logo
Лекции 1 курс 2 семестр печать

1.Електрорушійна сила джерела струму. Закон Ома для повного кола

Будь-яке електричне коло (рис. 4.2.6) можна поділити на дві ділянки:

1) зовнішню ділянку кола;

2) внутрішню ділянку кола.

На зовнішній ділянці кола електричні заряди рухаються під дією електричного поля, оскільки тут струм проходить від вищого потенціалу до нижчого. На внутрішній частині кола струм проходить всередині самого джерела струму і тут заряди переміщуються від нижчого потенціалу до вищого ( від "-" до "+" ). Цю роботу з переміщення зарядів електричне поле виконувати не може, її мають виконати сторонні сили - сили не електричного походження. Природа сторонніх сил може бути різною. Це можуть бути механічні, хімічні, магнітні та інші сили.

Дія сторонніх сил характеризується важливою фізичною скалярною величиною - електрорушійною силою. Електрорушійна сила в замкненому контурі дорівнює відношенню роботи сторонніх сил під час переміщення заряду вздовж контуру до заряду:

. Як і напругу чи потенціал у СІ ЕРС вимірюють у вольтах: [ε] = B.

Закон Ома для повного кола пов'язує силу струму в колі, ЕРС, і повний опір кола R + r, де r - внутрішній опір джерела; R - опір зовнішньої ділянки кола (рис.4.2.7). Цей зв'язок може бути встановлений завдяки закону Джоуля-Ленца, за яким кількість теплоти, яка виділяється провідником зі струмом, дорівнює добутку квадрата сили струму, опору провідника R і часу проходження струму по провіднику ∆t: Q = I 2R∆t.

Нехай за час ∆t через поперечний переріз провідника проходить електричний заряд ∆q. Тоді роботу сторонніх сил з переміщення заряду ∆q можна виразити так: Aст = ε∆q, із виразу   ∆q = I∆t. Тому Aст = εI∆t. Унаслідок виконання певної роботи на внутрішніх і зовнішніх ділянках кола, опори яких r i R, виділяється певна кількість теплоти. За законом Джоуля-Ленца вона дорівнює: Q = I 2R∆t +   I 2r∆t.

Згідно із законом збереження енергії A = Q. Прирівнявши, отримуємо ε = IR + Ir, звідки: ε= I(R + r).

Із цього виразу бачимо, що сила струму в замкненому колі дорівнює відношенню ЕРС джерела струму до повного опору кола.

.                                                                               (4.2.4)

Вираз (4.2.4) називають законом Ома для повного кола. Під час значного зменшення опору зовнішньої ділянки кола () струм досягає максимального для джерела значення:

.

Такий випадок називають коротким замиканням, а відповідне значення струму - струмом короткого замикання Iкз. Коротке замикання - головний недолік паралельного з'єднання. Унаслідок короткого замикання енергія проходить через один із паралельно з'єднаних опорів (найменший), без струму залишаються інші споживачі. Це призводить до загоряння ізоляції, розплавлення з'єднувальних провідників і спричиняє пожежу. Для уникнення цієї небезпеки в електричних колах застосовують автоматичні вимикачі струму (плавкі запобіжники, механічні реле тощо).