Источник тока. Сторонние силы. ЭДС источника тока

Остановимся на отдельных закономерностях тока проводи­мости. Пусть на концах проводника длиной l имеется разность по­тенциалов

Δ φ =φ ₁–φ ₂=U, которая создает внутри него электри­ческое поле напряженностью Е, направленное в сторону падения потенциала (рис. 92).

Рис. 92

.

При этом в проводнике возникнет ток от большего потен­циала φ ₁ к меньшему φ ₂.

Движение зарядов от φ ₁ к φ ₂ приводит к снижению большего (φ ₁) и повышению меньшего (φ ₂) потенциала, т.е. к выравниванию потенциалов. Как только потенциалы выравниваются, электрическое поле в проводнике исчезнет и ток прекратится. Таким образом, для поддержания электрического тока необходимо иметь специальные устройства, которые бы поддерживали на его концах разность по­тенциалов. Такое устройство называется источником тока. Источ­никами тока являются электрические генераторы, гальванические и термоэлементы, аккумуляторы. Направление тока в устройстве про­тивоположно направлению тока в проводнике. Источник тока вы­полняет и другую роль – он замыкает цепь, по которой осуществля­ется непрерывное движение зарядов. Ток течет по внешней части цепи – проводнику и по внутренней – источнику тока. Источник тока имеет два полюса: положительный с более высоким потенциа­лом и отрицательный – с более низким. При разомкнутой цепи на отрицательном полюсе (выводе) источника тока образуется избыток электронов, а на положительном – недостаток. Разделение зарядов в источнике тока производится с помощью внешних сил, так назы­ваемых сторонних, направленных против кулоновских сил, дейст­вующих на разноименные заряды в проводниках самого источника тока. Природа этих сторонних сил может быть самой различной (химической, механической, электромагнитной).

Рис.93

Если цепь, со­стоящая из проводника и источника тока, замкнута, то по ней про­ходит ток и при этом совершается работа сторонних сил А_ст. (рис. 93). Эта работа складывается из работы, совершаемой против сил электрического поля внутри источника тока (А_ист.) и работы, совершаемой против механических сил сопротивления среды ис­точника (А'), т.е. А_ст. = А_ист + А'.

Величина, равная отношению работы, которую совершают сторон­ние силы при перемещении точечного положительного заряда Q вдоль всей цепи, (включая и источник тока), к величине заряда Q называют ЭДС источника тока ε

ε = .

Работа против сил электрического поля (по определению) равна

А_ист. = Q (φ ₁ – φ ₂).

Если полюсы источника разомкнуты, то А' = 0, и тогда из формулы ε

следует ε = φ ₁ – φ ₂, т.е. ЭДС источника тока при разомкнутой внешней цепи равна раз­ности потенциалов, которая создается на его полюсах.