Локальний закон Ома
У кожній школі починають вивчати в 8 класі закони постійного струму. При цьому формулюють закон Ома спочатку в локальній формі. Щоб це зробити, візьмемо для прикладу металевий провідник.
У металі валентні електрони, тобто електрони, що знаходяться на зовнішніх енергетичних оболонках атомів, слабо пов’язані з атомними ядрами, тому в об’ємному матеріалі вони не належать конкретній атомному ядру, а є вільними або усуспільненими. Кожен такий електрон при кімнатній температурі хаотично рухається в металевому кристалі. Це рух подібно руху молекули в газі. Швидкість теплового руху електрона велика, вона становить близько 106 м/с. Оскільки рух є равновероятным у всіх напрямках, то воно не призводить до виникнення електричного струму.
Струм з’являється, якщо цей провідник помістити в електричне поле. В результаті цього електрон набуває дрейфовую швидкість, порядок величини якої становить 10-6 м/с. В результаті сила електричного струму через площу перерізу A запишеться у вигляді наступної формули: I = n*q2*E*t*A/me, тут n – кількість електронів, які проходять через майданчик A за час t, що є часом між двома зіткненнями електрона з іонами решітки, me – маса електрона.
Отриманий вираз можна переписати у вигляді J = I/A = σ*E, де J – щільність електричного струму, σ – властивість матеріалу, яка називається електричною провідністю. Це вираз для густини струму носить назву закону Ома для постійного струму в локальній формі.
