что такое сторонние силы какова их природа

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:

Работа против сил электрического поля равна

Если полюсы источника разомкнуты, то , и тогда

то есть ЭДС источника тока при разомкнутой внешней цепи равна разности потенциалов, которая создается на его полюсах.

Распределение потенциала в замкнутой цепи представлено на рис. 4.7.

Рис. 4.7. Распределение потенциала в замкнутой электрической цепи

Ясно, что движение положительных зарядов происходит в сторону уменьшения потенциала. В то же время необходимо наличие области, где движение зарядов происходит в сторону увеличения потенциала за счет сторонних сил. Проще говоря: чтобы вода текла вниз, кто-то должен поднять её наверх.

Источник

СТОРОННИЕ СИЛЫ

Полезное

Смотреть что такое «СТОРОННИЕ СИЛЫ» в других словарях:

СТОРОННИЕ СИЛЫ — непотенциальные (неэлектростатические) силы, действующие на электрические заряды внутри источника тока и вызывающие их перемещение против направления действия сил электростатического поля. Обусловлены хим. реакциями, контактными явлениями,… … Большая политехническая энциклопедия

СТОРОННИЕ СИЛЫ — в электротехнике силы, действующие на заряж. частицы и тела, но не являющиеся ни силами электростати ч. поля (см. Электростатика), ни силами индуктированного электрического поля. С. с. обусловлены хим. реакциями, контактными явлениями, механич.,… … Большой энциклопедический политехнический словарь

ПОНДЕРОМОТОРНЫЕ СИЛЫ — вэлектродинамике силы, действующие на тела в электрич. и магн. полях. Термин П. с. введён во времена, когда наряду с весомыми телами признавалось существование невесомых субстанций (эфир, электрич. жидкость и т. п.); в совр. лексиконе иногда… … Физическая энциклопедия

электродвижущая сила — (эдс), величина, характеризующая источник энергии неэлектростатической природы в электрической цепи, необходимый для поддержания в ней электрического тока. Эдс численно равна работе по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутой… … Энциклопедический словарь

постоянный ток — электрический ток, не изменяющийся во времени. * * * ПОСТОЯННЫЙ ТОК ПОСТОЯННЫЙ ТОК, электрический ток (см. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК), величина и направление которого не изменяются с течением времени. Постоянный электрический ток может возникнуть только… … Энциклопедический словарь

Электродвижущая сила — (эдс) физическая величина, характеризующая действие сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока; в замкнутом проводящем контуре равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль… … Большая советская энциклопедия

Ома закон — для участка электрической цепи (проводника), не содержащего источников эдс, устанавливает связь между силой тока в проводнике и разностью потенциалов (напряжением) на его концах: сила тока прямо пропорциональна напряжению и обратно… … Энциклопедический словарь

вольтметр — а; м. [от сл. вольт и греч. metron мера] Прибор для измерения напряжения в электрической цепи. * * * вольтметр прибор для измерения эдс или напряжения (в мкВ, мВ, В, кВ) в электрических цепях; включается параллельно нагрузке. * * * ВОЛЬТМЕТР… … Энциклопедический словарь

СИЛА — жен. источник, начало, основная (неведомая) причина всякого действия, движенья, стремленья, понужденья, всякой вещественой перемены в пространстве, или: начало изменяемости мировых явлений, Хомяков. Тяготенье основная сила природы. Сила есть… … Толковый словарь Даля

электромагнитная индукция — возникновение электродвижущей силы (эдс индукции) в замкнутом проводящем контуре при изменении потока магнитной индукции через площадь, ограниченную этим контуром; электрический ток, вызванный этой эдс, называется индукционным током. * * *… … Энциклопедический словарь

Источник

Сторонние силы источника тока

Если на концах какого-нибудь провод­ника AB создать разность потенциалов (рис. 5.16), то в нем возникнет электрическое поле напряженностью E̅.

Под действием этого поля свободные за­ряженные частицы (в металлах — это сво­бодные электроны) будут двигаться в опре­деленном направлении, не прекращая сво­его хаотического движения, создавая кратко­временный ток.

Тем не менее, на практике в подавляющем большинстве случаев необходимо иметь ток в проводниках на протяжении продолжитель­ного времени. Для этого на концах провод­ника разность потенциалов необходимо под­держивать неизменной. Эту функцию в элект­рических цепях выполняют источники тока.

Любой источник тока имеет два полюса: положительный и отрицательный. Источ­ник, как и любой другой проводник, имеет свое сопротивление r, которое называется внутренним сопротивлением (рис. 5.17).

На полюсах источника на протяжении продолжительного времени существует раз­ность потенциалов. Но почему же в таком случае не возникает ток в самом источнике? В самом деле, на полюсах батареи для кар­манного фонарика довольно долго сущест­вует разность потенциалов, однако ток воз­никает лишь тогда, когда к полюсам бата­реи подсоединяется лампочка. Очевидно, что в источнике существуют какие-то силы, ко­торые стараются поддерживать разность потен­циалов на его полюсах, противодействуют электрическим силам, стремящимся выров­нять потенциалы на полюсах источника. Эти силы имеют неэлектрическое происхожде­ние, поэтому и называются сторонними.

Сторонние силы обусловливают разде­ление разноименно заряженных частиц в источнике и поддерживают на его полюсах определенную разность потенциалов. В галь­ванических элементах разделение заряжен­ных частиц осуществляется за счет хими­ческой энергии, в термогенераторах — за счет тепловой и т.п.

Таким образом, сторонние силы внутри источника тока создают электрическое по­ле, которое называется полем сторонних сил. Напряженность такого поля E_ст. может измеряться силой, действующей на заря­женные частицы с суммарным зарядом в одну единицу. Материал с сайта http://worldofschool.ru

Очевидно, что напряженности поля сто­ронних сил и электрических сил в источнике имеют противоположные направ­ления. Если внешняя часть цепи источника разомкнута, то напряженности обоих полей в источнике одинаковы и никакого тока в источнике нет.

Когда внешняя часть цепи ис­точника разомкнута, то напря­женность поля сторонних сил и электрических сил в источнике одинаковы по значению и про­тивоположны по направлению, поэтому и компенсируют друг друга.

Таким образом, роль источника сводится к разделению разноименно заряженных ча­стиц и к накоплению их на полюсах источ­ника.

Источник

Электродвижущая сила

Природа сторонних сил

В гальваническом элементе, например в элементе Вольта, действуют химические силы.

Элемент Вольта состоит из цинкового и медного электродов, помещённых в раствор серной кислоты. Химические силы вызывают растворение цинка в кислоте. В раствор переходят положительно заряженные ионы цинка, а сам цинковый электрод при этом заряжается отрицательно. (Медь очень мало растворяется в серной кислоте.) Между цинковым и медным электродами появляется разность потенциалов, которая и обусловливает ток во внешней электрической цепи.

Электродвижущая сила

Действие сторонних сил характеризуется важной физической величиной, называемой электродвижущей силой (сокращённо ЭДС).

Запомни
Электродвижущая сила источника тока равна отношению работы сторонних сил при перемещении заряда по замкнутому контуру к абсолютной величине этого заряда:

Электродвижущую силу, как и напряжение, выражают в вольтах.

Разность потенциалов на клеммах батареи при разомкнутой цепи равна электродвижущей силе. ЭДС одного элемента батареи обычно 1—2 В.

Можно говорить также об электродвижущей силе и на любом участке цепи. Это удельная работа сторонних сил (работа по перемещению единичного заряда) не во всём контуре, а только на данном участке.

Важно
Электродвижущая сила гальванического элемента есть величина, численно равная работе сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда внутри элемента от одного полюса к другому.

Работа сторонних сил не может быть выражена через разность потенциалов, так как сторонние силы непотенциальны и их работа зависит от формы траектории перемещения зарядов.

Ключевые слова для поиска информации по теме параграфа.
Электродвижущая сила источника тока. Сторонние силы

Вопросы к параграфу

1. Почему электрическое поле заряженных частиц (кулоновское поле) не способно поддерживать постоянный электрический ток в цепи?

2. Какие силы принято называть сторонними?

3. Что называют электродвижущей силой?

Источник

Сторонние силы

Смещение под действием электрического поля зарядов в проводнике всегда происходит таким образом, что электрическое поле в проводнике исчезает и ток прекращается. Для протекания тока в течение продолжительного времени на заряды в электрической цепи должны действовать силы, отличные по природе от сил электростатического поля, такие силы получили название сторонних сил.

Представим стороннюю силу Fст, действующую на заряд q, в виде

Природа сторонних сил может быть различной. Источники постоянного тока могут быть основаны на химическом (гальванические элементы и аккумулятоpы) или тепловом (теpмопаpы) действии. В гальванических элементах сторонние силы возникают за счет энергии химических реакций между электродами и электролитами Гальванические элементы и аккумуляторы преобразуют химическую энергию в электрическую. В генераторе сторонние силы образуются за счет механической энергии вращения ротора генератора и т.д.,термопары преобразуют внутреннюю энергию в электрическую, фотоэлементы — световую в электрическую.

Электродвижущая сила (ЭДС) — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних сил, то есть любых сил неэлектрического происхождения, действующих в квазистационарных цепях постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль всего контура.По аналогии с напряжённостью электрического поля вводят понятие напряжённость сторонних сил \vec E_, под которой понимают векторную физическую величину, равную отношению сторонней силы, действующей на пробный электрический заряд, к величине этого заряда. Тогда в замкнутом контуре L ЭДС будет равна:

Теория Бора была крупным шагом в развитии атомной физики и явилась важным этапом в создании квантовой механики. Однако эта теория обладает внутренними противоречиями (с одной стороны, применяет законы классической физики, а с другой основывается на квантовых постулатах). В теории Бора рассмотрены спектры атома водорода и водородоподобных систем и вычислены частоты спектральных линий, однакоэта теория не смогла объяснить интенсивности спектральных линий и ответить на вопрос: почему совершаются те или иные переходы? Серьезным недостатком теории Бора была невозможность описания с ее помощью спектра уже атома гелия — одного из простейших атомов, непосредственно следующего за атомом водорода.

Второй постулат Бора (правило частот): при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую излучается (поглощается) один фотон с энергией

равной разности энергий соответствующих стационарных состояний (Еn и Еm — соответственно энергии стационарных состояний атома до и после излучения (поглощения)). При Еm Еn — его поглощение (переходатома в состояние с большей энергией, т. е. переход электрона на более удаленную отядра орбиту). Набор возможных дискретных частот v=(En —Em )/ h квантовых переходов и определяет линейчатый спектр атома.

Переме́нный ток(англ. alternatingcurrent) — электрический ток, который с течением времени изменяется по величине и направлению или, в частном случае, изменяется по величине, сохраняя своё направление в электрической цепи неизменным. Условное обозначение на электроприборах: \thicksim или \thickapprox (знак синусоиды), или латинскими буквами AC.

Величина, обратная периоду, называется частотой переменного тока:

, где

— частота переменного тока;

— период переменного тока.

Источник