Електрорушійна сила
Будь-яке джерело струму характеризується електрорушійної силою, або, скорочено, ЕРС. Так, на круглій батарейці для кишенькового ліхтарика написано: 1,5 В. Що це означає?
З'єднайте провідником два металеві кульки, які несуть заряди протилежних знаків. Під впливом електричного поля цих зарядів в провіднику виникає електричний струм (ріс.15.7). Але цей струм буде дуже короткочасним. Заряди швидко нейтралізують один одного, потенціали кульок стануть однаковими, і електричне поле зникне.
Сторонні сили. Для того щоб струм був постійним, треба підтримувати постійну напругу між кульками. Для цього необхідно пристрій (джерело струму), яке носило б заряди від однієї кульки до іншого в напрямку, протилежному напрямку сил, що діють на ці заряди з боку електричного поля кульок. В такому влаштуванні на заряди, крім електричних сил, повинні діяти сили неелектростатіческого походження (ріс.15.8). Одне лише електричне поле заряджених частинок (кулоновское поле) не здатна підтримувати постійний струм в ланцюзі.
Будь-які сили, що діють на електрично заряджені частинки, за винятком сил електростатичного походження (т. Е. Кулоновских), називають сторонніми силами.
Висновок про необхідність сторонніх сил для підтримки постійного струму в ланцюзі стане ще більш очевидною, якщо звернутися до закону збереження енергії. Електростатичне поле потенційно. Робота цього поля при переміщенні в ньому заряджених частинок вздовж замкнутого електричного кола дорівнює нулю. Проходження ж струму по провідниках супроводжується виділенням енергії - провідник нагрівається. Отже, в ланцюзі повинен бути якесь джерело енергії, який постачає її в ланцюг. У ньому, крім кулонівських сил, обов'язково повинні діяти сторонні, непотенціальні сили. Робота цих сил уздовж замкнутого контуру повинна бути відмінна від нуля. Саме в процесі здійснення роботи цими силами заряджені частинки набувають всередині джерела струму енергію і віддають її потім провідникам електричного кола.
Сторонні сили надають руху заряджені частинки всередині всіх джерел струму: в генераторах на електростанціях, в гальванічних елементах, акумуляторах і т. Д.
При замиканні ланцюга створюється електричне поле у всіх провідниках ланцюга. Всередині джерела струму заряди рухаються під дією сторонніх сил проти кулонівських сил (електрони від позитивно зарядженого електрода до негативного), а у зовнішній ланцюга їх приводить в рух електричне поле (див. Ріс.15.8).
Природа сторонніх сил. Природа сторонніх сил може бути різноманітною. В генераторах електростанцій сторонні сили - це сили, що діють з боку магнітного поля на електрони в рухомому провіднику.
В гальванічному елементі, наприклад елементі Вольта, діють хімічні сили. Елемент Вольта складається з цинкового і мідного електродів, поміщених в розчин сірчаної кислоти. Хімічні сили викликають розчинення цинку в кислоті. У розчин переходять позитивно заряджені іони цинку, а сам цинковий електрод при цьому заряджається негативно. (Мідь дуже мало розчиняється в сірчаної кислоти.) Між цинковим і мідним електродами з'являється різниця потенціалів, яка і обумовлює ток в замкнутому електричному ланцюзі.
Електрорушійна сила. Дія сторонніх сил характеризується важливою фізичною величиною, званої електрорушійної силою (скорочено ЕРС).
Електрорушійна сила джерела струму дорівнює відношенню роботи сторонніх сил при переміщенні заряду по замкнутому контуру до величини цього заряду:
Електрорушійну силу, як і напруга, висловлюють в вольтах.
Можна говорити також про електрорушійної силі і на будь-якій ділянці ланцюга. Це питома робота сторонніх сил (робота по переміщенню одиничного заряду) не в усьому контурі, а тільки на даній ділянці. Електрорушійна сила гальванічного елемента є величина, що чисельно дорівнює роботі сторонніх сил при переміщенні одиничного позитивного заряду всередині елемента від одного полюса до іншого. Робота сторонніх сил не може бути виражена через різницю потенціалів, так як сторонні сили непотенційного і їх робота залежить від форми траєкторії переміщення зарядів. Так, наприклад, робота сторонніх сил при переміщенні заряду між клемами джерела струму поза самого джерела дорівнює нулю.
Тепер ви знаєте, що таке ЕРС. Якщо на батарейці написано 1,5 В, то це означає, що сторонні сили (хімічні в даному випадку) здійснюють роботу 1,5 Дж при переміщенні заряду в 1 Кл від одного полюса батарейки до іншого. Постійний струм не може існувати в замкнутому ланцюзі, якщо в ній не діють сторонні сили, т. Е. Немає ЕРС.
.
1. Чому електричне поле заряджених частинок (кулоновское поле) не здатна підтримувати постійний електричний струм в ланцюзі?
2. Які сили прийнято називати сторонніми?
3. Що називають електрорушійної силою?
Г.Я.Мякішев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотскій, Фізика 10 клас
Якщо у вас є виправлення або пропозиції до даного уроку, напишіть нам.
Якщо ви хочете побачити інші коригування та побажання до уроків, дивіться тут - Освітній форум.