Законы сохранения в механике статика и гидродинамика механические колебания и волны основы термодинамики

разделение зарядов. В результате на одном полюсе источника 
накапливаются положительные заряды, а на втором полюсе отри-
цательные заряды. Между полюсами возникает разность потенциалов.
В химических источниках тока сторонние силы имеют химическую 
природу. Например, если цинковые и медные электроды опустим в 
серную кислоту, положительные ионы цинка покидают свой электрод 
чаще, чем положительные ионы меди. В результате между медными и 
цинковыми электродами появляется разность потенциалов: потенциал 
медного электрода будет больше потенциала цинкового. Медный электрод 
становится положительным полюсом источника тока, а цинковый электрод 
будет отрицательным полюсом. 
Сторонние силы в источнике тока при перемещении свободных зарядов 
против сил электростатического поля выполняют работу 
А
ст
.
Эта работа будет пропорциональна количеству зарядов 
q
, 
перемещаемых по цепи за заданное время. Исходя из этого, отношение 
выполненной работы сторонних сил к количеству заряда не зависит 
ни от 
А
cт
, ни от 
q
и может считаться характеристикой источника тока.
Физическая величина, равная отношению работы 
А
ст
сторонних сил 
при перемещении заряда 
q
от отрицательного полюса источника тока к 
положительному к величине этого заряда, называется 
электродвижущей 
силой источника (
ЭДС
)
и обозначается буквой 
E
:
E
= 
A
cт
q
. 
(8.9) 
ЭДС, как и напряжение, измеряется в вольтах.
Если сила тока в цепи будет равна 
I
, за время 
t
по цепи проходит заряд: 
q = It.
Исходя из этого, формулу (8.9) запишем следующим образом:
 
A
cт
= 
E
 It. 
(8.10)
За это время внутри источника тока и во внешней цепи выделяется
количество тепла
 
Q
внут
= 
I
 
2
rt 
и 
Q
внеш
= 
I
 
2
Rt
(8.11)
Здесь 
r
– является сопротивлением источника и называется внут ренним 
сопротивлением.
Согласно закону сохранения энергии:
 
Q
внеш
+ 
Q
внут
= 
A
cт
. 
(8.12)
После выполнения соответствующих действий, подставляя формулы 
(8.9), (8.10) и (8.11) в (8.12), получим выражение

---

140
I
R r
=
+
E
(8.13)
Это выражение называется законом Ома для всей цепи.
Величина (
R + r
) называется полным сопротивлением цепи. 
Закона Ома для всей цепи запишем в виде:
 E
= 
IR
+ 
Ir.
(8.14)
Первое слагаемое в этом выражении равно напряжению полюсов 
источника:
IR = U
.
Максимальное напряжение на полюсах источника равно 
E
. 
Это происходит при 
I
= 0. Когда к внешней цепи не подсоединено 
сопротивление, сила тока равняется нулю. В этом случае
U
мax
= 
E
.
Минимальное напряжение между полюсами источника равно нулю. В 
случае, когда происходит короткое замыкание, т.е. 
R
= 0, сила тока будет 
максимальной:
I
кз
=
E
r
.
(8.15)
Это называют 
током короткого замыкания
.
Выполненная работа на внешней цепи называется полезной работой. 
Ее запишем буквой 
А
полез
. Используя формулу работы, выполненной током,
получим
A
полез
= 
I
 
2
Rt
Учитывая, что
A
cт
= 
I
 
2
Rt + I
 
2
 
rt,
найдем отношение полезной работы к работе выполненной внешними 
силами:
η =
A
полез
А
ст
=
=
+
+
I Rt
I Rt I rt
R
R r
2
2
2
. 
(8.16)
Это отношение, выраженное в процентах, называется КПД источника 
тока.

---

141
1.
Почему электростатическое поле не может служить
источником энергии электрической цепи?
2. Что означает понятие «сторонние силы»?
3. Что такое электродвижущая сила?
4. Какое явление называется коротким замыканием?