А электродвижущая сила, действующая на участке цепи 1-2

Е₁₂ = dl.

Электродвижущая сила численно равна работе, совершаемой сторонними силами при перемещении по проводнику единичного положительного заряда из точки 1 в точку 2.

Эта работа проводится за счет источника электрической энергии. Поэтому величину Е₁₂ можно также называть э.д.с, источника электрической энергии, включенного на участке цепи 1-2. В СИ э.д.с. выражается в вольтах.

Ранее в электростатике мы определили U₁₂ = U₁ – U₂ как напряжение, приложенное к проводнику. А напряжением на участке цепи 1-2 называется физическая величина U₁₂ численно равная работе, совершаемой суммарным полем кулоновских и сторонних сил при перемещении вдоль цепи единичного положительного заряда из точки 1 в точку 2 :

U₁₂ = + )d = ,

или

U₁₂ = (U₁ – U₂) + E₁₂. (10)

Это выражение (10) является обобщением понятия напряжения, введенного в элек­тростатике.

Выражение (9) можно переписать

IR₁₂ = (U₁ – U₂) + E₁₂. - обобщенный закон Ома для участка цепи: (11)

или IR₁₂ = U₁₂

произведение сопротивления участка цепи на силу тока в нем равно сумме падения электрического потенциала на этом участке и э д.с. всех источников электрической энергии, включенных на участке.

Обобщенный закон Ома выражает закон сохранения и превращения энергии приме­нительно к участку цепи постоянного тока. Он в равной мере справедлив как для участков электрической цепи, не содержащих источников электрической энергии и называемых, пассивными участками, так и для ак­тивных участков, содержащих указанные источники.

При определении E₁₂ в (11) нужно пользоваться следующим правилом знаков для э.д.с. источников, включенных на участке 1-2: если напряженность поля сторонних сил в источнике совпадает по направлению с током в участке цепи, т.е. если внутри источника ток идет от катода к аноду , то при подсчете э.д.с. этого источника нужно считать положительной (рис.За). Если же ток внутри источника идет от анода к катоду, то э.д.с. этого источника следует считать отрицательной (рис.Зб).

Ir = (U₁ – U₂) + E Ir = (U₁ – U₂) - E

Рис.3а Рис.3б

Для неразветвленной замкнутой цепи сила тока одинакова, и такую цепь можно рас­сматривать как участок, концы которого совпадают, так что U₁ – U₂ и R₁₂ = R - общее сопротивление цепи, тогда RI = Е, где Е - алгебраическая сумма э.д.с., приложенных к этой цепи.

Если замкнутая цепь состоит из источника электрической энергии с э.д.с. Е и внутренним сопро­тивлением r, а также внешней части цепи, имеющей сопротивление R, то

Рис.4.

Разность потенциалов на электродах источника равна напряжению на внешней части цеп U₁ – U₂ = RI = E - Ir.

Если с помощью ключа К цепь разомкнуть, то ток в ней прекратится и разность по­тенциалов на клемах источника будет равна его э.д.с.

7.Правила кирхгофа. Закон джоуля - ленца.

На практике часто приходится рассчитывать сложные цепи постоянного тока. Решение этой задачи значительно облегчается, если воспользоваться двумя правилами Кирхгофа.

Назовем узлом любую точку разветвленной цепи в которой сходятся более двух про­водников. Тогда первое правило: алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю:

∑I_k =0, где (12)

n- число проводников, сходящихся в узле, а I_k - токи в них.

Рис.4.

Токи подходящие к узлу, считают положительными, а токи , отходящие от него - от­рицательными.

Второе правило: в любом замкнутом контуре, произвольно выбранном в разветвленной электрической цепи, алгебраическая сумма произведений сил токов I на сопротивления R со­ответствующих участков этого контура равна алгебраической сумме э.д.с. Е в контуре:

, (13)

где n - число отдельных участков, на которые контур разбивается узлами.

Для составления (13) необходимо условиться о направлении обхода контура (по часовой стрелке или против нее). Выбор этого направления совершенно произволен. Все токи I_k, совпадающие по направлению с направлением обхода контура, считаются по­ложительными. Э.д.с. источников тока, включенных на различных участках контура, считают положительными, если они создают ток, направленный в сторону обхода кон­тура.

Дня поддержания в цепи постоянного тока необходимо совершать работу по пере­мещению зарядов. Если сила тока в участке цепи равна I, то за время t пройдет заряд It, и поэтому работа электрического тока в этом участке будет: A = UIt, т.к.U = IR, то A = RI₂t.

Мощность постоянного электрического тока Р равна: P = dA/dt = UI = I²R.

Энергия электрического тока в проводнике непрерывно расходуется и переходит в другие формы энергии. Действительно, проводник, по которому течет электрического ток, нагревается и в нем вы­деляется некоторое количество тепла Q. Если при этом не происходит переход электрической энер­гии в др. виды энергии (например, в химические превращения, совершаемые током), то по закону сохранения энергии

А = Q = I²Rt = Iut = U²t/R [Дж] - интегральный закон Джоуля-Ленца.