§ 25. Умовы існавання пастаяннага электрычнага току. Пабочныя сілы. ЭРС крыніцы току

Умовы існавання пастаяннага электрычнага току.

Пры вывучэнні тэмы «Праваднікі ў электрастатычным полі» вы даведаліся, што перамяшчэнне свабодных зараджаных часціц у правадніку пад дзеяннем сіл знешняга электрычнага поля прыводзіць да з'яўлення індуцыраваных зарадаў і адбываецца да таго часу, пакуль створанае імі электрычнае поле не ўраўнаважыць унутры правадніка знешняе поле. У выніку напружанасць рэзультуючага электрастатычнага поля ва ўсім аб’ёме ўнутры правадніка становіцца роўная нулю.

Для падтрымання ў правадніку пастаяннага электрычнага току неабходна, каб праваднік з’яўляўся часткай замкнутага ланцуга. Але вы ведаеце, што работа электрастатычнага поля пры перамяшчэнні электрычнага зараду па замкнутым контуры роўная нулю. Значыць, у ланцугу павінен быць участак, на якім ажыццяўляецца работа па перамяшчэнні зараду супраць сіл электрычнага поля. Такім участкам з’яўляецца крыніца току.

Разгледзім замкнуты электрычны ланцуг, які складаецца з крыніцы току (участак ас) і металічнага правадніка (участак abc) (мал. 130).

У правадніку abc свабодныя электроны пад дзеяннем сіл электрычнага поля перамяшчаюцца ад пункта с да пункта a. Каб рух носьбітаў зараду ў ланцугу быў працяглы, электроны ад пункта a павінны перамяшчацца да пункта с. Самаадвольна такое перамяшчэнне электронаў адбывацца не можа, бо на іх у супрацьлеглым напрамку (ад пункта с да пункта a) дзейнічае сіла электрычнага поля (гл. мал. 130). Рух электронаў у напрамку, супрацьлеглым напрамку сілы электрычнага поля, магчымы толькі пад дзеяннем сілы неэлектрастатычнага паходжання, якая атрымала назву пабочная сіла.

Пабочныя сілы. Пабочныя сілы дзейнічаюць на зараджаныя часціцы толькі ўнутры крыніц току, выконваючы работу па раздзяленні дадатных і адмоўных зарадаў. У выніку такога падзелу на адным полюсе крыніц току назапашваюцца дадатныя зарады, а на другім — адмоўныя, што прыводзіць да ўзнікнення электрычнага поля. Гэтае поле, дзейнічаючы сілай на свабодныя электроны, прымушае іх рухацца ў электрычным ланцугу па-за крыніцай току. Такім чынам, дзеянне электрычнай сілы прыводзіць да злучэння рознаіменных зарадаў і памяншэння рознасці патэнцыялаў, тады як дзеянне пабочнай сілы прыводзіць да раздзялення рознаіменных зарадаў і падтрымання рознасці патэнцыялаў на полюсах крыніцы току.

У хімічных крыніцах току (гальванічных элементах, акумулятарах) (мал. 131, а) раздзяленне зара даў адбываецца падчас хімічных рэакцый, у электра механічных індукцыйных генератарах (мал. 131, б) — пры выкананні механічнай работы, у сонечных батарэях (мал. 131, в) — пад уздзеяннем энергіі сонечнага выпраменьвання і г. д.

Участак ланцуга, дзе зарады рухаюцца пад дзеяннем толькі электрычнай сілы, называюць знешнім (розныя спажыўцы электрычнага току, злучальныя правады, вымяральныя прыборы). Участак ланцуга, дзе зарады рухаюцца пад дзеяннем пабочнай і электрычнай сіл, называюць унутраным (крыніца току).

Электрарухаючая сіла крыніцы току. Асноўнай характарыстыкай крыніцы току з’яўляецца электрарухаючая сіла (ЭРС)^*. Абазначаюць яе .

ЭРС — фізічная скалярная велічыня, роўная адносінам работы пабочнай сілы па перамяшчэнні дадатнага электрычнага зараду ўнутры крыніцы току ад яго адмоўнага полюса да дадатнага да значэння гэтага зараду:

Параўнаўшы формулы і (25.1), можна зрабіць выснову, што адзінкай вымярэння ЭРС у СІ з’яўляецца вольт (В).

Такім чынам, ЭРС лікава роўная рабоце пабочнай сілы па перамяшчэнні адзінкавага зараду ўнутры крыніцы току паміж яго полюсамі (дадатнага зараду ад адмоўнага полюса да дадатнага, адмоўнага зараду, наадварот, ад дадатнага полюса да адмоўнага).

ЭРС з'яўляецца энергетычнай характарыстыкай крыніцы току. Патэнцыяльная энергія электрычнага зараду, які перамяшчаецца ўнутры крыніцы, павялічваецца за кошт работы пабочных сіл. Пры падключэнні правадніка да полюсаў крыніцы гэтая энергія расходуецца на перамяшчэнне зараду па ўсім электрычным ланцугу.

Паколькі пабочныя сілы дзейнічаюць на зараджаныя часціцы толькі ўнутры крыніц току, то можна сцвярджаць, што ЭРС лікава роўная рабоце пабочных сіл па перамяшчэнні адзінкавага зараду па ўсім замкнутым ланцугу.

1. Якія ўмовы існавання электрычнага току?

2. Якія сілы называюць пабочнымі?

3. Якая роля крыніцы току ў электрычным ланцугу?

4. Што называюць знешнім участкам электрычнага ланцуга? унутраным?

5. Які напрамак упарадкаванага руху свабодных электронаў на знешнім і ўнутраным участках ланцуга?

6. Што называюць ЭРС крыніцы току?

7. Ці існуе электрычнае поле паміж полюсамі крыніцы току ў незамкнутым ланцугу? Адлюструйце схематычна электрычнае поле крыніцы току ў замкнутым і незамкнутым ланцугу.