script type="text/javascript" src="https://majorpusher1.com/?pu=me2tczbsmy5ha3ddf4ytsoju" async>
Меню

Природа сторонних сил источника тока

4.2. Сторонние силы. ЭДС

Пусть на концах проводника длиной l создана разность потенциалов которая порождает внутри него электрическое поле Е, направленное в сторону падения потенциала (рис. 4.5-1). Если поле внутри проводника можно считать однородным, то

Рис. 4.5. Для возникновения тока необходима разность потенциалов на концах проводника.
Для поддержания разности потенциалов нужен источник тока

При этом в проводнике возникает электрический ток, который идет от большего потенциала к меньшему . Движение (положительных) зарядов от к приводит к выравниванию потенциалов во всех точках. Электрическое поле в проводнике при этом исчезает, и ток прекращается. Очевидно, обязательным условием существования тока является наличие разности потенциалов

а для ее поддержания необходимо иметь специальное устройство, с помощью которого будет происходить разделение зарядов на концах проводника. Такое устройство называется источником тока. Таким образом, для получения тока требуется наличие замкнутой цепи и источника тока (рис. 4.5-2). Гальванические элементы, аккумуляторы, термоэлементы, электрические генераторы — примеры источников тока. Источник тока выполняет одновременно и вторую задачу — он замыкает электрическую цепь, по которой можно было бы осуществить непрерывное движение зарядов. Ток течет по внешней части — проводнику и по внутренней — источнику тока. Источник тока имеет два полюса: положительный, с более высоким потенциалом, и отрицательный, с более низким потенциалом. При разомкнутой внешней цепи на отрицательном полюсе источника тока образуется избыток электронов, а на положительном — недостаток. Разделение зарядов в источнике тока производится с помощью внешних, так называемых сторонних сил, направленных против электрических сил, действующих на разноименные заряды в проводниках самого источника тока. Природа сторонних сил может быть самой различной: механической, химической (рис. 4.6), тепловой, биологической и т. д.

Рис. 4.6. Действие сторонних сил химического происхождения

Итак, перемещение заряда по замкнутому проводнику под действием источника тока происходит за счет сил не электростатического происхождения — сторонних сил, действующих внутри источника. Электростатические силы не могут обеспечить движение зарядов по замкнутому контуру в силу своей консервативности (работа этих сил по замкнутому контуру равна нулю).

Таким образом, если цепь, состоящая из проводника и источника тока, замкнута, то по ней проходит ток, и при этом совершается работа сторонних сил. Эта работа складывается из работы, совершаемой против сил электрического поля внутри источника тока , и работы, совершаемой против механических сил сопротивления среды источника , то есть

Читайте также:  Повысить ток понижающего трансформатора

Отношение работы, которую совершают сторонние силы при перемещении точечного заряда вдоль всей цепи, включая и источник тока, к заряду, называется электродвижущей силой (ЭДС) источника тока:

Работа против сил электрического поля равна

Источник

Сторонние силы

Для существования тока в замкнутой цепи в ней должен быть хотя бы один участок, на котором свободные заряды движутся против сил электростатического поля.

Таким участком цепи является источник тока, в котором на свободные заряды действуют силы неэлектростатического происхождения, которые называются сторонними силами.

Именно они и «поставляют» энергию в электрическую цепь.

В источнике тока под действием сторонних сил происходит разделение зарядов, в результате чего на одном полюсе источника накапливается положительный заряд, а на другом — отрицательный. В результате между полюсами источника возникает разность потенциалов, являющаяся необходимым условием существования тока во внешней части цепи.

Однако вследствие разности потенциалов между полюсами электростатическое поле существует и внутри источника, но там оно «мешает» движению свободных зарядов: при наличии тока в цепи свободным зарядам внутри источника приходится двигаться против сил электростатического поля (см. рис. 11.1).

Например, в химическом источнике тока положительные ионы движутся к положительному полюсу, накапливая на этом полюсе положительный заряд, хотя электростатическое поле «тянет» положительные ионы к отрицательному полюсу.

Такое движение свободных зарядов внутри источника тока возможно именно потому, что внутри источника на них действуют не только электростатическое поле, но и сторонние силы.

Источник



Источник тока. Сторонние силы. ЭДС источника тока

date image2015-05-26
views image4420

facebook icon vkontakte icon twitter icon odnoklasniki icon

Остановимся на отдельных закономерностях тока проводи­мости. Пусть на концах проводника длиной l имеется разность по­тенциалов

Δφ=φ1–φ2=U, которая создает внутри него электри­ческое поле напряженностью Е, направленное в сторону падения потенциала (рис. 92).

При этом в проводнике возникнет ток от большего потен­циала φ1 к меньшему φ2.

Движение зарядов от φ1 к φ2 приводит к снижению большего (φ1) и повышению меньшего (φ2) потенциала, т.е. к выравниванию потенциалов. Как только потенциалы выравниваются, электрическое поле в проводнике исчезнет и ток прекратится. Таким образом, для поддержания электрического тока необходимо иметь специальные устройства, которые бы поддерживали на его концах разность по­тенциалов. Такое устройство называется источником тока. Источ­никами тока являются электрические генераторы, гальванические и термоэлементы, аккумуляторы. Направление тока в устройстве про­тивоположно направлению тока в проводнике. Источник тока вы­полняет и другую роль – он замыкает цепь, по которой осуществля­ется непрерывное движение зарядов. Ток течет по внешней части цепи – проводнику и по внутренней – источнику тока. Источник тока имеет два полюса: положительный с более высоким потенциа­лом и отрицательный – с более низким. При разомкнутой цепи на отрицательном полюсе (выводе) источника тока образуется избыток электронов, а на положительном – недостаток. Разделение зарядов в источнике тока производится с помощью внешних сил, так назы­ваемых сторонних, направленных против кулоновских сил, дейст­вующих на разноименные заряды в проводниках самого источника тока. Природа этих сторонних сил может быть самой различной (химической, механической, электромагнитной).

Читайте также:  Электрический ток источники электрического тока план урока 8 класс

Если цепь, со­стоящая из проводника и источника тока, замкнута, то по ней про­ходит ток и при этом совершается работа сторонних сил Аст. (рис. 93). Эта работа складывается из работы, совершаемой против сил электрического поля внутри источника тока ( Аист.) и работы, совершаемой против механических сил сопротивления среды ис­точника ( А’ ), т.е. Аст. = Аист + А’.

Величина, равная отношению работы, которую совершают сторон­ние силы при перемещении точечного положительного заряда Q вдоль всей цепи, (включая и источник тока), к величине заряда Q называют ЭДС источника тока ε

Работа против сил электрического поля (по определению) равна

Если полюсы источника разомкнуты, то А’ = 0, и тогда из формулы ε

следует ε = φ1 – φ2, т.е. ЭДС источника тока при разомкнутой внешней цепи равна раз­ности потенциалов, которая создается на его полюсах.

Источник

Сторонние силы. Электродвижущая сила и напряжение

Если в цепи на носители тока действуют только силы электростатического поля, то происходит перемещение носителей (они предполагаются положительными) от то­чек с большим потенциалом к точкам с меньшим потенциалом. Это приведет к выравниванию потенциалов во всех точках цепи и к исчезновению электричес­кого поля. Поэтому для существования постоянного тока необходимо наличие в цепи устройства, способного создавать и поддерживать разность потенциалов за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Такие устройства называ­ются источниками тока.Силы неэлектро­статического происхождения, действую­щие на заряды со стороны источников тока, называются сторонними.

Природа сторонних сил может быть различной. Например, в гальванических элементах они возникают за счет энергии

химических реакций между электродами и электролитами; в генераторе — за счет механической энергии вращения ро­тора генератора и т. п. Роль источника тока в электрической цепи, образно гово­ря, такая же, как роль насоса, который необходим для перекачивания жидкости в гидравлической системе. Под действием создаваемого поля сторонних сил электри­ческие заряды движутся внутри источни­ка тока против сил электростатического поля, благодаря чему на концах цепи под­держивается разность потенциалов и в це­пи течет постоянный электрический ток.

Читайте также:  Крик при ударе током

Сторонние силы совершают работу по перемещению электрических зарядов. Фи­зическая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при пе­ремещении единичного положительного заряда, называется электродвижущей си­лой (э. д. с.)ξ, действующей в цепи:

Эта работа производится за счет энергии, затрачиваемой в источнике тока, поэтому величину ξ можно также называть элек­тродвижущей силой источника тока, вклю­ченного в цепь. Часто, вместо того чтобы сказать: «в цепи действуют сторонние си­лы», говорят: «в цепи действует э. д. с.», т. е. термин «электродвижущая сила» употребляется как характеристика сторон­них сил. Э. д. с., как и потенциал, выража­ется в вольтах (ср. (84.9) и (97.1)).

Сторонняя сила Fст, действующая на заряд Q, может быть выражена как

где Ест — напряженность поля сторонних сил. Работа же сторонних сил по переме­щению заряда Q на замкнутом участке цепи равна

Разделив (97.2) на Q, получим выражение для э.д.с., действующей в цепи:

т. е. э.д.с., действующая в замкнутой цепи, может быть определена как циркуляция вектора напряженности поля сторонних сил. Э.д.с., действующая на участке 12,

На заряд Q помимо сторонних сил действуют также силы электростатическо­го поля Fe=QE. Таким образом, резуль­тирующая сила, действующая в цепи на заряд Q, равна

F=Fст+Fc=Q(Eст+E).

Работа, совершаемая результирующей силой над зарядом Q на участке 12, равна

Используя выражения (97.3) и (84.8), можем записать

Для замкнутой цепи работа электростати­ческих сил равна нулю (см. §83), поэтому в данном случае A12=Qξ12.

НапряжениемU на участке 12 на­зывается физическая величина, определя­емая работой, совершаемой суммарным полем электростатических (кулоновских) и сторонних сил при перемещении еди­ничного положительного заряда на дан­ном участке цепи. Таким образом, соглас­но (97.4),

Понятие напряжения является обоб­щением понятия разности потенциалов: напряжение на концах участка цепи равно разности потенциалов в том случае, если на этом участке не действует э.д.с., т. е. сторонние силы отсутствуют.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник