Електрорушійна сила джерела струму. Закон Ома для неоднорідної ділянки кола і для повного кола

Розглянемо два провідники заряджені електричними зарядами до потенціалів і . З’єднаємо ці провідники третім провідником по якому потече електричний струм силою І (рис. 3.28). Будемо підтримувати силу струму постійною. Для цього з допомогою спеціального пристрою силами неелектричної природи будемо переносити електричні заряди в зворотному напрямку таким чином, щоб різниця потенціалів між тілами залишалась постійною. Сили неелектричної природи, які переносять заряди в даному пристрої, називаються сторонніми. Пристрій, в якому сторонні сили переносять електричні заряди між двома тілами і підтримують постійною різницю потенціалів між ними називається джерелом струму, а тіла, між якими підтримується постійною різниця потенціалів, називаються полюсами джерела струму. Замкнутий контур , утворений джерелом струму і провідником, під’єднаним до його полюсів, утворюють електричне коло.

Знайдемо роботу, яку необхідно виконати, щоб перемістити деякий заряд по замкнутому контуру

. (3.180)

Ця робота складається з роботи електричних сил і роботи сторонніх сил. Оскільки електростатичні сили потенціальні, то робота цих сил по замкнутому контурі рівна нулю

. (3.181)

Підставивши (3.181) у вираз (3.180), дістанемо

. (3.182)

Введемо фізичну величину , яка називається електрорушійною силою

. (3.183)

Електрорушійною силою називається фізична величина, рівна роботі сторонніх сил по переміщенню одиничного позитивного заряду по замкнутому електричному колу.

Розглянемо неоднорідну ділянку електричного кола, тобто таку ділянку, яка містить джерело електричного струму з електрорушійною силою і внутрішнім опором, тобто опором самого джерела струму . Нехай до ділянки кола прикладена різниця потенціалів (рис. 3.29). Нехай опір провідників ділянки рівний і по провідниках ділянки тече постійний струм силою . Згідно із законом Ома для ділянки кола (3.162), сила струму рівна

, (3.184)

де – повний опір ділянки кола. Згідно з означенням електричної напруги у випадку постійного струму за формулою (3.161), одержимо

. (3.185)

Із формули (3.183) робота сторонніх сил рівна

. (3.186)

Робота електростатичних сил рівна

. (3.187)

Підставимо (3.186) і (3.187) у формулу (3.185)

. (3.188)

Підставимо (3.188) у вираз (3.184), одержимо

. (3.189)

Формула (3.189) – це закон Ома для неоднорідної ділянки кола: сила струму в неоднорідній ділянці кола прямо пропорційна сумі електрорушійної сили на ділянці, різниці потенціалів на кінцях ділянки і обернено пропорційна повному опору ділянки.

Розглянемо повне замкнене електричне коло, яке можна отримати з неоднорідної ділянки кола, з’єднавши точки 1 і 2 (рис.3.30).

В цьому випадку потенціали цих точок зрівняються і вираз (3.179) набере вигляду

. (3.190)

Отриманий вираз – це закон Ома для повного кола: сила струму в колі прямо пропорційна електрорушійній силі джерела струму і обернено пропорційна повному опору кола.