Электродвижущая сила (ЭДС) источника

Закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС

Для того чтобы поддерживать постоянный ток в цепи, необходим источник сторонних сил, который бы поддерживал в цепи постоянное напряжение. Если во внешней цепи заряды перемещаются под действием электрического поля, то внутри источника заряды должны перемещаться против сил поля. Поэтому, эти силы должны иметь неэлектростатическую природу. Они могут быть механическими, как в электрофорной машине, химическими, как в гальваническом элементе, магнитными, как в генераторе тока.

По аналогии с электрическим полем, вводится понятие напряженность поля сторонних сил:

Тогда для любой точки участка цепи, содержащего ЭДС, справедлив закон Ома в дифференциальной форме

В интегральной форме закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС, имеет вид

где  R_1-2 — сопротивление участка ;
     

 

     — падение напряжения (напряжение).

Из формулы следует: напряжение на участке цепи, содержащем ЭДС, равно разности потенциалов плюс ЭДС.

Закон Ома для замкнутой цепи

Для замкнутой цепи 

 , т. е. 

Полное сопротивление замкнутой цепи равно сумме внешнего сопротивления и внутреннего сопротивления источника тока, т. е.

Тогда можем сформулировать закон Ома для замкнутой цепи

или

Сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению.

Обычно внутреннее сопротивление мало по сравнению с внешним (r << R). Тогда ,

  т. е. ЭДС приблизительно равна напряжению на зажимах источника.

При коротком замыкании, когда R → 0, сила тока короткого замыкания равна

Сила тока I_k может оказаться очень большой, провода могут расплавиться, а сам источник — выйти из строя. Поэтому не надо допускать короткого замыкания.

Закон Ома имеет большое значение для расчета электрических цепей. Он представляет собой основу всей электротехники.

Тепловое, химическое и силовое действие тока

О наличии электрического тока можно судить по тем действиям или явлениям, которые его сопровождают.

1. Проводник, по которому течет ток, нагревается. По закону Джоуля — Ленца количество теплоты, выделяющееся в проводнике с током, пропорционально квадрату силы тока, сопротивлению проводника и времени прохождения тока, т. е.

Тепловая мощность тока равнам

Джоулева теплота находит применение в электрообогревателях, лампах накаливания, в устройствах для сварки и плавки и т.д.

2. Электрический ток может изменить химический состав проводника. При электролизе на электродах происходит выделение вещества. По закону электролиза Фарадея масса вещества, выделившегося на электроде, пропорциональна силе тока и времени прохождения тока

3. Ток оказывает силовое действие на соседние токи. Между двумя участками единичной длины параллельных бесконечных проводников, расположенных на расстоянии b друг от друга, по которым текут токи I₁ и I₂, возникает сила взаимодействия. Модуль силы взаимодействия равен

,где μ₀ — магнитная постоянная,  μ — магнитная проницаемость среды, в которой находятся проводники.

Параллельные токи притягиваются, антипараллельные — отталкиваются.

4. Вокруг проводника с током возникает магнитное поле. Это проявляется в том, что магнитная стрелка вблизи проводника с током поворачивается.

Задачи:

1. К источнику с ЭДС 12 В и внутренним сопротивлением 1 Ом подключен реостат, сопротивление которого 5 Ом. Найти силу тока в цепи и напряжение на зажимах источника.
2. При подключении лампочки к батарее элементов с ЭДС 4,5 В вольтметр показал напряжение на лампочке 4 В, а амперметр силу тока 0,25 А. Каково внутреннее сопротивление батареи?
3. В проводнике сопротивлением 2 Ом, подключенном к элементу с ЭДС 1,1 В, сила тока равна 0,5 А. Какова сила тока при коротком замыкании элемента?
4. При подключении к батарее гальванических элементов резистора сопротивлением 16 Ом сила тока в цепи была 1 А, а при подключении резистора сопротивлением 8 Ом сила тока стала 1,8А. Найти ЭДС и внутреннее сопротивление батареи. 

Задания и вопросы для самоконтроля

1. Что называется силой тока? Плотностью тока?
2. Сформулируйте закон Ома для однородного участка цепи.
3. Выведите закон Ома в дифференциальной форме. Для каких цепей он применим?
4. Как объясняет закон Ома классическая теория электропроводности металлов?
5. Запишите закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС, и для полной цепи.
6. Тепловое, химическое, силовое действие тока.