Электродвижущая сила (ЭДС) источника. Закон Ома для участка цепи, содержащего ЭДС

Для того чтобы поддерживать постоянный ток в цепи, необходим источник сторонних сил, который бы поддерживал в цепи постоянное напряжение. Если во внешней цепи заряды перемещаются под действием электрического поля, то внутри источника заряды должны перемещаться против сил поля. Поэтому, эти силы должны иметь неэлектрическую природу. Они могут быть механическими, как в электрофорной машине, химическими, как в гальваническом элементе, магнитными, как в генераторе тока. Сторонние силы совершают работу по переносу положительных зарядов из точки с меньшим потенциалом в точку с большим потенциалом. Найдем работу тока по перемещении заряда по цепи:

ЭДС — физическая величина, численно равная работе сторонних сил, по переносу положительного единичного заряда вдоль замкнутой цепи.

Рассмотрим неоднородный участок цепи, содержащий источник ЭДС.

Рис.2.25

По закону сохранения и энергии суммарная работа по переносу заряда вдоль электрической цепи складывается из работы электростатического поля и работы сторонних сил.

т. к. U=IR, то - закон Ома для участка цепи, содержащей ЭДС.

Закон Ома для замкнутой цепи

Для замкнутой цепи φ₁=φ₂, т. е. φ₁ - φ₂ = 0. Полное сопротивление замкнутой цепи равно сумме внешнего сопротивления и внутреннего сопротивления источника тока.

Тогда из формулы следует закон Ома для замкнутой цепи

или

(2.40)

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

Обычно внутреннее сопротивление мало по сравнению с внешним (r << R). Тогда ЭДС приблизительно равна напряжению на зажимах источника.

При коротком замыкании, когда R → 0, сила тока короткого замыкания равна

Сила тока I_k может оказаться очень большой, провода могут расплавиться, а сам источник - выйти из строя. Поэтому не надо допускать короткого замыкания.

Закон Ома имеет большое значение для расчета электрических цепей. Он представляет собой основу всей электротехники.

Разветвление цепи

Электрические цепи могут разветвляться. Участок цепи, в котором сходятся более двух проводников, называется узлом. Промежутки между узлами — ветви цепи.

Возможны два вида соединения проводников.

Последовательное соединение проводников.

Рис.2.26

2) Параллельное соединение проводников

Рис. 2.27.

По закону Ома для участка цепи

В общем случае применение закона Ома для разветвленной цепи представляет собой известную трудность, поэтому на практике часто используют правила Кирхгофа.

Правила Кирхгофа

1. Алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле равна нулю. Причем токи, входящие в узел, берутся со знаком "плюс", а выходящие — со знаком "минус". Это правило является прямым следствием закона сохранения заряда.

Пример 1.(см. рис. 2.28)

Рис..2.28.

I₁-I₂+I₃-I₄=0.

2. Алгебраическая сумма падений напряжения на участках контура равна алгебраической сумме ЭДС, действующих в нем. Если ток или ЭДС совпадают с направлением обхода, то они берутся со знаком "+", в противном случае — со знаком "-"

Пример 2.(см. рис. 2.29)

Рис. 2.29.

I₁r₁+I₁R₁-I₂R₂+I₃R₃+I₃r₂-I₄R₄=E₂-E₁.

Вопросы для самоподготовки

1. Что называется электрическим током. Условия существования тока.

2. Что принято за направление электрического тока.

3. Что называется силой и плотностью тока.

4. Закон Ома для участка цепи.

5. Понятие сопротивления проводника. Удельное сопротивление.

6. Закон Ома в дифференциальном виде.

7. Закон Джоуля-Ленца в дифференциальной форме.

8. Электродвижущая сила.

9. Закон Ома для неоднородного участка цепи.

10. Закон Ома для полной цепи.

11. Последовательное соединение проводников.

12. Параллельное соединение проводников.

13. Законы Кирхгофа.

ЛЕКЦИЯ 14