Внутрішній опір джерела струму

Сторонні сили

Для підтримки постійної різниці потенціалів на кінцях провідника, а отже, і струму, необхідна наявність сторонніх сил неелектричної природи, з допомогою яких відбувається розподіл електричних зарядів.

Електрорушійна сила, Внутрішній опір джерела струму

Сторонніми силами називаються будь-які сили, що діють на електрично заряджені частинки в ланцюзі, за винятком електростатичних (тобто кулонівських).

Сторонні сили приводять в рух заряджені частинки всередині всіх джерел струму: у генераторах, на електростанціях, у гальванічних елементах і акумуляторах і т. д.

При замиканні ланцюга створюється електричне поле у всіх провідниках ланцюга. Всередині джерела струму заряди рухаються під дією сторонніх сил проти кулонівських сил (електрони рухаються від позитивно зарядженого електрода до негативного), а у зовнішньому ланцюзі їх приводить в рух електричне поле (див. рис. вище).

У джерелах струму в процесі роботи з розподілу заряджених частинок відбувається перетворення різних видів енергії в електричну. За типом перетвореної енергії розрізняють наступні види електрорушійної сили:

  • електростатична — в електрофорній машині, в якій відбувається перетворення механічної енергії при терті в електричну;
  • термоелектрична – в термоелементі — внутрішня енергія нагрітого спаю двох дротів, виготовлених з різних металів, перетворюється в електричну;
  • фотоелектрична — у фотоелементі. Тут відбувається перетворення енергії світла в електричну: при висвітленні деяких речовин, наприклад, селену, оксиду міді (I), кремнію спостерігається втрата негативного електричного заряду;
  • хімічна — в гальванічних елементах і акумуляторах та ін. джерелах, в яких відбувається перетворення хімічної енергії в електричну.

Електрорушійна сила (ЕРС) — характеристика джерел струму. Поняття ЕРС було введено Р. Омом в 1827 р. для ланцюгів постійного струму. У 1857 р. Кірхгофф визначив ЕРС як роботу сторонніх сил при перенесенні одиничного електричного заряду вздовж замкнутого контуру:

ɛ = Аст/q, де

  • ɛ — ЕРС джерела струму;
  • Аст — робота сторонніх сил;
  • q — кількість переміщеного заряду.

Електрорушійну силу виражають у вольтах.

Можна говорити про електрорушійну силу на будь-якій ділянці ланцюга. Це питома робота сторонніх сил (робота по переміщенню одиничного заряду) не у всьому контурі, а тільки на даній ділянці.

Внутрішній опір джерела струму

Нехай є простий замкнутий ланцюг, що складається з джерела струму (наприклад, гальванічного елемента, акумулятора або генератора) і резистора з опором R. Струм у замкнутому ланцюзі не переривається ніде, отже, він існує і всередині джерела струму. Будь-яке джерело являє собою деякий опір для струму. Воно називається внутрішнім опором джерела струму і позначається буквою r.

У генераторі r — це опір обмотки, в гальванічному елементі — опір розчину електроліту і електродів.

Таким чином, джерело струму характеризується величинами ЕРС і внутрішнього опору, які визначають його якість. Наприклад, електростатичні машини мають дуже велику ЕРС (до десятків тисяч вольт), але при цьому їх внутрішній опір величезний (до сотні Мом). Тому вони непридатні для отримання сильних струмів. У гальванічних елементів ЕРС лише приблизно 1 В, але зате і внутрішній опір малий (приблизно 1 Ом і менше). Це дозволяє з їх допомогою отримувати струм, в одиниці вимірювання Ампер.

ПОДІЛИТИСЯ: