§ 3.11. Електрорушійна сила джерела струму. Закон Ома для неоднорідної ділянки кола і для повного кола

Р

Рис.3.28

озглянемо два провідники заряджені електричними зарядами до потенціалів і . З’єднаємо ці провідники третім провідником по якому потече електричний струм силою І (рис. 3.28). Будемо підтримувати силу струму постійною. Для цього з допомогою спеціального пристрою силами неелектричної природи будемо переносити електричні заряди в зворотному напрямку таким чином, щоб різниця потенціалів між тілами залишалась постійною. Сили неелектричної природи, які переносять заряди в даному пристрої, називаються сторонніми. Пристрій, в якому сторонні сили переносять електричні заряди між двома тілами і підтримують постійною різницю потенціалів між ними називається джерелом струму, а тіла, між якими підтримується постійною різниця потенціалів, називаються полюсами джерела струму. Замкнутий контур , утворений джерелом струму і провідником, під’єднаним до його полюсів, утворюють електричне коло.

Знайдемо роботу, яку необхідно виконати, щоб перемістити деякий заряд по замкнутому контуру

. (3.180)

Ця робота складається з роботи електричних сил і роботи сторонніх сил. Оскільки електростатичні сили консервативні, то робота цих сил по замкнутому контурі рівна нулю

. (3.181)

Підставивши (3.181) у вираз (3.180), дістанемо

. (3.182)

Введемо фізичну величину , яка називається електрорушійною силою

. (3.183)

Електрорушійною силою називається фізична величина, рівна роботі сторонніх сил по переміщенню одиничного позитивного заряду по замкнутому електричному колу.

Р

Рис.3.29

озглянемо неоднорідну ділянку електричного кола, тобто таку ділянку, яка містить джерело електричного струму з електрорушійною силою і внутрішнім опором, тобто опором самого джерела струму . Нехай до ділянки кола прикладена різниця потенціалів ( рис. 3.29 ). Нехай опір провідників ділянки рівний і по провідниках ділянки тече постійний струм силою . Згідно із законом Ома для ділянки кола (3.162), сила струму рівна

, (3.184)

де – повний опір ділянки кола. Згідно з означенням електричної напруги у випадку постійного струму за формулою (3.161), одержимо

. (3.185)

Із формули (3.183) робота сторонніх сил рівна

. (3.186)

Робота електростатичних сил рівна

. (3.187)

Підставимо (3.186) і (3.187) у формулу (3.185)

. (3.188)

Підставимо (3.188) у вираз (3.184), одержимо

. (3.189)

Ф

Рис.3.30

ормула (3.189) – це закон Ома для неоднорідної ділянки кола: сила струму в неоднорідній ділянці кола прямо пропорційна сумі електрорушійної сили на ділянці, різниці потенціалів на кінцях ділянки і обернено пропорційна повному опору ділянки.

Розглянемо повне замкнене електричне коло, яке можна отримати з неоднорідної ділянки кола, з’єднавши точки 1 і 2 (рис.3.30).

В цьому випадку потенціали цих точок зрівняються і вираз (3.179) набере вигляду

. (3.190)

Отриманий вираз – це закон Ома для повного кола: сила струму в колі прямо пропорційна електрорушійній силі джерела струму і обернено пропорційна повному опору кола.