4. Электродвижущая сила (эдс). Закон Ома для полной цепи.

Электрический ток - это направленное (упорядоченное движение свободных электрических зарядов под действием электрического поля)

Значит, чтобы получить ток в проводнике, надо создать в нем электрическое поле. А электрическое поле в проводнике создается источником тока. Они различны по конструкции, но во всяком источнике тока совершается работа по разделению положительных и отрицательных частиц, которые накапливаются на полюсах. Между полюсами создается электрическое поле. На рис. указан источник тока в разрезе и заряды. движущиеся внутри него. На ли заряды действуют F_CT и F_кул, причем F_CT > F_кул.

Разделение зарядов происходит под действием сторонних сил. F_CT - это любые силы, действующие на заряженные частицы, за исключением сил электростатического происхождения кулоновских). Так как кулоновские силы не могут двигать положительные заряды, к положительному полюсу, а отрицательные к отрицательному. Природа сторонних сил разнообразна, в зависимости от источника тока.

Например, в генераторах электростанций сторонняя сила - это сила, действующая со стороны магнитного поля на электроны в движущемся проводнике (сила Лоренца); в гальванических элементах - химические силы и т.д. Действия сторонних сил характеризуется физической величиной - электродвижущей силой (ЭДС иди Е).

(I)

ЭДС показывает работу сторонних сил по перемещению единичного заряда внутри источника тока.

Так как "Е" - характеристика источника тока, то она зависит лишь от его сопротивления ®

Из (I) [E] = [Дж/Кл] = [Вольт/В]

Любая замкнутая цепь (полная) состоит из 2 частей:

- внутренней, которую составляет сам источник тока сопротивлением

- внешней, ее составляют потребители, соединенные провода, приборы управления (выключатели) и измерительные приборы (амперметры, вольтметры и та).

Сопротивление внешней цепи "R". Внутри источника тока работают сторонние силы и электрическое поле. Работа электрического поля отрицательна.

Во внешней цепи работает электрическое поле, совершая перемещение свободных зарядов.

Значит:

(2)

Значит ЭДС можно представить, как сумму напряжений на внутреннем и внешнем участках цепи. Данная запись (2) представляет собой закон сохранения энергии:

Левая часть - энергия, запасенная внутри источника тока каждым кулоном за счет работы сторонних сил.

Правая часть - энергия, которая тратиться каждым кулоном на преодоление внутреннего и внешнего сопротивления

Для выводя закона Ома используем (2) и подставляем в правую его часть следствие из закона Ома для участка цепи (u= I*R).

Получим E = Ir = IR =>> E = I (r+R) =>> I = E (r + R) - Закон Ома для участка полной цепи (3).

Сила тока в полной цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональная сопротивлению полной цепи.

Используя закон Ома для полной цепи, можно доказать, что "Е" можно измерять вольтметром, подключенным к полюсам источника тока при разомкнутой внешней цепи:

u=I*R=E*R/(R+r)=E/(1+r/R) =>> при R

(разомкнутая внешняя цепь), значит u~E