома появляется знак "минус".

Аналогичный вывод следует и из дифференциальной формы закона Ома: $\vec{j} = \sigma \vec{E}$, где $\vec{j}$ - вектор плотности тока, $\vec{E}$ - вектор напряженности электрического поля, $\sigma$ - удельная проводимость. Вектор $\vec{j}$ по определению сонаправлен с $\vec{E}$. Если определить новый вектор плотности тока $\vec{j'}$ как направленный в сторону движения отрицательных зарядов (т.е. против $\vec{E}$), то $\vec{j'} = -\vec{j}$, и закон Ома примет вид $\vec{j'} = -\sigma \vec{E}$.

Ответ: Да, форма записи закона Ома изменится – в правой части формулы $I = U/R$ появится знак "минус", и она примет вид $I = -U/R$.