§ 5. Закон Ома для полной цепи

Зависимость силы тока в цепи от внутреннего сопротивления источника тока

1. Вам хорошо известно, что, используя закон Ома, можно определить силу тока, протекающего через проводник, если известны сопротивление проводника и напряжение на его концах. Возникает вопрос: как найти силу тока в проводнике, если напряжение на его концах неизвестно? Для ответа на этот вопрос выясним сначала, от каких ещё величин зависит сила тока в проводнике.

Полная (замкнутая) электрическая цепь включает источник тока, потребители (резисторы, лампы, электронагревательные приборы), управляющие элементы (ключ, выключатель), электроизмерительные приборы (амперметр, вольтметр), соединительные провода. Элементы цепи, кроме источника тока, составляют внешнюю часть (или участок) цепи, источник тока — внутреннюю. При замыкании цепи электрические заряды перемещаются во внешней части цепи от положительного полюса источника тока к отрицательному полюсу. На внутреннем участке цепи тоже происходит перемещение заряженных частиц, но помимо направленного движения, например ионов раствора электролита, существует и тепловое движение, поэтому внутренний участок цепи обладает сопротивлением. В гальванических элементах и аккумуляторах — это сопротивление электролита. Его обозначают буквой r и называют внутренним сопротивлением.

Выясним, как зависит сила тока в цепи от внутреннего сопротивления источника. Заполним электролитическую ванну (кювету с двумя электродами) раствором электролита, например медного купороса. Присоединим к электродам последовательно реостат, амперметр, ключ (рис. 25). При данных концентрации раствора электролита и температуре устанавливается определённая степень диссоциации, которая не изменяется при изменении расстояния между электродами или площади электродов. Зафиксируем показания амперметра при определённом положении электродов. Затем уменьшим расстояние между электродами, уменьшив тем самым внутреннее сопротивление раствора электролита. Амперметр покажет увеличение силы тока. Таким образом, сила тока в цепи зависит от внутреннего сопротивления источника тока.

Рис. 25

Зависимость силы тока в цепи от электродвижущей силы

2. Проделаем опыт. Соберём цепь из трёх гальванических элементов (рис. 26, а), каждый из которых имеет внутреннее сопротивление r₀ и ЭДС ₀, резистора сопротивлением R, амперметра и ключа. В этом случае общая ЭДС источника будет равна = 3₀, внутреннее сопротивление источника r = 3r0. При замыкании ключа амперметр покажет некоторое значение силы тока. Включим теперь два гальванических элемента навстречу друг другу (рис. 26, б). В этом случае = ₀, r = 3r₀, т. е. ЭДС уменьшилась в 3 раза, а внутреннее сопротивление осталось прежним. Опыт показывает, что сила тока в цепи уменьшилась в 3 раза. Таким образом, сила тока в цепи прямо пропорциональна ЭДС источника тока.

Рис. 26

Продолжение >>>