Электричество и магнетизм. Ч.3. Муравьев А.Б - 7 стр.

                     Лабораторная работа № 3                                    Величина, численно равная суммарной работе, совершаемой элек-
                                                                         тростатическими и сторонними силами при перемещении единичного
              Изучение обобщённого закона Ома
                                                                         положительного заряда по участку цепи, называется напряжением U на
   и измерение электродвижущей силы методом компенсации
                                                                         этом участке цепи и равна
      Цель работы: изучение зависимости разности потенциалов на уча-                               U1-2 = (ϕ1 – ϕ2) + ΣEi ,
стке цепи, содержащем ЭДС, от силы тока; расчёт ЭДС и полного сопро-     где знак ЭДС принимается положительным, если направление обхода от
тивления этого участка.                                                  точки 1 к точке 2 (рис. 1) соответствует перемещению внутри источника
      Приборы и материалы: лабораторный модуль, источники пита-          Ei от знака «–» (катод) к знаку «+» (анод). В противном случае – отри-
ния ИП1 и ИП2, два цифровых мультиметра марки М–92А, используе-          цательным.
мых в качестве вольтметра и миллиамперметра.                                    Таким образом, на рис. 2 E1 будет отрицательной, а E2 – положи-
                                                                         тельной.
       Для того чтобы поддерживать движение электрических зарядов в
течение некоторого длительного времени, необходимо, кроме электриче-                           E1                   E2
ского поля, наличие в цепи сторонних полей. Сторонние поля действу-                      1                               2
ют на носители тока внутри источников электрической энергии (гальва-                     ϕ1                              ϕ2
нических элементов, аккумуляторов, электрических генераторов и т. п.).                        +−                    −+
       Для электрического и стороннего полей вводятся силовая и энер-                                      Рис. 1
гетическая характеристики. Силовыми характеристиками являются век-
                       G       G                                               Если использовать определение напряжения U = IRп, где I – сила
торы напряжённости Eэл и Eстор . Направление вектора напряжённости
                                                                         тока в цепи, Rп – полное сопротивление участка, включающее внутрен-
поля совпадает с направлением соответствующей силы, действующей          нее сопротивление источника ЭДС на этом участке, то закон Ома при-
на положительный заряд. Величина напряжённости численно равна от-        нимает вид
ношению силы к величине заряда:
                               G                   G                                                IRп = (ϕ1 – ϕ2) + ΣEi.                (1)
                        G      Fэл        G        Fстор                       Выражение (1) называют обобщённым законом Ома или законом
                        E эл =     ,      Eстор =         .
                                q                    q                   Ома для неоднородного участка цепи.
       Энергетической характеристикой электростатического поля явля-           Участок цепи, в пределах которого не действуют сторонние силы,
ется разность потенциалов ϕ1 – ϕ2, стороннего поля – электродвижущая     называется однородным, напряжение на нём равно U1-2 = ϕ1 – ϕ2, т. е.
сила E. Величина разности потенциалов равна отношению работы силы        напряжение совпадает с разностью потенциалов. За направление элек-
электростатического поля Аэл при перемещении малого точечного заря-      трического тока принимают направление перемещения положительных
да q из первой точки участка цепи во вторую к величине перемещаемого     зарядов. Произведение IRп берётся положительным, если направление
заряда, величина ЭДС – аналогична отношению работы силы сторонне-        тока совпадает с направлением обхода контура.
го поля Астор к величине q:
                                                 Aстор
                                                                                                            I        Er
                                     A
                         ϕ1 – ϕ2 = эл , E =
                                      q            q
                                                        .                                  2                            1
       Между силовыми и энергетическими характеристиками электро-
статического и стороннего полей имеются сходные интегральные соот-
                                                                                                            R        + -
ношения                                                                                               rв
                                 2 G    G        2 G        G
                     ϕ1 – ϕ2 = ∫ Eэл d l , E = ∫ Eстор d l .                                                V
                             1           1
                                                                                                           Рис. 2

                                 13                                                                         14