§ 16.15. Закон Ома для участка цепи с э. д. с. и для всей цепи при нескольких э. д. с.

Сторонние силы могут действовать одновременно во многих участках замкнутой цепи, в том числе и у потребителя. Поэтому э. д. в. имеется не только в генераторе, но и во всех тех участках цепи, в которых действуют сторонние силы.

Когда заряды на участке цепи движутся по направлению действия на них сторонних сил, э. д. с. участка считается положительной. На этом участке обязательно происходит превращение в электрическую энергию других видов энергии. Если же заряды движутся в сторону, противоположную направлению действия на них сторонних сил, а. д. с. считается отрицательной. В этом случае электрические заряды теряют свою энергию, преодолевая противодействие сторонних сил. Электродвижущую силу на таком участке цепи принято называть противо-э. д. с.

Вспомним, что, преодолевая сопротивление, заряды теряют свою энергию, которая превращается во внутреннюю энергию проводника, т. е. идет на его нагревание. Аналогично, преодолевая противодействие сторонних сил На участке цепи с отрицательной

э. д. с., заряды теряют свою энергию, которая превращается в другие виды энергии, отличные от внутренней энергии. Итак, наличие

э. д. с. на участке цепи обеспечивает либо превращение в электрическую энергию других видов энергии (в генераторе), либо превращение электрической энергии в другие виды (кроме внутренней энергии) при отрицательной э. д. с. Например, при работе электродвигателя наличие противо-э. д. с. обусловливает превращение электрической энергии в механическую.

Обобщим все изложенное. Когда на участке цепи действуют посторонние силы, то возможны три различных случая:

1) электрические и сторонние силы действуют на заряды в противоположные стороны, а э. д. с. больше напряжения;

2) электрические и сторонние силы действуют на заряды в противоположные стороны, а напряжение больше э. д. с.;

3) электрические и сторонние силы действуют на заряды в одну сторону.

Первый случай относится к генератору, т. е. к участку цепи, который снабжает электрической энергией другие участки цепи. Его э. д. с. численно равна электрической энергии, приобретенной единичным зарядом. Если есть сопротивление всего этого участка (включая сюда и внутреннее сопротивление генератора ), a U - напряжение на нем, то, когда по нему течет ток I,

Действительно, на основании закона сохранения энергии можно утверждать, что если единичный заряд получил на участке энергию и потерял на нем же энергию на тепловое действие, то у него остается энергия Эту энергию заряд передает в цепь, присоединенную к генератору. Определив I из (16.37), получим закон Ома для участка цепи, являющегося генер атором:

Заметим, что эта формула применима при любой присоединенной к генератору цепи.

Второй случай наблюдают при зарядке аккумулятора и при работе электродвигателя. Электрическая энергия, израсходованная единичным зарядом на таком участке, определяется напряжением (рис. 16.15). Если сопротивление всего этого участка , а ток в нем то энергия, израсходованная в нем единичным зарядом на тепловое действие, равна , а энергия, превратившаяся в другие виды, равна . Таким образом, на основании закона сохранения энергии имеем

откуда получаем закон Ома для участка цепи с противо-э.д. с.:

Рис. 16.15.

В третьем случае электрические и сторонние силы направлены в одну сторону. Поэтому заряды будут двигаться в ту же сторону. Это означает, что такой участок обязательно будет потребителем энергии, полученной из остальной цепи. Кроме того, под действием сторонних сил он получает дополнительную энергию. Итак, единичный заряд, получив энергию от остальной цепи, на таком участке цепи получает еще энергию и всю эту энергию расходует на тепловое действие, которое оценивается падением напряжения Таким образом,

Определив получим закон Ома для такого участка цепи:

Объединяя все три случая, можно следующим образом сформулировать закон Ома для участка цепи с э. д. с.: сила тот на участке цепи с э. д. с. прямо пропорциональна алгебраической сумме напряжения и э. д. с. на этом участке и обратно пропорциональна его сопротивлению.

При расчетах, когда знак или не известен, следует пользоваться формулой (16.39). Если в результате решения найденная величина или окажется отрицательной, то это будет означать, что ее действие на заряды в действительности обратно принятому при решении.

Заметим, что для неразветвленной цепи с несколькими источниками э. д. с. закон Ома для всей цепи имеет вид

где — число э. д. с., а — число сопротивлений во всей цепи. Здесь в числителе — алгебраическая сумма всех э. д. с., причем э. д. с. на участке цепи положительна, если по направлению тока потенциал на этом участке возрастает; если же потенциал в этом направлении убывает, то значение э. д. с. берется с минусом.

Рис. 16.16,

Для схемы рис. 16.16 формула (16.40) имеет вид