ГРУППА 305. 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:

При коротком замыкании внешнее сопротивление оказывается равным нулю и сила тока в цепи становится максимальной:

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: 10В .

Сделай сам. Вопросы и задачи для самостоятельного решения

1. Чему равно внешнее сопротивление, если цепь разомкнута?

Вопрос 1

Что называют внешним сопротивлением?

Варианты ответов

• А. Только сопротивление потребителей энергии, подключенных к источнику тока.
• Б. Полное сопротивление проводников, подключенных к источнику тока.
• В. Только сопротивление подводящих проводов.

Вопрос 2

Как формулируется закон Ома для замкнутой цепи?

Варианты ответов

• А. Сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи.
• Б. Сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорциональна сопротивлению потребителя энергии.
• В. Сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна ЭДС источника и обратно пропорциональна внутреннему сопротивлению источника тока.

Вопрос 3

Рассчитайте силу тока в цепи, содержащей источник тока с ЭДС, равной 4,5 В, и внутренним сопротивлением 1 Ом при подключении во внешней цепи резистора с со­противлением 3,5 Ом.

Варианты ответов

• А. 1 А
• Б. 2 А
• В. 0,5 А

• .

Вопрос 6

При подключении лампочки к батарее элементов с ЭДС 4, 5 В вольтметр показал напряжение на лампочке 4 В, а амперметр — силу тока 0,25 А. Каково внутреннее сопротивление батареи?

Варианты ответов

• А. 2 Ом
• Б. 4 Ом
• В. 0,5 Ом

Вопрос 7

Аккумулятор с внутренним сопротивлением 0,2 Ом и ЭДС 2 B замкнут проволокой сечением 1 мм ² и удельным сопротивлением 10⁻⁷ Ом•м. Найдите длину проволоки, если сила тока в цепи 4 А.

Варианты ответов

• А. 6м
• Б. 4м
• В.3м

сопротивление цепи равно 8 Ом. Какое сопротив