Сторонние силы. Электродвижущая сила и напряжение

Если два разноименных проводника А и В, заряженных до потенциалов j₁ и j₂, соединить проводником С (рис.2), то под действием поля начнет перемещение электронов в направлении АСВ, т.е. по проводнику пойдет ток в направлении ВСА.

I

j₁ j₂

А С В

Рис.2

В процессе прохождения тока произойдет выравнивание потенциалов и напряженность поля внутри проводника станет равной нулю, ток прекратится. Таким образом, электрическое поле создает в проводнике кратковременный импульс тока (сила тока в момент соединения возрастает от нуля до некоторого максимума, а затем постепенно убывает до нуля).

Для поддержания в цепи постоянного тока необходимо иметь специальное устройство, внутри которого происходило бы непрерывное разделение разноименных зарядов и их перенос к соответствующим проводникам (положительные заряды – к проводнику В, отрицательные – к А). Подобное устройство, называемое источником тока (или генератором), должно действовать на электроны (или вообще на заряды) силами неэлектростатического происхождения. Силы неэлектростатического происхождения, действующие на заряды со стороны источников тока, называются сторонними.

Природа сторонних сил может быть различной. Например, в гальванических элементах эти силы возникают за счет энергии химических реакций между электродами и электролитами; в генераторах постоянного тока – за счет энергии магнитного поля и механической энергии вращения якоря и т.п. Роль источника тока в электрической цепи, образно говоря, такая же, как роль насоса, который необходим для перекачивания жидкости в гидравлической системе. За счет создаваемого поля сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля, благодаря чему на концах внешней цепи поддерживается разность потенциалов и в цепи течет постоянный электрический ток.

Электродвижущей силой (ЭДС) e -это физическая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда, называется действующей в цепи:

. (4)

Эта работа производится за счет энергии, затрачиваемой в источнике тока, поэтому величину e можно также называть электродвижущей силой источника тока, включенного в цепь. Термин ЭДС употребляется как характеристика сторонних сил. ЭДС выражается в вольтах (В).

Напряжение U на участке 1-2 называется физическая величина, определяемая работой, совершаемой суммарным полем электростатических (кулоновских) и сторонних сил при перемещении положительного единичного заряда на данном участке цепи.

. (5)

Понятие напряжения является обобщением понятия разности потенциалов: напряжение на концах участка цепи равно разности потенциалов в том случае, если на этом участке не приложена ЭДС, т.е. сторонние силы отсутствуют.