Условия существования электрического тока. Э.Д.С. Падение напряжения

Если в цепи на носители тока дей­ствуют только силы электростатическо­го поля, то происходит перемещение носителей (они предполагаются поло­жительными) от точек с большим по­тенциалом к точкам с меньшим потен­циалом. Это приводит к выравниванию потенциалов во всех точках цепи и к исчезновению электрического поля. Поэтому для существования постоян­ного тока необходимо наличие в цепи устройства, способного создавать и под­держивать разность потенциалов за счет работы сил неэлектростатическо­го происхождения. Такие устройства называются источниками тока.

Силы неэлектростатического про­исхождения, действующие на заряды со стороны источников тока, называются сторонними.

Заряженные частицы, согласно основам молекулярно-кинетической теории, участвуют в тепловом движении. В электрическом поле на тепловое движение частиц накладывается движение направленное. Под электрическим током понимают направленную составляющую движения заряженных частиц. За направление электрического тока принимают направление движения положительно заряженных частиц.

Условия, необходимые для существования электрического тока:

наличие свободных электрически заряженных частиц;
- наличие внутри проводника эл. поля действующего с силой на заряженные частицы для их упорядоченного движения (свободные электроны по инерции, без действия силы, перемещаться не могут из-за тормозящего воздействия на них кристаллической решетки). Если в проводнике существует эл. поле, то между концами проводника есть разность потенциалов.
Если разность потенциалов постоянна во времени, в проводнике течет постоянный ток.

Физическая величина, определяе­мая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда, называется электродвижущей силой (ЭДС), дей­ствующей в цепи: ε=A/Q₀

Эта работа производится за счет энергии, затрачиваемой в источнике тока, поэтому величину можно также называть электродвижущей силой ис­точника тока, включенного в цепь. Ча­сто, вместо того чтобы сказать: «в цепи действуют сторонние силы», говорят: «в цепи действует ЭДС», т.е. термин «электродвижущая сила» употребляет­ся как характеристика сторонних сил. ЭДС, как и потенциал, выражается в вольтах.

Сторонняя сила F_CT, действующая на заряд Q₀, может быть выражена как

где Е_ст — напряженность поля сторон­них сил.

Работа сторонних сил по перемеще­нию заряда Q₀ на замкнутом участке цепи

Разделив это выражение на Q₀, получим вы­ражение для ЭДС, действующей в цепи:

т.е. ЭДС, действующая в замкнутой цепи, может быть определена как цир­куляция вектора напряженности поля сторонних сил.

На заряд Q₀ помимо сторонних сил действуют также силы электростати­ческого поля F_e = Q₀E. Таким образом, результирующая сила, действующая в цепи на заряд равна

Работа, совершаемая результирую­щей силой над зарядом на участке 1 — 2, равна

. Можем записать работу используя уравнение ЭДС.

A₁₂=Q₀ε₁₂ + Q₀(φ₁ – φ₂). Для замкнутой цепи работа электро­статических сил равна нулю, поэтому в данном случае

A₁₂ = Q₀ε₁₂

Падение напряжения – это разность между напряжением у источника тока и напряжением на зажимах приёмника, затрачиваемая на преодоление сопротивления проводника при прохождении по нему эл. тока. Падение напряжения измеряется в вольтах. Согласно закону Ома падение напряжения равно произведению сопротивления проводника на силу проходящего по нему тока. В Цепях переменного тока, где кроме активного сопротивления имеются индуктивное и ёмкостное, имеют место активное, индуктивное и ёмкостное падения напряжения.