Условия существования тока. Сторонние силы. ЭДС

Если вектор плотности тока не изменяется с течением времени ни по величине, ни по направлению, то такой ток называется постоянным. Найдем условия существования постоянного тока.

Рис. 15.1

Предположим, что на концах проводника создана разность потенциалов , причем (рис. 15.1). При этом в проводнике возникнет кратковременный ток, вызванный упорядоченным движением зарядов в сторону убыли потенциала (предполагается, что носители тока имеют положительный заряд). Ток будет существовать до тех пор, пока не произойдет выравнивание потенциалов на концах проводника, Для того же, чтобы ток сохранялся постоянным в течение длительного времени, необходимо от конца проводника с меньшим потенциалом отводить заряды к концу проводника с большим потенциалом, т.е. осуществлять кругооборот зарядов. В связи с этим цепь должна быть замкнутой.

Электростатические силы такой кругооборот зарядов обеспечить не могут, так как на участке цепи, показанном на рис. 15.1 пунктиром, нужно выполнять работу против электростатического поля. Перемещение зарядов в сторону возрастания потенциала возможно лишь с помощью дополнительных сил неэлектростатического происхождения, называемых сторонними силами. Эти силы могут быть обеспечены химическими процессами (гальванические элементы), вихревым электрическим полем (генераторы переменного или постоянного тока) и т.д.

В отличие от электростатических сил, работа сторонних сил по перемещению заряда по замкнутому кругу отлична от нуля. Электродвижущей силой (ЭДС) называется работа, совершаемая сторонними силами по перемещению единичного положительного заряда по всей цепи, , (15.4).Как и разность потенциалов, ЭДС измеряется в вольтах.

Рассмотрим участок цепи, на котором кроме сторонних сил действуют электростатические. Тогда работа по перемещению заряда на этом участке будет равна сумме работ:

Разделим это выражение на заряд q:

(15.5)

Работа электростатических сил по перемещению единичного положительного заряда из одной точки цепи в другую называется разностью потенциалов:

.

(15.6)

Суммарная работа, выполняемая как сторонними, так и электростатическими силами по перемещению единичного положительного заряда на некотором участке цепи, называется напряжением или падением напряжения:

.

(15.7)

Подставив (15.4), (15.6) и (15.7) в (15.5), получим связь между напряжением, ЭДС и разностью потенциалов U=E + (j₁ -j₂)

Из (15.8) видно, что напряжение U равно алгебраической сумме ЭДС и разности потенциалов на данном участке цепи.

Дата добавления: 2015-06-04