Какие силы вызывают разделение зарядов в источнике тока

Источник тока. Сторонние силы. ЭДС источника тока

Δφ=φ₁–φ₂=U, которая создает внутри него электри­ческое поле напряженностью Е, направленное в сторону падения потенциала (рис. 92).

При этом в проводнике возникнет ток от большего потен­циала φ₁ к меньшему φ₂.

Движение зарядов от φ₁ к φ₂ приводит к снижению большего (φ₁) и повышению меньшего (φ₂) потенциала, т.е. к выравниванию потенциалов. Как только потенциалы выравниваются, электрическое поле в проводнике исчезнет и ток прекратится. Таким образом, для поддержания электрического тока необходимо иметь специальные устройства, которые бы поддерживали на его концах разность по­тенциалов. Такое устройство называется источником тока. Источ­никами тока являются электрические генераторы, гальванические и термоэлементы, аккумуляторы. Направление тока в устройстве про­тивоположно направлению тока в проводнике. Источник тока вы­полняет и другую роль – он замыкает цепь, по которой осуществля­ется непрерывное движение зарядов. Ток течет по внешней части цепи – проводнику и по внутренней – источнику тока. Источник тока имеет два полюса: положительный с более высоким потенциа­лом и отрицательный – с более низким. При разомкнутой цепи на отрицательном полюсе (выводе) источника тока образуется избыток электронов, а на положительном – недостаток. Разделение зарядов в источнике тока производится с помощью внешних сил, так назы­ваемых сторонних, направленных против кулоновских сил, дейст­вующих на разноименные заряды в проводниках самого источника тока. Природа этих сторонних сил может быть самой различной (химической, механической, электромагнитной).

Если цепь, со­стоящая из проводника и источника тока, замкнута, то по ней про­ходит ток и при этом совершается работа сторонних сил А_ст. (рис. 93). Эта работа складывается из работы, совершаемой против сил электрического поля внутри источника тока ( А_ист.) и работы, совершаемой против механических сил сопротивления среды ис­точника ( А’ ), т.е. А_ст. = А_ист + А’.

Величина, равная отношению работы, которую совершают сторон­ние силы при перемещении точечного положительного заряда Q вдоль всей цепи, (включая и источник тока), к величине заряда Q называют ЭДС источника тока ε

Работа против сил электрического поля (по определению) равна

Если полюсы источника разомкнуты, то А’ = 0, и тогда из формулы ε

следует ε = φ₁ – φ₂, т.е. ЭДС источника тока при разомкнутой внешней цепи равна раз­ности потенциалов, которая создается на его полюсах.

Какие силы вызывают разделение зарядов в источнике тока?

Как быстро выучить стихотворение наизусть? Запоминание стихов является стандартным заданием во многих школах.

Как научится читать по диагонали? Скорость чтения зависит от скорости восприятия каждого отдельного слова в тексте.

Как быстро и эффективно исправить почерк? Люди часто предполагают, что каллиграфия и почерк являются синонимами, но это не так.

Как научится говорить грамотно и правильно? Общение на хорошем, уверенном и естественном русском языке является достижимой целью.

4.2. Сторонние силы. ЭДС

Пусть на концах проводника длиной l создана разность потенциалов которая порождает внутри него электрическое поле Е, направленное в сторону падения потенциала (рис. 4.5-1). Если поле внутри проводника можно считать однородным, то

Рис. 4.5. Для возникновения тока необходима разность потенциалов на концах проводника.
Для поддержания разности потенциалов нужен источник тока

При этом в проводнике возникает электрический ток, который идет от большего потенциала к меньшему . Движение (положительных) зарядов от к приводит к выравниванию потенциалов во всех точках. Электрическое поле в проводнике при этом исчезает, и ток прекращается. Очевидно, обязательным условием существования тока является наличие разности потенциалов

а для ее поддержания необходимо иметь специальное устройство, с помощью которого будет происходить разделение зарядов на концах проводника. Такое устройство называется источником тока. Таким образом, для получения тока требуется наличие замкнутой цепи и источника тока (рис. 4.5-2). Гальванические элементы, аккумуляторы, термоэлементы, электрические генераторы — примеры источников тока. Источник тока выполняет одновременно и вторую задачу — он замыкает электрическую цепь, по которой можно было бы осуществить непрерывное движение зарядов. Ток течет по внешней части — проводнику и по внутренней — источнику тока. Источник тока имеет два полюса: положительный, с более высоким потенциалом, и отрицательный, с более низким потенциалом. При разомкнутой внешней цепи на отрицательном полюсе источника тока образуется избыток электронов, а на положительном — недостаток. Разделение зарядов в источнике тока производится с помощью внешних, так называемых сторонних сил, направленных против электрических сил, действующих на разноименные заряды в проводниках самого источника тока. Природа сторонних сил может быть самой различной: механической, химической (рис. 4.6), тепловой, биологической и т. д.

Рис. 4.6. Действие сторонних сил химического происхождения

Итак, перемещение заряда по замкнутому проводнику под действием источника тока происходит за счет сил не электростатического происхождения — сторонних сил, действующих внутри источника. Электростатические силы не могут обеспечить движение зарядов по замкнутому контуру в силу своей консервативности (работа этих сил по замкнутому контуру равна нулю).

Таким образом, если цепь, состоящая из проводника и источника тока, замкнута, то по ней проходит ток, и при этом совершается работа сторонних сил. Эта работа складывается из работы, совершаемой против сил электрического поля внутри источника тока , и работы, совершаемой против механических сил сопротивления среды источника , то есть

Отношение работы, которую совершают сторонние силы при перемещении точечного заряда вдоль всей цепи, включая и источник тока, к заряду, называется электродвижущей силой (ЭДС) источника тока:

Разделение заряда

Узнайте, как происходит разделение электрических зарядов: какие силы вызывают разделение, создание молнии, что такое статическое электричество, причины.

Разделение заряда часто именуют статическим электричеством. Это пространство между частичками с противоположными зарядами.

Задача обучения

• Выяснить факторы, способные привести к разделению заряда.

Основные пункты

• Электроны лабильны (переносятся из атома в атом), поэтому может существовать разделение заряда.
• Способно возникать из-за трения, давления, тепла от других зарядов.
• Разделение заряда может достичь критического уровня, при котором происходит разряд (молния).

Термины

• Ядро – массивная, положительно заряженная центральная часть атома, представленная протонами и нейтронами.
• Разряд – высвобождение накопленного заряда.
• Статическое электричество – электрический заряд, созданный в изолированном теле (чаще всего из-за трения).

Материя представлена атомами, состоящими из отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных протонов. В обычном состоянии каждый атом обладает нейтральным зарядом – протоны и электроны равны по количеству и существуют без постоянного диполя. Из-за лабильности (могут переноситься из атома в атом) электронов существует статическое электричество.

Какая сила вызывает разделение зарядов? В химии разделение заряда происходит через перенос электрона от одного атома к другому при формировании ионной связи. В физике есть много случаев разделения, которые не описываются формальными химическими реакциями.

Например, представим, что вы трете воздушным шариком о волосы. Как только отодвинете его, волосы выпрямятся и потянутся за ним. Все дело в том, что электроны транспортируются из одного объекта в другой, заставляя одни приобретать положительный заряд, а другие отрицательный. Поэтому противоположные притягиваются. То же самое можно увидеть на фотографии с детской площадкой.

Из-за трения между волосами и пластиковой трубой девочка слева создала разделение заряда, а ее волосы стали притягиваться к материалу

Разделение заряда формируется не только трением, но и давлением, теплом и другими зарядами. Давление и теплота способны увеличить энергию материала и приводят к отрыву электронов от ядер. К примеру, близкий отрицательный заряд способен вытолкнуть электроны из ядра, вокруг которого привыкли вращаться. Иногда это явление достигает критической точки, и мы видим процесс разряжения, например, как в случае с молнией.