Reklama

Электродвижущая сила источника электрической энергии

Работа сил электрического поля при перемещении заряда по замкнутому контуру равна нулю. Это означает, что если в замкнутой цепи на заряды действуют одни только электрические силы, то работу с помощью тока получить нельзя. Следовательно, в электрической цепи должен быть хотя бы один такой участок, в котором на подвижные носители зарядов, кроме сил электрического поля, действовали бы еще какие-либо другие силы, способные совершить работу по перемещению этих зарядов. Такие силы называют сторонними.

Представим себе два заряженных проводника А и В (рис. 16.3). Допустим, что потенциал проводника А больше, чем потенциал проводника В. Если соединить их проводником АСВ, то положительные заряды под действием сил электрического поля FЭЛ устремятся от А к В по проводнику АСВ. Однако это движение очень скоро прекратится, так как потенциалы проводников А и В станут равными. Чтобы этого не произошло и движение носителей тока продолжалось достаточно долго, необходимо положительные заряды из точки В каким-то образом переносить снова в точку А, например, по проводнику ВDА. Но такое перемещение зарядов самопроизвольно происходить не может, так как силы электрического поля действуют на них в противоположную сторону.

IMG_20141014_0005_cr

Следовательно, в проводнике ВDА на заряды должны действовать сторонние силы FСТ, направленные против сил электрического поля и превышающие их по величине. Тогда на участке АСВ носители тока будут двигаться под действием сил электрического поля от А к В, а на участке ВDА — под действием поля сторонних сил от B к A. В этом случае в замкнутой цепи будет непрерывно циркулировать поток зарядов, т. е. будет идти электрический ток, а потенциалы проводников A и В не смогут выровняться.

Сторонние силы будут совершать работу по перемещению подвижных носителей зарядов на участке ВОА, преодолевая противодействие электрического поля и частиц вещества, из которого сделан проводник ВОА. За счет работы, выполненной сторонними силами против сил электрического поля, ток совершает работу на участке цепи АСВ.

Таким образом, на участке ВDА электрическая энергия получается за счет других видов энергии, а на участке АСВ, наоборот, электрическая энергия будет превращаться в другие виды энергии, например, во внутреннюю энергию проводника. Поэтому участок цепи, в котором заряды движутся в сторону действия сторонних сил, называют источником электрической энергии (участок ВDA), а участок, в котором заряды движутся в сторону действия электрических сил, называют потребителем электрической энергии.

Отметим, что в электротехнике источники электрической энергии называют генераторами. Те из них, в которых химическая энергия превращается в электрическую, называют гальваническими элементами или аккумуляторами.

Величину, характеризующую зависимость электрической энергии, приобретенной зарядом в генераторе, от внутреннего устройства последнего, называют электродвижущей силой генератора и обозначают э. д. с. или ξ. Электродвижущую силу генератора измеряют работой сторонних сил, выполненной при перемещении единичного положительного заряда:

ξ= АСТ/q. (16.8)

Итак, длительный ток может идти в замкнутой цепи только при наличии в ней э.д.с. Если убрать проводник АСВ (рис. 16.3), то в результате перемещения зарядов на участке ВБ А под действием сторонних сил в точке А будут накапливаться положительные заряды, а в точке В — отрицательные. Напряжение U между проводниками A и B будет увеличиваться до тех пор, пока электрические и сторонние силы, действующие на заряды, не сравняются. Тогда накопление зарядов в точках A и B прекратится, а напряжение между А и В достигнет максимального значения для данного генератора. (Объясните, почему напряжение на генераторе при разомкнутой цепи равно его э. д. с.)

Таким образом, чтобы измерить э. д. с. генератора, нужно присоединить к нему вольтметр при разомкнутой цепи.

Reklama