Номер 4, страница 154 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

4. Чему равна полная работа в цепи?

4. Решение

Полная работа в электрической цепи, также называемая работой источника тока, представляет собой работу, которую совершают сторонние силы (силы неэлектростатической природы) внутри источника для перемещения электрических зарядов по всей замкнутой цепи. Эта работа затрачивается на преодоление сопротивления как внешнего участка цепи (полезная работа), так и внутреннего участка (потери внутри самого источника).

По определению, электродвижущая сила (ЭДС) источника, обозначаемая $ \mathcal{E} $, численно равна работе сторонних сил $A_{стор}$ по перемещению единичного положительного заряда $q$ по всей замкнутой цепи:

$ \mathcal{E} = \frac{A_{стор}}{q} $

Из этого определения следует, что полная работа $A_{полн}$ (которая равна работе сторонних сил $A_{стор}$) для перемещения всего заряда $q$ вычисляется как произведение ЭДС на этот заряд:

$ A_{полн} = \mathcal{E} \cdot q $

В свою очередь, сила тока $I$ в цепи связана с зарядом $q$, прошедшим через поперечное сечение проводника за время $t$, соотношением $I = \frac{q}{t}$. Отсюда можно выразить заряд: $q = I \cdot t$.

Подставив выражение для заряда в формулу полной работы, получаем наиболее практичную и часто используемую формулу для её расчёта:

$ A_{полн} = \mathcal{E} \cdot I \cdot t $

В этой формуле:
$A_{полн}$ — полная работа в цепи (единица измерения в СИ — Джоуль, Дж).
$\mathcal{E}$ — ЭДС источника тока (единица измерения — Вольт, В).
$I$ — сила тока в цепи (единица измерения — Ампер, А).
$t$ — время, в течение которого протекает ток (единица измерения — секунда, с).

Согласно закону сохранения энергии, полная работа $A_{полн}$ равна сумме работы тока на внешнем участке цепи (полезная работа $A_{полезн}$) и работы на внутреннем участке (потери $A_{внутр}$): $A_{полн} = A_{полезн} + A_{внутр}$.

Ответ: Полная работа в цепи равна произведению ЭДС источника $ \mathcal{E} $, силы тока в цепи $ I $ и времени $ t $, в течение которого этот ток протекает. Вычисляется по формуле: $ A_{полн} = \mathcal{E} \cdot I \cdot t $.