Электрическаяцепьиееэлементы.Электродвижущаясила

Электрическаяцепь.Упорядоченноедвижениеэлектриче­скизаряженныхчастиц(илиэлектрическийток)впроводникахвозникаетподдействиемсилэлектрическогополя.Длявозник­новениятоканеобходимазамкнутаяэлектрическаяцепь.Прос­тейшаяцепьсостоитизисточникаэнергиисЭДСЕ,приемникаэлектрическойэнергииссопротивлением r исоединительныхпроводов.Кромеисточниковиприемниковэлектрическиецеписодержатбольшоечисловспомогательныхэлементов,выполняю­щихразнообразныефункции.Книмотносятсявыключателиипереключатели,электроизмерительныеприборы,защитныеуст­ройстваидр.Нарис.3.5данасхемапростейшейэлектрическойцепи,т.е.ееграфическоеизображение.

Висточникахэлектрическойэнергии,которыеназываюттакжеисточникамиЭДС,электрическаяэнергияполучаетсяизмеханической,химической,тепловойит.д.Припреобразованиилюбоговидаэнергиивэлектрическуювисточникахобразуетсяэлектро­движущаясила(ЭДС).

Кисточникамэнергииотносятсяэлектрическиегенераторы,первичныеэлементыиаккумуляторы,термоэлементыифотоэлементы,магнитогидроди­намическиегенераторы.

2.Электродвижущаясила(ЭДС). Ос­новнымисточникомэлектрическойэнергииявляетсяэлектрическийгенератор.Наеговращающейсячасти—якоре,которыйдви­жетсявмагнитномполе,расположенаобмотка.Нарис.3.6показанпрямолиней­ныйпроводникАБэтойобмотки,движущийсяспостояннойскоростьюvводнородноммагнитномполе.Изкурсафизикиизвестно,чтонаэлектрическизаряженныечастицы,движущиесявмагнитномполе,действуютси­лыэлектромагнитнойиндукции(сторонниесилы)F_б.Такиесилыдействуютинаэлектро­ныпроводникаАБ,перемещаяихнаконецБ.Врезультатездесьобразуетсяизбыточныйэлектрическийза­ряд—Q.НаконцеАпроводникаАБвследствиенедостаткаэлектроновпоявляетсяположительныйзаряд+Q.Заряды—Qи+Qвнутрипроводникасоздадутэлектрическоеполе,силыполяF_эбудутдействоватьпротивоположносиламэлектромагнитнойиндукцииF_H.Следовательно,результирующаясила,действую­щаянакаждыйэлектронпроводникаАБ,F=F_H—F_э.

Сразделениеминакоплениемэлектрическихзарядовнакон­цахпроводникаАБувеличиваетсясилаF_эиуменьшаетсярезуль­тирующаясилаF.Когдасилыэлектрическогополяполностьюуравновесятсилыэлектромагнитнойиндукции,перемещениеэлектрическизаряженныхчастицвпроводникеАБпрекра­щается.

ВисточникеЭДСнаперемещениеэлектрическихзарядовзатрачиваетсянекотораяработаА_и.Вэлектрическихгенера­торахонасовершаетсязасчетсилнеэлектрическогопроисхож­дения(стороннихсил).

ОтношениеработыА_н,совершаемойстороннимисиламиприпереносезаряженнойчастицывнутриисточника,кеезарядуназываетсяэлектродвижущейсилойисточникаэнергии.Электро­движущаясила

      (3.3)

ЕслиQ=1Кл,то .

Следовательно, ЭДСчисленноравнаработе,совершаемойсиламиэлектромагнитнойиндукцииприпереносеединицызаря­данаучасткеАБ. ЭДСвыражаетсявтехжеединицах,чтоиэлектрическоенапряжение:

[Е]=[А_и/Q]=Дж/Кл=В.

3.ЗамкнутаяэлектрическаяцепьсисточникомЭДС. Кполю­самисточникаЭДС,изображенноговвидепроводникаАБ,присоединимприемникэнергии(рис.3.7).Поддействиемсилэлектрическогополясвободныеэлектронысотрицательногопо­люсаисточникаБбудутперемещатьсяповнешнемуучасткуцепикположительномуполюсуА.ПриэтомсилыэлектрическогополяF_эбудутмень­шестороннихсилF_и.Поэтомусвободныеэлектроны,подходящиекполюсуА,бу­дутперемещатьсяиповнутреннемуучасткуцепиотполюсаАкполюсуБсилойF=F_и—F_э.Такимобразом,взам­кнутойцепивозникаетнаправленноедви­жениеэлектронов,т.е.электрическийток.НавнешнемучасткецепиБВАэлектроныперемещаютсясиламиэлект­рическогополя,анавнутреннем—стороннимисилами(электро­магнитнойиндукциивмашинныхгенераторах,химическогопроцессавгальваническихэлементахиаккумуляторах,лучистойэнергиивфотоэлементах).В§3.1указывалось,чтопринятоенаправлениетокавметаллическихпроводахпротивоположнодвижениюсвободныхэлектронов.Поэтомусчитается,чтотоквовнешнемучасткецепинаправленотположительногокотри­цательномуполюсу,авовнутреннем—наоборот.НаправлениеЭДСсовпадаетсуказаннымнаправлениемтока.