2015-05-26
1589
| Работа по перемещению заряда вдоль замкнутого контура определяется двумя слагаемыми: работой кулоновских сил при перемещении зарядов из точки с большим в точку с меньшим потенциалом и работой сил неэлектрического происхождения, которые действуют на заряды и заставляют их двигаться против сил электрического поля. Эти силы называются сторонними силами.
 (3.1)
|
Если бы этих сил в замкнутой цепи не существовало, то работа по перемещению зарядов по замкнутой цепи только за счет электростатических сил равнялась бы нулю. Однако опыт показывает, что в проводнике с током выделяется определенное количество теплоты. Следовательно, должен существовать источник энергии, поддерживающий ток в цепи и восполняющий убыль энергии на нагревание проводника. Знакомый всем пример устройства, поддерживающего постоянный ток в цепи, - батарейка для карманного фонаря, где сторонними силами являются химические силы.
По определению электродвижущей силой (ЭДС) называется отношение работы сторонних сил Аст по перемещению заряда q к величине этого заряда:
|
|
|
(3.2)
Из электростатики известно, что работа кулоновских сил
. (3.3)
Аналогично
, (3.4)
Тогда полная работа из (3.1)
. (3.5)
Отношение полной работы по перемещению заряда вдоль замкнутого контура к величине этого заряда называется напряжением
, (3.6)
следовательно 
. (3.7)
Участок цепи, на котором отсутствует ЭДС, называется однородным. Напряжение на нем 
и сила тока определяется законом Ома для однородного участка цепи:
, (3.8)
где величина, обратная сопротивлению называется электрической проводимостью
. (3.9)
Участок цепи, в который включен источник тока, называется неоднородным. Закон Ома для него имеет вид
, (3.10)
где r – внутренне сопротивление источника тока.
Если цепь замкнута, то 
и закон Ома имеет вид:
. (3.11)
При протекании тока через проводник, обладающий сопротивлением, выделяется теплота, количество которой пропорционально его сопротивлению, квадрату силы тока и времени
. (3.12)
Если сила тока изменяется со временем, то
. (3.13)
Это закон Джоуля-Ленца. Он имеет следующее объяснение. Рассмотрим однородный проводник, к которому приложено напряжение U. За время dt через каждое сечение проводника пройде заряд dq=Idt. Это равносильно тому, что заряд dq переносится из одного конца проводника в другой. При этом силы поля совершают работу dA=Udq=UIdt. По закону Ома U=RI, тогда интегрируя, получим 
. Согласно закону сохранения энергии, эквивалентная этой работе энергия должна выделяться в виде внутренней энергии проводника, в результате чего проводник нагревается.
