3.4.3. Источники тока. Сторонние силы. Эдс источника тока.

Если два разноименно заряженных тела соединить проводником, то в нем возникает электрический ток. Возникновение тока приводит к тому, что поле очень быстро исчезает и, следовательно, ток прекращается. Для того, чтобы поддерживать ток достаточно длительное время нужно от тела с меньшим потенциалом непрерывно отводить приносимые заряды, а к телу с большим потенциалом непрерывно их подводить. Иными словами электрическая цепь должна быть замкнутой. Но электрическое поле не может перемещать заряды по замкнутому пути и поэтому наряду с электрическими силами на перемещающиеся заряды должны действовать и силы не электростатического характера, так называемые сторонние силы.

Величину, равную работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда, называют электродвижущей силой источника (ЭДС)

. 4.9

По аналогии с электрическими силами стороннюю силу можно представить в виде:

, 4.10

где - напряженность поля сторонних сил.

Тогда и, следовательно,

. 4.11

Рассмотрим неоднородный участок цепи 1 – 2 (рис.23). На участке 1-2 на заряды будут действовать две силы: электрическая сила и сторонняя сила и их результирующая . Тогда работа по перемещению заряда между точками 1 и 2 будет определяться по формуле:

. 4.12

Но , а , и тогда

. 4.13

Величину называют напряжением между двумя точками электрической цепи

. 4.14

При отсутствии источника тока напряжение совпадает с разностью потенциалов.

4.4.3. Работа и мощность постоянного тока. Закон Джоуля - Ленца.

При упорядоченном перемещении электрических зарядов электрическое поле совершает работу . Из 4.1 найдем, что и тогда . После интегрирования можно получить

. 4.15

Следовательно, для мощности тока получим:

. 4.16

При прохождении тока по проводнику он нагревается. Джоуль и Ленц установили, что количество теплоты, выделяющееся в проводнике, может быть найдено по формуле:

. 4.17

Если сила тока изменяется во времени, то закон Джоуля-Ленца можно записать в виде:

. 4.18

Закон Джоуля – Ленца можно записать в дифференциальной форме. Выделим в проводнике с током I элементарный объем в форме цилиндра длиной и площадью поперечного сечения . Согласно закону Джоуля – Ленца 4.17 в нем будет выделяться количество теплоты:

. 4.19

Количество теплоты, отнесенное к единице объема и единице времени, называется удельной тепловой мощностью тока

. 4.20

Учитывая 4.19 выражение 4.20 примет вид

. 4.21

Воспользовавшись соотношением 4.8 выражение 4.21 можно записать в виде:

. 4.22

Формулы 4.21 и 4.22 выражают закон Джоуля – Ленца в дифференциальной форме.