Закон Ома для цепи, содержащей ЭДС

Если два заряженных телаАи В, имеющие разные потенциалы j₁ и j₂ (рис. 24), соединить проводником АаВ, то по нему потечет ток, который через короткое время, когда потенциалы уравняются, прекратится. Для поддержания постоянного тока необходимо поддерживать неизменной разность потенциалов (j₁ –j₂ = const), а для этого необходимо переносить заряды по пути ВА. Однако на участке ВbА зарядам придется перемещаться против электрических сил. Это перемещение могут совершить лишь сторонние силы(т.е. силы неэлектрической природы).

Устройства, обеспечивающие возникновение и действие сторонних сил, называют источниками тока.В этих устройствах происходит разделение разноименных разрядов. Под действием сторонних сил электрические заряды внутри источника тока движутся в направлении, противоположном действию сил электрического поля. В результате этого на полюсах источника тока поддерживается постоянная разность потенциалов.

Сторонние силы должны совершать работу по перемещению зарядов. Работа, которую совершают сторонние силы при перемещении единичного положительного электрического заряда вдоль всей цепи, равна электродвижущей силе (ЭДС) источника тока.

Единица ЭДС – вольт (В).

Рассмотрим участок цепи ab с сопротивлением R, содержащий источник с ЭДС E. При протекании электрического тока потаком участку над зарядом при его перемещении совершается работа как кулоновскими (А_к), так и сторонними (А_ст) силами. Полная работа равна сумме этих работ:

А=А_К+А_ст.

Разделив обе части этого соотношения на q, получим: . Применим это соотношение к участку АВ электрической цепи, по которой протекает постоянный ток: . Величина = j_А – j_В характеризует разность потенциалов в точках А и В, а величина =E –электродвижущую силу, действующую на участке АВ, поэтому:

E.

Физическая величина, численно равная полной работе, которая совершается кулоновскими и сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда вдоль участка цепи (например, АВ) из точки А в точку В, называется напряжением(падением напряжения) на этом участке: E

Электрический ток, проходя по внутренней части цепи, преодолевает ее внутреннее сопротивление и потому внутри источника также происходит падение напряжения.

Следовательно, электродвижущая сила (э.д.с.) источника электрической энергии идет на покрытие внутренних и внешних потерь напряжения в цепи.

Если обозначитьЕ— электродвижущую силу в вольтах, I — ток в амперах, r - сопротивление внешней части цепи в омах, r₀ — сопротивление внутренней части цепи в омах, U₀— внутреннее падение напряжения и U— внешнее падение напряжения цепи, то получим, что

E=U₀+U=Ir₀+Ir=I(r₀+r),

Это закон Ома для полной цепи: .