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 не электростатического происхождения. Такие устройства называются источниками тока. Силы не электростатического происхождения, действующие на заряды со стороны источников тока, называются сторонними. Эти силы могут быть обусловлены химическими процессами, диффузией носителей тока в неоднородной среде или через границу двух разнородных веществ, электрическими полями, порождаемыми меняющимся во времени магнитным полем.

Сторонние силы можно охарактеризовать работой, которую они совершают над перемещающимися по цепи зарядами. Величина, равная работе сторонних сил над единичным положительным зарядом, называется электродвижущей силой (эдс)

. (7.3)

Эта работа производится за счет энергии, затрачиваемой в источнике тока, поэтому величину можно также называть электродвижущей силой источника тока, включенного в цепь.

Сторонняя сила , действующая на заряд , может быть выражена как

,

где – напряженность поля сторонних сил. Работа же сторонних сил по перемещению заряда на замкнутом участке цепи

. (7.4)

Разделив (7.4) на , получим выражение для эдс, действующей в цепи

,

т. е. эдс, действующая в замкнутой цепи, может быть определена как циркуляция вектора напряженности поля сторонних сил. Эдс, действующая на участке 1 –2,

.

На заряд помимо сторонних сил действуют также силы электростатического поля . Таким образом, результирующая сила, действующая в цепи на заряд, определится как .

Работа, совершаемая результирующей силой над зарядом , на участке 1–2

.

Физическая величина, определяемая работой, совершаемой суммарным полем электростатических (кулоновских) и сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда на данном участке цепи, называется напряжением . Таким образом,

. (7.5)

Понятие напряжения является обобщением понятия разности потенциалов: напряжение на концах участка цепи равно разности потенциалов в том случае, если на этом участке не действует эдс.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: