19.Сторонние силы. Электродвижущая сила. Закон Ома для неоднородного участка цепи.
Сторонние силы.
Известно, что процесс перераспределения зарядов кратковременен, отсюда такой процесс не может являться причиной возникновения тока.
На свободные заряды должны действовать, помимо Кулоновских сил, какие-то другие силы, неэлектростатического происхождения. Такие силы называются сторонними.
Если Кулоновские силы вызывают соединение разноименных зарядов, что и ведет к выравниванию потенциала и исчезновению поля в проводнике, то сторонние силы вызывают сближение разноименных зарядов, что способствуют увеличению потенциала.
-
закон
Ома для неоднородного участка цепи.
-
закон
Ома для замкнутой цепи
Электродвижущая сила (ЭДС) — физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура.
ЭДС
можно выразить через напряжённость
электрического поля сторонних сил
(Eex). В замкнутом контуре (L) тогда ЭДС
будет равна:
, где dl — элемент длины контура. ЭДС так же, как и напряжение, измеряется в вольтах. Можно говорить об электродвижущей силе на любом участке цепи. Это удельная работа сторонних сил не во всем контуре,а только на данном участке. ЭДС гальваничесого элемента есть работа сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда внутри элемента от одного полюса к другому. Работа сторонних сил не может быть выражена через разность потенциалов, так как сторонние силы непотенциальны и их работа зависит от формы траектории. Так , например, работа сторонних сил при перемещении заряда между клеммами тока вне самого источника равна нулю.
ЭДС индукции
Причиной
электродвижущей силы может стать
изменение магнитного поля в окружающем
пространстве. Это явление называется
магнитной индукцией. Величина ЭДС
индукции в контуре определяется
выражением
где
Φ — поток магнитного поля через замкнутую
поверхность S, ограниченную контуром.
Знак «−» перед выражением показывает,
что индукционный ток, созданный ЭДС
индукции, препятствует изменению
магнитного потока в контуре (правило
Ленца).
Рассмотрим
неоднородный
участок цепи,
участок, содержащий источник ЭДС (т.е.
участок, где действуют неэлектрические
силы). Напряженность поля в любой точке
цепи равна векторной сумме поля
кулоновских сил и поля сторонних сил,
т.е.
Величина, численно равная работе по переносу единичного положительного заряда суммарным полем кулоновских и сторонних сил на участке цепи (1 – 2), называется напряжением на этом участке U12
т.к.
, или ,
тогда
Напряжение
на концах участка цепи совпадает с
разностью потенциалов только в случае,
если на этом участке нет ЭДС, т.е. на
однородном участке цепи. Запишем
обобщенный закон Ома для участка цепи
содержащей источник ЭДС:
Обобщенный закон Ома выражает закон
сохранения энергии применительно к
участку цепи постоянного тока. Он в
равной мере справедлив как для пассивных
участков (не содержащих ЭДС), так и для
активных.
В электротехнике часто используют термин падение напряжения – изменение напряжения вследствие переноса заряда через сопротивление
В
замкнутой цепи:
;
или
где ; r – внутреннее сопротивление
активного участка цепи (рис. 7.5).
Тогда
закон Ома для замкнутого участка цепи,
содержащего источник ЭДС запишется в
виде
Рис. 7.5