Сторонние силы. Электродвижущая сила. Закон Ома для неоднородного участка цепи и для замк­нутой цепи. ЭДС, напряжение и разность потенциалов

Для поддержания непрерывного протекания тока в проводнике необходима замкнутая цепь и наличие в ней источника тока, в котором бы за счет работы сил неэлектростатической природы (механических, электромагнитных и др.), называемых сторонними, происходил перенос положи­тельного заряда в направлении возрастания потенциала, и поддерживалась бы постоянная разность потенциалов на полюсах источника тока.

Электростатические силы являются консервативными; их работа по замкнутому контуру все­гда равна нулю, и они переносят заряд (положительный) только в направлении убыли потенциала, стремясь соединить разноименные заряды и уничтожить имеющуюся разность потенциалов.

В замкнутой электрической цепи на внешнем (по отношению к источнику тока) участке рабо­тают электростатические силы, направленные (вектор ) в сторону понижения потенциала. Их энергетической характеристикой служит разность потен­циалов j₁ - j₂, равная их работе А₁₂, отнесенной к величине перенесенного заряда q: j₁ - j₂ = = А₁₂/q

3а энергетическую характеристику сторонних сил принимают величину e, называемую элек­тродвижущей силой и равную отношению работы А^* сторонних сил по перемещению заряда q внутри источника тока к величине этого заряда, т. е.

e = А^* /q [Дж/Кл = В]

На неоднородном участке цепи (содержащем источник тока) в общем случае могут работать и сторонние, и электростатические силы, общая работа которых по перемещению через участок заряда q равна:

А_S = А₁₂ + А^* = ò _эл.ст.d+ ò _сторd= ò q_эл.ст.d+ ò q_сторd= q[(j₁ - j₂) + e₁₂]

Работа по перемещению единичного положительного заряда через неоднородный участок цепи называется напряжением U на данном участке цепи. Оно равно алгебраической сумме ЭДС и разности потенциалов на данном участке цепи:

U = А_S/q = (j₁ - j₂) + e₁₂

Если для однородного участка цепи (где отсутствует источник тока, и работают только элек­тростатические силы) закон Ома имел вид:

I = (j₁ - j₂)/R₁₂, то для неоднородного участка его есте­ственным обобщением будет:

I = [(j₁ - j₂) + e₁₂]/R₁₂ = U/R_12,

где R₁₂ = R + r и r - внутреннее сопротивление источника тока. Оно равно отношению ЭДС e к току короткого замыкания (току, при внешнем сопротивлении R = 0).

Если участок цепи, содержащий источник тока замкнут на внешнее сопротивление (сопро­тивление нагрузки), т. е. j₁ = j₂ и j₁ - j₂ = 0, то закон Ома для него примет следующий вид:

I = e₁₂/R₁₂ = e/(R + r) - закон Ома для замкнутой цепи.

Дата добавления: 2014-01-06