§107 Сторонні сили. Електрорушійна сила. Робота над електричним зарядом на ділянці кола [5]

1. Припустимо, що єдиними джерелами електричного поля  у провідниках, по яких течуть струми, є електричні заряди, що збуджують поля за законом Кулона. При проходженні струму безперервно відбувається зменшення зарядів, точніше, нейтралізація додатного і від’ємного зарядів. Для того щоб напруженість поля , а з нею й густина електричного струму  залишалися незмінними, необхідні якісь додаткові сили або процеси, які неперервно поповнювали б електричні заряди.

Отже, для підтримки постійного струму, крім електростатичних сил, у електричному колі повинні діяти сили неелектростатичного походження, які називають сторонніми силами. Ці сили можуть бути обумовлені хімічними процесами, дифузією носіїв струму в неоднорідному середовищі або через границю двох різнорідних речовин, віхровими електричними (але не електростатичними, кулонівськими) полями, що створюються змінними у часі магнітними полями, і т.д. Сторонні сили можуть діяти або на усьому колі, або на окремих його ділянках.

Сторонні сили характеризують роботою, яку вони виконують над носіями струму. Величина, що дорівнює роботі сторонніх сил над одиничним додатним зарядом, називається електрорушійною силою (ЕРС) , що діє в замкненому колі або на його ділянці. Отже, якщо робота сторонніх сил над зарядом  дорівнює , то електрорушійна сила буде визначатися виразом

            .           (107.1)

Аналізуючи формулу (107.1) легко з’ясувати, що виміряється ЕРС у Дж/Кл=В, тобто у вольтах.

Сторонню силу, що діє на заряд , можна характеризувати напруженістю поля сторонніх сил , що дорівнює відношенню сторонньої сили , яка діє на заряд , до величини цього заряду:

            .

Тоді роботу сторонніх сил на ділянці 1–2 електричного кола над зарядом  можна записати у вигляді

            .

Розділивши цю роботу на , отримаємо ЕРС, що діє на цій ділянці кола:

            .           (107.2)

Крім сторонніх сил, на заряд  в провіднику діють сили електростатичного поля . Отже, результуюча сила, що діє в кожній точці кола на заряд  дорівнює

            .

Повна робота, що виконується цією силою над зарядом  на ділянці 1–2 кола, визначається виразом

            .           (107.3)

Як бачимо, повна робота над електричним зарядом на ділянці кола 1–2 визначається різницею потенціалів і електрорушійною силою на цій ділянці.

Ділянка кола, на якому не діють сторонні сили, називається однорідною. Ділянка кола, на якому діють також і сторонні сили, називається неоднорідною.