Закон Ома для повного кола, визначення якого стосується значення електричного струму в реальних ланцюгах, знаходиться в залежності від джерела струму і від опору навантаження. Цей закон носить і іншу назву - закон Ома для замкнутих ланцюгів. Принцип дії даного закону полягає в наступному.

Як найпростіший приклад, електрична лампа, що є споживачем електричного струму, спільно з джерелом струму є не що інше, як замкнута. Дана електричний ланцюг наочно показана на малюнку.

Електрострум, проходячи через лампочку, також проходить і через сам джерело струму. Таким чином, під час проходження по ланцюга, струм випробує опір не тільки провідника, а й опір, безпосередньо, самого джерела струму. У джерелі опір створюється електролітом, що знаходяться між пластинами і прикордонними шарами пластин і електроліту. Звідси випливає, що в замкнутому ланцюзі, її загальний опір буде складатися з суми опорів лампочки і джерела струму.

Зовнішнє і внутрішнє опір

Опір навантаження, в даному випадку лампочки, з'єднаної з джерелом струму, носить назву зовнішнього опору. Безпосереднє опір джерела струму називається внутрішнім опором. Для більш наочного зображення процесу, все значення необхідно умовно позначити. I -, R - зовнішній опір, r - внутрішній опір. Коли по електричному ланцюзі протікає струм, то для того, щоб підтримувати його, між кінцями зовнішньої ланцюга має бути присутня різниця потенціалів, яка має значення IхR. Однак, перебіг струму спостерігається і у внутрішній ланцюга. Значить, для того, щоб підтримати електрострум у внутрішній ланцюга, також необхідна різниця потенціалів на кінцях опору r. Значення цієї різниці потенціалів одно Iхr.

Електрорушійна сила акумулятора

Акумулятор повинен мати таке значення електрорушійної сили, здатної підтримувати необхідний струм в ланцюзі: Е \u003d IхR + Iхr. З формули видно, що електрорушійна сила акумулятора складає суму зовнішнього і внутрішнього. Значення струму потрібно винести за дужки: Е \u003d I (r + R). Інакше можна уявити: I \u003d Е / (r + R). Двома останніми формулами виражається закон Ома для повного кола, визначення якого звучить наступним чином: в замкнутому ланцюзі сила струму прямо пропорційна електрорушійної силі і обернено пропорційна сумі опорів цьому ланцюзі.

Джерело - це пристрій, який перетворює механічну, хімічну, термічну і деякі інші форми енергії в електричну. Іншими словами, джерело є активним мережевим елементом, призначеним для генерації електроенергії. різні типи джерел, доступних в електромережі, являють собою джерела напруги і джерела струму. Ці дві концепції в електроніці відрізняються один від одного.

Джерело постійної напруги

Джерело напруги - пристрій з двома полюсами, напруга його в будь-який момент часу є постійним, і проходить через нього струм не впливає. Таке джерело буде ідеальним, мають нульове внутрішній опір. В практичних умовах він не може бути отриманий.

На негативному полюсі джерела напруги накопичується надлишок електронів, у позитивного полюса - їх дефіцит. Стану полюсів підтримуються процесами всередині джерела.

батареї

Батареї зберігають хімічну енергію всередині і здатні перетворювати її в електричну. Батареї не можуть бути перезаряджені, що є їх недоліком.

Акумулятори

Акумулятори є перезаряджаємими батареями. при зарядці електрична енергія зберігається всередині у вигляді хімічної. Під час розвантаження хімічний процес протікає в протилежному напрямку, а електрична енергія вивільняється.

приклади:

1. Свинцево-кислотний акумуляторний елемент. Виготовляється з свинцевих електродів і електролітичної рідини у вигляді розведеної дистильованою водою сірчаної кислоти. Напруга на осередок - близько 2 В. В автомобільних акумуляторах шість осередків зазвичай з'єднані в послідовне коло, на клемах виходу результуюча напруга - 12 В;

1. Нікель-кадмієві акумулятори, напруга осередку - 1,2 В.

Важливо! При невеликих токах батареї та акумулятори можна розглядати як хороше наближення до ідеальних джерел напруги.

Джерело змінної напруги

Електроенергія виробляється на електростанціях за допомогою генераторів і після регулювання напруги передається до споживача. Змінна напруга домашньої мережі 220 В в блоках харчування різних електронних пристроїв легко перетворюється в більш низький показник при застосуванні трансформаторів.

Джерело струму

За аналогією, як ідеальне джерело напруги створює постійну напругу на виході, завдання джерела струму - видати постійне значення струму, автоматом контролюючи необхідну напругу. Прикладами є трансформатори струму (вторинна обмотка), фотоелементи, колекторні струми транзисторів.

Розрахунок внутрішнього опору джерела напруги

Реальні джерела напруги володіють власним електричним опором, яке називається «внутрішній опір». Приєднана на висновки джерела навантаження позначається під назвою «зовнішнє опір» - R.

Батарея акумуляторів генерує ЕРС:

ε \u003d E / Q, де:

• Е - енергія (Дж);
• Q - заряд (Кл).

Сумарна ЕРС акумуляторного елемента є напругою його розімкнутої ланцюга при відсутності навантаження. Його можна проконтролювати з хорошою точністю цифровим мультиметром. Різниця потенціалів, виміряна на вихідних контактах батареї, коли вона включена на навантажувальний резистор, складе меншу величину, ніж її напруга при незамкненою ланцюга, через протікання струму через навантажувальний зовнішнє і через внутрішній опір джерела, це призводить до розсіювання енергії в ньому як теплового випромінювання .

Внутрішній опір акумулятора з хімічним принципом дії знаходиться між часткою ома і декількома Омамі і в основному пов'язано з опором електролітичних матеріалів, використовуваних при виготовленні батареї.

Якщо резистор опором R під'єднати до батареї, струм в ланцюзі I \u003d ε / (R + r).

Внутрішній опір - непостійна величина. На нього впливає рід батареї (лужна, свинцево-кислотна і т. Д.), Воно змінюється в залежності від навантажувального значення, температури і терміну використання акумулятора. Наприклад, у разових батарейок внутрішній опір зростає під час використання, а напруга в зв'язку з цим падає до приходу в стан, непридатний для подальшої експлуатації.

Якщо ЕРС джерела - заздалегідь дана величина, внутрішній опір джерела визначається, вимірюючи струм, що протікає через навантажувальний опір.

1. Так як внутрішнє і зовнішнє опір в наближеною схемою включені послідовно, можна використовувати закони Ома і Кірхгофа для застосування формули:

1. З цього виразу r \u003d ε / I - R.

Приклад. Акумулятор з відомою ЕРС ε \u003d 1.5 В і з'єднаний послідовно з лампочкою. Падіння напруги на лампочці становить 1,2 В. Отже, внутрішній опір елемента створює падіння напруги: 1,5 - 1,2 \u003d 0,3 В. Опір проводів в ланцюзі вважається дуже незначним, опір лампи не відомо. Виміряний струм, що проходить через ланцюг: I \u003d 0,3 А. Потрібно визначити внутрішній опір акумулятора.

1. Згідно із законом Ома опір лампочки R \u003d U / I \u003d 1,2 / 0,3 \u003d 4 Ом;
2. Тепер за формулою для розрахунку внутрішнього опору r \u003d ε / I - R \u003d 1,5 / 0,3 - 4 \u003d 1 Ом.

У разі короткого замикання зовнішнє опір падає майже до нуля. Струм може обмежувати своє значення тільки маленьким опором джерела. Сила струму, що виникає в такій ситуації, настільки велика, що джерело напруги може бути пошкоджений тепловим впливом струму, може призвести до займання. Ризик пожежі запобігає установкою запобіжників, наприклад, в ланцюгах автомобільних акумуляторів.

Внутрішній опір джерела напруги - важливий фактор, Коли вирішується питання, як передати найбільш ефективну потужність приєднаного електроприлади.

Важливо! Максимальна передача потужності відбувається, коли внутрішній опір джерела дорівнює опору навантаження.

Однак при цьому умови, пам'ятаючи формулу Р \u003d I² x R, ідентичне кількість енергії віддається навантаженню і розсіюється в самому джерелі, а його ККД становить всього 50%.

Вимоги навантаження повинні бути ретельно розглянуті для прийняття рішення про найкращому використанні джерела. Наприклад, свинцево-кислотна автомобільна батарея повинна забезпечувати високі струми при порівняно низькій напрузі 12 В. Її низький внутрішній опір дозволяє їй це робити.

У деяких випадках джерела живлення високої напруги повинні мати надзвичайно великий внутрішній опір, щоб обмежити струм к. З.

Особливості внутрішнього опору джерела струму

У ідеального джерела струму нескінченне опір, а для справжніх джерел можна уявити наближений варіант. Еквівалентна схема живлення - це опір, підключений до джерела паралельно, і зовнішній опір.

Токовий вихід від джерела струму розподіляється так: частково струм тече через найбільш високий внутрішній опір і через низький опір навантаження.

Вихідний струм буде перебувати з суми струмів на внутрішньому опорі і навантажувального Iо \u003d Iн + Iвн.

виходить:

Iн \u003d Iо - Iвн \u003d Iо - Uн / r.

Ця залежність показує, що коли внутрішній опір джерела струму зростає, тим більше знижується струм на ньому, а резистор навантаження отримує більшу частину струму. Цікаво, що напруга впливати не буде на струмовий величину.

Вихідна напруга реального джерела:

U вих \u003d I x (R x r) / (R + r) \u003d I x R / (1 + R / r). Оцініть статтю:

Мета роботи: вивчити метод вимірювання ЕРС і внутрішнього опору джерела струму за допомогою амперметра і вольтметра.

устаткування: металевий планшет, джерело струму, амперметр, вольтметр, резистор, ключ, затискачі, з'єднувальні дроти.

Для вимірювання ЕРС і внутрішнього опору джерела струму збирають електричний ланцюг, схема якої показана на малюнку 1.

До джерела струму підключають амперметр, опір і ключ, з'єднані послідовно. Крім того, безпосередньо до вихідних гнізд джерела підключають ще і вольтметр.

ЕРС вимірюють за показаннями вольтметра при розімкнутому ключі. Цей прийом визначення ЕРС заснований на слідстві з закону Ома для повного кола, згідно з яким при нескінченно великому опорі зовнішньому ланцюгу напруга на затискачах джерела одно його ЕРС. (Див. Параграф "Закон Ома для повного кола" підручника "Фізика 10").

Для визначення внутрішнього опору джерела замикають ключ К. При цьому в ланцюзі можна умовно виділити дві ділянки: зовнішній (той, який підключений до джерела) і внутрішній (той, який знаходиться всередині джерела струму). Оскільки ЕРС джерела дорівнює сумі падіння напруги на внутрішньому і зовнішньому ділянках ланцюга:

ε = U r+ U R, то U r = ε -U R (1)

Згідно із законом Ома для ділянки кола U r \u003d I · r (2). Підставивши рівність (2) в (1) отримують:

I· r = ε - U r , звідки r = (ε - U R)/ J

Отже, щоб дізнатися внутрішній опір джерела струму, необхідно попередньо визначити його ЕРС, потім замкнути ключ і виміряти падіння напруги на зовнішньому опорі, а також силу струму в ньому.

Хід роботи

1. Підготуйте таблицю для запису результатів вимірювань і обчислень:

Накресліть у зошиті схему для вимірювання ЕРС і внутрішнього опору джерела.

Після перевірки схеми зберіть електричний ланцюг. Ключ розімкніть.

Виміряйте величину ЕРС джерела.

Заблокуйте ключ і визначте показання амперметра і вольтметра.

Обчисліть внутрішній опір джерела.

1. Визначення ЕРС і внутрішнього опору джерела струму графічним методом

Мета роботи: вивчити вимірювання ЕРС, внутрішнього опору і струму короткого замикання джерела струму, заснований на аналізі графіка залежності напруги на виході джерела від сили струму в ланцюзі.

устаткування: гальванічний елемент, амперметр, вольтметр, резистор R 1 , змінний резистор, ключ, затискачі, металевий планшет, з'єднувальні дроти.

Із закону Ома для повного кола слід, що напруга на виході джерела струму залежить прямо пропорційно від сили струму в ланцюзі:

так як I \u003d E / (R + r), то IR + Ir \u003d Е, але IR \u003d U, звідки U + Ir \u003d Е або U \u003d Е - Ir (1).

Якщо побудувати графік залежності U від I, то по його точкам перетину з осями координат можна визначити Е, I К.З. - силу струму короткого замикання (струм, який потече в ланцюзі джерела, коли зовнішній опір R стане рівним нулю).

ЕРС визначають по точці перетину графіка з віссю напруг. Ця точка графіка відповідає стану ланцюга, при якому струм в ній відсутня і, отже, U \u003d Е.

Силу струму короткого замикання визначають по точці перетину графіка з віссю струмів. В цьому випадку зовнішній опір R \u003d 0 і, отже, напруга на виході джерела U \u003d 0.

Внутрішній опір джерела знаходять по тангенсу кута нахилу графіка відносно осі струмів. (Порівняйте формулу (1) з математичної функцією виду У \u003d АХ + В і згадайте сенс коефіцієнта при X).

Хід роботи

Для запису результатів вимірювань підготуйте таблицю:

1. Після перевірки схеми викладачем зберіть електричний ланцюг. Повзунок змінного резистора встановіть в положення, при якому опір ланцюга, підключеної до джерела струму, буде максимальним.

Визначте значення сили струму в колі і напругу на затискачах джерела при максимальній величині опору змінного резистора. Дані вимірювань занесіть в таблицю.

Повторіть кілька разів вимірювання сили струму і напруги, зменшуючи щоразу величину змінного опору так, щоб напруга на затискачах джерела зменшувалася на 0,1. Вимірювання припиніть, коли сила струму в ланцюзі досягне значення в 1А.

Нанесіть отримані в експерименті точки на графік. Напруга відкладайте по вертикальній осі, а силу струму - по горизонтальній. Проведіть по точкам пряму лінію.

Продовжіть графік до перетину з осями координат і визначте величини Е і, I К.З.

Виміряйте ЕРС джерела, підключивши вольтметр до його висновків при розімкнутому зовнішньому ланцюзі. Зіставте значення ЕРС, отримані двома способами, і вкажіть причину можливого розбіжності результатів.

Визначте внутрішній опір джерела струму. Для цього обчисліть тангенс кута нахилу побудованого графіка до осі струмів. Так як тангенс кута в прямокутному трикутнику дорівнює відношенню протилежного катета до прилеглого, то практично це можна зробити, знайшовши відношення Е / I К.З

Електричний струм в провіднику виникає під впливом електричного поля, що змушує вільні заряджені частинки приходити в спрямований рух. Створення струму частинок - серйозна проблема. Спорудити такий пристрій, який буде підтримувати різницю потенціалів поля тривалий час в одному стані - завдання, вирішення якої опинилося під силу людству тільки до кінця XVIII століття.

перші спроби

Перші спроби «накопичити електрику» для подальшого його дослідження і використання були зроблені в Голландії. Німець Евальд Юрген фон Клейст і голландець Пітер ван Мушенбрук, які проводили свої дослідження в містечку Лейден, створили перший в світі конденсатор, названий пізніше «лейденської банкою».

Накопичення електричного заряду вже проходило під дією механічного тертя. Використовувати розряд через провідник можна було протягом деякого, досить короткого, проміжку часу.

Перемога людського розуму над такою ефемерною субстанцією, як електрика, виявилася революційною.

На жаль, розряд (електричний струм, створюваний конденсатором) тривав настільки коротко, що створити не міг. Крім того, напруга, що дається конденсатором, поступово знижується, що не залишає можливості отримувати тривалий струм.

Потрібно було шукати інший спосіб.

перше джерело

Експерименти італійця Гальвані з дослідження «тваринної електрики» були оригінальною спробою знайти природне джерело струму в природі. Розвішуючи лапки препарованих жаб на металевих гачках залізних ґрат, він звернув увагу на характерну реакцію нервових закінчень.

Однак висновки Гальвані спростував інший італієць - Алессандро Вольта. Зацікавившись можливістю отримання електрики з організмів тварин, він провів серію експериментів з жабами. Але висновок його виявився повною протилежністю попереднім гіпотезам.

Вольта звернув увагу, що живий організм є лише індикатором електричного розряду. При проходженні струму м'язи лапок скорочуються, вказуючи на різницю потенціалів. Джерелом електричного поля виявився контакт різнорідних металів. Чим далі один від одного вони знаходяться в ряду хімічних елементів, То більша ефект.

Пластини з різнорідних металів, прокладені паперовими дисками, просоченими розчином електроліту, створювали тривалий час необхідну різницю потенціалів. І нехай вона була невисока (1,1 В), але електричний струм можна було досліджувати довгий час. Головне, що напруга зберігалося незмінним так само довго.

Що відбувається

Чому в джерелах, які отримали назву «гальванічних елементів», викликається такий ефект?

Два металеві електроди, поміщених в діелектрик, грають різні ролі. Один поставляє електрони, інший їх приймає. Процес окислювально-відновної реакції призводить до появи надлишку електронів на одному електроді, який називають негативним полюсом, і нестачі на другому, позначимо його як позитивний полюс джерела.

У найпростіших гальванічних елементах окислювальні реакції відбуваються на одному електроді, відновлювальні - на іншому. Електрони приходять на електроди з зовнішньої частини ланцюга. Електроліт є провідником струму іонів всередині джерела. Сила опору керує тривалістю процесу.

Мідно-цинковий елемент

Принцип дії гальванічних елементів цікаво розглянути на прикладі мідно-цинкового гальванічного елемента, дія якого йде в рахунок енергії цинку і сульфату міді. У цьому джерелі пластина з міді поміщена в розчин а цинковий електрод занурений в розчин сульфату цинку. Розчини розділені пористою прокладкою щоб уникнути змішування, але обов'язково стикаються.

Якщо ланцюг замкнута, поверхневий шар цинку окислюється. У процесі взаємодії з рідиною атоми цинку, перетворившись в іони, з'являються в розчині. На електроді вивільняються електрони, які можуть брати участь в утворенні струму.

Потрапляючи на мідний електрод, електрони беруть участь в відновної реакції. З розчину на поверхневий шар надходять іони міді, в процесі відновлення вони перетворюються в атоми міді, осідаючи на мідній пластині.

Підсумовуємо те, що відбувається: процес роботи гальванічного елемента супроводжується переходом електронів відновника до окислювача по зовнішній частині кола. Реакції йдуть на обох електродах. Всередині джерела протікає іонний струм.

складнощі використання

В принципі, будь-яка з можливих окислювально-відновних реакцій може бути використана в батареях. Але речовин, здатних працювати в цінних технічно елементах, не так вже й багато. Більш того, багато реакції вимагають витрат дорогих речовин.

сучасні акумуляторні батареї мають більш просту будову. Два електрода, поміщені в один електроліт, заповнюють посудину - корпус батареї. такі конструктивні особливості спрощують будова і здешевлюють акумулятори.

Будь-гальванічний елемент здатний створювати постійний струм.

Опір струму не дає змоги всім іонів одночасно виявитися на електродах, тому елемент працює досить довго. хімічні реакції освіти іонів рано чи пізно припиняються, елемент розряджається.

Джерела струму має велике значення.

Трохи про опір

Використання електричного струму, безперечно, вивело науково-технічний прогрес на новий щабель, дало йому гігантський поштовх. Але сила опору протіканню струму стає на шляху такого розвитку.

З одного боку, електричний струм володіє безцінними властивостями, використовуваними в побуті і техніці, з іншого - є значна протидія. Фізика як наука про природу намагається встановити баланс, привести у відповідність ці обставини.

Опір струму виникає внаслідок взаємодії електрично заряджених частинок з речовиною, за яким вони рухаються. Виключити цей процес в нормальних температурних умовах неможливо.

опір

Джерела струму і протидію зовнішньої частини ланцюга мають трохи різну природу, але однаковим в цих процесах є здійснення роботи по переміщенню заряду.

Сама робота залежить тільки від властивостей джерела і його наповнення: якостей електродів і електроліту, так само як для зовнішніх частин ланцюга, опір яких залежить від геометричних параметрів та хімічних характеристик матеріалу. Наприклад, опір металевого дроту зростає зі збільшенням його довжини і зменшується при розширенні площі перетину. При вирішенні завдання, як зменшити опір, фізика рекомендує використовувати спеціалізовані матеріали.

Робота струму

Відповідно до закону Джоуля-Ленца в провідниках виділяється кількість теплоти, пропорційну опору. Якщо кількість теплоти позначити Q внут. , Силу струму I, час його протікання t, то отримаємо:

• Q внут. \u003d I 2 · r · t,

де r - внутрішній опір джерела струму.

У всьому ланцюгу, що включає як внутрішню, так і зовнішню її частини, виділиться загальна кількість теплоти, формула якого має вигляд:

• Q повне \u003d I 2 · r · t + I 2 · R · t \u003d I 2 · (r + R) · t,

Відомо, як позначається опір у фізиці: зовнішня ланцюг (всі елементи, крім джерела) має опір R.

Закон Ома для повного кола

Врахуємо, що основну роботу здійснюють сторонні сили всередині джерела струму. Її величина дорівнює добутку заряду, що переноситься полем, і електрорушійної сили джерела:

• q · E \u003d I 2 · (r + R) · t.

розуміючи, що заряд дорівнює добутку сили струму на час його протікання, маємо:

• E \u003d I · (r + R).

Відповідно до причинно-наслідковими зв'язками закон Ома має вигляд:

• I \u003d E: (r + R).

У замкнутому ланцюзі прямо пропорційна ЕРС джерела струму і обернено пропорційна загальному (повного) опору ланцюга.

Спираючись на цю закономірність, можна визначити і внутрішній опір джерела струму.

Разрядная ємність джерела

До основних характеристик джерел можна віднести і розрядну ємність. Максимальна кількість електрики, що отримується при експлуатації в певних умовах, залежить від сили струму розряду.

В ідеальному випадку, коли виконуються певні наближення, разрядную ємність можна вважати постійною.

Наприклад, стандартна батарейка різниці потенціалів 1,5 В має розрядної ємністю 0,5 А · год. Якщо струм розрядки 100 мА, то працює протягом 5 годин.

Способи зарядки батарей

Експлуатація батарей призводить до їх розрядки. зарядка малогабаритних елементів здійснюється за допомогою струму, значення сили якого не перевищує однієї десятої ємності джерела.

По телевізору можна способи зарядки:

• використання незмінного струму протягом заданого часу (близько 16 годин струмом 0,1 ємності акумулятора);
• зарядка знижувальним струмом до заданого значення різниці потенціалів;
• використання несиметричних струмів;
• послідовне застосування коротких імпульсів зарядки і розрядки, при яких час першої перевищує час другої.

Практична робота

Пропонується завдання: визначити внутрішній опір джерела струму і ЕРС.

Для його виконання необхідно запастися джерелом струму, амперметром, вольтметром, повзунковим реостатом, ключем, набором провідників.

Використання дозволить визначити внутрішній опір джерела струму. Для цього необхідно знати його ЕРС, величину опору реостата.

Розрахункова формула опору струму в зовнішній частині ланцюга може бути визначена із закону Ома для ділянки ланцюга:

• I \u003d U: R,

де I - сила струму в зовнішній частині кола, вимірюється амперметром; U - напруга на зовнішньому опорі.

Для підвищення точності вимірювання робляться не менше 5 разів. Для чого це потрібно? Виміряні в ході експерименту напруга, опір, струм (вірніше, сила струму) використовуються далі.

Щоб визначити ЕРС джерела струму, скористаємося тим, що напруга на його клемах при розімкнутому ключі практично дорівнює ЕРС.

Зберемо ланцюг з послідовно включених батареї, реостата, амперметра, ключа. До клем джерела струму підключаємо вольтметр. Розімкнувши ключ, знімаємо його свідчення.

Внутрішній опір, формула якого отримана із закону Ома для повного кола, визначимо математичними розрахунками:

• I \u003d E: (r + R).
• r \u003d E: I - U: I.

Вимірювання показують, що внутрішній опір буває значно менше зовнішнього.

Практична функція акумуляторів і батарей знаходить широке застосування. Безперечна екологічна безпека електродвигунів не підлягає сумніву, але створити ємний, ергономічний акумулятор - проблема сучасної фізики. Її рішення призведе до нового витка розвитку автомобільної техніки.

Малогабаритні, легкі, ємні акумуляторні батареї також вкрай необхідні в мобільних електронних пристроях. Запас енергії, яка застосовується в них, безпосередньо пов'язаний з працездатністю пристроїв.

Ми прийшли до висновку, що для підтримки постійного струму в замкнутому ланцюзі, в неї необхідно включити джерело струму. Підкреслимо, що завдання джерела полягає не в тому, щоб поставляти заряди в електричний ланцюг (в провідниках цих зарядів досить), а в тому, щоб змушувати їх рухатися, здійснювати роботу з переміщення зарядів проти сил електричного поля. Основний характеристики джерела є електрорушійна сила 1 (ЕРС) - робота, що здійснюються сторонніми силами по переміщенню одиничного позитивного заряду

Одиницею вимірювання ЕРС в системі одиниць СІ є Вольт. ЕРС джерела дорівнює 1 вольт, якщо він здійснює роботу 1 Джоуль при переміщенні заряду 1 Кулон

Для позначення джерел струму на електричних схемах використовується спеціальне позначення (рис. 397).

мал. 397
Електростатичне поле здійснює позитивну роботу по переміщенню позитивного заряду в напрямку зменшення потенціалу поля. Джерело струму повинен розподілити електричних зарядів - на одному полюсі накопичуються позитивні заряди, на іншому негативний. Напруженість електричного поля в джерелі спрямована від позитивного полюса до негативного, тому робота електричного поля по переміщенню позитивного заряду буде позитивною при його руху від «плюса» до «мінуса». Робота сторонніх сил, навпаки, позитивна в тому випадку, якщо позитивні заряди переміщаються від негативного полюса до позитивного, тобто від «мінуса» до «плюса».
У цьому принципова відмінність понять різниці потенціалів і ЕРС, про який завжди необхідно пам'ятати.
Таким чином, електрорушійну силу джерела можна вважати алгебраїчної величиною, знак якої ( «плюс» чи «мінус») залежить від напрямку струму. У схемі, показаній на рис. 398,

мал. 398
поза джерела (у зовнішній ланцюга) струм тече 2 від «плюса» джерела до «мінуса», в всередині джерела від «мінуса» до «плюса». У цьому випадку, як сторонні сили джерела, так і електростатичні сили у зовнішній ланцюга здійснюють позитивну роботу.
Якщо на деякій ділянці електричного кола крім електростатичних діють і сторонні сили, то над переміщенням зарядів «працюють» як електростатичні, так і сторонні сили. Сумарна робота електростатичних і сторонніх сил по переміщенню одиничного позитивного заряду називається електричною напругою на ділянці кола

У тому випадку, коли сторонні сили відсутні, електрична напруга збігається з різницею потенціалів електричного поля.
Пояснимо визначення напруги і знака ЕРС на простому прикладі. Нехай на ділянці ланцюга, по якому протікає електричний струм, є джерело сторонніх сил і резистор (рис. 399).

мал. 399
Для визначеності будемо вважати, що φ o\u003e φ 1, Тобто електричний струм направлений від точки 0 до точки 1 . При підключенні джерела, як показано на рис. 399 а, Сторонні сили джерела здійснюють позитивну роботу, тому співвідношення (2) в цьому випадку може бути записано у вигляді

При зворотному включенні джерела (рис. 399 б) всередині нього заряди рухаються проти сторонніх сил, тому робота останніх негативна. Фактично сили зовнішнього електричного поля долають сторонні сили. Отже, в цьому випадку розглядається співвідношення (2) має вигляд

Для протікання електричного струму по ділянці ланцюга, що володіє електричним опором, необхідно здійснювати роботу, щодо подолання сил опору. Для одиничного позитивного заряду ця робота, відповідно до закону Ома, дорівнює добутку IR \u003d U яке, природно збігається з напругою на даній ділянці.
Заряджені частинки (як електрони, так і іони) всередині джерела рухаються в деякій навколишньому середовищу, Тому з боку середу на них також діють гальмують сили, які також необхідно долати. Заряджені частинки долають сили опору завдяки дії сторонніх сил (якщо струм в джерелі спрямований від «плюса» до «мінуса») або завдяки електростатичним силам (якщо струм направлений від «мінуса» до «плюса»). Очевидно, що робота з подолання цих сил не залежить від напрямку руху, так як сили опору завжди спрямовані в бік, протилежний швидкості руху частинок. Так як сили опору пропорційні середньої швидкості руху частинок, то робота по їх подоланню пропорційна швидкості руху, отже, силі струму силі. Таким чином, ми можемо ввести ще характеристику джерела - його внутрішньо опір r, Аналогічно звичайному електричного опору. Робота щодо подолання сил опору при переміщенні одиничного позитивного заряду між полюсами джерела дорівнює A / q \u003d Ir. Ще раз підкреслимо, ця робота не залежить від напрямку струму в джерелі.

1 Назва цієї фізичної величини невдало - так електрорушійна сила є роботою, а не силою в звичайному механічному розумінні. Але цей термін настільки устоявся, що змінювати його не "в наших силах». До слова, сила струму той же перестав бути механічної силою! Не кажучи вже про такі поняття «сила духу», «сила волі», «божественна сила» і т.д.
2 Нагадаємо, за напрямок руху електричного струму прийнято напрямок руху позитивних зарядів.