chapter 25 current, resistance and electromotive...

1  

CHAPTER 25 

CURRENT, RESISTANCE AND 

ELECTROMOTIVE FORCE 

BASIC CONCEPTS 

CURRENT and CURRENT DENSITY 

RESISTANCE and RESISTIVITY 

BATTERY INTERNAL RESISTANCE 

ENERGY AND POWER IN CIRCUITS 

2  

CURRENT IS THE MOVEMENT OF CHARGE 

IN A MATERIAL 

In some cases the objects that are moving 

are positive. 

3  

In other cases, for example in metals, the 

objects are negative (electrons). 

4  

Current is the time rate of passage of the 

charge. 

5  

Consider that there are n moving charged 

particles per volume 

And 

The average drift velocity is vd  

Then in time dt 

 The particles move a distance of vddt 

In the volume, Avddt,  shown in the figure 

there will be nAvddt particles. 

Each particle has a charge q. 

Thus in time dt the charge, dQ, that will 

pass through the cylinder is 

6  

Current is        

Current density (current per unit cross‐

section of the conductor) is 

Note that current density is a vector  

7  

RESISTIVITY 

Resistivity, ρ, is a characteristic of a 

material. 

8  

RESISTIVITY 

Resistivity, ρ, changes with temperature.  

Where   is the value at 200 C. 

9  

For a metal: 

10  

For Semiconductor: 

11  

Some materials loose all resistivity – 

Superconductors: 

Discovered in 1911 by H. Kammerlingh 

Onnes. 

12  

RESISTANCE 

Resistance is a characteristic of an object. 

Resistance, R, is related to Resistivity, ρ, by 

13  

The longer the object the higher the 

resistance. 

The larger the cross‐section the smaller the 

resistance. 

If ρ is constant the total current through a 

conductor is proportional to the voltage 

across it. 

Or 

14  

The constant of proportionality is the 

resistance, R. 

Or 

This is Ohm’s Law. 

If a resistor obeys Ohm’s Law it is an Ohmic 

resistor. 

15  

Obeys Ohm’s Law: 

16  

Semiconductors are not Ohmic: 

17  

POWER DISIPATED WITH CURRENT FLOW. 

Remember 

        q     

         V 

Change in energy   

18  

And       

Therefore   

Use Ohm’s Law 

19  

Or                 

20  

CALCULATE RESISTANCE 

A copper rod with cross section A has a 

length L what is its resistance?  Work for 

 and  . 

From Table 25.1   

Therefore 

21  

More difficult: Example 25.4 

A cylinder with resistivity ρ has length L, 

inner radius a and outer radius b.  Calculate 

the resistance for current flow from the 

inner to the outer walls. 

22  

Where   is the path length of the current 

flow. 

And   is the cross‐section for current flow. 

Now 

Consider a thin shell within the cylinder wall 

with radius  , thickness   and length  . 

The area of the shell is  .   

The path the current flows is  . 

23  

Then 

Integrate to get  . 

24  

CIRCUITS 

Circuit elements: 

25  

Other symbols will be added after we 

discuss magnetism. 

Internal Resistance 

Two points: 

If no current is in a circuit element there is 

no potential drop across the element. 

Batteries have internal resistance. 

26  

The figure is of a 12 V battery with no 

current in the circuit. 

The voltmeter will read 12 V. 

But if there is current: 

27  

The voltmeter will read less than 12 V. 

What is the current in the circuit? 

28  

What will the voltmeter read?