1.1.4 Электродвижущая сила (эдс)

Появление ЭДС связано с наличием электрических полей неэлектростатического и непотенциального характера.

В общем случае будем говорить, что в замкнутом контуре действует электродвижущая сила е, если линейный интеграл напряженности электрического поля вдоль замкнутого контура не равен нулю, причем этот линейный интеграл равен ЭДС, действующей в контуре:

. (1.15)

В виде примера рассмотрим гальванический элемент (рисунок 1.4). Тела А и В, подключенные к зажимам элемента, оказываются заряженными под действием ЭДС элемента. Интеграл вектора по любому пути в диэлектрике между телами А и В равен разности потенциалов этих тел:

. (1.16)

Так как и в электролите и в проводнике (электрическая цепь разомкнута), то и .

В тонких слоях у поверхностей электродов отсутствие результирующего электрического поля ( ) является следствием наложения внутри этих слоев на электрическое поле с напряженностью Е_стат, образованное зарядами электродов и электролита, равного и противоположного ему стороннего электрического поля с напряженностью Е_стор, имеющего неэлектростатическое происхождение, что можно записать следующим образом: или .

Соответственно, получим:

. (1.17)

В еличина и представляет собой ЭДС гальванического элемента, стремящуюся привести в движение заряды внутри элемента против сил электростатического поля Е_стат.

Составим линейный интеграл вектора по замкнутому контуру АтВnА, проходящему своей частью внутри источника ЭДС. Получим:

(1.18)

так как .

С другой стороны:

, (1.19)

так как и

Рисунок 1.4 – Гальванический элемент

.

Следовательно, .

То есть, электродвижущая сила элемента равна разности потенциалов или, что в данном случае одно и то же, напряжению на его зажимах при разомкнутой внешней цепи.

Стороннее электрическое поле создает ЭДС, выполняющую работу, затрачиваемую на перенос единичного положительного заряда по замкнутому контуру, связанную с электрохимическими процессами.

1.1.5 Вопросы для самопроверки

1. Дать определение электростатического поля.

2. В чем заключается явление взаимодействия электрических зарядов?

3. Дать определение вектора напряженности электрического поля.

4. Сформулировать закон Кулона для точечных зарядов.

5. Дать определение линиям напряженности электрического поля.

6. Сформулировать понятия электрического напряжения и электрического потенциала.

7. Сформулировать признак потенциальности электрического поля.

8. Дать определение вектора поляризации и вектора электрического смещения .

9. Сформулировать теорему Гаусса.

10. Дать определение проводникам, диэлектрикам и полупроводникам, указав их существенные различия.

11. Сформулировать определения электрическим токам проводимости, переноса и смещения.

12. Дать определение плотности электрического тока и ее связи с величиной электрического тока.

13. Дать определение плотности тока электрического смещения.

14. Сформулировать физическую природу электродвижущей силы.

1.1.6 Тесты

1. От частицы льда с электрическим зарядом + q отделилась частица льда с электрическим зарядом – q. Указать правильный ответ.

   1. После отделения частицы отталкиваются.

   2. Электрический заряд оставшейся частицы может быть

е = 1,6 ּ10^-19 Кл.

3. Электрический заряд оставшейся частицы равен + 2q.

4. Суммарный заряд частиц увеличился.

2. На тонкой капроновой нитке золотой незаряженный шарик. К нему поднесли заряженный провод. Указать правильное утверждение.

Н а шарик и провод действуют разные по модулю силы электрического взаимодействия.

1. Если провод коснется шарика, заряд шарика не изменится.

2. Шарик будет притягиваться к проводу даже в случае, если этот шарик не будет заряжен.

3. Шарик и проводник заряжены одноименно.

3. В электрическое поле, силовые линии которого показаны на рисунке, влетает электрон. Указать правильный ответ

2

1

1

3

1. Электрон может двигаться по траектории 3 с уменьшением скорости.

2. Электрон может двигаться по траектории 3 с увеличением скорости.

3. Электрон может двигаться по траектории 2 с уменьшением скорости.

4. Электрон может двигаться по траектории 1 равномерно.

4. На рисунке изображены силовые линии электрического поля заряженной сферы. Указать правильное утверждение.

   1. При перемещении отрицательного заряда из точки 1 в точку 2 потенциальная энергия заряда увеличивается.

   2. Разность потенциалов отрицательная.

   3. При перемещении отрицательного заряда из точки 1 в точку 2 электрическое поле выполняет дополнительную работу.

   4. Поле сферы создано отрицательным зарядом.

5. Положительный заряд находится в однородном электрическом поле между пластинами плоского конденсатора. Указать правильное утверждение.

1. Работа электрического поля при перемещении заряда по пути 1-2-3-4 зависит от напряженности электрического поля.

2. При перемещении заряда из точки 3 в точку 2 электрическое поле выполняет отрицательную работу.

3. При перемещении заряда из точки 1 в точку 2 электрическое поле выполняет положительную работу.

4. Линии напряженности электрического поля начинаются на нижней пластине конденсатора и заканчиваются на верхней пластине конденсатора.

6. Напряженность электрического поля измеряют с помощью пробного электрического заряда q₀. Как изменится модуль напряженности, если величину пробного заряда увеличить в n раз?

А	Б	В	Г
Увеличится в раз.	Увеличится в n раз.	Уменьшится в n раз.	Не изменится.

7. Какую работу выполнила сила электрического поля во время перемещения заряда 2 Кл из точки с потенциалом 40 В в точку с потенциалом 0 В?

А	Б	В	Г
10 Дж.	20 Дж.	40 Дж.	80 Дж.

8. Н а рисунке представлен разрез бесконечной стальной трубки, которой сообщили положительный заряд. В какой из областей напряженность электростатического поля равна нулю?

А	Б	В	Г
Только в I.	Только в III.	Только в II.	B I и II.

9. Через алюминиевый провод проходит ток. Указать правильное утверждение.

   1. Направление тока в проводе совпадает с направлением движения электронов.

   2. Если заменить алюминиевый провод стальным такой же длины и такого же диаметра, сопротивление участка цепи уменьшится.

   3. Из-за низкой температуры сила тока прямо пропорциональна приложенному напряжению.

   4. Если провод удлинить, его сопротивление увеличится.

10. На рисунке приведен график зависимости силы тока от напряжения для двух проводников. Указать правильный ответ.

1. Если проводники изготовлены из одного материала и имеют одинаковую длину, то площадь поперечного сечения первого проводника больше, чем второго.

2. Сопротивление проводника II меньше на 30 Ом.

3. Сопротивление проводника I превышает сопротивление проводника II на 3 Ома.

4. Сопротивление проводника I больше, чем сопротивление проводника II.

11. К металлическому резистору 40 Ом приложено напряжение 20 В. Указать правильное утверждение.

    1. Если напряжение увеличить до 50 В при неизменной температуре, то сопротивление резистора уменьшится в 2 раза.

    2. Величина тока в резисторе 0,5 А.

    3. Если резистор нагреется, величина тока увеличится.

    4. За 3 с через резистор пройдет заряд равный 10 Кл.

12. Серебряный и алюминиевый проводники одинаковой длины и одинакового диаметра подключены в цепь так, как показано на рисунке. Дать правильное утверждение.

1. Если длину серебряного проводника увеличить вдвое, общее сопротивление уменьшится.

2. Напряжение на серебряном проводнике меньше, чем на алюминиевом.

3. Величина тока в проводниках различная.

4. Если сечение обоих проводников увеличить вдвое, общее сопротивление увеличится вдвое.

1. Проводник и конденсатор включены последовательно. Дать правильное утверждение.

1. В проводнике ток называют током электрического смещения, а в конденсаторе – током проводимости.

2. Ток электрического смещения в конденсаторе равен величине тока проводимости в проводнике.

3. Величина тока проводимости в проводнике превышает в несколько раз ток электрического смещения.

4. При постоянном характере тока в проводнике тока электрического смещения в конденсаторе не существует.

14. К металлическому резистору с сопротивлением 40 Ом приложено напряжение 10 В. Указать правильное утверждение.

    1. Величина тока в резисторе равна 1 А.

    2. За 10 с через резистор пройдет заряд 2,5 Кл.

    3. Если напряжение увеличить до 20 В при неизменной температуре, то сопротивление резистора увеличится в два раза.