46. Электродвижущая сила. Напряжение.

Для существования тока в электрической цепи (рис. 12.2) необходимо наличие устройства, способного создавать и поддерживать разность потенциалов ( ). Пусть в начальный момент времени  , тогда перенос положительного заряда q из точки 1 в точку 2 приведет к уменьшению разности потенциалов между ними. Для сохранения постоянной разности потенциалов необходимо перенести точно такой же заряд из точки 2 в точку 1. Если в направлении от ( ) заряды движутся под действием сил электрического поля, то в направлении от ( ) перемещение зарядов происходит против сил электрического поля, т. е. под действием так называемых сторонних сил. Эти условия выполняются в устройствах, называемых источниками тока. Рис. 12.2. Силы, действующие на заряды со стороны источников тока, называются сторонними. Сторонние силы действуют лишь внутри источника тока. Сторонние силы могут быть обусловлены химическими процессами (аккумуляторы), изменяющимися магнитными полями и т. д. Источник тока характеризуют электродвижущей силой. Электродвижущей силой (ЭДС) называется физическая величина, определяемая работой , совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда : .(12.7)

ЭДС, как и потенциал, выражается в вольтах.

Электродвижущая сила, действующая на участке

( ): ,(12.8); - напряженность поля сторонних сил. При протекании электрического тока в замкнутой цепи на свободные заряды действуют силы со стороны электрического поля и сторонние силы. Работу, совершаемую силами электрического поля по перемещению заряда , характеризует разность потенциалов ( ). Работа сторонних сил на участке равна . Напряжением на участке называется физическая величина, определяемая работой, совершаемой суммарным полем электрических (кулоновских) и сторонних сил при перемещении единичного заряда на данном участке цепи: .(12.9). Понятие напряжение является обобщением понятия разности потенциалов: напряжение на концах участка цепи равно разности потенциалов в том случае, если на этом участке не действует ЭДС, т. е. сторонние силы отсутствуют.

49. Закон Джоуля-Ленца.

Если ток проходит по неподвижному металлическому проводнику, то, при отсутствии механической работы и хим. превращений, вся работа тока идет на нагревание провод-ника. Действительно, под действием поля свободные электроны приобретают скорость упорядоченного движения и дополн. кинетическ. энергию. При соударении электрона с ионом решетки эта энергия полностью передается решетке и идет на увеличение внутренн. энергии металла. В результате энергия хаотического движения ионов около положения равновесия возрастает, следовательно, увеличивается и внутренн. энергия проводника. Температура проводника повышается. После замыкания цепи процесс становится стационарным и температура со временем перестает изменяться. К проводнику поступает энергия за счет осуществления работы электрического поля. Внутренн. энергия проводника остается неизменной, так как проводник отдает окружающим телам количество теплоты, равное работе тока. В таком случае количество выделившейся теплоты равно работе, совершаемой током. По закону сохранения энергии имеем: .(12.17).

Используя выражения (12.17), (12.16), (12.10), получаем: .(12.18). Выражение (12.18) представляет собой закон Джоуля - Ленца. Тепловое действие тока находит широкое применение в технике: лампы накаливания, бытовые нагревательные приборы, электрическая дуга и др. Работа тока лежит также в основе передачи электроэнергии на большие расстояния, используется при решении ряда задач электроэнергетики.