Электродвижущая сила. Закон Ома для полной цепи. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В МЕТАЛЛАХ. Природа электрического тока в металлах

Работа и мощность электрического тока. Работу сил электрического поля, создающего электрический ток, называют работой тока. Работа сил электрического поля или работа электрического тока на участке цепи с электрическим сопротивлением за время равна

(43.11)

Мощность электрического тока равна отношению работы тока ко времени , за которое эта работа совершена:

Работа электрического тока выражается в джоулях, мощность - в ваттах.

Если на участке цепи под действием электрического поля не совершается механическая работа и не происходят химические превращения веществ, то работа электрического поля приводит только к нагреванию проводника. При этом работа электрического тока равна количеству теплоты, выделяемому проводником с током:

. (43.12)

Закон (43.12) был экспериментально установлен английским ученым Джеймсом Джоулем (1818-1889) и русским ученым ЭмилиемХристиановичемЛенцем (1804-1865), поэтому носит название закона Джоуля - Ленца.

Внутреннее сопротивление источника тока. В электрической цепи, состоящей из источника тока и проводников с электрическим сопротивлением , электрический ток совершает работу не только на внешнем, но и на внутреннем участке цепи. Например, при подключении лампы накаливания к гальванической батарее карманного фонаря электрическим током нагреваются не только спираль лампы и подводящие провода, но и сама батарея. Электрическое сопротивление источника тока называется внутренним сопротивлением. В электромагнитном генераторе внутренним сопротивлением является электрическое сопротивление провода обмотки генератора. На внутреннем участке электрической цепи выделяется количество теплоты, равное

, (43.13)

где - внутреннее сопротивление источника тока.

Полное количество теплоты, выделяющееся при протекании постоянного тока в замкнутой цепи, внешний и внутренний участки которой имеют сопротивления, соответственно равные и , равно

. (43.14)

Электродвижущая сила. Полная работа сил электростатического поля при движении зарядов по замкнутой цепи постоянного тока равна нулю. Следовательно, вся работа электрического тока в замкнутой электрической цепи оказывается совершенной за счет действия сторонних сил, вызывающих разделение зарядов внутри источника и поддерживающих постоянное напряжение на выходе источника тока. Отношение работы , совершаемой сторонними силами по перемещению заряда вдоль цепи, к значению этого заряда называется электродвижущей силой источника (ЭДС) :

(43.15)

где - переносимый заряд.

Электродвижущая сила выражается в тех же единицах, что и напряжение или разность потенциалов, т.е. в вольтах.

Закон Ома для полной цепи. Если в результате прохождения постоянного тока в замкнутой электрической цепи происходит только нагревание проводников, то по закону сохранения энергии полная работа электрического тока в замкнутой цепи, равная работе сторонних сил источника тока, равна количеству теплоты, выделившейся на внешнем и внутреннем участках цепи:

. (43.16)

Из выражений (43.14), (43.15) и (43.16) получаем

. (43.17)

Так как , то

, (43.18)

или . (43.19)

Сила тока в электрической цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника тока и обратно пропорциональна сумме электрических сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи. Выражение (43.19) называется законом Ома для полной цепи.