Сторонние силы

До сих пор протекание электрического тока на участке цепи рассматривалось вне зависимости от причин, вызывающих такое протекание. Пусть ток в проводнике имеет вполне определенное направление, совпадающее с направлением движения положительных зарядов (рисунок 41).

 

 

 

Рисунок 41 Рисунок 42

Согласно закону Ома для протекания тока необходимо поддерживать на концах проводника разность потенциалов j₁ - j₂. Если предоставить проводник самому себе, то с уходом положительных зарядов из точки 1 ее потенциал будет уменьшаться. С другой стороны, положительные заряды, приходя в точку 2, повышают ее потенциал. Как следствие, в некоторый момент времени потенциалы точек 1 и 2 сравняются, и ток через проводник прекратится. Для поддержания тока необходимо поддерживать разность потенциалов j₁ - j₂ на концах проводника. Это будет возможным, если избыточные положительные заряды из точки 2 перемещать в точку 1 вне проводника (рисунок 43). Но на положительные заряды, перемещаемые из точки 2 в точку 1, действуют кулоновские силы отталкивания. Следовательно, перемещение зарядов с одного конца проводника на другой (разделение зарядов) возможно только за счет сторонних сил. Эти силы имеют не электростатическое происхождение: в генераторах электрического тока разделение зарядов осуществляется магнитным полем, в гальванических элементах – за счет химических реакций, в солнечных батареях – падающим светом и др. Устройство, которое разделяет заряды, называется источником тока. Из сказанного следует, что в источнике тока совершается работа против кулоновских сил. Физическая величина, определяемая отношением работы сторонних сил по разделению зарядов к величине разделенных зарядов, называется электродвижущей силой (ЭДС) источника тока ε . Сторонние силы по аналогии с кулоновскими характеризуют вектором напряженности .

Введение понятия вектора напряженности поля сторонних сил позволяет по аналогии определить и их работу

, тогда ε . (20)

Перемещение зарядов за счет сторонних сил происходит в конкретной среде: в электрогенераторах – по проводникам обмотки якоря, в гальванических элементах – через электролит и т.д. Такое перемещение сопровождается соударениями зарядов с ионами кристаллической решетки металлов, с нейтральными молекулами растворов и т.д. Следовательно, источник тока характеризуется не только величиной ЕДС, но и внутренним сопротивлением r. С учетом сказанного эквивалентную схему источника тока можно представить схемой, изображенной на рисунке 43.

Направление стрелки показывает

направление движения положительных

зарядов в источнике тока. Рисунок 43