Что такое источник тока?
Источник тока — это устройство, в котором под действием сторонних сил происходит разделение зарядов, поддерживается разность потенциалов и создаётся электрический ток в замкнутой цепи.
Какие силы действуют на заряды в источнике тока? На каком участке замкнутой цепи свободные носители заряда упорядоченно движутся против сил электростатического поля?
На заряды действуют электростатические силы и сторонние силы (например, химические, механические, термоэлектрические). Против сил электростатического поля заряды движутся внутри источника, где работают сторонние силы.
Что происходит в источнике тока под действием сторонних сил? Какие известные вам причины могут вызвать появление сторонних электрических сил в источниках тока?
Сторонние силы перемещают заряды от отрицательной к положительной клемме, создавая ЭДС. Причинами могут быть химические реакции (гальванический элемент), разность температур (термоэлемент), электромагнитная индукция (генератор), световое излучение (фотоэлемент).
Что такое ЭДС?
ЭДС (электродвижущая сила) — это физическая величина, равная работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда внутри источника.
Что называют внутренним сопротивлением источника? Сформулируйте правило знаков для ЭДС источника тока. Когда ток в замкнутой цепи считается положительным? Сформулируйте закон Ома для полной цепи.
Внутреннее сопротивление — это сопротивление, которое оказывает сам источник движению зарядов внутри себя. ЭДС считается положительной, если сторонние силы перемещают положительный заряд от отрицательного полюса к положительному. Ток в цепи положителен, если он течёт от положительного полюса источника к отрицательному во внешней цепи. Закон Ома для полной цепи: сила тока равна отношению ЭДС к сумме сопротивления внешней цепи и внутреннего сопротивления, то есть I = ε / (R + r).
Что называют коротким замыканием? Что может произойти при коротком замыкании источника тока?
Короткое замыкание — это соединение клемм источника без сопротивления или с очень малым сопротивлением. В этом случае ток становится очень большим, что приводит к сильному нагреву, разрушению источника или пожару.
Как связаны между собой разность потенциалов, ЭДС и напряжение между клеммами разомкнутого источника вдоль траектории, которая целиком лежит: а) вне источника; б) внутри источника?
а) Вне источника разность потенциалов равна напряжению, и она совпадает с ЭДС, если цепь разомкнута. б) Внутри источника работа электростатических сил компенсируется работой сторонних сил, поэтому разность потенциалов здесь определяется действием сторонних сил и равна ЭДС.
1. Нарисуйте схему простейшей замкнутой (полной) цепи. Определите силу тока в этой цепи, если ЭДС источника ε = 10 В, его внутреннее сопротивление r =30 Ом, а сопротивление нагрузки R = 70 Ом.
ростая замкнутая цепь состоит из источника тока с ЭДС ε и внутренним сопротивлением r, а также внешнего сопротивления R. Сила тока определяется по закону Ома для полной цепи: I = ε / (R + r). Подставляя значения: I = 10 / (70 + 30) = 10 / 100 = 0.1 А.
2.ЭДС батарейки ε = 9 В. Ученик подключил к этой батарейке лампочку, потребляющую мощность Р = 4,5 Вт при нормальном рабочем напряжении U = 4,5 В, и обнаружил, что лампа горит полным накалом. Определите внутреннее сопротивление этой батарейки.
Для лампы при рабочем напряжении U = 4.5 В и мощности P = 4.5 Вт сопротивление равно R = U² / P = (4.5²) / 4.5 = 4.5 Ом. При подключении к батарейке с ЭДС ε = 9 В лампа горит нормально, то есть на ней поддерживается 4.5 В. Ток в лампе равен I = P / U = 4.5 / 4.5 = 1 А. Для батарейки: ε = U + Ir. Подставляем: 9 = 4.5 + 1*r, отсюда r = 4.5 Ом.
3. Определите напряжение между клеммами источника с электро-движущей силой g и внутренним сопротивлением г вдоль участка цепи, целиком лежащего внутри источника, если сопротивление нагрузки, подключённой к этому источнику, равно R. Рассмотрите случаи, когда R = 0 и когда источник разомкнут (R -бесконечность).
Напряжение между клеммами источника: U = ε – Ir = ε – (ε / (R + r)) * r = ε * (R / (R + r)). Если R = 0, то вся цепь замкнута накоротко, ток становится I = ε / r, а напряжение на клеммах равно U = 0. Если R → бесконечность (разомкнутая цепь), то ток I = 0, и напряжение на клеммах равно U = ε.