Работа и мощность в цепи постоянного тока. Электродвижущая сила. Закон ома для полной цепи.

 

При упорядоченном движении заряженных частиц в проводнике электрическое поле совершает работу; ее принято называть работой тока.

- работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого совершалась работа. Также .

Мощность по определению , следовательно, .
Закон, определяющий количество теплоты, - законом Джоуля — Ленца: количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику: .

 

Любой электрический прибор рассчитан на потребление определенной энергии в единицу времени, поэтому наряду с работой тока важное значение имеет понятие мощность тока. Мощность тока равна отношению работы тока за время к этому интервалу времени: .

 

Полная замкнутая цепь представляет собой электрическую цепь, в состав которой входят внешние сопротивления и источник тока (рис.). Как один из участков цепи, источник тока обладает сопротивлением, которое называют внутренним, r.

Для того чтобы ток проходил по замкнутой цепи, необходимо, чтобы в источнике тока зарядам сообщалась дополнительная энергия, она появляется за счет работы по перемещению зарядов, которую производят силы неэлектрического происхождения (сторонние силы) против сил электрического поля. Источник тока характеризуется энергетической характеристикой, которая называется ЭДС — электродвижущая сила источника.
ЭДС измеряется отношением работы сторонних сил по перемещению вдоль замкнутой цепи положительного заряда к величине этого заряда .

Пусть за время t через поперечное сечение проводника пройдет электрический заряд q. Тогда работу сторонних сил при перемещении заряда можно записать так: . Согласно определению силы тока, , поэтому . При совершении этой работы на внутреннем и внешнем участках цепи, сопротивления которых r и R, выделяется некоторое количество теплоты. По закону Джоуля – Ленца оно равно: . Согласно закону сохранения энергии, A=Q. Следовательно, . Произведение силы тока на сопротивление участка цепи часто называют падением напряжения на этом участке.

Таким образом, ЭДС равна сумме падений напряжений на внутреннем и внешнем участках замкнутой цепи. Обычно это выражение записывают так: .

Эту зависимость опытным путем получил Георг Ом, называется она законом Ома для полной цепи и формулируется так: сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению. При разомкнутой цепи ЭДС равна напряжению на зажимах источника и, следовательно, может быть измерена вольтметром.