Зовнішнє незалежне оцінювання - комплексне видання
Частина I НАВЧАЛЬНИЙ ДОВІДНИК — З ПРИКЛАДАМИ ТА ЗАВДАННЯМИ
ЕЛЕКТРОДИНАМІКА
2. ЗАКОНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ
2.4. ЕРС. ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОВНОГО КОЛА. З'ЄДНАННЯ ЕЛЕМЕНТІВ
2.4.1. ДЖЕРЕЛА ЕЛЕКТРИЧНОГО СТРУМУ
Джерела струму — це пристрої, в яких різні види енергії перетворюються на електричну енергію. Всередині джерела струму діють сторонні сили.
Сторонні сили — це будь-які сили некулонівського походження.
Сторонні сили діють на вільні носії зарядів всередині джерела струму та переміщують їх. Таким чином, в джерелі електричного струму виконується робота з розділення різнойменних електричних зарядів: на одному полюсі джерела струму накопичується позитивний заряд, на другому — негативний.
✵ Залежно від того, за рахунок якої енергії виконується робота з розділення зарядів розрізняють: хімічні (гальванічні елементи й акумулятори), теплові (термопари), світлові (фотоелементи), електромагнітні (генератори) джерела струму.
Гальванічні елементи й акумулятори — хімічні джерела струму. Схематичне зображення хімічних джерел струму подано на рис 2.8, а.
✵ Будова. Хімічні джерела струму складаються з двох електродів й електроліту. Електроди можна виготовити з різних металів, але частіше один з електродів є металевим (він набуває негативного заряду), а другий вугільним, або таким, що містить оксиди металів (він набуває позитивного заряду). Електролітом слугує тверда або рідка речовина, яка є провідником електричного струму завдяки наявності в ній великої кількості вільних йонів.
✵ Принцип дії. Між електродами й електролітом відбуваються хімічні реакції, внаслідок яких металевий електрод (катод) набуває негативного заряду, а вугільний електрод (анод) — позитивного.
✵ «Працездатність» гальванічного елемента із часом закінчується через виснаження запасу речовин, що приймають участь в реакції й їх не можна використати вдруге. «Працездатність» акумуляторів можна відновити, пропустивши через них зворотний струм (зарядити акумулятор) — це елементи багаторазового використання.
✵ Й акумулятори, й гальванічні елементи зазвичай об'єднують в батареї і отримують відповідно батарею гальванічних елементів або батарею акумуляторів (рис. 2,8, б).
Рис. 2.8
2.4.2. ЕЛЕКТРОРУШІЙНА СИЛА. ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОВНОГО КОЛА
Найпростіше повне коло (рис. 2.9) складається з двох ділянок:
1) Зовнішня ділянка кола — споживач (або споживачі) струму й з'єднувальні проводи. Загальний опір ділянки R, а напруга U на ділянці дорівнює напрузі на полюсах джерела струму. На зовнішній ділянці діють лише кулонівські сили.
2) Внутрішня ділянка кола — це безпосередньо джерело струму, яке характеризується внутрішнім опором r та електрорушійною силою ℰ. На цій ділянці діють як кулонівські, так і сторонні сили.
Рис. 2.9
Електрорушійна сила (ЕРС) ℰ — це скаляр на фізична величина, яка дорівнює відношенню роботи сторонніх сил Аст з переміщення заряду q всередині джерела струму до значення цього заряду:
ℰ = 
.
✵ Одиниця ЕРС у СІ—вольт (В).
Закон Ома для повного кола: сила струму І в повному колі дорівнює відношенню ЕРС джерела струму ℰ до повного опору кола (R + r):
I = 
.
Наслідки закону Ома для повного кола
✵ Напруга на полюсах замкненого джерела струму (рис. 2.10, а):
U = ℰдж — Ir.
✵ Напруга на полюсах незамкненого джерела струму (рис. 2.10, б):
U = ℰдж при Rвольтметра 
r.
✵ Коротке замикання джерела струму, тобто R 
0 (рис. 2.10, в):
Imax = 
.
Рис. 2.10
ККД джерела струму:
η = 
,
де U — напруга на зовнішній ділянці кола. З'єднання елементів у батарею
1. При послідовному з'єднанні елементів у батарею (рис. 2.11, а) електрорушійна сила батареї дорівнює алгебраїчній сумі ЕРС елементів:
ℰ0 = ℰ1 + ℰ2 + … ℰn,
2. При паралельному з'єднанні n однакових елементів електрорушійна сила батареї дорівнює ЕРС одного елемента (рис. 2.11, б):
ℰ0 = ℰ1
Рис. 2.11