Мощность тока.

Работу, совершённую за единицу времени называют мощностью. Мощность тока обозначают буквой Р. По определению она равна Р=А/t. Поделив обе части уравнений (21.7), (21.8), и (21.9) на время t, получим выражения для вычисления мощности постоянного тока.

(21.12)

(21.13)

(21.14)

Если сила тока выражается в амперах, напряжение - в вольтах, сопротивление  в омах и время  в секундах, то работа тока выражается в джоулях, а мощность тока  в ватах (Вт).

Лекция № 22 Закон Ома для полной цепи.

Силы кулоновского взаимодействия вызывают только перераспределение зарядов, при котором потенциалы всех точек проводника выравниваются. Для поддержания постоянного тока необходимо иметь специальное устройство, внутри которого всё время происходило бы разделение разноимённых электрических зарядов и при помощи которого на концах проводника поддерживалась постоянная разность потенциалов. Такое устройство называют генератором или источником тока. Силы, разделяющие заряды внутри источника тока, имеют неэлектрическую природу. Под действием этих сил носители тока движутся внутри источника против сил электростатического поля. Такие силы называют сторонними. Сторонние силы действуют на электрические заряды за счет энергии, затрачиваемой в источнике (энергия химической реакции в гальванических элементах и аккумуляторах, механическая энергия в электромагнитных генераторах). Работа, совершаемая сторонней электроразделительной силой внутри источника тока при перемещении единичного заряда между его полюсами, называется электродвижущей силой (ЭДС) источника тока

. (22.1)

Единица ЭДС – вольт (В).

Простейшая электрическая цепь постоянного тока состоит из источника тока и нагрузки. В качестве нагрузки может использоваться любое устройство потребляющее электрическую энергию. На рисунке 22.1 нагрузкой является резистор сопротивлением R. Всю цепь можно разбить на два участка: внешний АСВ, содержащий сопротивление R (внешнее сопротивление) и внутренний АВ, содержащий источник тока. Сопротивление источника тока r называют внутренним сопротивлением. Источник постоянного тока может находится в двух режимах: в режиме холостого хода, когда ключ К разомкнут и в рабочем режиме, когда ключ К замкнут.

Найдём зависимость между электродвижущей силой источника тока E и силой тока I в электрической цепи. Для этого воспользуемся законом сохранения энергии. Разделению и переносу зарядов внутри источника тока препятствуют; 1) внутреннее электрическое поле, направленное от положительного полюса к отрицательному, 2) сопротивление среды источника тока (например, вязкость электролита в аккумуляторе или гальваническом элементе). Поэтому работа сторонней силы А_ст слагается из работы А₁, совершаемой против сил электрического поля внутри источника тока, и работы А₂, совершаемой против сил сопротивления среды этого источника: А_ст=А₁+А₂, причём А₁=q(φ₁−φ₂), где q – арифметическая сумма зарядов (положительных и отрицательных), переносимых сторонней силой на полюсы источника тока вопреки действию электрического поля. Таким образом:

(22.2)

Найдём ЭДС, используя определение электродвижущей силы, уравнение (22.1)

. (22.3)

1) Пусть полюсы источника разомкнуты (режим холостого хода), тогда А₂=0, так как в этом случае сторонняя сила не перемещает зарядов внутри источника тока, а лишь поддерживает установившееся разделение зарядов. В этом случае

(22.4)

э лектродвижущая сила равна разности потенциалов между разомкнутыми полюсами источника тока. Эта разность потенциалов является напряжением источника тока. Вольтметр, присоединённый к источнику тока, покажет напряжение источника или ЭДС. Таким образом, электродвижущая сила равна максимально возможной разности потенциалов, которая устанавливается на полюсах источника, когда они разомкнуты.

2) Если полюсы источника замкнуты, то А₂≠0. Сторонние силы, перемещая заряды внутри источника, совершают работу, так как вещество источника препятствует их движению. Физическую величину, численно характеризующую меру противодействия среды источника, движению заряда назовём внутренним сопротивлением r. Работа тока внутри источника равна

(22.5)

Подставляя формулу (22.5) в формулу (22.3) получим, что ЭДС

, (22.6)

где U – это разность потенциалов между точками А и В. Между ними включено сопротивление R, поэтому U – это напряжение на R. По закону Ома для участка цепи U=IR и мы можем уравнение (22.6) записать в виде

(22.7)

Произведения IR и Ir часто называют падением напряжения на внешнем и внутреннем участках цепи. Следовательно, в замкнутой электрической цепи электродвижущая сила источника тока равна сумме падений напряжений на всех участках цепи. Из (22.7) выразим силу тока I

. (22.8)

Полученная формула называется законом Ома для полной цепи, где E  ЭДС источника тока, I – электрический ток, R+r – полное сопротивление. Сила тока пропорциональна электродвижущей силе и обратно пропорциональна полному сопротивлению электрической цепи.