Какие силы называются сторонними

5.5. Сторонние силы. Эдс

Под действием кулоновских сил электростатического поля в проводниках происходит выравнивание потенциалов на концах проводников ( = 0) и ток прекращается. Поэтому для поддержания длительное время в цепи постоянного тока, наряду с участками, где положительные носители тока движутся в сторону уменьшения потенциала, должны иметься участки, на которых перенос этих зарядов происходит в сторону возрастания потенциала, т. е. против сил электрического поля.

Это возможно лишь под действием сил не электростатического происхождения. Такие силы называют сторонними.

Физическая природа сторонних сил может быть самой разнообразной: механической, химической, световой, магнитной и т. д.

Количественной характеристикой сторонних сил является напряженность поля сторонних сил. Если в проводнике под действием электрического поля и поля сторонних силвозникает электрический ток, то согласно принципу суперпозиции полей плотность тока в нем

. (5.11)

Это уравнение называют законом Ома в дифференциальной форме для неоднородного участка проводника или любой проводящей среды.

Неоднородным называют участок цепи, на котором действуют сторонние силы (рис. 5.3). Если ток течет вдоль тонких проводов, то направление тока совпадает с направлением оси их и плотность тока будет практически одинаковой во всех точках сечения проводников.

Для получения формулы закона Ома для неоднородного участка цепи правую и левую части формулы (5.11) разделим на коэффициент электропроводимости  и скалярно умножим на вектор элемента длины проводника , а полученное выражение проинтегрируем по всей длине проводника от сечения 1 до сечения 2

(5.12)

или .

В последнем выражении интеграл слева преобразуем с учетом того, что

и .

В результате получим ,

где подынтегральное выражение  сопротивление участка цепи , а интеграл  полное сопротивление R проводника от точки 1 до точки 2.

Первый интеграл в правой части  разность потенциалов  = ₁  ₂, т. е. . (5.13)

Второй интеграл справа представляет собой электродвижущую силу (ЭДС) поля сторонних сил, действующую на данном участке цепи, т. е.

₁₂. (5.14)

Электродвижущая сила численно равна работе сторонних сил по перемещению единичного, положительного заряда на данном участке цепи.

Согласно определению ₁₂=, (5.15)

С учетом указанных преобразований формула (5.14) принимает вид:

IR = (₁  ₂) + ₁₂. (5.16)

Таким образом, получили уравнение, выражающее закон Ома для неоднородного участка цепи в интегральной форме.

Замечание 1: Если точки 1 и 2 участка цепи соединить, т. е. ₁= ₂, то получим формулу закона Ома для замкнутой цепи (рис. 5.4):

IR = ₁₂, (5.17)

где R = R₁₂ + r; R  полное сопротивление замкнутой цепи; R₁₂  сопротивление однородного участка проводника; r  внутреннее сопротивление источника тока с ЭДС ₁₂ ; А  амперметр, включается в цепь последовательно (клемма «+» источника тока соединяется с клеммой «+» амперметра, а клемма «» соединяется с клеммой «» амперметра); V  вольтметр, который подключается параллельно нагрузке, например, внешнему сопротивлению с соблюдением полярности, как указано для амперметра.

Распределение потенциала вдоль замкнутой электрической цепи, содержащей источник ЭДС на участке 12 приведено на (рис. 5.5).

Для наглядности потенциал отложен вдоль образующих произвольной цилиндрической поверхности, которая опирается на контур с током.

Точки 1 и 2 соответствуют положительной и отрицательной клеммам источника.

Процесс протекания тока происходит следующим образом: положительные заряды скатываются по наклонной плоскости от точки с потенциалом ₁ к точке с потенциалом ₂ по внешнему участку цепи (₁а₂).

Внутри источника ЭДС они поднимаются от ₂ к ₁ (₂б₁) за счет сторонних сил в направлении, указанном стрелкой.

Замечание 2: Если участок цепи содержит только ЭДС между точками 1 и 2, т. е. источник тока разомкнут, то I = 0, ₂  ₁ = (рис. 5.6).

Следовательно, ЭДС источника тока можно определить как разность потенциалов на его клеммах в разомкнутой цепи, т.е. к клеммам источника необходимо присоединить вольтметр.

При последовательном соединении N одинаковых источников с ЭДС и внутренним сопротивлениемr сила тока в цепи

.

При параллельном соединении N одинаковых источников с ЭДС и внутренним сопротивлениемr сила тока в цепи

.

Что такое сторонние силы? Какова их природа? Дайте определение эдс.

Эдс, напряжение, разность потенциалов (физический смысл).

16.09.2019 30.28 Кб 0 Билет 31.docx

16.09.2019 82.43 Кб 1 Билет 8 и 13.doc

16.09.2019 173.13 Кб 1 Билет № 7, 15.docx

15.08.2019 202.75 Кб 0 билеты 9-12.doc

02.05.2015 6.9 Mб 36 билеты информатика.rtf

02.05.2015 67.22 Кб 164 билеты по физике 1 курс.docx

14.08.2019 44 Кб 2 билеты шпоры 13 -15.docx

09.08.2019 156.16 Кб 5 Билеты(Защита инф.)новые..doc

10.03.2016 12.22 Mб 618 Бугаевский Л.М. — Математическая картография — 1998.pdf

26.09.2019 181.81 Кб 20 буссольная и глазомерная съемка.docx

02.05.2015 1.48 Mб 19 в 1.docx

Ограничение

Для продолжения скачивания необходимо пройти капчу:

6.2. Сторонние силы. Электродвижущая сила. Напряжение

Сторонние силы. Если в цепи на носители тока действуют только силы электростатического поля, то происходит перемещение носителей заряда (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 электростатического поля. Поэтому для существования постоянного тока необходимо наличие в цепи источника электродвижущей силы (ЭДС).

Источник ЭДС (источник тока) – устройство, способное создавать и поддерживать в цепи разность потенциалов за счет работы сил неэлектростатического происхождения.

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

Чтобы поддерживать ток достаточно длительное время, нужно с помощью устройства, называемого источником тока, от конца проводника с меньшим потенциалом непрерывно отводить приносимые сюда током заряды, а к концу с большим потенциалом непрерывно их подводить.

Физическая природа сторонних сил может быть различна. Они могут быть обусловлены химическими процессами, диффузией носителей в неоднородной среде или через границу двух разнородных веществ, электрическими (но не электростатическими) полями, порождаемыми меняющимися во времени магнитными полями (гальванические элементы, аккумуляторы, термоэлементы, генераторы и т.д.).

Источник ЭДС в электрической цепи играет роль насоса, перекачивающего заряды. Под действием создаваемого поля сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника ЭДС против сил электростатического поля, благодаря чему на концах цепи поддерживается разность потенциалов и в цепи течет постоянный электрический ток.

Электродвижущая сила. Для количественной характеристики сторонних сил введено понятие поля сторонних сил. Его характеризуют либо напряженностью поля сторонних сил , либо работой А_ст, совершаемой сторонними силами при перемещении зарядов.

Скалярная физическая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда, называется электродвижущей силой (ЭДС) , действующей в цепи или на ее участке:

Размерность ЭДС совпадает с размерностью потенциала, измеряясь в вольтах.

Напряженность поля сторонних сил вводят как величину, равную сторонней силе, действующей на единичный положительный заряд:

Работа сторонних сил по перемещению заряда Q₀ на замкнутом участке цепи может быть определена, как циркуляция вектора напряженности сторонних сил:

Тогда ЭДС, действующая в замкнутой цепи,

ЭДС на участке 1-2 определяется как:

ЭДС является алгебраической величиной. Если она способствует движению носителей тока в данном направлении, то , если препятствует, .

Напряжение. Кроме сторонних сил, на заряд действуют силы электростатического поля , поэтому результирующая сила, действующая в каждой точке цепи на заряд Q₀, равна

Работа, совершаемая этой суммарной силой над единичным положительным зарядом на участке цепи 1-2:

Используя выражения для ЭДС на участке цепи и разности потенциалов на концах участка цепи можно записать:

Работа, совершаемая этой суммарной силой над единичным положительным зарядом на участке цепи 1-2, называется падением напряжения или просто напряжением U₁₂ на данном участке цепи.

Напряжение – это физическая величина, определяемая работой, совершаемой суммарным полем электростатических (кулоновских) и сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда на данном участке цепи.

Итак, напряжение на неоднородном участке цепи (где есть сторонние силы) равно сумме ЭДС источника и разности потенциалов на этом участке:

Для однородного участка цепи, где сторонние силы не действуют,

т.е. напряжение совпадает с разностью потенциалов на концах участка цепи.

Итак, понятие напряжения является обобщением понятия разности потенциалов.

Ответы на вопросы «Постоянный электрический ток. § 4. Источник тока в электрической цепи»

Сторонние силы — силы, вызывающие разделение зарядов. Природа этих сил неэлектрическая. Под действием только кулоновских сил заряды стремятся двигаться в другую сторону, т.е. заряды будут не разделяться, а нейтрализоваться.

2. Опишите особенности движения заряженной частицы в электролите источника тока.

Положительно заряженный ион под действием сторонних сил движется от катода к аноду. Также на него действуют силы Кулона и сопротивления, направленные противоположно скорости иона. Достигнув электрода, ион увеличивает его заряд.

3. Дайте определение ЭДС. В каких единицах она измеряется?

ЭДС численно равна работе, совершаемой сторонними силами при перемещении между полюсами источника единичного положительного заряда от отрицательного полюса к положительному.

4. Почему разность потенциалов между полюсами источника тока, замкнутого проводником, меньше ЭДС?

Так как

5. Может ли напряжение источника равняться его ЭДС? При каком условии?

Может, если источник тока разомкнут.
Источник:

Решебник по физике за 11 класс (Касьянов В.А., 2002 год),
задача №4
к главе «Постоянный электрический ток. § 4. Источник тока в электрической цепи».