Рефераты по Физике

Учебник по физике для поступающих в ВУЗ

Страница 75

Внутри источника тока заряды движутся под действием сторонних сил против кулоновских сил (электроны от положительно заряженного электрода к отрицательному), а во всей остальной цепи их приводит в движение электрическое поле.

Действие сторонних сил характеризуется электродвижущей силой (ЭДС)

Энергетической характеристикой источника тока является электродвижущая сила (ЭДС)

Чем больший заряд перемещается в источнике тока, тем большая работа совершается сторонними силами.

Отношение работы сторонних сил к переносимому заряду является постоянной величиной для данного источника тока и называется электродвижущей силой (ЭДС)

Электродвижущая сила в замкнутом контуре представляет собой отношение работы сторонних сил при перемещении заряда вдоль контура к заряду:

ε =

Единица измерения – Дж/Кл = В (Вольт)

Можно говорить от ЭДС на любом участке цепи. Это удельная работа сторонних (работа по перемещению единичного заряда) не во всем контуре, а только на данном участке.

Работа сторонних сил не может быть выражена через разность потенциалов, так как сторонние силы не потенциальны и их работа зависит от формы траектории.

Изменение потенциальной энергии заряда при его перемещении между электродами источника тока равно суммарной работе сторонней силы и силы сопротивления:

DW = Aст + Aс

Так как изменение потенциальной энергии заряда связано с разностью потенциалов U между электродами: DW = qU , то :

U = ε -

Мы учли, что работа силы сопротивления отрицательна, так как эта сила направлена противоположно перемещению заряда.

Из формулы видно, что:

Разность потенциалов между полюсами источника тока (напряжение), приложенная к подключенному к полюсам проводнику, меньше ЭДС.

Напряжение на участке, содержащем источник тока, равно сумме ЭДС источника и разности потенциалов на этом участке.

Если внешняя цепь разомкнута и ток через источник не протекает, то работа силы сопротивления равна нулю:

ε = U

ЭДС равна напряжению между полюсами разомкнутого источника тока.

Простейшая электрическая цепь состоит из источника тока (сопротивлением r), потребителя или нагрузки (сопротивлением R) и соединительных проводов.

Закон Ома для замкнутой цепи связывает силу тока в цепи, ЭДС и полное сопротивление цепи R+r.

Закон Ома для полной цепи:

Сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению:

I =

Электро­движущая сила гальванического эле­мента есть работа сторонних

сил при перемещении единичного положи­тельного заряда внутри элемента от одного полюса к другому.

Сопротивление источника часто на­зывают внутренним сопротивлением r в отличие от внешнего сопротивле­ния R цепи.

В генераторе внутреннее сопротивление r — это сопротивление обмоток, а в гальва­ническом элементе — сопротивление раствора электролита и электродов.

По мере разряда батарейки или аккумулятора их внутреннее сопротивление возрастает.

Произведение силы тока и сопро­тивления участка цепи часто назы­вают падением напряжения на этом участке.

Таким образом, ЭДС равна сумме падений напряжений на внут­реннем и внешнем участках замкну­той цепи.

Сила тока зависит от трех вели­чин: ЭДС, сопротивлений внешнего R и внутреннего r участков цепи.

Внутреннее сопротивление ис­точника тока не оказывает заметного влияния на силу тока, если оно мало по сравнению с сопротивлением внешней части цепи (R>>r). При этом напряжение на зажимах источ­ника приблизительно равно ЭДС: U = IR ≈ ε.

При коротком замыкании, когда R→0, сила тока в цепи определяет­ся именно внутренним сопротивле­нием источника и при электродви­жущей силе в несколько вольт мо­жет оказаться очень большой, если r мало (например, у аккумулятора r ≈ 0,1-0,001 Ом). Провода могут расплавиться, а сам источник выйти из строя.

Если цепь содержит несколько последовательно соединенных эле­ментов с ЭДС, то

полная ЭДС цепи равна алгебраи­ческой сумме ЭДС отдельных элементов.

Если при обходе цепи переходят от отрицательного полюса источника к положительному, то ЭДС >0.

Закон Ома для цепи с несколькими источниками тока:

Сила тока в замкнутой цепи с последовательно соединенными источниками тока прямо пропорциональна алгебраической сумме их ЭДС и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.

I =

Обобщенный закон Ома для неоднородной цепи:

(Неоднородная цепь – цепь, содержащая источник тока)

I =

(φ1- φ2) ± ε = U

где R – сопротивление нагрузки, r- внутреннее сопротивление источника.

ЭДС берется со знаком «+» если ток направлен от «+» к «-» источника тока

ЭДС берется со знаком «-» если ток направлен от «-» к «+» источника тока

Такой вид закона Ома применим к разным случаям.

Например при замкнутой цепи φ1= φ2 и закон принимает вид: I =

РАБОТА И МОЩНОСТЬ ТОКА. КПД ИСТОЧНИКА ТОКА

Работу сил электрического поля, создающего электрический ток, называют работой тока.

Согласно закону сохранения энергии эта работа должна быть равна изменению энергии рассматриваемого участка цепи. Поэтому энергия, выделяемая на данном участке цепи за время ∆t, равна работе тока.

Работа тока на участке с сопротивлением R за время Dt равна:

A = ∆qU = IU∆t = I2R∆t

Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого совершалась работа.

Мощность тока равна отношению работы тока за время ∆t к этому интервалу времени:

P = = UI = I2R =

Работа выражается, как обычно, в джоулях, мощность – в ваттах.

Если на участке цепи под действием электрического поля не совершается работа и не происходят химические реакции, то работа приводит к нагреванию проводника.

Перейти на страницу:  1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60  61  62  63  64  65  66  67  68  69  70  71  72  73  74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  86  87  88  89  90  91  92  93  94  95  96  97  98  99  100