2.5. Источники электрического тока. Электродвижущая сила. Закон Ома для замкнутой цепи
Для поддержания в проводнике постоянного тока в течение определённого времени необходимо, чтобы напряжённость электрического поля внутри проводника была отлична от нуля и не изменялась со временем. Если создать в проводнике электрическое поле, то перемещение зарядов приведёт к исчезновению этого поля, т.е. к исчезновению разности потенциалов на концах проводника и к прекращению тока.
Для поддержания тока необходимо отводить заряды от конца проводника с меньшим потенциалом φ2 и подводить их снова к концу проводника с большим потенциалом φ1, т.е. необходимо осуществить круговое движение зарядов. Движение положительных зарядов в сторону убывания потенциала осуществляется электростатическими силами. Движение положительных зарядов в сторону возрастания потенциала не может осуществляться этими силами, т.к. это движение происходит против них. Это возможно лишь с помощью сил не электростатического происхождения. Их называют сторонними силами. Они могут быть обусловлены химическими процессами, электромагнитной индукцией в машинных генераторах, лучистой энергией в фотоэлементах. Эти сторонние силы создают внутри источника электроэнергии электродвижущую силу (ЭДС), являющуюся в цепи причиной перемещения положительных зарядов от точек низшего потенциала. ЭДС как бы поднимает электрические заряды на высший энергетический уровень.
Работа, выполняемая сторонними силами, отнесённая к единице положительного заряда, называется электродвижущей силой.
E = A / q (2.35)
А – работа, q – заряд, Е – ЭДС. ЭДС измеряется в вольтах.
Рассмотрим замкнутую цепь, состоящую из источника ЭДС Е с внутренним сопротивлением r и сопротивлением нагрузки R.
Из закона сохранения энергии следует, что запас работы сторонних сил в источнике тока расходуется на полную работу тока в цепи, т.е. превращается в тепло, как на r, так и на R. Из (2.35) A = Eq, тогда Eq = I²Rt + I²rt (2.36)
Разделим обе части этого уравнения на величину заряда q = It, получим:
I = E / (R + r) (2.37)
Это закон Ома для замкнутой цепи:
Сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна эдс источника тока и обратно пропорциональна сумме сопротивлений внешнего и внутреннего участка цепи.
( Эту сумму называют полным сопротивлением цепи).
