Общая электротехника. Курахтина Г.С. - 28 стр.

1.2.22. Электродвижущая сила источника. Напряжение источника

      Одной из важнейших величин, характеризующих источник элек-
тромагнитного поля, является его электродвижущая сила. Для того
чтобы существовал ток в цепи, надо прежде всего создать электриче-
ское поле источника, которое, в свою очередь, создается работой сто-
ронних сил. В гальваническом элементе сторонние силы разделяют
разносторонние заряды, входящие в состав молекул исходных ве-
ществ. В электрических машинах сторонние силы в проводнике, дви-            Рис. 1.20
жущемся        в     магнитном       поле,     переносят     свободные      электроды
к одному концу этого проводника, создавая на нем избыток электронов, а на другом – не-
достаток их, а значит, два полюса источника – положительный и отрицательный.
      При замыкании полюсов источника проводником в цепи возникает ток, т. е. источ-
ник начинает передавать электромагнитное поле вдоль проводов к потребителю. Это по-
ле и проявляет себя через ток в цепи. Движение зарядов во внешней цепи осуществляет-
ся силами электрического поля. Движение зарядов во внутренней цепи совершается
против действия сил электрического поля и осуществляется сторонними силами (рис.
1.20). Таким образом, сторонние силы совершают работу по разделению разноименных
зарядов, т. е. по созданию электрического поля источника. Величина сторонней силы,
действующей на единичный заряд, определяется исключительно конструкцией источни-
ка. При этом чем меньше сторонние силы затрачивают энергии на перенесение зарядов
внутри источника, тем больше энергия электромагнитного поля. Работа сторонних сил
равна энергии электрического поля плюс энергия, затраченная на перенесение зарядов
внутри источника. Энергия электрического поля целиком расходуется во внешней цепи,
когда цепь замкнута. Величину работы сторонних сил, приходящейся на единицу заряда,
мы можем определять, подсчитав энергию, израсходованную на внешнем и внутреннем
участках цепи, когда по ним переместился заряд определенной величины.
В системе СИ принято брать заряд, равный 1 Кл. Таких образом, энергия, выделенная на
внешней и внутренней цепях при перемещении по ним заряда в 1 Кл, будет численно
равна полной работе сторонних сил источника. Величину этой работы сторонних сил и
называют электродвижущей силой источника.
      Таким образом, ЭДС источника характеризует работу сторонних сил, затраченную
ими на разделение заряда в 1 Кл и перенесение его к полюсам источника внутри источ-
ника. Если сторонние силы разделили заряд величиною Q кулон и при этом совершили
А1 джоулей работы, а на его перенесение внутри источника – А0 джоулей энергии, то
ЭДС источника определится как
                                     A1 + Ao A1 Ao
                                E=          = + .
                                        Q    Q Q
                                                            A1
     Отсюда видно, что ЭДС состоит из двух слагаемых, где      – энергия электриче-
                                                            Q
ского поля, приходящаяся на заряд в 1 Кл и расходуемая во внешней цепи. Эта состав-
ляющая ЭДС называется внешним падением напряжения, или просто напряжением ис-
точника. Следовательно, напряжение источника говорит о том, сколько джоулей
электрической энергии расходуется во внешней цепи на перемещение заряда в 1 Кл. Вто-
              A
рое слагаемое 0 – это энергия, расходуемая сторонними силами на перемещение заряда
              Q
в 1 Кл внутри источника. Она называется внутренним падением напряжения. Внешнее
падение напряжения обозначается буквой U, внутреннее U0. Тогда

                                         28