ГРУППА 303. ФИЗИКА. ТЕМА « Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи.»
Для поддержания постоянного электрического тока в цепи необходимо подключить источник. При этом очевидно, что электростатические силы не могут поддерживать ток в цепи, так как работа этих сил по замкнутому контуру равна нулю, и кроме того, если по цепи идёт электрический ток, в ней выделяется тепло, т. е. происходят потери энергии.
В электрической цепи должны действовать силы не электростатического (не кулоновского) происхождения (сторонние силы), работа которых по замкнутому контуру не равна нулю.
Всякое устройство, в котором возникают сторонние силы, действующие на заряженные частицы, называется источником электрического тока.
Источники различны по своей природе, они могут преобразовывать химическую, механическую энергию, энергию светового потока и т. д. в электрическую энергию.
Первую электрическую батарею изобрёл А. Вольта в 1800 г. и получил с её помощью постоянный электрический ток. В электрической батарее химическая энергия превращается в электрическую.
Принципиальное устройство простейшей батареи.
Гальванический элемент состоит из двух электродов, которые представляют собой стержни или пластины. Одним электродом может служить медь, другим — цинк. Электроды частично погружают в электролит, например, в кислоту. Кислота постепенно растворяет цинковый электрод, в кислоту переходят положительные ионы цинка, а сам электрод заряжается отрицательно. По мере перехода ионов цинка в кислоту электролит заряжается положительно. В результате этого и некоторых химических реакций электроны стекают с медного электрода, который при этом заряжается положительно.
Отрицательно заряженный электрод называется катодом, положительно заряженный — анодом. Между катодом и анодом вследствие описанных процессов возникает разность потенциалов. Значение разности потенциалов между электродами зависит от их природы и от природы электролита.
Источники тока характеризуются электродвижущей силой (ЭДС).
ЭДС равна отношению работы сторонних сил при перемещении электрического заряда по замкнутому контуру к абсолютному значению этого заряда:
Электродвижущую силу выражают в вольтах (В).
Обычно ЭДС гальванического элемента (источника тока химического происхождения) невелика, порядка 1—2 В. Если источник отключён от внешней цепи, то разность потенциалов между клеммами, подсоединёнными к электродам источника, будет больше, чем при подключении его к цепи. Часть напряжения падает на внутреннем сопротивлении r источника тока.
Источник тока характеризуется ЭДС E и внутренним сопротивлением r. Полная электрическая цепь состоит из источника тока(,E, r) и внешнего сопротивления R.
Закон Ома для полной цепи
Пусть за некоторое время ∆t через поперечное сечение проводника проходит заряд ∆q. Работа сторонних сил по перемещению заряда. На внутреннем и внешних участках цепи за счёт этой работы в цепи выделяется теплота:
Q = I(R + r) t
Количество выделившейся теплоты равно совершенной работе:
Q = А. Следовательно, I(R +r) =E
Сила тока в замкнутой цепи равна отношению ЭДС источника тока к полному сопротивлению цепи:
Разбираем вместе
Вопрос 1. От каких величин зависит сила тока в цепи?
Вопрос 2. Почему провода могут расплавиться при коротком замыкании?
3. Определите ЭДС источника тока, если сила тока в цепи равна 0,1 А. Сопротивление внешней цепи 98 Ом, внутреннее сопротивление 2 Ом.
Дано: Решение
I = 0,1 А Запишем закон Ома для полной цепи:
R = 98 Ом I = ξ / (R + r ) Для ЭДС получим выражение:
R = 2Ом ξ = I(R + r)
ξ -? Сделаем расчёт: ξ = 0,1 (98 + 2) = 10 В Ответ: 10 В.
Сделай сам. Вопросы и задачи для самостоятельного решения.
1. Чему равно внешнее сопротивление, если цепь разомкнута?
2. Внутреннее сопротивление источника тока равно 2 Ом, внешнее сопротивление цепи равно 8 Ом. Какое сопротивление надо
Комментариев нет:
Отправить комментарий