Електрорушійна сила (ЕРС) і внутрішній опір джерела

Ми прийшли до висновку, що для підтримки постійного струму в замкнутій ланцюга, в неї необхідно включити джерело струму. Підкреслимо, що завдання джерела полягає не в тому, щоб поставляти заряди в електричний ланцюг (в провідниках цих зарядів достатньо), а в тому, щоб змушувати їх рухатися, робити роботу по переміщенню зарядів проти сил електричного поля. Основний характеристики джерела є електрорушійна сила [1] (ЕРС) – робота, що здійснюються сторонніми силами по переміщенню одиничного позитивного заряду

Електростатичне поле здійснює позитивну роботу з переміщення позитивного заряду в напрямку зменшення потенціалу поля. Джерело струму проводить поділ електричних зарядів – на одному полюсі накопичуються позитивні заряди, на іншому негативний. Напруженість електричного поля в джерелі спрямована від позитивного полюса до негативного, тому робота електричного поля по переміщенню позитивного заряду буде позитивною при його руху від «плюса» до «мінуса». Робота сторонніх сил, навпаки, позитивна в тому випадку, якщо позитивні заряди переміщаються від негативного полюса до позитивного, тобто від «мінуса» до «плюса».

Для протікання електричного струму по ділянці ланцюга, котрий володіє електричним опором, необхідно здійснювати роботу, з подолання сил опору. Для одиничного позитивного заряду ця робота, відповідно до закону Ома, дорівнює добутку IR = UIR = U яке, природно збігається з напругою на даній ділянці.

Заряджені частинки (як електрони, так і іони) всередині джерела рухаються в деякій навколишньому середовищі, тому з боку середу на них також діють гальмують сили, які також необхідно долати. Заряджені частинки долають сили опору завдяки дії сторонніх сил (якщо струм в джерелі спрямований від «плюса» до «мінуса») або завдяки електростатичним силам (якщо струм направлений від «мінуса» до «плюса»). Очевидно, що робота з подолання цих сил не залежить від напрямку руху, так як сили опору завжди спрямовані в бік, протилежний швидкості руху частинок. Так як сили опору пропорційні середньої швидкості руху частинок, то робота щодо їх подолання пропорційна швидкості руху, отже, силі струму силі. Таким чином, ми можемо ввести ще характеристику джерела – його внутрішньо опір r, аналогічно звичайному електричному опору. Робота з подолання сил опору при переміщенні одиничного позитивного заряду між полюсами джерела дорівнює Aq = Ir Aq = Ir. Ще раз підкреслимо, ця робота не залежить від напрямку струму в джерелі.

Посилання на основну публікацію