Постоянный ток

ЭДС. Закон Ома для полной цепи

Мякишев «Физика 10», постоянный ток

Источник характеризуется двумя числами: ЭДС — работой сторонних сил на единицу заряда, и внутренним сопротивлением.

I = \dfrac{\varepsilon}{R + r}

закон Ома для полной цепи

Чем ЭДС отличается от напряжения2

ЭДС — характеристика источника, она не зависит от того, что к нему подключено.

Напряжение — характеристика участка цепи, оно меняется вместе с нагрузкой.

⚗

Опыт в Физлабе

Цепь постоянного тока

Добавь внутреннее сопротивление и следи за напряжением на клеммах.

Под нагрузкой оно всегда меньше ЭДС — часть напряжения падает внутри источника.

U = \varepsilon - I r

при

I = 0

вольтметр показывает саму ЭДС

Два предельных случая3

Холостой ход: цепь разомкнута, тока нет, на клеммах ровно ЭДС.

Короткое замыкание: $R = 0$ , ток максимален: $I_{\text{кз}} = \varepsilon / r$ . Именно поэтому КЗ опасно.

Севшая батарейка — это чаще всего выросшее $r$ : ЭДС почти прежняя, но под нагрузкой напряжение проседает.

Вольтметр на работающей батарейке показывает не ЭДС, а

\varepsilon - Ir

. Чтобы измерить ЭДС, нагрузку надо снять.

Полезная мощность выделяется на нагрузке, потери — на внутреннем сопротивлении.

\eta = \dfrac{R}{R + r}

чем меньше

r

по сравнению с

R

, тем выше КПД

Максимум мощности и максимум КПД — не одно и то же3

Наибольшая полезная мощность получается при $R = r$ , но КПД при этом всего 50 %.

Наибольший КПД — при $R \gg r$ , но мощность тогда мала.

Поэтому в энергетике гонятся за КПД, а в согласовании сигнала — за мощностью.

Разобранные примеры

ЭДС источника

12

В, внутреннее сопротивление

1

Ом, внешнее

5

Ом. Найди силу тока.разбор

Закон Ома для полной цепи: $I = \dfrac{\varepsilon}{R + r}$ .
$I = \dfrac{12}{5 + 1} = 2$ А.
Внутреннее сопротивление забывают чаще всего — тогда получается $2{,}4$ А вместо $2$ .

Ответ:

2