În fizică, conceptul forta electromotoare(prescurtat - EMF) este utilizată ca principală caracteristică energetică a surselor de curent.

Forța electromotoare (EMF)

Forta electromotoare (EMF) - capacitatea sursei de energie de a crea și menține o diferență de potențial pe cleme.

EMF- măsurat în volți

Tensiunea la bornele sursei este întotdeauna mai mică EMF prin căderea de tensiune.

Forta electromotoare

U RH = E – U R0

U RH este tensiunea la bornele sursei. Măsurat cu circuitul extern închis.

E - EMF - măsurată din fabrică.

Forta electromotoare (EMF) este o mărime fizică, care este egală cu câtul împărțirii muncii care, la deplasarea unei sarcini electrice, este efectuată de forțe exterioare într-un circuit închis, la această sarcină însăși.

Trebuie remarcat faptul că forta electromotoareîn sursa de curent apare și în absența curentului în sine, adică atunci când circuitul este deschis. Această situație este de obicei numită „inactiv”, iar valoarea în sine EMF când este egală cu diferența acelor potențiale care sunt disponibile la bornele sursei de curent.

Forța electromotoare chimică

Chimic forta electromotoare este prezent în baterii, baterii galvanice în cursul proceselor de coroziune. În funcție de principiul pe care este construită funcționarea unei anumite surse de energie, acestea se numesc fie baterii, fie celule galvanice.

Una dintre principalele caracteristici distinctive ale celulelor galvanice este că aceste surse de curent sunt, ca să spunem așa, de unică folosință. În timpul funcționării lor, acele substanțe active prin care se eliberează energie electrică, ca urmare a reacțiilor chimice, se descompun aproape complet. De aceea, dacă celula galvanică este complet descărcată, atunci nu mai este posibilă utilizarea ei ca sursă de curent.

Spre deosebire de celulele galvanice, bateriile sunt reutilizabile. Acest lucru este posibil deoarece reacțiile chimice care au loc în ele sunt reversibile.

forță electromagnetică electromotoare

electromagnetic EMF apare în timpul funcționării unor dispozitive precum dinamo, motoare electrice, șocuri, transformatoare etc.

Esența sa este următoarea: atunci când conductorii sunt plasați într-un câmp magnetic și sunt mișcați în acesta în așa fel încât liniile magnetice de forță să se intersecteze, are loc ghidarea. EMF. Dacă circuitul este închis, atunci apare un curent electric în el.

În fizică, fenomenul descris mai sus se numește inducție electromagnetică. forta electromotoare, care este indus în acest caz, se numește EMF inducţie.

Trebuie remarcat faptul că indicarea EMF Inducția are loc nu numai în acele cazuri când conductorul se mișcă într-un câmp magnetic, ci și atunci când rămâne staționar, dar în același timp se modifică mărimea câmpului magnetic în sine.

Forța electromotoare fotoelectrică

Acest soi forta electromotoare apare atunci când există fie un efect fotoelectric extern, fie intern.

În fizică, efectul fotoelectric (efectul fotoelectric) înseamnă acel grup de fenomene care au loc atunci când lumina acționează asupra unei substanțe și, în același timp, în ea sunt emiși electroni. Acesta se numește efect fotoelectric extern. Dacă, totuși, apare forta electromotoare sau conductivitatea electrică a unei substanțe se modifică, atunci vorbesc despre un efect fotoelectric intern.

Acum, atât efectele fotoelectrice externe cât și cele interne sunt utilizate pe scară largă pentru a proiecta și fabrica un număr mare de astfel de receptori de radiații luminoase care convertesc semnalele luminoase în cele electrice. Toate aceste dispozitive se numesc fotocelule și sunt folosite atât în ​​tehnologie, cât și în diverse cercetări științifice. În special, fotocelulele sunt folosite pentru a face cele mai obiective măsurători optice.

Forța de antrenare electrostatică

Cât despre acest tip forta electromotoare, apoi, de exemplu, apare în timpul frecării mecanice care are loc în unitățile de electrofor (demonstrație specială de laborator și dispozitive auxiliare), are loc și în nori de tunet.

Generatoarele Wimshurst (acesta este un alt nume pentru mașinile cu electrofor) utilizează un astfel de fenomen precum inducția electrostatică pentru funcționarea lor. În timpul funcționării lor, sarcinile electrice se acumulează la poli, în borcanele Leyden, iar diferența de potențial poate atinge valori foarte substanțiale (până la câteva sute de mii de volți).

Natura electricității statice este aceea că apare atunci când, din cauza pierderii sau achiziționării de electroni, echilibrul intramolecular sau intraatomic este perturbat.

Forța electromotoare piezoelectrică

Acest soi forta electromotoare apare atunci când are loc fie strângerea, fie întinderea unor substanțe numite piezoelectrice. Ele sunt utilizate pe scară largă în modele precum senzori piezoelectrici, oscilatoare cu cristal, hidrofoane și altele.

Este efectul piezoelectric care stă la baza funcționării senzorilor piezoelectrici. Ei înșiși aparțin senzorilor așa-numitului tip generator. În ele, intrarea este forța aplicată, iar ieșirea este cantitatea de electricitate.

În ceea ce privește dispozitivele precum hidrofoanele, funcționarea acestora se bazează pe principiul așa-numitului efect piezoelectric direct, pe care îl au materialele piezoceramice. Esența sa constă în faptul că, dacă presiunea sonoră este aplicată pe suprafața acestor materiale, atunci apare o diferență de potențial pe electrozii lor. Mai mult, este proporțională cu mărimea presiunii sonore.

Unul dintre principalele domenii de aplicare a materialelor piezoelectrice este producerea de oscilatoare de cuarț, care au rezonatoare de cuarț în proiectarea lor. Astfel de dispozitive sunt concepute pentru a primi oscilații cu o frecvență strict fixă, care sunt stabile atât în ​​timp, cât și cu schimbările de temperatură și au, de asemenea, un nivel foarte scăzut de zgomot de fază.

Forța electromotoare termoionică

Acest soi forta electromotoare apare atunci când emisia termică a particulelor încărcate are loc de la suprafața electrozilor încălziți. Emisia termoionică este utilizată destul de larg în practică, de exemplu, funcționarea aproape tuturor tuburilor radio se bazează pe aceasta.

Forța electromotoare termoelectrică

Acest soi EMF apare atunci când temperatura este distribuită foarte neuniform la diferite capete ale conductorilor diferiți sau pur și simplu la diferite părți ale circuitului.

termoelectric forta electromotoare utilizat în dispozitive precum pirometre, termocupluri și mașini de refrigerare. Senzorii a căror funcționare se bazează pe acest fenomen se numesc termoelectrici și sunt, de fapt, termocupluri formate din electrozi lipiți împreună, din diferite metale. Când aceste elemente sunt fie încălzite, fie răcite, a EMF, care este proporțională cu modificarea temperaturii.

La capetele conductorului, si de aici curentul, este necesar sa existe forte exterioare de natura neelectrica, cu ajutorul carora are loc separarea sarcinilor electrice.

Forțe terțe toate forțele care acționează asupra particulelor încărcate electric dintr-un circuit sunt numite, cu excepția electrostaticelor (adică, Coulomb).

Forțe terțe pun în mișcare particule încărcate în interiorul tuturor surselor de curent: în generatoare, la centrale electrice, în celule galvanice, baterii etc.

Când circuitul este închis, se creează un câmp electric în toți conductorii circuitului. În interiorul sursei de curent, sarcinile se deplasează sub acțiunea forțelor externe împotriva forțelor Coulomb (electronii se mută de la un electrod încărcat pozitiv la unul negativ), iar în restul circuitului sunt antrenați de un câmp electric (vezi figura de mai sus ).

În sursele de curent, în procesul de lucru pentru separarea particulelor încărcate, diferite tipuri de energie sunt convertite în energie electrică. În funcție de tipul de energie convertită, se disting următoarele tipuri de forță electromotoare:

- electrostatic- într-un aparat electrofor, în care energia mecanică este transformată în energie electrică în timpul frecării;

- termoelectric- într-un termoelement, energia internă a unei joncțiuni încălzite de două fire din metale diferite este transformată în energie electrică;

- fotovoltaic— într-o celulă foto. Aici, energia luminii este transformată în energie electrică: atunci când anumite substanțe sunt iluminate, de exemplu, seleniu, oxid de cupru (I), siliciu, se observă o pierdere a unei sarcini electrice negative;

- chimică- în celule galvanice, baterii și alte surse în care energia chimică este transformată în energie electrică.

Forța electromotoare (EMF)- caracteristica surselor de curent. Conceptul de EMF a fost introdus de G. Ohm în 1827 pentru circuitele DC. În 1857, Kirchhoff a definit EMF ca fiind munca forțelor externe în timpul transferului unei sarcini electrice unitare de-a lungul unui circuit închis:

ɛ \u003d A st / q,

Unde ɛ - EMF a sursei curente, Un st- munca forțelor externe, q este suma taxei transferate.

Forța electromotoare este exprimată în volți.

Putem vorbi despre forța electromotoare în orice parte a circuitului. Aceasta este munca specifică a forțelor externe (lucrarea de a muta o sarcină unitară) nu în întregul circuit, ci numai în această zonă.

Rezistența internă a sursei de curent.

Să existe un circuit închis simplu format dintr-o sursă de curent (de exemplu, o celulă galvanică, o baterie sau un generator) și un rezistor cu rezistență R. Curentul într-un circuit închis nu este întrerupt nicăieri, prin urmare, există și în interiorul sursei de curent. Orice sursă este un fel de rezistență la curent. Se numeste rezistența internă a sursei de curentși este marcat cu litera r.

În generator r- aceasta este rezistența înfășurării, într-o celulă galvanică - rezistența soluției de electrolit și a electrozilor.

Astfel, sursa de curent se caracterizează prin valorile EMF și rezistența internă, care determină calitatea acesteia. De exemplu, mașinile electrostatice au un EMF foarte mare (până la zeci de mii de volți), dar în același timp rezistența lor internă este uriașă (până la sute de Mohms). Prin urmare, nu sunt potrivite pentru a primi curenți mari. În celulele galvanice, EMF este de numai aproximativ 1 V, dar și rezistența internă este mică (aproximativ 1 ohm sau mai puțin). Acest lucru le permite să primească curenți măsurați în amperi.

Inducția electromagnetică - generarea de curenți electrici prin câmpuri magnetice care se modifică în timp. Descoperirea acestui fenomen de către Faraday și Henry a introdus o anumită simetrie în lumea electromagnetismului. Maxwell într-o teorie a reușit să adune cunoștințe despre electricitate și magnetism. Cercetările sale au prezis existența undelor electromagnetice înainte de observațiile experimentale. Hertz și-a dovedit existența și a deschis epoca telecomunicațiilor pentru omenire.

Legile Faraday și Lenz

Curenții electrici creează efecte magnetice. Este posibil ca un câmp magnetic să genereze unul electric? Faraday a descoperit că efectele dorite apar din cauza modificărilor câmpului magnetic în timp.

Atunci când un conductor este străbătut de un flux magnetic alternativ, în el este indusă o forță electromotoare, determinând un curent electric. Sistemul care generează curentul poate fi un magnet permanent sau un electromagnet.

Fenomenul inducției electromagnetice este guvernat de două legi: cea a lui Faraday și a lui Lenz.

Legea lui Lenz vă permite să caracterizați forța electromotoare în raport cu direcția acesteia.

Important! Direcția emf indusă este astfel încât curentul pe care îl provoacă tinde să se opună cauzei care o creează.

Faraday a observat că intensitatea curentului indus crește atunci când numărul de linii de câmp care traversează circuitul se modifică mai repede. Cu alte cuvinte, EMF de inducție electromagnetică este direct dependentă de viteza fluxului magnetic în mișcare.

Formula FEM de inducție este definită astfel:

E \u003d - dF / dt.

Semnul „-” arată modul în care polaritatea emf indusă este legată de semnul fluxului și de schimbarea vitezei.

Se obține o formulare generală a legii inducției electromagnetice, din care pot fi derivate expresii pentru cazuri particulare.

Mișcarea unui fir într-un câmp magnetic

Când un fir de lungime l se mișcă într-un câmp magnetic cu inducție B, în interiorul acestuia va fi indus un EMF, proporțional cu viteza sa liniară v. Pentru a calcula EMF, se utilizează formula:

• în cazul mișcării conductorului perpendicular pe direcția câmpului magnetic:

E \u003d - B x l x v;

• în cazul mișcării la un unghi diferit α:

E \u003d - B x l x v x sin α.

EMF indus și curentul vor fi direcționate în direcția pe care o găsim folosind regula mâinii drepte: plasând mâna perpendicular pe liniile câmpului magnetic și îndreptând degetul mare în direcția în care se mișcă conductorul, puteți afla direcția EMF din restul de patru degete îndreptate.

Bobina rotativa

Funcționarea generatorului de energie electrică se bazează pe rotația circuitului în MP, care are N spire.

EMF este indusă în circuitul electric ori de câte ori fluxul magnetic îl traversează, în conformitate cu definiția fluxului magnetic Ф = B x S x cos α (inducția magnetică înmulțită cu aria suprafeței prin care trece MP și cosinusul unghi format de vectorul B şi dreapta perpendiculară pe planul S).

Din formula rezultă că F este supusă modificărilor în următoarele cazuri:

• se modifică intensitatea MF - vectorul B;
• zona delimitată de contur variază;
• orientarea dintre ele, dată de unghi, se modifică.

În primele experimente ale lui Faraday, curenții induși s-au obținut prin modificarea câmpului magnetic B. Cu toate acestea, este posibil să se inducă un EMF fără a deplasa magnetul sau a schimba curentul, ci pur și simplu prin rotirea bobinei în jurul axei sale în câmpul magnetic. În acest caz, fluxul magnetic se modifică datorită modificării unghiului α. Bobina, în timpul rotației, traversează liniile MP, apare un emf.

Dacă bobina se rotește uniform, această schimbare periodică are ca rezultat o schimbare periodică a fluxului magnetic. Sau numărul de linii de forță MF traversate în fiecare secundă ia valori egale cu intervale de timp egale.

Important! FEM indusă se modifică odată cu orientarea în timp de la pozitiv la negativ și invers. Reprezentarea grafică a EMF este o linie sinusoidală.

Pentru formula pentru EMF de inducție electromagnetică, se utilizează expresia:

E \u003d B x ω x S x N x sin ωt, unde:

• S este aria limitată de o tură sau cadru;
• N este numărul de spire;
• ω este viteza unghiulară cu care se rotește bobina;
• B – inducția MF;
• unghiul α = ωt.

În practică, la alternatoare, adesea bobina rămâne staționară (stator) și electromagnetul se rotește în jurul ei (rotor).

Auto-inducție EMF

Când un curent alternativ trece prin bobină, acesta generează un câmp magnetic alternativ, care are un flux magnetic în schimbare care induce o fem. Acest efect se numește auto-inducție.

Deoarece MP este proporțional cu intensitatea curentului, atunci:

unde L este inductanța (H), determinată de mărimi geometrice: numărul de spire pe unitatea de lungime și dimensiunile secțiunii lor transversale.

Pentru FEM de inducție, formula ia forma:

E \u003d - L x dI / dt.

Dacă două bobine sunt situate una lângă alta, atunci se induce în ele un EMF de inducție reciprocă, în funcție de geometria ambelor circuite și de orientarea lor unul față de celălalt. Când separarea circuitelor crește, inductanța reciprocă scade, pe măsură ce fluxul magnetic care le conectează scade.

Să fie două bobine. Prin firul unei bobine cu N1 spire, curge curentul I1, creând un MF care trece prin bobina cu N2 spire. Apoi:

1. Inductanța reciprocă a celei de-a doua bobine în raport cu prima:

M21 = (N2 x F21)/I1;

1. Flux magnetic:

F21 = (M21/N2) x I1;

1. Aflați emf indusă:

E2 = - N2 x dФ21/dt = - M21x dI1/dt;

1. EMF este indus identic în prima bobină:

E1 = - M12 x dI2/dt;

Important! Forța electromotoare cauzată de inductanța reciprocă într-o bobină este întotdeauna proporțională cu schimbarea curentului electric în cealaltă.

Inductanța reciprocă poate fi considerată egală cu:

M12 = M21 = M.

În consecință, E1 = - M x dI2/dt și E2 = M x dI1/dt.

M = K √ (L1 x L2),

unde K este coeficientul de cuplare dintre două inductanțe.

Fenomenul de inductanță reciprocă este utilizat în transformatoare - dispozitive electrice care vă permit să schimbați valoarea tensiunii unui curent electric alternativ. Dispozitivul este format din două bobine înfășurate în jurul unui miez. Curentul prezent în primul creează un câmp magnetic schimbător în circuitul magnetic și un curent electric în cealaltă bobină. Dacă numărul de spire ale primei înfășurări este mai mic decât celălalt, tensiunea crește și invers.

Pe lângă generarea, transformarea energiei electrice, inducția magnetică este utilizată în alte dispozitive. De exemplu, în trenurile cu levitație magnetică care nu se deplasează în contact direct cu șinele, ci cu câțiva centimetri mai sus din cauza forței de repulsie electromagnetică.

Video

Subiecte ale codificatorului USE: forța electromotoare, rezistența internă a sursei de curent, legea lui Ohm pentru un circuit electric complet.

Până acum, în studiul curentului electric, am luat în considerare mișcarea dirijată a sarcinilor libere în circuit extern, adică în conductoare conectate la bornele sursei de curent.

După cum știm, sarcina pozitivă:

Intră în circuitul extern de la borna pozitivă a sursei;

Se deplasează într-un circuit extern sub influența unui câmp electric staționar creat de alte sarcini în mișcare;

Acesta ajunge la borna negativă a sursei, completându-și calea în circuitul extern.

Acum sarcina noastră pozitivă trebuie să își închidă traiectoria și să se întoarcă la terminalul pozitiv. Pentru a face acest lucru, el trebuie să depășească segmentul final al căii - în interiorul sursei de curent de la terminalul negativ la cel pozitiv. Dar gândește-te bine: nu vrea deloc să meargă acolo! Terminalul negativ îl atrage spre sine, terminalul pozitiv îl respinge de la sine și, ca urmare, o forță electrică acționează asupra sarcinii noastre în interiorul sursei, îndreptată împotriva mișcarea sarcinii (adică împotriva direcției curentului).

forță terță parte

Cu toate acestea, curentul curge prin circuit; prin urmare, există o forță care „trage” sarcina prin sursă în ciuda opoziției câmpului electric al bornelor (Fig. 1).

Orez. 1. Puterea terților

Această forță se numește forță exterioară; Datorită ei funcționează sursa curentă. O forță externă nu are nimic de-a face cu un câmp electric staționar - se spune că are neelectrice origine; în baterii, de exemplu, apare din cauza fluxului de reacții chimice adecvate.

Se notează prin munca unei forțe externe pentru a muta sarcina pozitivă q în interiorul sursei de curent de la borna negativă la cea pozitivă. Acest lucru este pozitiv, deoarece direcția forței externe coincide cu direcția mișcării sarcinii. Lucrarea unei forțe externe se mai numește funcţionarea sursei curente.

Nu există nicio forță externă în circuitul extern, astfel încât munca forței externe pentru a muta sarcina în circuitul extern este zero. Prin urmare, munca unei forțe externe în deplasarea sarcinii în jurul întregului circuit este redusă la munca de deplasare a acestei sarcini numai în interiorul sursei de curent. Astfel, aceasta este și munca unei forțe externe în deplasarea sarcinii de-a lungul lanțului.

Vedem că forța externă nu este potențială - munca sa atunci când se deplasează o sarcină de-a lungul unei căi închise nu este egală cu zero. Aceasta nepotenţialitate este cea care asigură circulaţia curentului electric; câmpul electric potențial, așa cum am spus mai devreme, nu poate suporta un curent constant.

Experiența arată că munca este direct proporțională cu sarcina mutată. Prin urmare, raportul nu mai este dependent de sarcină și este o caracteristică cantitativă a sursei de curent. Această relație este indicată de:

(1)

Această valoare este numită forta electromotoare(EMF) sursă de curent. După cum puteți vedea, EMF se măsoară în volți (V), așa că denumirea de „forță electromotoare” este extrem de nefericită. Dar a fost de mult înrădăcinată, așa că trebuie să-l suportați.

Când vedeți inscripția de pe baterie: „1,5 V”, atunci știți că acesta este exact EMF. Este această valoare egală cu tensiunea pe care o creează bateria în circuitul extern? Se dovedește că nu! Acum vom înțelege de ce.

Legea lui Ohm pentru un circuit complet

Orice sursă de curent are propria rezistență, care se numește rezistență internă această sursă. Astfel, o sursă de curent are două caracteristici importante: EMF și rezistența internă.

Fie o sursă de curent cu un EMF egal cu , și o rezistență internă este conectată la un rezistor (care în acest caz se numește rezistor extern, sau sarcina externă, sau încărcătură utilă). Toate acestea împreună se numesc lanț complet(Fig. 2).

Orez. 2. Lanț complet

Sarcina noastră este să găsim curentul din circuit și tensiunea pe rezistor.

În timp, o sarcină trece prin circuit. Conform formulei (1), sursa curentă face treaba:

(2)

Deoarece puterea curentului este constantă, munca sursei este convertită în întregime în căldură, care este eliberată la rezistențele și. Această cantitate de căldură este determinată de legea Joule-Lenz:

(3)

Deci, , și echivalăm părțile corecte ale formulelor (2) și (3):

După ce reducem la obținem:

Deci am găsit curentul în circuit:

(4)

Formula (4) se numește Legea lui Ohm pentru un circuit complet.

Dacă conectați bornele sursei cu un fir de rezistență neglijabilă, atunci obțineți scurt circuit. În acest caz, curentul maxim va curge prin sursă - scurt circuit:

Datorită micii rezistențe interne, curentul de scurtcircuit poate fi foarte mare. De exemplu, o baterie a penlightului se încălzește în același timp, astfel încât să vă ardă mâinile.

Cunoscând puterea curentului (formula (4)), putem găsi tensiunea pe rezistor folosind legea lui Ohm pentru secțiunea circuitului:

(5)

Această tensiune este diferența de potențial dintre punctele și (Fig. 2). Potențialul punctului este egal cu potențialul terminalului pozitiv al sursei; potenţialul punctului este egal cu potenţialul terminalului negativ. Prin urmare, stresul (5) se mai numește tensiune la bornele sursei.

Vedem din formula (5) ce se va întâmpla într-un circuit real - la urma urmei, acesta este înmulțit cu o fracție mai mică de unu. Dar sunt două cazuri în care .

1. Sursa de curent ideala. Acesta este numele unei surse cu rezistență internă zero. La , formula (5) dă .

2. Circuit deschis. Luați în considerare sursa de curent în sine, în afara circuitului electric. În acest caz, putem presupune că rezistența externă este infinit de mare: . Atunci valoarea nu se poate distinge de , iar formula (5) ne dă din nou .

Sensul acestui rezultat este simplu: dacă sursa nu este conectată la circuit, atunci voltmetrul conectat la polii sursei își va afișa EMF.

Eficiența circuitului electric

Nu este greu de înțeles de ce un rezistor se numește sarcină utilă. Imaginează-ți că este un bec. Căldura generată de un bec este util, pentru că datorită acestei călduri, becul își îndeplinește scopul - dă lumină.

Să notăm cantitatea de căldură eliberată pe sarcina utilă în timpul respectiv.

Dacă curentul din circuit este , atunci

O anumită cantitate de căldură este de asemenea eliberată la sursa curentă:

Cantitatea totală de căldură eliberată în circuit este:

Eficiența circuitului electric este raportul dintre căldura utilă și totalul:

Eficiența circuitului este egală cu unitatea numai dacă sursa de curent este ideală.

Legea lui Ohm pentru o zonă eterogenă

Legea simplă a lui Ohm este valabilă pentru așa-numita secțiune omogenă a circuitului - adică secțiunea pe care nu există surse de curent. Acum vom obține relații mai generale, din care urmează atât legea lui Ohm pentru o secțiune omogenă, cât și legea lui Ohm obținută mai sus pentru un circuit complet.

Secțiunea circuitului este numită eterogen dacă are o sursă de curent. Cu alte cuvinte, o secțiune neomogenă este o secțiune cu un EMF.

Pe fig. 3 prezintă o secțiune neomogenă care conține un rezistor și o sursă de curent. EMF-ul sursei este , rezistența sa internă este considerată a fi zero (dacă rezistența internă a sursei este , puteți pur și simplu înlocui rezistorul cu un rezistor ).

Orez. 3. EMF „ajută” curentul:

Puterea curentului în secțiune este egală, curentul curge din punct în punct. Acest curent nu este neapărat cauzat de o singură sursă. Zona luată în considerare, de regulă, face parte dintr-un circuit (nu este prezentat în figură), iar alte surse de curent pot fi prezente în acest circuit. Prin urmare, curentul este rezultatul acțiunii cumulate toate sursele din circuit.

Fie potențialele punctelor și egale cu și, respectiv. Subliniem încă o dată că vorbim despre potențialul unui câmp electric staționar generat de acțiunea tuturor surselor circuitului - nu doar sursa aparținând acestei secțiuni, ci și, eventual, disponibilă în afara acestei secțiuni.

Tensiunea din zona noastră este: În timp, o sarcină trece prin secțiune, în timp ce câmpul electric staționar face treaba:

În plus, munca pozitivă este realizată de sursa de curent (la urma urmei, sarcina a trecut prin ea!):

Puterea curentului este constantă, prin urmare, munca totală de avansare a sarcinii, efectuată pe amplasament de un câmp electric staționar și forțele sursei externe, este complet transformată în căldură:.

Înlocuim aici expresiile pentru , și legea Joule–Lenz:

Reducând cu , obținem Legea lui Ohm pentru o secțiune neomogenă a unui circuit:

(6)

sau, care este același:

(7)

Observați semnul plus din fața acestuia. Am indicat deja motivul pentru aceasta - sursa curentă în acest caz funcționează pozitiv lucru, „trăgând” sarcina din interiorul ei de la terminalul negativ la cel pozitiv. Pur și simplu, sursa „ajută” curgerea curentului de la un punct la altul.

Observăm două consecințe ale formulelor derivate (6) și (7) .

1. Dacă site-ul este omogen, atunci . Apoi din formula (6) obținem - legea lui Ohm pentru o secțiune omogenă a lanțului.

2. Să presupunem că sursa de curent are o rezistență internă. Acest lucru, așa cum am menționat deja, este echivalent cu înlocuirea cu:

Acum să închidem secțiunea noastră conectând punctele și . Obținem lanțul complet discutat mai sus. În acest caz, se dovedește că formula anterioară se va transforma și în legea lui Ohm pentru un lanț complet:

Astfel, legea lui Ohm pentru o secțiune omogenă și legea lui Ohm pentru un circuit complet urmează ambele din legea lui Ohm pentru o secțiune neomogenă.

Poate exista un alt caz de conectare, când sursa „împiedecă” trecerea curentului prin secțiune. O astfel de situație este prezentată în fig. 4 . Aici, curentul care vine de la to este direcționat împotriva acțiunii forțelor externe ale sursei.

Orez. 4. EMF „interferează” cu curentul:

Cum este posibil acest lucru? Este foarte simplu: alte surse disponibile în circuitul din afara secțiunii luate în considerare „coperează” sursa din secțiune și forțează curentul să curgă împotriva. Exact asta se întâmplă atunci când puneți telefonul la încărcare: adaptorul conectat la priză provoacă mișcarea încărcărilor împotriva forțelor externe ale bateriei telefonului, iar bateria este astfel încărcată!

Ce se va schimba acum în derivarea formulelor noastre? Un singur lucru - munca forțelor externe va deveni negativă:

Atunci legea lui Ohm pentru o secțiune neomogenă va lua forma:

(8)

unde, ca mai înainte, este tensiunea pe secțiune.

Să punem împreună formulele (7) și (8) și să scriem legea lui Ohm pentru secțiunea cu EMF după cum urmează:

Curentul curge din punct în punct. Dacă direcția curentului coincide cu direcția forțelor externe, atunci un „plus” este plasat în față; dacă aceste direcții sunt opuse, atunci se pune „minus”.

Circuit electric constă dintr-o sursă de curent, consumatori de energie electrică, fire de legătură și o cheie care servește la deschiderea și închiderea circuitului și a altor elemente (Fig. 1).

Se numesc desene care arată cum se conectează dispozitivele electrice într-un circuit scheme electrice. Dispozitivele de pe diagrame sunt indicate prin semne convenționale.

După cum sa menționat, pentru a menține un curent electric în circuit, este necesar ca la capetele acestuia (Fig. 2) să existe o diferență de potențial constantă. φ A- φ b. Lasati la momentul initial φ A > φ B , apoi transferul de sarcină pozitivă q dintr-un punct DAR exact LA va duce la o scădere a diferenței de potențial dintre ele. Pentru a menține o diferență de potențial constantă, este necesar să transferați exact aceeași sarcină de la Bîn A. Daca in directie DAR → LA sarcinile se deplasează sub acțiunea forțelor unui câmp electrostatic, apoi în direcția LA → DAR mișcarea sarcinilor are loc împotriva forțelor câmpului electrostatic, adică. sub acțiunea unor forțe de natură neelectrostatică, așa-numitele forțe terțe. Această condiție este îndeplinită într-o sursă de curent care susține mișcarea sarcinilor electrice. În majoritatea surselor de curent, doar electronii se mișcă, în celulele galvanice - ioni de ambele semne.

Sursele de curent electric pot fi diferite în designul lor, dar în oricare dintre ele se lucrează pentru a separa particulele încărcate pozitiv și negativ. Separarea sarcinilor are loc în cadrul acțiunii forțe exterioare. Fortele terte actioneaza doar in interiorul sursei de curent si pot fi cauzate de procese chimice (baterii, celule galvanice), actiunea luminii (fotocelule), campuri magnetice modificate (generatoare) etc.

Orice sursă de curent este caracterizată de o forță electromotoare - EMF.

forta electromotoare ε sursa de curent este o mărime scalară fizică egală cu munca forțelor externe pentru a deplasa o unitate de sarcină pozitivă de-a lungul unui circuit închis

Unitatea SI a forței electromotoare este voltul (V).

EMF este o caracteristică energetică a unei surse de curent.

În sursa curentă, în cursul lucrărilor privind separarea particulelor încărcate, are loc o transformare mecanică, ușoară, internă etc. energie în electricitate. Particulele separate se acumulează la polii sursei de curent (locurile la care consumatorii sunt conectați folosind borne sau cleme). Un pol al sursei de curent este încărcat pozitiv, celălalt negativ. Se creează un câmp electrostatic între polii sursei de curent. Dacă polii unei surse de curent sunt conectați printr-un conductor, atunci apare un curent electric într-un astfel de circuit electric. În acest caz, natura câmpului se schimbă, acesta încetează să mai fie electrostatic.

Figura 3 prezintă schematic terminalul negativ al sursei de curent și secțiunea capătului firului metalic atașat la aceasta sub forma unui conductor sferic. Linia punctată arată câteva linii ale intensității câmpului terminal înainte ca firul să fie introdus în el, iar săgețile arată forțele care acționează asupra electronilor liberi ai firului situat în punctele marcate cu numere. Electronii din diferite puncte ale secțiunii transversale a firului sub acțiunea forțelor Coulomb ale câmpului terminal capătă mișcare nu numai de-a lungul axei firului. De exemplu, un electron situat într-un punct 1 , este implicat în mișcarea „actuală”. Dar aproape de puncte 2, 3, 4, 5 electronii au capacitatea de a se acumula pe suprafața firului. În plus, distribuția de suprafață a electronilor de-a lungul lungimii firului nu va fi uniformă. Prin urmare, conectarea unui fir la o bornă sursă de curent va face ca unii electroni să se miște de-a lungul firului, iar unii electroni să se acumuleze pe suprafață. Distribuția neuniformă a electronilor pe suprafața sa asigură neechipotențialitatea acestei suprafețe, prezența componentelor intensității câmpului electric direcționate de-a lungul suprafeței conductorului. Acesta este câmpul de electroni redistribuiți ai conductorului însuși și asigură mișcarea ordonată a altor electroni. Dacă distribuția electronilor pe suprafața conductorului nu se modifică în timp, atunci se numește un astfel de câmp câmp electric staționar. Astfel, rolul principal în crearea unui câmp electric staționar îl au sarcinile situate la polii sursei de curent. Când circuitul electric este închis, interacțiunea acestor sarcini cu sarcinile libere ale conductorului duce la apariția unor sarcini de suprafață necompensate pe întreaga suprafață a conductorului. Aceste sarcini sunt cele care creează un câmp electric staționar în interiorul conductorului pe întreaga sa lungime. Acest câmp din interiorul conductorului este uniform, iar liniile de tensiune sunt direcționate de-a lungul axei conductorului (Fig. 4). Procesul de stabilire a unui câmp electric de-a lungul conductorului are loc cu o viteză c≈ 3 10 8 m/s.

Ca un câmp electrostatic, este potențial. Dar există diferențe semnificative între aceste domenii:

1. câmp electrostatic - câmpul sarcinilor fixe. Sursa unui câmp electric staționar este sarcinile în mișcare, iar numărul total de sarcini și modelul de distribuție a acestora într-un spațiu dat nu se modifică în timp;

2. Un câmp electrostatic există în afara conductorului. Puterea câmpului electrostatic este întotdeauna egală cu 0 în interiorul volumului conductorului, iar în fiecare punct al suprafeței exterioare a conductorului este direcționat perpendicular pe această suprafață. Un câmp electric staționar există atât în ​​exterior, cât și în interiorul conductorului. Intensitatea unui câmp electric staționar nu este egală cu zero în interiorul volumului conductorului, iar la suprafață și în interiorul volumului există componente ale intensității care nu sunt perpendiculare pe suprafața conductorului;

3. potenţialele diferitelor puncte ale conductorului prin care trece curentul continuu sunt diferite (suprafaţa şi volumul conductorului nu sunt echipotenţiale). Potențialele tuturor punctelor de pe suprafața unui conductor într-un câmp electrostatic sunt aceleași (suprafața și volumul conductorului sunt echipotențiale);

4. Un câmp electrostatic nu este însoțit de apariția unui câmp magnetic, dar un câmp electric staționar este însoțit de apariția lui și este indisolubil legat de acesta.