25.Сторонние электродвижущие силы
Ответ:
Смещение
под действием электрического поля
зарядов в проводнике всегда происходит
таким образом, что электрическое поле
в проводнике исчезает и ток прекращается.
Для протекания тока в течение
продолжительного времени на заряды в
электрической цепи должны действовать
силы, отличные по природе от сил
электростатического поля, такие силы
получили название сторонних
сил.
Эти
силы могут быть обусловлены химическими
процессами, диффузией носителей тока
в неоднородной среде, электрическими
(но не электростатическими) полями,
порождаемыми переменными во времени
магнитными полями, и т. д. Всякое
устройство, в котором возникают сторонние
силы, называется источником электрического
тока.
Сторонние силы характеризуют
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.
Интеграл, вычисленный для замкнутой цепи, дает ЭДС, действующую в этой цепи,
.
Последнее выражение дает самое общее определение ЭДС и пригодно для любых случаев. Если известно, какие силы вызывают движение зарядов в данном источнике, то всегда можно найти напряженность поля сторонних сил и вычислить ЭДС источника. Физическая природа электродвижущих сил в разных источниках весьма различна.
Существенное отличие стационарного электростатического поля постоянных токов от электростатического поля состоит в необходимости непрерывных затрат энергии для поддержания тока.
Поэтому для поддержания постоянного поля токов в цепи требуется наличие поля сил неэлектростатического происхождения.
Эти силы называются сторонними (электростатическому полю). Сторонние силы обозначаются Fстор, а их напряженность - сила, действующая на единичный положительный заряд, - Естор.
При одновременном действии электростатического поля и поля сторонних сил в проводнике возникает ток с плотностью
j = s(E + Eстор).
Пусть источником сторонних сил будет гальванический элемент (рис.3.1), плотность тока j по сечению проводника постоянна, и можно записать:
I = Sj.
Согласно закону Ома, имеем
Е + Естор =
Умножим это соотношение
на элемент длины провода dl
и проинтегрируем по участку проводника
от точки 1
до точки 2:
Первый интеграл равен разности потенциалов
j1 - j2 на рассматриваемом участке цепи.
Второй интеграл отличен от нуля лишь на участке 3-4, где есть источник сторонних сил, т.е. гальванический элемент.
В области, где действуют
сторонние силы, поле Естор
потенциально и интеграл
не зависит от прохождения пути интегрирования через гальванический элемент.
Значение этого интеграла характеризует свойства самого элемента и называется электродвижущей силой элемента (ЭДС)
Понятие электродвижущей силы было введено Г. Омом в 1827 г. Электродвижущая сила (ЭДС) положительна, если путь 1-2 пересекает гальванический элемент от (-) к (+) (от катода к аноду), и отрицательна в противоположном случае.
Таким образом, при наличии в разомкнутой цепи ЭДС можем записать уравнение, определяющее величину тока на участке цепи:
j1 - j2 + E = IR.