Электрический ток

Ученики 7-9 класса в задачах иногда встречают понятие ЭДС. И сразу же вопрос: «Что это такое?»

Если вы берете в руки любой источник тока: батарейку (гальванический элемент), блок питания и т.п., – на нем видите, например, надпись «4,5 В». Вы называете это напряжение источника. Но на самом деле это ЭДС – электродвижущая сила. Обозначается ℰ, измеряется в вольтах (В).

Если электрическим сопротивлением источника можно пренебречь (т.е. в условии задачи ничего не говорится про это сопротивление или написано, что источник идеальный), то ЭДС и напряжение источника равны.

Таким образом,
ЭДС – это одна из характеристик источника тока.

Обычно для решения задач в 7-9 классах этого достаточно.

В старших классах понятие ЭДС требует более подробного рассмотрения.

Сторонние силы

Рассмотрим два примера.
1. Шарик массой m закреплен в некоторой точке А над столом (рис. 1, а).
2. Шарик с зарядом q1 (и малой массой) закреплен в некоторой точке А на небольшом расстоянии от второго закрепленного заряда q2 (рис. 1, б).

Что произойдет с шариками, если их освободить?
1. Шарик массой m начнет падать, и если его не ловить, упадет на стол. Шарик заставляет двигаться сила тяжести. В этом случае говорят, что сила тяжести (или гравитационное поле) совершает работу.
2. Шарик с зарядом q1 начнет двигаться к заряду q2, и если его не ловить, столкнется с ним. Шарик заставляет двигаться сила притяжения ко второму шарику (кулоновская сила). В этом случае говорят, что кулоновская сила (или электрическое поле) совершает работу.

А можно ли вернуть шарики в точку А?

Можно, но для этого нужно приложить дополнительную силу.

В первом примере мы можем бросить шарик вверх. Мы затратим собственную энергию, чтобы заставить шарик двигаться в нужном направлении.

Второй пример рассмотрим более подробно. Шарик можно заставить двигаться влево еще одним зарядом q3, большим по значению, чем заряд q2. Но это будет так же кулоновская сила. Можно так же применить механическую силу, можно сообщить шарику дополнительную энергию (например, световую, химическую и т.д.), чтобы он смог преодолеть притяжения заряда q2.

Силы, действующие на заряд, за исключением кулоновских, называются сторонними. Внутри любого источника тока заряды движутся под действием сторонних сил.

Во всех случаях, если сила заставляет тело двигаться в нужном направлении, то она совершает работу. Значит и сторонние силы совершают работу по перемещению заряда, которую называют сторонней.

ЭДС

Отношение работы сторонних сил по перемещению заряда к величине этого заряда и есть ЭДС (электродвижущая сила).

Обозначим работу сторонних сил — Acт, переносимый заряд — q, тогда из определения следует, что ЭДС

Исходя из этой формулы, можно дать и другое определение:

ЭДС – это физическая скалярная величина, численно равная работе сторонних сил по перемещению единичного положительно заряда.

Таким образом, ЭДС характеризует действие сторонних сил и не является силой в обычном понимании этого слова. Здесь опять используется не очень удачная, но исторически установившаяся терминология.

Из этой формулы видно, что ЭДС измеряется в Вольтах (В).