Работа при перемещении электрического заряда. Движение заряженной частицы в однородном электрическом поле, вакууме; движение потока частиц; сила тока; плотность тока. Ток в металлах. Закон Ома для замкнутой цепи. Законы Кирхгофа. Виды соединения проводников, страница 18

Если на участке цепи действуют не только электростатические силы, но и сторонние, то работа А по пере­мещению зарядов на этом участке складывается из работы электроста­тических сил А_э и работы сторонних сил А_ст:

                                                                .                                                     (1)

 Напряжениемна таком участке на­зывается отношение работы А по пе­ремещению зарядов на этом участке к значению переносимого заряда q:

                                                                  .                                                        (2)

В этом случае имеется в виду работа всех сил, действующих на данном участке цепи (как электростатиче­ских, так и сторонних).

Напряжение равно отношению работы всех сил, действующих на данном участке, к значению перено­симого заряда.

Разделим левую и правую части равенства (1) на заряд q:

                                                        .                                                  (3)

В этом равенстве левая часть – этонапряжение Uна неоднородном участке цепи, первый член правой части равенства - это разность потенциалов, а второй член - эти ЭДС.

Учитывая это, равенство (3)можно переписать следующим образом:

                                                   .                                                       (4)

Из формулы (4) видно, что в общем случае напряжение на данном участке цепи равно алгебраической сумме разности потенциалов и ЭДС на этом участке. Если же на участке действуют только электростатиче­ские силы и, следовательно, ЭДС на этом участке равна нулю (е = 0), то

.

Таким образом, только в частном случае, когда на участке цепи дей­ствуют лишь электростатические си­лы, понятия напряжения и разности потенциалов совпадают.

Закон Ома для неоднородного участка цепи по аналогии с I=U/R имеет вид:

                                                         .                                                   (5)

Это выражение можно переписать в виде

                                                            .                                                      (6)

Закон Ома для полной цепи

На рисунке 2 изображена замкнутая цепь постоянного тока. ЭДС источ­ника равна е, его внутреннее сопро­тивление r, сопротивление внешнего участка цепи (нагрузки) R, сопро­тивлением проводов пренебрегаем. Ток течет в направлении, указанном стрелкой.

Рисунок 2 – Замкнутая цепь постоянного тока

По закону Ома для внешнего участка цепи АВ имеем:

Внутренний участок цепи ВА являетея неоднородным, следовательно, согласно (6) закон Ома записывается так:

.

Сложив оба равенства, получим:

.

Откуда

                                                                 .                                                        (7)

Формула (7) выражает закон Ома для полной цепи: сила тока в полной цепи равна электродвижущей силе источника, деленной на сумму сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи.

Из формулы закона Ома следует, что сила тока в цепи зависит от трех величин. Две из них – ЭДС и внутреннее сопротивление источника относятся к самому источнику, и третья - R- к внешней цепи.

Формула закона Ома для всей цепи показывает, как можно приближенно измерить ЭДС источника. Если замкнуть источник на вольтметр, сопротивление которого R_Bзначительно больше внутреннего сопротив­ления источника r(R_B > r), то внут­ренним сопротивлением можно пре­небречь и тогда из формулы (7) следует:

                                                                  .                                                      (8)

Чем больше сопротивление вольтметра по сравнению с сопротивле­нием источника тока, тем его пока­зания ближе к истинному значению ЭДС источника. Принципиально пра­вильно напряжение между полюсами разомкнутого источника можно из­мерить с помощью электрометра или электростатического вольтметра.