Электродвижущая сила и напряжение источника тока

Лекция №8

Постоянный электрический ток

Электрический ток - это упорядоченное движение заряженных частиц (зарядов) любой природы (электронов, протонов, ионов и др.).

Необходимые условия для возникновения эл. тока: 1) наличие свободных зарядов; 2) наличие электрического поля  (создаваемого, как правило, источником тока), приводящего эти заряды в направленное движение.

Количественной мерой эл. тока служит сила тока - скалярная физическая величина, равная величине заряда , прошедшего через поперечное сечение проводника за единицу времени: (мпер).

Электрический ток называют постоянным током, если его сила и направление не изменяются со временем. Для постоянного тока: .

Устройство, поддерживающее разность концентраций свободных зарядов на концах проводника, называют источником тока. Такое устройство осуществляет внутри себя перенос зарядов, прошедших через нагрузку (потребитель эл. энергии), с одного своего полюса на другой. При этом источник тока совершает работу против кулоновской силы эл. поля, существующего между полюсами. Для этого внутри источника должны действовать силы неэлектрической природы, называемые сторонними силами. Природа этих сил может быть различной: химической, как в гальваническом элементе, механической, как в электродинамическом генераторе, фотонной, как в солнечной батарее и т.д. Величину, равную работе А, совершаемой сторонними силами, при перемещении единичного заряда q, с одного полюса источника тока на другой, называют электродвижущей силой (ЭДС), действующей в цепи: e= .

Простейшая эл. цепь состоит из источника тока и соединительных проводов. Переносу зарядов внутри источника препятствуют: 1) эл. поле  внутри него; 2) сопротивлениесреды в источнике. Поэтому, работа сторонних сил A складывается из: 1) работы  против эл. поля ; 2) работы  по преодолению сопротивления среды источника, то есть . Но , тогда ЭДС источника: e .

Если полюсы источника (точки 1и 2) разомкнуты, то  и тогда: e , т.е. ЭДС источника численно равна разности потенциалов между разомкнутыми полюсами источника тока.

Разность потенциалов на полюсах источника тока, замкнутого внешней эл. цепью, называется электрическим напряжением (U) источника тока. Напряжение источника тока меньше ЭДС на величину , т.е.   U= e  .

На любом участке ab внешней электрической цепи существует некоторая разность потенциалов , которая называется напряжением (или падением напряжения) на этом участке цепи.

Способы включения источников тока: 1) последовательное включение (e_общ и ); 2) параллельное включение ( и, если e₁=e₂=…=e_N, то e_общ=e_i).