ЭДС. Закон Ома для полной цепи.

В источнике тока должно происходить разделение зарядов на положительные и отрицательные. Под действием кулоновских сил такое разделение происходить не может. Поэтому разделение зарядов должно происходить под действием сторонних сил (т.е. сил неэлектрического происхождения) против действия кулоновских сил отталкивания.

Например, аккумуляторная батарея заряжается из-за реакции свинцовых пластин с серной кислотой, в солнечной батарее – свет выбивает электроны с поверхности пластины и заряжает её положительно.

 

За счёт сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника тока в направлении, противоположном действию сил электростатического поля. Благодаря этому на концах внешней цепи поддерживается постоянная разность потенциалов и в цепи идёт постоянный электрический ток. Работа, которая необходимая для упорядоченного движения электрических зарядов в проводнике при прохождении по нему постоянного электрического тока, совершается за счёт энергии источника тока.

 

Электродвижущая сила (ЭДС) – физическая величина, являющаяся энергетической характеристикой источника и равная работе по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутой цепи, т.е. ЭДС равна работе по разделению и перемещению по цепи единицы заряда.

; .

 

Закон Ома для полной электрической цепи, состоящей из источника с  и внутренним сопротивлением r и внешнего сопротивления R.

 

Сила тока пропорциональна ЭДС и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи R + r.

 

У каждого источника есть внутреннее сопротивление r, которое зависит от его устройства.

 

, где U – падение напряжения во внешней цепи (на источнике),

 

 - падение напряжения в источнике.

 

 

Если R>>r, то , т.е. для нахождения ЭДС его соединяют с нагрузкой, сопротивление которой много больше внутреннего сопротивления источника.

 

Если r >> R, то , т.е. ток резко возрастает и происходит короткое замыкание, т.к. всё падение напряжения происходит на источнике.

Тогда сила тока при коротком замыкании рассчитывается по формуле: .

 

При решении задач учтём, что ЭДС и внутреннее сопротивление источников не изменяется при подключении различных резисторов. Поэтому составляют систему линейных уравнений, описывая каждую из ситуаций указанных в задаче:

Конечно же, количество уравнений в системе определяется условием задачи.

 

ТЕСТ 1.

1. Гальванический элемент с ЭДС 15 В и внутренним сопротивлением 1 Ом замкнут на сопротивление

4 Ом. Найдите силу тока в цепи.                               

1) 1.           2) 2.           3) 3.           4) 4.

 

2. Аккумулятор с внутренним сопротивлением 0,2 Ом и ЭДС 2 В замк­нут проволокой сечением 1 мм² и удельным сопротивлением 10^-7 Ом•м. Найди­те длину проволоки, если сила тока в цепи 4 А.

1) 1.           2) 2.           3) 3.           4) 4.

 

3. Если I сила тока в цепи, R и r – внешнее и внутреннее сопротивления, E – ЭДС источника тока и

U – напряжение на полюсах источника тока, то закон Ома для полной цепи имеет вид:

1) .       2) .         3) .       4) .

 

4. Зависимость силы тока от внешнего сопротивления цепи представлена на рисунке:

1) 1. 2) 2. 3) 3. 4) 4.               

 

5. Если к источнику тока подключить сопротивление R, то напряжение на его зажимах станет равным

12 В, если к источнику подключить сопротивление 3 R, то напряжение станет равным 18 В. ЭДС источника тока:  

1) 20 В.                 2) 24 В.                 3) 30 В.                 4) 36 В.

 

6. Батарея подключена к сопротивлению 10 Ом, при этом сила тока в цепи 2 А. Если ту же батарею подключить к сопротивлению 20 Ом, сила тока будет 1,5 А. Найдите внутреннее сопротивление батареи.

1) 10.         2) 20.         3) 30.         4) 40.

 

7. В проводнике сопротивлением 2 Ом, подключенном к элементу с ЭДС 2,2 В, идет ток силой 1 А. Найдите ток короткого замыкания элемента. 

1) 1.           2) 9.           3) 11.         4) 15.

 

8. При замыкании источника тока на внешнее сопротивление 8 Ом в цепи возникает ток 1 А, а при замыкании на сопротивление 4 Ом возникает ток 1,6 А. Ток короткого замыкания этого источника равен:

1) 2 А.       2) 3 А.       3) 4 А.                   4) 5 А.

 

9. Источник постоянного тока с ЭДС 15 В и внутренним сопротивлением 1,4 Ом питает внешнюю цепь, состоящую из двух параллельно соединенных со­противлений 2 и 8 Ом. Найдите разность потенциалов на зажимах источника.  

1) 2.          2) 4.           3) 8.           4) 15

 

10. Цепь состоит из источника тока с ЭДС 7,5 В и внутренним сопротивлени­ем 0,3 Ом и двух параллельно соединенных проводников с сопротивлениями 2 Ом и 3 Ом. Определите силу тока во втором проводнике.

1) 2.           2)  4.          3) 6.           4) 8.

 

11. К источнику тока с внутренним сопротивлением 10 Ом подключены два параллельно соединенных проводника сопро­тивлением 60 Ом и 20 Ом. Определить отношение токов, протекающих через первый проводник до и после обрыва в цепи вто­рого проводника. 

1) 0,5.      2) 0,7.           3) 2. 4) 2,8.

 

ТЕСТ 2.

1. Разность потенциалов на клеммах замкнутого на резистор 5 Ом источника тока равна 4 В. Внутреннее сопротивление источника 2,5 Ом. ЭДС источника равна:

1) 8 В.        2) 6 В.                   3) 4 В.        4) 10 В.

2. При подключении источника тока с ЭДС 15 В к некоторому сопротив­лению напряжение на полюсах источника оказывается 9 В, а сила тока в цепи 1,5 А. Найдите внутреннее сопротивление источника.

1) 4.           2) 5.           3) 6.           4) 7.

3. Батарея с ЭДС 20 В имеет внутреннее сопротивление 1 Ом. При ка­ком внешнем сопротивлении сила тока в цепи будет 2 А?  

1) 9.          2) 10.         3) 11.         4) 12.

4. При уменьшении сопротивления внешней цепи с 5 Ом до 2 Ом сила тока, текущего через источник, увеличилась с 2 А до 4 А. Найти ЭДС источника тока. 

1) 12.       2) 13.               3) 14.         4) 15.

5. Источник тока замкнут проводником, сопротивление которого 10 Ом. Напряжение на проводнике равно 12 В. Если этот проводник заменить другим, сопротивление которого 5 Ом, то сила тока в цепи окажется равной 2 А. ЭДС источника тока равна:

1) 13 В.                 2) 14 В.                 3) 15 В.                 4) 18 В.                                 

6. При внешнем сопротивлении 4 Ом сила тока в цепи составляет 0,2 А, при внешнем сопротивлении 7 Ом сила тока равна 0,14 А. Сила короткого замыкания источника равна:

1) 0,32 А.             2) 0,38 А.              3) 0,42 А.              4) 0,47 А. 

7. Источник тока с ЭДС 12 В и внутренним сопротивлением 1 Ом пита­ет три параллельно соединенных сопротивления по 6 Ом каждое. Определите напряжение на одном сопротивлении.

1) 5.           2) 6.           3) 7.           4) 8.

8. Источник с ЭДС 240 В и внутренним сопротивлением 2,5 Ом замкнут на внешнюю цепь, состоящую из двадцати параллельно соединенных одинаковых ламп сопротивлением 400 Ом каждая. Сопротивление подводящих проводов 7,5 Ом. Напряжение на лампах равно:

1) 200 В.               2) 180 В.               3) 100 В.               4) 160 В.