Електрорушійна сила

Будь-яке джерело струму характеризується електрорушійної силою, або скорочено ЕРС. Так, на круглій батарейці для кишенькового ліхтарика написано: 1,5 В. Що це означає?

Якщо з’єднати провідником дві різнойменно заряджених кульки, то заряди швидко нейтралізують один одного
Якщо з’єднати провідником дві різнойменно заряджених кульки, то заряди швидко нейтралізують один одного, потенціали кульок стануть однаковими, і електричне поле зникне (рис. 15.9, а).

Сторонні сили. Для того щоб струм був постійним, треба підтримувати постійну напругу між кульками. Для цього необхідно пристрій (джерело струму), яке носило б заряди від однієї кульки до іншого в напрямку, протилежному напрямку сил, що діють на ці заряди з боку електричного поля кульок. У такому влаштуванні на заряди, крім електричних сил, повинні діяти сили неелектростатіческого походження (рис. 15.9, б). Одне лише електричне поле заряджених частинок (кулоновское поле) не здатна підтримувати постійний струм в ланцюзі.

Візьміть два електрометрії і зарядіть один з них. Потім з’єднайте стрижні електрометрів провідником і спостерігайте, як швидко відбувається перетікання зарядів.

Запам’ятай
Будь сили, що діють на електрично заряджені частинки, за винятком сил електростатичного походження (т. Е. Кулонівських), називають сторонніми силами.

Висновок про необхідність сторонніх сил для підтримки постійного струму в ланцюзі стане ще очевиднішим, якщо звернутися до закону збереження енергії.

Важливо
Електростатичне поле потенційно. Робота цього поля при переміщенні в ньому заряджених частинок по замкнутому електричному ланцюзі дорівнює нулю. Проходження ж струму по провідниках супроводжується виділенням енергії – провідник нагрівається. Отже, в ланцюзі повинен бути якесь джерело енергії, що постачає її в ланцюг. У ньому, крім кулонівських сил, обов’язково повинні діяти сторонні, непотенціальні сили. Робота цих сил уздовж замкнутого контура повинна бути відмінна від нуля.

Саме в процесі здійснення роботи цими силами заряджені частинки набувають всередині джерела струму енергію і віддають її потім провідникам електричного кола.

Сторонні сили приводять в рух заряджені частинки всередині всіх джерел струму: в генераторах на електростанціях, у гальванічних елементах, 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 від позитивно зарядженого електрода до негативного), а у зовнішній ланцюга їх приводить в рух електричне поле (див. Рис. 15.9, б).

Природа сторонніх сил. Природа сторонніх сил може бути різноманітною. У генераторах електростанцій сторонні сили – це сили, що діють з боку магнітного поля на електрони в рухомому провіднику.

У гальванічному елементі, наприклад в елементі Вольта, діють хімічні сили.

Елемент Вольта складається з цинкового і мідного електродів, поміщених в розчин сірчаної кислоти. Хімічні сили викликають розчинення цинку в кислоті. У розчин переходять позитивно заряджені іони цинку, а сам цинковий електрод при цьому заряджається негативно. (Мідь дуже мало розчиняється в сірчаної кислоти.) Між цинковим і мідним електродами з’являється різниця потенціалів, яка і обумовлює струм у зовнішньому електричному ланцюзі.

Електрорушійна сила. Дія сторонніх сил характеризується важливою фізичною величиною, званої електрорушійної силою (скорочено ЕРС).

Електрорушійну силу, як і напруга, виражають у вольтах.

Різниця потенціалів на клемах батареї при розімкнутому ланцюзі дорівнює електрорушійної силі. ЕРС одного елемента батареї зазвичай 1-2 В.

Можна говорити також про електрорушійної силі і на будь-якій ділянці ланцюга. Це питома робота сторонніх сил (робота по переміщенню одиничного заряду) не в усьому контурі, а тільки на даній ділянці.

Важливо
Електрорушійна сила гальванічного елемента є величина, чисельно рівна роботі сторонніх сил при переміщенні одиничного позитивного заряду всередині елемента від одного полюса до іншого.

Робота сторонніх сил не може бути виражена через різницю потенціалів, так як сторонні сили непотенційного і їх робота залежить від форми траєкторії переміщення зарядів.

Посилання на основну публікацію