4.2. Сторонние силы. ЭДС

 Пусть на концах проводника длиной l создана разность потенциалов  которая порождает внутри него электрическое поле Е, направленное в сторону падения потенциала (рис. 4.5-1).  Если поле внутри проводника можно считать однородным, то

 

Рис. 4.5. Для возникновения тока необходима разность потенциалов на концах проводника.
Для поддержания разности потенциалов нужен источник тока

 При этом в проводнике возникает электрический ток, который идет от большего потенциала  к меньшему  . Движение (положительных) зарядов от к приводит к выравниванию потенциалов во всех точках. Электрическое поле в проводнике при этом исчезает, и ток прекращается. Очевидно, обязательным условием существования тока является наличие разности потенциалов

 

а для ее поддержания необходимо иметь специальное устройство, с помощью которого будет происходить разделение зарядов на концах проводника. Такое устройство называется источником тока. Таким образом, для получения тока требуется наличие замкнутой цепи и источника тока (рис. 4.5-2). Гальванические элементы, аккумуляторы, термоэлементы, электрические генераторы — примеры источников тока. Источник тока выполняет одновременно и вторую задачу — он замыкает электрическую цепь, по которой можно было бы осуществить непрерывное движение зарядов. Ток течет по внешней части — проводнику и по внутренней — источнику тока. Источник тока имеет два полюса: положительный, с более высоким потенциалом, и отрицательный, с более низким потенциалом. При разомкнутой внешней цепи на отрицательном полюсе источника тока образуется избыток электронов, а на положительном — недостаток. Разделение зарядов в источнике тока производится с помощью внешних, так называемых сторонних сил, направленных против электрических сил, действующих на разноименные заряды в проводниках самого источника тока. Природа сторонних сил может быть самой различной: механической, химической (рис. 4.6), тепловой, биологической и т. д.

Рис. 4.6. Действие сторонних сил химического происхождения 

Итак, перемещение заряда по замкнутому проводнику под действием источника тока происходит за счет сил не электростатического происхождения — сторонних сил, действующих внутри источника. Электростатические силы не могут обеспечить движение зарядов по замкнутому контуру в силу своей консервативности (работа этих сил по замкнутому контуру равна нулю).

Таким образом, если цепь, состоящая из проводника и источника тока, замкнута, то по ней проходит ток, и при этом совершается работа сторонних сил. Эта работа складывается из работы, совершаемой против сил электрического поля внутри источника тока  , и работы, совершаемой против механических сил сопротивления среды источника , то есть

(4.12)

 

Работа против сил электрического поля равна

(4.14)

Если полюсы источника разомкнуты, то  , и тогда

(4.15)

то есть ЭДС источника тока при разомкнутой внешней цепи равна разности потенциалов, которая создается на его полюсах. 

Распределение потенциала в замкнутой цепи представлено на рис. 4.7. 

Рис. 4.7. Распределение потенциала в замкнутой электрической цепи 

Ясно, что движение положительных зарядов происходит в сторону уменьшения потенциала. В то же время необходимо наличие области, где движение зарядов происходит в сторону увеличения потенциала за счет сторонних сил. Проще говоря: чтобы вода текла вниз, кто-то должен поднять её наверх.

 

Дополнительная информация

http://www.aib.ru/~kam/biography/andre-mari-amper.htm  — Андре Мари Ампер (1775–1836);

http://www.xumuk.ru/tm.html — Таблица Менделеева;

http://www.xumuk.ru/encyklopedia/914.html — гальванические элементы;

http://delaysam.ru/poleznoe/poleznoe23.html — самодельный гальванический элемент;

http://www.powerinfo.ru/galvanic-pot.php  — гальванический элемент в банке;

http://www.powerinfo.ru/accumulatortype.php — аккумулятор, типы аккумуляторов;

 http://akkumulyatoroff.net/  —  стартерные аккумуляторные батареи;

http://www.unilib.neva.ru/dl/059/CHAPTER5/Chapter5.html  — электрические машины постоянного тока, генераторы.

http://www.atomenergoprom.ru/org/npp/  — производство электроэнергии, атомная энергетика;

http://energetiko.ru/energetika/gidroenergetika/ — производство электроэнергии, гидроэнергетика;

http://www.energy-bio.ru/ — производство электроэнергии, альтернативная энергетика;

http://www.gelezo.com/electricity/520000/520400/520440/44_sposobi_zashiti_ot_porajeniya_elektricheskim_tokom_v_elektroustanovkah.html — защита от поражения электротоком.