Для школьников.
Ток в замкнутой цепи прямо пропорционален ЭДС источника и обратно пропорционален полному сопротивлению цепи:
Полное сопротивление цепи складывается из сопротивления внешней части цепи и сопротивления внутри источника, так как их можно рассматривать как соединённые последовательно.
В гальваническом элементе внутреннее сопротивление складывается из сопротивления его электродов и сопротивления электролита между электродами.
Закон Ома для замкнутой цепи можно записать и так:
Из этого выражения следует вывод:
Напряжение во внешней части цепи всегда меньше ЭДС источника.
Напряжение во внешней части цепи (которое ещё называют падением напряжения) равно произведению тока на внешнее сопротивление цепи.
Уменьшение напряжения на зажимах источника при наличии тока (то есть тот факт, что напряжение во внешней части цепи всегда меньше ЭДС источника) можно наблюдать на проведении такого опыта.
На рисунке показана схема опыта и общий вид экспериментальной установки:
Установка состоит из гальванического элемента 1, замкнутого на реостат 2 (реостат -это регулируемое сопротивление); из вольтметра 4, подключенного к зажимам гальванического элемента, и амперметра 3 для измерения тока в цепи.
Наблюдается, что при перемещении движка реостата (уменьшении сопротивления внешней цепи), ток в цепи растёт, а напряжение на клеммах источника уменьшается.
Если сопротивление цепи сделать очень маленьким (полностью вывести реостат), то есть сделать "короткое замыкание", когда сопротивление замкнутой цепи станет равным внутреннему сопротивлению источника, вольтметр покажет нуль.
Показание же амперметра будет иметь максимальное значение, равное току короткого замыкания:
(Выражение для тока короткого замыкания получается из закона Ома для полной цепи, если принять внешнее сопротивление равным нулю).
Для гальванического элемента ток короткого замыкания имеет малую величину и поэтому безвреден. Для таких цепей, как домофоны, телефоны эти токи тоже достаточно малы и безвредны.
Но для электрических цепей, питаемых мощными генераторами, токи короткого замыкания очень велики.
Такие токи очень опасны - они могут расплавить провода, вызвать пожары и т. д., поэтому на них ставят предохранители.
Таким образом, собрав показанную установку и проведя опыты, можно убедиться, что напряжение на зажимах источника всегда меньше его ЭДС и что формула для тока короткого замыкания верна.
При разомкнутой цепи (тока нет) вольтметр покажет ЭДС источника тока.
Задача 2. Гальванический элемент с ЭДС 1,5 В и внутренним сопротивлением 1 Ом замкнут на внешнее сопротивление 4 Ом. Найти силу тока в цепи, падение напряжения во внутренней части цепи и напряжение на зажимах элемента.
Решение. Силу тока в цепи найдём из закона Ома для замкнутой цепи:
Ток равен 0,3 А.
Падение напряжения во внутренней части цепи
равно 0,3 В.
Напряжение на зажимах элемента меньше ЭДС на падение напряжения во внутренней части цепи, поэтому
Оно равно 1,2 В.
К.В. Рулёва, к. ф.-м. н., доцент. Подписывайтесь на канал. Ставьте лайки. Пишите комментарии. Спасибо.
Предыдущая запись: Что общего у гальванических элементов и аккумуляторов и какая разница между ними?
Следующая запись: Занятие 57. Как рассчитать сложные цепи постоянного тока?
Ссылки на занятия до электростатики даны в Занятии 1.
Ссылки на занятия (статьи), начиная с электростатики, даны в конце Занятия 45.