Электродвижущая сила. Закон Ома для полной электрической цепи

ЭДС источника тока

Аккумуляторная батарея или генератор, подключённые к любой электрической сети, обеспечивают возникновение в ней напряжения и движение зарядов. Протекающий в цепи ток уменьшает разность потенциалов между полюсами батареи, так как отрицательно заряженный электрон уносится с катода и нейтрализует положительно заряженные дырки на аноде. Чтобы ток в цепи не затухал, необходимо создать условия для поддержания постоянного напряжения, накапливая для этого на аноде и катоде заряды того же знака.

Неизменное напряжение в источнике тока обеспечивает движение в нём отрицательных зарядов к катоду, а положительных к аноду. Такое движение невозможно под действием электростатических сил. Движение отрицательных частиц к отрицательно заряженному катоду, а положительных к аноду способны обеспечить некоторые силы неэлектрической природы (сторонние).

Считается, что именно сторонние силы вызывают разделение зарядов внутри аккумуляторной батареи или любого другого источника тока. Например, в гальваническом элементе они существуют из-за химической реакции, которая возникает между электродами, помещёнными в электролит.

Электролит

Сторонние силы могут иметь химическую, тепловую, механическую, магнитную или биологическую природу. Работа, которую они осуществляют при перемещении положительного заряда q от более высокого потенциала на катоде к более низкому потенциалу на аноде (участок 1—2 рисунка) к его значению называется электродвижущей силой (ЭДС), обозначается ɛ. Единица измерения этой силы соответствует единице измерения напряжения или разности потенциалов — вольт (В). Это на самом деле не сила, несмотря на название, а работа по преодолению сопротивления электростатического поля.

Её формула:

Формула ЭДССхема для ЭДС

Заряженная частица движется внутри источника тока. Происходит изменение потенциальной энергии этой частицы. Процесс можно описать формулой:

ΔW = Aстс,

где ΔW — изменение потенциальной энергии, Aст — работа сторонней силы, Aс — работа силы сопротивления источника тока.

Известно выражение, которое показывает зависимость ΔW от величины заряда и напряжения U батареи:

ΔW = qU

Запишем эту формулу иначе:

Напряжение через ЭДС

Из этого выражения делаем вывод, что напряжение аккумуляторной батареи, приложенное к подключённой цепи, меньше ЭДС. В случае когда цепь разомкнута, ток зарядов внутри батареи отсутствует, работа силы сопротивления электростатического поля равна нулю и

ε = U

ЭДС соответствует по величине напряжению между полюсами разомкнутого источника тока.

Закон Ома для замкнутой электрической цепи

Закон является наиболее фундаментальной формулой для описания и анализа электрических цепей. Он был сформулирован в 1826 году немецким учёным Георгом Симоном Омом, экспериментально изучавшим свойства металлов и способность их проводить электричество.

Для отдельного проводника, пропускающего постоянный ток, закон является простым и линейным. Его также применяют к цепям переменного тока, только учитывает некоторые другие переменные величины. Если цепь переменного тока включает в себя такие компоненты, как конденсаторы или катушки индуктивности, закон Ома не применяется.

Рассмотрим простую цепь постоянного тока. Компоненты, которые входят в её состав: источник тока с внутренним сопротивлением r и ЭДС ε, внешняя нагрузка (металлические провода, резистор или лампочка) с сопротивлением R.

Простая цепь постоянного тока

Формула силы тока через ЭДС

Сила тока в замкнутой цепи зависит от ЭДС источника тока и полного сопротивления цепи. Важность закона состоит в том, что если известны значения двух переменных в уравнении, то можно определить третью.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий