 |
Лекция 44. Электродвижущая сила. Закон Ома для замкнутой цепи
|
|
|
|
Цель занятия: рассмотреть, какие нужны условия для протекания тока в замкнутом круге, и выяснить роль источника тока.
Тип занятия: занятие изучения нового материала.
ПЛАН ЗАНЯТИЯ
| Контроль знаний | 1. Последовательное соединение проводников. 2. Параллельное соединение проводников. 3. Закон Ома для участка цепи. |
| Демонстрации | Закон Ома для полного круга. |
| Изучение нового материала | 1. Природа сторонних сил. 2. ЭДС источника тока. 3. Напряжение на участке цепи. 4. Закон Ома для полного круга. |
ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА
1. Природа сторонних сил
Внутри источника тока происходит разделение зарядов, в результате чего на положительном полюсе источника накапливается положительный заряд, а на отрицательном - отрицательный. Вследствие этого между полюсами возникает разность потенциалов, и во внешней части цепи возникает электростатическое поле, под действием которого во внешнем круге течет ток.
Вне источником тока свободные заряды движутся под действием сил электростатического поля, но внутри источника они движутся против сил этого поля.
Причины движения зарядов в источнике по своей природе отличаются от природы кулоновских сил. Совокупность причин, через которые происходит вынужденное перемещение зарядов внутри источника тока, называют сторонними силами.
Природа сторонних сил может быть различной: они могут возникать в результате химических реакций (в гальванических элементах и аккумуляторах), изменения магнитного поля в электромагнитных генераторах), благодаря световому воздействию (в фотоэлементах) и др.
2. ЭДС источника тока
Сторонние силы своей работой замыкают круг и обеспечивают постоянство тока. Каждый источник тока характеризуется работой действующих в нем сторонних сил по перемещению единицы положительного заряда, то есть определенной електрорушійною силой (ЭДС).
|
|
|
· Электродвижущая сила 
- это скалярная величина, характеризующая энергетические свойства источника тока и равна отношению работы сторонних сил по перемещению положительного заряда внутри источника к значению этого заряда:
В системе СИ: 
ЭДС источника тока равна 1, если сторонние силы, действующие в источнике, выполняют работу 1 Дж, перемещая единичный положительный заряд от отрицательного полюса к положительному.
Любой источник тока по сути является преобразователем энергии: в нем один какой-либо вид энергии превращается в электрическую. С этой точки зрения сторонние силы и выполняют работу по разделению зарядов (физическая величина, измеряемая работой сторонних сил по разъединению единицы количества электричества).
3. Напряжение на участке цепи
Если во время прохождения по участку электрического тока на свободные заряды действуют только кулоновские силы, участок называют однородной, если действуют кулоновские и сторонние силы, то - неоднородной.
Рассмотрим неоднородную участке 1-2 электрической цепи, изображенную на рисунке.
Поскольку участок неоднородна, то работа A1-2 по перемещению свободных заряженных частиц, выполняемая во время прохождения электрического тока на этом участке равна:
Тогда работа по перемещению единичного положительного заряда на участке 1-2 электрической цепи равна:
С учетом того, что 
получаем:
где U1-2 - напряжение на участке 1-2 круга.
Таким образом,
· напряжение на участке цепи - это скалярная величина, численно равная полной работе A1-2 кулоновских и сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда на участке цепи:
4. Закон Ома для полной цепи
Определим силу тока на участке неоднородной. С учетом закона Ома для участка цепи, получаем:
|
|
|
Если соединить концы этого участка, получим полный (замкнутый) электрическая цепь, состоящая из двух частей - внутренней и внешней. Внутренняя часть представляет собой источник тока, имеющий ЭДС 
и внутреннее сопротивление r; внешняя - соединительные провода и резистор общего сопротивления R.
Для полного круга φ1 = φ2, а общее сопротивление цепи равно сумме сопротивлений внешней и внутренней частей круга R + r.
Тогда получаем закон Ома для полной (замкнутой) цепи:
· сила тока в замкнутой цепи, содержащей один источник, равна отношению ЭДС источника к полному сопротивлению цепи:
Если круг содержит несколько последовательно включенных элементов с ЭДС 1, 2, 
3 и т.д., то полная ЭДС цепи равна алгебраической сумме ЭДС отдельных элементов.
Общее сопротивление цепи равно сумме всех сопротивлений:
В случае последовательного соединения n одинаковых источников тока, каждый из которых имеет ЭДС и внутреннее сопротивление r', закон Ома имеет вид:
В случае параллельного соединения n одинаковых источников тока, каждое из которых имеет ЭДС и внутреннее сопротивление r', закон Ома имеет вид:
Решение задач
1. Аккумулятор мотоцикла имеет ЭДС 6 В и внутреннее сопротивление 0,5 Ом. К нему подключили реостат сопротивлением 5,5 Ом. Найдите силу тока в реостаті.
2. В замкнутом круге сила тока равна 0,5 А. Какую работу выполняют сторонние силы за 20 с, если ЭДС источника тока 24 В?
3. ЭДС источника тока 6 В, а сила тока в замкнутом круге 2 А. Определите сопротивление внешнего участка цепи, если внутреннее сопротивление источника тока 0,5 Ом.
Контрольные вопросы:
1. При каком условии ток может течь в замкнутом круге?
2. На каких участках цепи свободные заряды движутся против сил электростатического поля?
3. Какие силы принято называть сторонними силами? На каких участках цепи действуют эти силы?
4. В каком случае напряжение между двумя точками электрической цепи равна разности потенциалов между этими точками?
5. Как стоит понимать, что ЭДС одного источника больше ЭДС другого?
6. От чего зависит знак ЭДС в законе Ома для полной цепи?
7. Есть работа, выполняемая источником тока во внутренней части круга, величиной постоянной?
|
|
|
8. В замкнутом круге посторонние силы выполняют работу 4 Дж. Какую работу выполнили за это же время кулоновские силы во всем круге?
9. Могут существовать токи, которые текут от низшего потенциала к высшему?
Домашнее задание
1. Учебник-1: § 10 (п. 1, 2, 3, 4); Учебник-2: § 7 (п. 1, 2).
2. Сборник задач.:
Ур1 № 5.6; 5.7; 5.8; 5.18.
Ур2 № 5.35; 5.37; 5.38; 5.39.
Ур3 № 5.44, 5.45; 5.46; 5.47.
Список использованной литературы
1. Физика. 11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев, Н. Н. Сотский; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. — 19-е изд. — М.: Просвещение, 2010. — 366 с.: ил.
2. Марон А.Е., Марон Е.А. «Сборник задачорник качественных задач по физике 11 кл, М.: Просвещение,2006
3. Л.А. Кирик, Л.Э.Генденштейн, Ю.И.Дик. Методические материалы для преподавателя 10 класс,М.:Илекса, 2005.-304с:, 2005
4. Л.Э.Генденштейн, Ю.И.Дик. Физика 11 класс.-М.: Мнемозина,2010
|
|
|
