Номер 1, страница 366 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Вопросы к параграфу. Параграф 111. Электродвижущая сила. Глава 15. Законы постоянного тока - номер 1, страница 366.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Электрическое поле, создаваемое статическими (неподвижными) электрическими зарядами, называется электростатическим или кулоновским полем. Основным свойством такого поля является его потенциальность или, иначе говоря, консервативность.

Консервативность поля означает, что работа, совершаемая силами этого поля при перемещении заряда по любому замкнутому пути, всегда равна нулю. В математической форме это свойство выражается через циркуляцию вектора напряженности электростатического поля $\vec{E}_{к}$ по произвольному замкнутому контуру $L$: $$ \oint_L \vec{E}_{к} \cdot d\vec{l} = 0 $$ где $d\vec{l}$ — это вектор элементарной длины контура.

С другой стороны, постоянный электрический ток — это непрерывное упорядоченное движение зарядов по замкнутой электрической цепи. Чтобы это движение было постоянным, необходимо постоянно совершать работу по перемещению зарядов, так как в цепи всегда есть сопротивление, на преодоление которого расходуется энергия (она, как правило, выделяется в виде тепла).

Работа $A_{к}$, которую совершило бы кулоновское поле над зарядом $q$ при его движении по всей замкнутой цепи, равна: $$ A_{к} = q \oint_L \vec{E}_{к} \cdot d\vec{l} $$ Из-за потенциальности кулоновского поля эта работа всегда равна нулю: $$ A_{к} = q \cdot 0 = 0 $$

Таким образом, кулоновское поле не может совершать работу, необходимую для восполнения потерь энергии в замкнутой цепи, и, следовательно, не может поддерживать в ней постоянный ток. Электростатическое поле может вызвать лишь кратковременный ток, связанный с перераспределением зарядов до установления равновесия (например, при зарядке или разрядке конденсатора).

Для поддержания постоянного тока необходим источник электродвижущей силы (ЭДС), например, батарея или генератор. Внутри такого источника действуют так называемые сторонние силы. Эти силы имеют неэлектростатическую природу (например, химическую в батарейках или механическую в генераторах). Они совершают работу по перемещению зарядов против сил кулоновского поля, поддерживая разность потенциалов и обеспечивая непрерывный поток энергии в цепь.

Ответ: Кулоновское поле является потенциальным (консервативным), а работа сил потенциального поля при перемещении заряда по замкнутому контуру (которым является электрическая цепь) всегда равна нулю. Таким образом, кулоновское поле не может совершать работу, необходимую для поддержания непрерывного движения зарядов и компенсации энергетических потерь в цепи. Для этого нужны сторонние силы неэлектростатического происхождения, действующие в источниках тока (ЭДС).