Физика. Теория. Методика. Задачи - Демков В.П.
Скачать (прямая ссылка):
одинаковы
?/=?/, = ?/2=?/3 = ... = 1/#=фв-ф4, а сила тока до точки а и после точки
Ь (см. рис. 13.5) по закону сохранения заряда будет равна сумме
токов в каждом из проводников:
/ = /, + /2 + /3 + • ¦. +
Следовательно, при параллельном соединении общее сопротивление U U
Электродвижущею сила источника.
Закон Ома для неоднородного участка цепи и замкнутой цепи Легко понять,
что нельзя получить в проводнике постоянный ток, если для создания
напряжения на концах проводника использовать заряженный конденсатор.
Наличие тока будет сопровождаться переходом зарядов с одной обкладки на
другую в таком направлении, чтобы разность потенциалов между обкладками
уменьшалась. При этом сила тока в проводнике быстро упадет до нуля.
<Рл
'7
Рассмотрим проводник, между концами А и В которого существует разность
потенциалов Дер = ср^ - срв, причем Ф^>Ф5 (рис. 13.6). В про-
----' воднике возникнет электрическое
поле, под действием которого носи-Рнс- 13 6 тели заряда будут
перемещаться та-
ким образом, чтобы уменьшить потенциал ф^ и увеличить потенциал ф5. Через
некоторое время, если не принять мер для поддержания разности
потенциалов, перемещение носителей заряда приведет к тому, что поле
внутри проводника исчезнет и ток прекратится. Для того чтобы поддержать
ток, нужно непрерывно перемещать приносимые на один коиец проводника
заряды на другой его конец, т.е. необходимо осуществить круговорот
зарядов, чтобы они двигались по замкнутому пути. Очевидно, чтобы
заставить двигаться положительные заряды от меньшего потенциала к
большему, а отрицательные - от большего к меньшему, необходима сила,
имеющая неэлектрическую природу. Поэтому в замкнутой цепи наряду с
участками, на которых заряды движутся под действием сил электрического
поля (такие участки называют однородными), должны существовать участки,
где перенос зарядов происходит против сил поля. Перемещение зарядов на
таких участках возможно лишь с помощью сил неэлектростатического
происхождения (т.е. не кулоновских), которые называют сторонними, а
участки, на которых они действуют, - неоднородными. Эти силы, например,
могут быть обусловлены химическими процессами (всевозможные аккумуляторы)
или иметь электромагнитное происхождение (генераторы тока).
Сторонние силы характеризуют работой, которую они совершают над
перемещаемыми зарядами. Величина, равная работе сторонних сил над
единичным положительным зарядом, называется электродвижущей стой (ЭДС),
действующей в контуре или на участке цеЩи:
*=42*. (13.13)
Я
Из сопоставления формул (13.13) и (12.19) следует, что размерность ЭДС
совпадает с размерностью потенциала, т.е. ЭДС измеряется в вольтах.
I
420
Любое устройство, в котором возникают сторонние силы, называют источником
тока. Реальный источник тока имеет ЭДС <?и сопротивление г, которое
обычно называют внутренним сопротивлением источника в отличие от внешнего
сопротивления R цепи (в генераторе г - это сопротивление обмоток, в
аккумуляторе - сопротивление раствора электролита и электродов). При
расчете цепей реальный источник заменяют идеальным источником с ЭДС &,
внутреннее сопротивление которого равно нулю, и последовательно
включенным с ним сопротивлением г.
Источники, используемые в цепях постоянного тока, имеют два электрода
(один электрод положительный, а другой - отрицательный) и предназначены
для перемещения положительных зарядов от электрода с меньшим потенциалом
к электроду с большим, а отрицательные наоборот. Поэтому работа сторонних
сил > 0 (а, значит и ЭДС $> 0), если положительные заряды внутри
источника переносятся от отрицательного электрода к положительному. В
противном случае Лстор <0 и 0.
Рассмотрим участок цепи, содержащий источник ЭДС Sc внутренним
сопротивлением г и внешнее сопротивление R (рис. 13.7), по которому течет
ток / в указанном направлении.
Работа, совершаемая всеми силами при перемещении заряда q на участке а-b
цепи, равна
где Лэл = q( фд - фА) - работа сил электрического поля (согласно
указанному на рисунке направлению тока, полагаем, что фа > фА); - работа
сторонних сил. Следовательно,
Величина, численно равная работе, совершаемой электрическими и сторонними
силами при перемещении единичного положительного заряда, называется
падением напряжения (напряжением) U на данном участке цепи. Поэтому для
участка а-Ь
Если источник включен так, как показано на рис. 13.8, то работа сторонних
сил будет отрицательной, поскольку внутри источника заряды будут
перемещаться в направлении убывания потенциала. В этом случае
U^ = -^ = (Фв-Ф*)-Л (13.15)
ч
Выражения (13.14) и (13.15) можно объединить:
а
о-
R
с Г. S
Ь а
R
с
b
1 +
¦0 о-
-о
+
I
I
Рис. 13.7
Рнс. 13.8
Аа-Ь = 9 (Фа - Ф*> + Ч&
(13.14)
Uа-Ь = Дфа-А ± %
(13.16)
421
где знак "+" перед ЭДС соответствует случаю, если источник способствует
движению положительных зарядов в направлении тока на участке, а знак "-"
- если препятствует.
Разделив напряжение Ua_b на полное сопротивление = R + г участка, получим
