Контрольные вопросы.

1. Каковы условия существования электрического тока?

Для возникновения и поддержания тока в какой- либо среде необходимо выполнение двух условий:

1. Наличие в среде свободных электрических зарядов

2. Создание в среде электрического поля

В разных средах носителями электрического тока являются разные заряженные частицы.

Электрическое поле в среде необходимо для создания направленного движения свободных зарядов. Как известно, на заряд q в электрическом поле напряженностью Е действует сила F = q * E, которая и заставляет свободные заряды двигаться в направлении электрического поля. Признаком существования в проводнике электрического поля является наличие не равной нулю разности потенциалов между любыми двумя точками проводника.

2. Почему для поддержания разности потенциалов необходимы силы не электрической природы?

Направленное движение электрических зарядов через некоторое время приводит к выравниванию потенциалов на концах проводника и следовательно к исчезновению в нем электрического поля.

Для поддержания тока в электрической цепи, на заряды кроме кулоновских сил должны действовать силы неэлектрической природы (сторонние силы).

Устройство, создающее сторонние сил, поддерживающие разность потенциалов в цепи и преобразующие различные виды энергии в электрическую энергию, называется источником тока.

3. Что такое сторонние силы и их количественная характеристика?

Эти силы могут быть обусловлены химическими процессами, диффузией носителей тока в неоднородной среде, электрическими ( но не электростатическими) полями, порождаемые переменными во времени магнитными полями, и т.д. Всякое устройство, в котором возникают сторонние силы, называется источником электрического тока.

Сторонние силы характеризуются работой, которую они совершают над перемещаемыми по электрической цепи носителями заряда. Величина равная работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда, называется электродвижущей силой (ЭДС), действующей в электрической цепи или на ее участке.

4. Что такое э.д.с. источника тока и как практически ее можно измерить?

Электродвижущая сила (ЭДС)- это скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних сил, то есть любых сил неэлектрического происхождения, действующих в квазистационарных цепях постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль всего контура.

5. Является ли измеренная в работе э.д.с. истинной э.д.с. источника тока?

Нет, так как в измерениях все равно присутствуют допустимые погрешности.

6. Сформулируйте закон Ома для замкнутой цепи.

Закон Ома для замкнутой цепи говорит о том, что, величина тока в замкнутой цепи, которая состоит из источника тока обладающего внутренним сопротивление, а также внешним нагрузочным сопротивлением. Будет равна отношению электродвижущей силы источника к сумме внешнего и внутреннего сопротивления.

7. Как вычислить э.д.с. и внутреннее сопротивление батареи из двух одинаковых источников, соединенных последовательно (параллельно).

Соответственно E = I * (R + (r₁ + r₂)) – для последовательного соединения источников тока.

E = I * (R + ) – для параллельного соединения источников тока.

Из этих формул мы также можем вывести внутреннее сопротивление источников тока.

8. Какая мощность источника тока называется полезной и как она изменяется с возрастанием силы тока?

Полезная мощность, это мощность выделяемая на нагрузке P₁ = I*U. С увеличением силы тока она возрастает, до определенного предела, затем уменьшается до нуля. Пик мощности приходится на произведение половины Э.Д.С на половину тока короткого замыкания.

9. Каковы условия максимума и минимума полезной мощности?

Поскольку полезная мощность источника питания является функцией тока, то можно сделать вывод на основе графически и аналитически представленной информации, что полезная мощность стремится к нулю, при токе в цепи стремящемся к нулю, то есть, при разомкнутой внешней цепи, полезная работа не выполняется P₁ = 0, также полезная мощность стремится к нулю, при внешней нагрузке стремящейся к нулю, то есть в режиме короткого замыкания (замыкания на малое сопротивление - соединительные провода). Математически можно определить максимум полезной мощности, как ее производную, равную нулю, ,

_Отсюда

то есть, максимум полезной мощности соответствует сопротивлению нагрузки, равному внутреннему сопротивлению источника питания.