Лабораторна робота №40 визначення електрорушійної сили джерела струму методом компенсації
МЕТА РОБОТИ: ознайомитись з основними фізичними явищами в джерелах струму та освоїти методику компенсаційного методу визначення їх електрорушійних сил.
ПРИЛАДИ: лабораторний стенд роботи № 40.
1. Сторонні сили. Електрорушійна сила.
Умовою
існування електричного струму в
провіднику є наявність в ньому електричного
поля. Так, якщо розглянути замкнуте коло
(рис. 40.1) з джерелом струму ε,
то додатні заряди в зовнішній ділянці
кола будуть рухатись від додатного
полюса джерела струму до від’ємного.
Всередині джерела струму ці заряди
рухаються проти сил електричного поля.
Таке переміщення здійснюється силами
неелектричного походження, які одержали
назву сторонніх сил. За своєю природою
походження цих сил може бути різним.
Наприклад, в гальванічних елементах та
акумуляторах сторонні сили мають хімічне
походження. В генераторах постійного
або змінного струму використовується
явище електромагнітної індукції. В
сонячних батареях за рахунок фотоефекту
електрони рухаються проти сил електричного
поля. В термопарах електрони при
нагріванні металів отримують додаткову
енергію, яка зумовлює можливість руху
електронів проти сил електричного поля.
Таким чином, в усіх джерелах струму,
незалежно від їхньої будови та конструкції,
відбувається однакове за своїм фізичним
принципом явище – електричні заряди
за рахунок сторонніх сил переміщуються
проти сил електричного поля. Саме
сторонні сили виконують роботу, яка в
кінцевому результаті забезпечує
переміщення зарядів по замкнутому колу.
Відношення роботи АСТ сторонніх сил при переміщенні заряду q до величини заряду q визначає фізичну величину, яка отримала назву електрорушійної сили (скорочено ЕРС).
. (40.1)
Якщо q = 1 Кл, то як випливає з (40.1), ε = АСТ (чисельно). Отже: ЕРС джерела струму чисельно дорівнює роботі сторонніх сил цього джерела струму при переміщенні одиночного заряду по замкнутому електричному колу. ЕРС джерела вимірюється у В (вольтах). 1 В=1 Дж/Кл.
2. Закон ома для неоднорідної ділянки кола.
Ділянка кола, де на заряд в провіднику діють тільки сили електричного походження називається однорідною. Якщо крім цього на заряди діють ще сторонні сили (сили неелектричного походження), то така ділянка кола буде неоднорідною (рис.40.2).
Д
ля
неоднорідної ділянки кока має місце
відповідний закон Ома (40.2), який ще
називають узагальненим законом Ома.
(40.2)
де 1 і 2 потенціали електричного поля на кінцях ділянки, - електрорушійна сила, яка присутня в цій ділянці, R - опір ділянки.
Застосування цього закону дає можливість визначити не тільки абсолютне значення сили струму I, але і його напрям. Наприклад, будемо "іти" від точки 1 з потенціалом 1 до точки 2 з потенціалом 2. Тому в законі (40.2) беремо саме різницю 1 - 2. Що стосується знаку ЕРС, то цей знак визначається наступним правилом: якщо ЕРС збільшує потенціал в даному напрямі (переходимо від полюса "-" до полюса "+"), то така ЕРС буде додатна, якщо ж ЕРС зменшує потенціал в заданому напрямі (переходимо від полюса "+" до полюса "-"), то така ЕРС від’ємна. Згідно такого правила, "йдучи" від точки 1 до точки 2 (рис.40.2) в законі Ома (40.2) дана ЕРС буде додатна. Якщо розрахунки сили струму дадуть його додатне значення, то напрям сили струму співпадає з вибраним напрямом, даної ділянки. У випадку знака "-", струм має протилежний напрям.
При відсутності ЕРС з 40.2 отримуємо відомий закон Ома для однорідної ділянки кола.
(40.3)
Коли коло замкнуте, то при обході такого кола в заданому напрямі початкова і кінцеві точки будуть співпадати, так, що 1 = 2 і тому закон Ома для замкнутого кола прийме вигляд (40.4)
(40.4)
де, R - загальний опір кола, який дорівнюй сумі опорів зовнішньої ділянки кола R та внутрішньої r ділянки, тобто опору самого джерела струму. Тому для замкнутого кола з ЕРС закон Ома запишеться
(40.4)