Конспект урока: Источник тока. Электродвижущая сила. Замкнутая электрическая цепь. Закон Ома для полной цепи

Поскольку во внешней цепи сторонняя сила отсутствует, то работа сторонней силы по перемещению заряда вокруг всей цепи сводится к работе по перемещению этого заряда только внутри источника тока.

Электродвижущая сила (ЭДС) — это физическая величина, равная отношению работы сторонних сил по перемещению заряда внутри источника от его отрицательного полюса к положительному к самому этому заряду: 

$\epsilon =\frac{A_{\mathrm{стор}}}{q}$.
 

Единица измерения ЭДС в СИ: [$\epsilon$] = В (вольт).

Пример 1

Лампочка питается батарейкой с ЭДС 2 В, сила тока в цепи равна 0,18 А. Найдите работу сторонних сил в элементе за 5 минут.

Решение
 

1. Запишем исходные данные:

$\left\{\begin{array}{l}\epsilon =2 \mathrm{В}\\ I=0,18 \mathrm{А}\\ t=5 \mathrm{мин}=300 \mathrm{с}\end{array}\right.$.

2. Из определения силы тока выразим заряд:

$I=\frac{q}{t}\to q=I·t$.

3. Выразим работу сторонних сил через ЭДС:

$\epsilon =\frac{A_{\mathrm{стор}}}{q}$;

$A_{\mathrm{стор}}=\epsilon ·q=\epsilon ·I·t$;

$A_{\mathrm{стор}}=2·0,18·300=108 \mathrm{Дж}$.

Ответ: $A_{\mathrm{стор}}=108 \mathrm{Дж}$.

Упражнение 1

1. Определите электродвижущую силу источника тока, если мощность, выделяемая источником, равна 200 Вт, а создаваемая сила тока равна 
4 А.

Закон Ома для полной цепи

Сила тока в электрической цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе (ЭДС) источника тока и обратно пропорциональна сумме электрических сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи:

$I=\frac{\epsilon }{R+r}$.

Пример 2

Рассчитайте общую ЭДС и общее внутреннее сопротивление в цепи, если ${\epsilon }_1={\epsilon }_2=5 \mathrm{В}$, ${\epsilon }_3=3 \mathrm{В}$, $r_1=r_2=r_3=4 \mathrm{Ом}$. Найдите силу тока в цепи при внешнем сопротивлении20 Ом.

Решение
 

1. Запишем исходные данные:

$\left\{\begin{array}{l}{\epsilon }_1={\epsilon }_2=5 \mathrm{В}\\ {\epsilon }_3=3 \mathrm{В}\\ r_1=r_2=r_3=4 \mathrm{Ом}\\ R=20 \mathrm{Ом}\end{array}\right.$.

2. Чтобы правильно рассчитать общее ЭДС, необходимо ввести условный обход контура.

Если направление тока источника совпадает с направлением обхода, то ЭДС этого источника будет положительной. В противном случае — отрицательной.

3. Рассчитаем суммарное ЭДС:

${\epsilon }_{\mathrm{общ}}={\epsilon }_1+{\epsilon }_2-{\epsilon }_3=5+5-3=7 \mathrm{В}$.

Рассчитаем суммарное внутреннее сопротивление:

$r_{\mathrm{общ}}=r_1+r_2+r_3=4+4+4=12 \mathrm{Ом}$.

4. Теперь найдём силу тока в цепи, используя закон Ома для полной цепи:

$I=\frac{{\epsilon }_{\mathrm{общ}}}{R+r_{\mathrm{общ}}}=\frac{7}{20+12}\approx 0,22 \mathrm{А}$.

Поскольку ток в конечном результате оказался положительным, то его направление совпадает с направлением обхода контура.

Ответ: $I=0,22 \mathrm{А}$.

Упражнение 2

1. К источнику ЭДС 9 В и внутренним сопротивлением 1,5 Ом подключён реостат, сопротивление которого равно 10 Ом. Найти силу тока в цепи и напряжение на зажимах источника.
 

2. При подключении резистора к батарейке с ЭДС 8 В вольтметр показал напряжение на резисторе 4,5 В, а амперметр — силу тока 0,7 А. Найдите внутреннее сопротивление батарейки.

Контрольные вопросы

1. Что такое источник тока? Перечислите известные вам источники тока.
2. Что называют замкнутой цепью?
3. Какая величина характеризует сторонние силы источника тока?
4. Сформулируйте закон Ома для полной цепи.
5. Как найти суммарное ЭДС в цепи при последовательном подключении источников тока?
6. Что такое ЭДС?

Упражнение 1

1. 50 В

Упражнение 2

1. 0,8 А; 7,8 В

2. 5 Ом