Електрорушійна сила та напруга джерела струму

Електричний струм в провіднику, як указувалося раніше, виникає під впливом сил зовнішнього електричною поля за наявності на кінцях провідника різниці потенціалів. Для створення цієї різниці потенціалів і, тобто, для отримання струму застосовуються джерела електричної енергії. У кожному джерелі різниця потенціалів створюється і підтримується за рахунок роботи, що здійснюється джерелом по перетворенню якого-небудь виду енергії в електричну енергію.

Величина, чисельно рівна роботі, здійснюваній джерелом електричній енергії при перенесенні частинки із зарядом, рівним одиниці, по всьому замкнутому ланцюгу, називається електрорушійною силою. Вона рівна різниці потенціалів на затисках незамкнутого джерела.

Електрорушійна сила, або скорочено, е.р.с., позначається буквою Е і згідно визначенню виражається формулою

Форм. 10

де: Ав — робота, що здійснюється силами зовнішнього електричного поля. тобто поля, що створюється джерелом електричної енергії; q — величина заряду частинки, що переноситься; Vm — Vn — разность потенціалів на затисках незамкнутого джерела.

Іншими словами, електрорушійна сила є тією причиною, яка викликає і підтримує електричний струм в ланцюзі.

Природа ж е.р.с. залежно від типу джерела струму може бути електрохімічною, електромагнітною, електротермічною або іншого характеру.

Одиницею вимірювання е.р.с. є вольт.

Е.р.с. джерела струму рівна одному вольту, якщо при перенесенні одного кулона електрики по замкнутому ланцюгу джерело здійснює роботу, рівну одному джоулю.

Коли електричний ланцюг замкнутий і в ній тече струм, тоді вся э. д. с. джерела витрачається в ланцюзі, причому частина э. д. с. витрачається усередині джерела і частина - в зовнішньому ланцюзі.

Та частина е. р. с., яка витрачається усередині джерела струму, називається внутрішнім падінням напруги і позначається буквою U₀. Інша ж частина, що витрачається в зовнішньому ланцюзі, називається зовнішньою напругою або напругою джерела і позначається U.

Отже, можна записати:

Форм. 11

Звідси витікає, що напруга на затисках джерела менше його е. р. с. на величину внутрішнього падіння напруги; у окремому випадку, коли ланцюг розімкнений, напруга на затисках джерела рівна його е. р. с. Таким чином, э. д. с. і напруга за своєю природою представляє одну і ту ж фізичну величину.

Джерела електричної енергії

Однією з основних характеристик джерел електричної енергії є е. р. с. Кількісно е. р. с. характеризується роботою А, яка здійснюється при переміщенні заряду в 1 Кл (кулон) в межах джерела

Форм. 12

Графічно е. р. с. зображають стрілкою у шарі. Напрям стрілки співпадає з напрямом е. р. с..

Переміщення заряду визначає струм джерела. Проходження струму супроводжується втратами на нагрів джерела. Кількісно втрати зручно визначати внутрішнім опором Rвн. Тому умовне графічне позначення джерела е. р. с. представляє послідовне включення е. р. с. ---> Е і внутрішнього опору Rвн.

Рис. 1

Символами I та 1¹ позначені затиски джерела. Різниця потенціалів на затисках джерела називається напругою U та вимірюється у вольтах (B). Стрілками показані позитивні напрями струму і напруги. Коли ключ К розімкнений, струм в ланцюзі рівний нулю і напруга на затисках джерела рівна е. р. с..

Замкнемо ключ К. У ланцюзі виникне струм.

Форм. 13

При цьому напруга на затисках джерела буде рівна:

Форм. 14