определение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока».

Задание на неделю с 27.04. по 04.05

ДОМАШНЕЕ ЗАДАННИЕ: 

Теоретический материал выучить, записать в тетрадь основные определения.

Выполнить лабораторную работу: схема, таблица, расчеты после таблицы, не забывайте единицы измерения, погрешности , вывод, ответы на вопросы.

Посмотреть видеоурок:

https://www.youtube.com/watch?v=HxHeDC1mzMY

До сих пор при изучении электрического тока мы рассматривали направленное движение свободных зарядов во внешней цепи, то есть в проводниках, подсоединённых к клеммам источника тока.

Как мы знаем, положительный заряд :

• уходит во внешнюю цепь с положительной клеммы источника;

• перемещается во внешней цепи под действием стационарного электрического поля, создаваемого другими движущимися зарядами;

• приходит на отрицательную клемму источника, завершая свой путь во внешней цепи.

Теперь нашему положительному заряду нужно замкнуть свою траекторию и вернуться на положительную клемму. Для этого ему требуется преодолеть заключительный отрезок пути — внутри источника тока от отрицательной клеммы к положительной. Но вдумайтесь: идти туда ему совсем не хочется! Отрицательная клемма притягивает его к себе, положительная клемма его от себя отталкивает, и в результате на наш заряд внутри источника действует электрическая сила , направленная против движения заряда (т.е. против направления тока).

Сторонняя сила

Тем не менее, ток по цепи идёт; стало быть, имеется сила, «протаскивающая» заряд сквозь источник вопреки противодействию электрического поля клемм (рис. 1).

Рис. 1. Сторонняя сила

Эта сила называется сторонней силой; именно благодаря ей и функционирует источник тока. Сторонняя сила не имеет отношения к стационарному электрическому полю — у неё, как говорят, неэлектрическое происхождение; в батарейках, например, она возникает благодаря протеканию соответствующих химических реакций.

Обозначим через работу сторонней силы по перемещению положительного заряда q внутри источника тока от отрицательной клеммы к положительной. Эта работа положительна, так как направление сторонней силы совпадает с направлением перемещения заряда. Работа сторонней силы называется также работой источника тока.

Во внешней цепи сторонняя сила отсутствует, так что работа сторонней силы по перемещению заряда во внешней цепи равна нулю. Поэтому работа сторонней силы по перемещению заряда вокруг всей цепи сводится к работе по перемещению этого заряда только лишь внутри источника тока. Таким образом, — это также работа сторонней силы по перемещению заряда по всей цепи.

Мы видим, что сторонняя сила является непотенциальной — её работа при перемещении заряда по замкнутому пути не равна нулю. Именно эта непотенциальность и обеспечивает циркулирование электрического тока; потенциальное электрическое поле, как мы уже говорили ранее, не может поддерживать постоянный ток.

Опыт показывает, что работа прямо пропорциональна перемещаемому заряду . Поэтому отношение уже не зависит от заряда и является количественной характеристикой источника тока. Это отношение обозначается :

(1)

Данная величина называется электродвижущей силой (ЭДС) источника тока. Как видим, ЭДС измеряется в вольтах (В), поэтому название «электродвижущая сила» является крайне неудачным. Но оно давно укоренилось, так что приходится смириться.

Когда вы видите надпись на батарейке: «1,5 В», то знайте, что это именно ЭДС. Равна ли эта величина напряжению, которое создаёт батарейка во внешней цепи? Оказывается, нет! Сейчас мы поймём, почему.

Закон Ома для полной цепи

Из прошлых уроков нам уже знаком закон Ома для участка цепи. Теперь сделаем для этого закона обобщение.

Определение. Полная цепь – цепь, содержащая источник тока, или же цепь, содержащая ЭДС.

Для наглядного примера возьмем самый простой вариант – цепь с одним источником и одним потребителем (рис. 1):

Рис. 1. Пример полной цепи

Внешняя цепь (участок полной цепи без источника) характеризуется своим сопротивлением – R. Источник же характеризуется своей ЭДС, а также внутренним сопротивлением – r.

Как уже отмечалось на прошлом уроке, ЭДС равна сумме падений напряжения на внешней цепи и на самом источнике:

Здесь: – напряжение, подаваемое во внешнюю цепь; – падение напряжения на источнике.

Внешняя цепь, конечно же, является участком цепи, поэтому для нее справедлив закон Ома:

Через источник проходит точно такой же ток, поэтому:

Подставив последние два выражение в первое, получим:

Или же:

Это и называется законом Ома для полной цепи.

Получить закон Ома можно также, если начать рассматривать выполняемую работу. Ведь работа сторонних сил по перемещению заряда состоит из перемещения по внешней цепи плюс разделение зарядов внутри источника:

Если разделить это выражение на заряд, получим:

Или же, если вспомнить все определения:

 Короткое замыкание

Определение. Короткое замыкание – явление, когда сопротивление во внешней цепи по каким-либо причинам стремится к нулю:

При этом, обращаясь к закону Ома для полной цепи:

Ток короткого замыкания из-за того, что внутреннее сопротивление источников очень мало по сравнению с сопротивлением внешним, как правило, чрезвычайно велик. Из-за этого выделяется очень большое количество теплоты, что может стать причиной обрывов цепи, пожаров и т. д. Для предотвращения подобного используются предохранители (рис. 2).

Лабораторная работа № 5:

Цель работы: определить ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока.

Оборудование: батарейка (4,5 В), ключ, амперметр, вольтметр, соединительные провода, реостат.

Указания к работе.

При замкнутом ключе (см. рисунок) ЭДС источника тока равна напряжению на внешней цепи. В эксперименте источник тока замкнут на вольтметр, сопротивление которого R_Вдолжно быть много больше внутреннего сопротивления источника тока r. Обычно сопротивление источника тока достаточно мало, поэтому для измерения напряжения можно использовать школьный вольтметр со шкалой 0-6 В и сопротивлением R_В = 900 Ом(см. надпись под шкалой прибора). Так как R_В » r, отличие ℰ от U не превышает десятых долей процента, а потому погрешность измерения ЭДС равна погрешности измерения напряжения.

Внутреннее сопротивление источника тока можно измерить косвенным путем, сняв показания амперметра и вольтметра при замкнутом ключе. Действительно, из закона Ома для замкнутой цепи (см. § 108) получаем ℰ = U + Ir, где U = IR – напряжение на внешней цепи (R - сопротивление реостата).

Поэтому .

Ход работы:

1. Соберите цепь как показано на рисунке 50.
2. Проверьте надежность контактов, правильность подключения амперметра и вольтметра.
3. Проверьте работу цепи при разомкнутом и замкнутом ключе.
4. Начертите в тетради схему собранной вами цепи.
5. При разомкнутой цепи измерьте ЭДС источника тока вольтметром =3,7В.
6. Снимите показания амперметра и вольтметра при замкнутом ключе.

I_пр =1,8А , U_пр = 3,5В.

1. Вычислить внутреннее сопротивление источника тока r , используя закон Ома для полной цепи:

=

1. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу № 1:

ЭДС источника тока

,

ВЫВОД:____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Дополнительно:

1. Какие силы принято называть сторонними?

2. Какую функцию они выполняют в источнике тока?

3. Какую силу называют электродвижущей?

4. Как вычислить ЭДС источника тока через закон Ома для полной цепи?

Познавательные статьи:



Психологические особенности спортивного соревнования

Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации

Занятость населения и рынок труда

Социальный статус семьи и её типология