ЭДС источника тока

«Закон Ома для полной цепи с ЭДС. Соединение источников тока в батареи».

Запишем тему сегодняшнего урока в тетрадь.

1. Чтобы ток в цепи существовал длительное время, нужно поддерживать на концах проводника постоянную разность потенциалов. Это делает источник тока (генератор). Если в цепи действуют только электрические силы, то работа их по замкнутому контуру равна нулю. На заряд должны действовать силы не только электрической, но и неэлектрической природы. Любые силы, действующие на электриче­ски заряженные частицы, кроме электростатического происхождения, называются сторонними силами. Участок цепи, на котором заряды перемещаются под действием электрических сил, называется потребителем или внешним участком. Здесь электрическая энергия превращается в другие виды. Участок цепи, на котором заряды перемещаются под действием сторонних сил, называется источником тока или внутренним участком цепи. Здесь электрическая энергия получается за счет других видов энергии. Действие сторонних сил характеризуется электродвижу­щей силой (э.д.с.). (Провести гидродинамическую аналогию).

Определение: Величину, характеризующую зависимость электрической энергии, приобретенной зарядом в генераторе, от его внутреннего устройства, называют электродвижу­щей силой (ЭДС). Ее измеряют работой сторонних сил, совершенной при перемещении единичного положительного заряда.

E = А /q

Единица ЭДС. в СИ — вольт (В).

1. В источнике тока под действием сторонних сил происходит разделение зарядов. Так как они движутся, они взаимодействуют с ионами кристаллов и электролитов, отдавая им часть своей энергии. Это приводит к уменьшению силы тока. Т.е. источник тока обладает сопротивлением, которое называют внутренним.

Составим цепь из источника тока и потребителя. ЭДС численно равна энергии, которую заряд приобрел в генераторе.

Напряжение равно той энергии, которую заряд теряет во внешней цепи. Кроме того, при движении во внутренней цепи заряд теряет энергию на преодоление сопротивления источника (I_*r)

По закону сохранения энергии для заряда:

E = U + I_*r

Т.к. U = I_* R

E = I_* R + I_*r

E = I (R + r)

I= E / (R + r)

Сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС источника к полному сопротивлению цепи.

1. Проанализируем зависимость I ( R)

А) при R ↓ I ↑

При R ↑ I ↓

Б) при R→∞ (разрыв цепи) I→0

Напряжение на полюсах источника тока равно его ЭДС

В) при R→0 (короткое замыкание) I→ E / r (ток короткого замыкания)

1. Различают 2 типа соединений источников тока: последовательное и параллельное.

2. А) последовательное

Заряд приобретает энергию в каждом источнике, поэтому E = E_1*n ; r = r _1*n

Б) параллельное

Заряд приобретает энергию в 1 источнике, поэтому E = E₁ ; r = r _1/n

Увеличение ЭДС дает только последовательное соединение, его используют, когда внутреннее сопротивление много меньше внешнего. Параллельное соединение используют, когда внутреннее сопротивление много больше внешнего. Если внешнее и внутреннее сопротивление примерно равны, то используют смешанное соединение источников.

Обобщение знаний по таблице

Задача 2.1

  Найти силу тока в цепи, если известно, что сопротивление цепи 11 Ом, а источник подключенный к ней имеет ЭДС 12 В и внутреннее сопротивление 1 Ом.

  Теперь решим задачу посложнее.

 Задача 2.2

  Источник ЭДС подключен к резистору сопротивлением 10 Ом с помощью медного провода длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм². Найти силу тока, зная, что ЭДС источника равно 12 В, а внутреннее сопротивление 1,9825 Ом.

Приступим.