Семестр. Закон Ома для замкнутой цепи связывает силу тока в цепи, ЭДС иполное сопротивление цепиR + r

Закон Ома для замкнутой цепи связывает силу тока в цепи, ЭДС иполное сопротивление цепиR + r. Эта связь может быть установлена теоретически, если использовать закон сохранения энергии и закон Джоуля-Ленца(11.8).

Закон Ома для полной цепи.

Рассмотрим простейшую полную (т. е. замкнутую) цепь, состоящую из источника тока (гальванического эле­мента, аккумулятора или генератора) и резистора сопро­тивлением R (рис. 11.5). Источник тока имеет ЭДС ε и со­противление r. Сопротивление источника часто называют внутренним сопротивлением – в отличие от внешнего сопротивления R цепи. В генераторе r – это сопротивле­ние обмоток, а в гальваническом элементе – сопротивле­ние раствора электролита и электродов.

Пусть за время ∆t через поперечное сечение проводника проходит электри­ческий заряд ∆q. Тогда работу сторон­них сил при перемещении заряда ∆q можно записать так: А_ст = ε ∆q.Со­гласно определению силы тока (11.1) ∆q = I ∆t. Поэтому:

А_ст = ε I ∆t. (11.10)

При совершении этой работы на внутреннем и внешнем участках цепи, сопротивления которых равны r и R, выделяется некоторое количество теплоты. По закону Джоуля-Ленца оно равно:

. (11.11)

По закону сохранения и превращения энергии А _ст = Q, откуда получаем:

ε I ∆t = или ε = IR + Ir. (11.12)

Закон Ома для полной цепи записывается в виде:

I =ε/(R+r). (11.13)

Сила тока в замкнутой цепи равна отношению ЭДС источника тока к полному сопротивлению цепи.

Если полюсы источника замкнуть замкнуть проводником, сопротивление которого мало по сравнению с внутренним сопротивлением источника (R << r), тогда в цепи потечет ток короткого замыкания:

I_кз =ε/r. (11.14)

Сила тока короткого замыкания – максимальная сила тока, которую можно получить от данного источника с электродвижущей силой ε и внутренним сопротивлением r. У источников с малым внутренним сопротивлением ток короткого замыкания может быть очень велик и вызывать разрушение электрической цепи или источника. Например, у свинцовых аккумуляторов, используемых в автомобилях, сила тока короткого замыкания может составлять несколько сотен ампер. Особенно опасны короткие замыкания в осветительных сетях, питаемых от подстанций (тысячи ампер). Чтобы избежать разрушительного действия таких больших токов, в цепь включаются предохранители или специальные автоматы защиты сетей.

В ряде случаев для предотвращения опасных значений силы тока короткого замыкания к источнику последовательно подсоединяется некоторое внешнее сопротивление. Тогда сопротивление r равно сумме внутреннего сопротивления источника и внешнего сопротивления, и при коротком замыкании сила тока не окажется чрезмерно большой.

Если внешняя цепь разомкнута, то вольтметр, подключенный к полюсам источника тока, показывает величину ЭДС источника.

Тема 12. (4часа)

Магнитное поле. Действие магнитного поля. Сила Ампера. Магнитное поле тока. Действие магнитного поля на движущиеся заряженные частицы. Сила Лоренца.