Закон Ома для полной цепи

В любом источнике тока происходит процесс разделения заряженных частиц. Очевидно, что силы, разделяющие заряды не электростатического происхождения, т.к. последние могут только соединять разноименные заряды.

Если соединить проводником два металлических шарика, несущих заряды противоположных знаков, то под влиянием электрического поля этих зарядов по проводнику пойдет электрический ток. Но этот ток будет кратковременным. Заряды быстро нейтрализуют Друг друга, разность потенциалов между шариками выравнивается и напряженность электрического поля станет равной нулю.

Для того, чтобы ток протекал непрерывно, надо поддерживать постоянное напряжение между шариками. А для этого необходимо устройство (источник тока), которое перемещало бы заряды от одного шара к другому в направлении, противоположном направлению сил, .действующих на эти заряды со стороны электрического поля т.е. положительные заряды можно вернуть к положительным, что было бы т возможно при действии сил электростатического происхождения (кулоновских сил). В таком устройстве на заряды при их разделении должны действовать силы не электростатического происхождения. Эти силы называют сторонними (по отношению к силам электростатического происхождения). Сторонние силы и совершают работу по разделению зарядов.

Для любого источника тока в силу его конструктивных особенностей характерна работа, совершаемая в нем сторонними силами по разделе: каждой единицы заряда. Эту весьма существенную характеристику источника тока принято называть электродвижущей силой ЭДС . ЭДС в замкнутом контуре представляет собой отношение работы сторонних сил по перемещению положительного заряда вдоль контура к заряду:

ЭДС является характеристикой созданного источником тока поля сторонних сил. Размерность электродвижущей силы – вольт. Исходя из определения ЭДС является скалярной величиной и может быть как положительной, так и отрицательной.

Если цепь содержит несколько последовательно соединенных элементов равна алгебраической сумме ЭДС отдельных элементов. Для определения знака ЭДС любого источника нужно вначале условиться относительно выбора положительного направления обхода контура.

На рисунке положительным( произвольно) считаем направление обхода против часовой стрелки

Если при обходе цепи источник проходит от положительного полюса источника тока к отрицательному (работа сторонних сил отрицательна),то ЭДС<0; если, наоборот, от отрицательного полюса к положительному, то ЭДС> 0. Сторонние силы внутри источника при этом совершают положительную работу. Для цепи, изображенной на рисунке

Е=Е1+Е2+Е3

Вопрос: какова будет ЭДС батареи, если: а) источники одинаковые, б) полярность подключения одного из них изменить?

Сопротивление батареи рассчитывается по законам соединения проводников.

Вопросы

-Как, зная ЭДС источника и силу проходящего тока, рассчитать работу по перемещению заряда внутри источника за определенное время?

-Чему равна работа сторонних сил во внешней части цепи?

вывод закона Ома для полной цепи.

Обратимся к закону сохранения энергии. Электрическое поле потенциально. Работа этого поля по перемещению заряженных частиц вдоль замкнутой электрической цепи равна нулю» Прохождение же тока по проводникам, а таковым является и внутренняя часть источника, сопровождается выделением энергии — проводник нагревается. Следовательно, в любой цепи должен быть какой-то источник энергии, поставляющий ее в цепь, В этом источнике, помимо кулоновских сил, обязательно должны действовать сторонние, непотенциальные силы. Работа этих сил вдоль замкнутого контура должна быть отлична от нуля. Именно в процессе совершения работы этими силами заряженные частицы приобретают энергию внутри источника тока и отдают ее затем при движении в проводах электрической цепи, т.е. Аст=Аэл

Часть цепи, на которой действуют сторонние силы, называется внутренней, а остальная внешней. Поэтому внутри источника ток положительные заряда движутся в направлении против поля. Так как работа сторонних сил равна работе электрических сил, а работа электрических сил равна работе этих сил на внутреннем и внешнем участках цепи, то выражение для работы сторонних сил примет вид:

Аст=Авнеш+ Авнутр

чему равна работа сторонних сил по перемещению заряда?

Аст=Еq

Как определить заряд, прошедший по проводнику за время?

q=It

Отсюда делам вывод, что работа сторонних сил равна

Aст=EIt

работа электрических сил на внешнем и внутреннем участках равна соответственно:

Авнеш=I2Rt Авнутр =I2rt

Путем преобразования получим

I=E/R+r

Это выражение (6) представляет собой математическую формулу, равную закону Ома для полной цепи.

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

Перепишем выражение закона Ома в другом виде

E=IR+Ir E=Uвнеш+Uвнутр

ЭДС источника равна сумме падения напряжения на внешнем и внутреннем участке цепи, т.е. напряжение между участками цепи распределено. Очевидно, при наличии п- проводников (включая и внутренний участок)

Е=п U

Отсюда делаем вывод, что в полной замкнутой цепи при изменении сопротивления какого-либо участка цепи происходит перераспределение напряжения между внутренним и внешним участком электрической цепи.

После вывода закона Ома для полной цепи начинаем анализ этого закона.

— Как и почему изменится напряжение на полюсах источника и внутри него при изменении внешней нагрузки?

В таблице слева направо отражена последовательность рассуждений при анализе функциональной зависимости. Для лучшего понимания учащимися явлений, происходящих в электрической цепи, составляем таблицу

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *