Номер 2, страница 9 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 3. Источник тока в электрической цепи. ЭДС. Глава 1. Постоянный электрический ток - номер 2, страница 9.

2. Какие силы называют сторонними? Почему накопление зарядов на полюсах источника тока может происходить лишь под действием сторонних сил?

Какие силы называют сторонними?

Сторонними силами называют любые силы, действующие на заряженные частицы (носители тока) внутри источника тока, которые имеют неэлектростатическую (некулоновскую) природу. В отличие от сил электростатического поля, которые всегда стремятся переместить заряды так, чтобы уменьшить разность потенциалов (например, перемещая положительные заряды от «+» к «−»), сторонние силы действуют против этих электростатических сил, разделяя заряды.

Происхождение сторонних сил может быть разным в зависимости от типа источника тока:

• В гальванических элементах и аккумуляторах это силы химической природы, возникающие в результате окислительно-восстановительных реакций.
• В генераторах постоянного и переменного тока это сила Лоренца, действующая на электроны в проводнике, который движется в магнитном поле.
• В термоэлементах это силы, связанные с термоэлектрическими явлениями (например, диффузией носителей заряда из-за разности температур на спаях).
• В фотоэлементах это силы, возникающие при поглощении света и освобождении электронов.

Основная задача сторонних сил — совершать работу по разделению положительных и отрицательных зарядов, перемещая их к разным полюсам источника и тем самым создавая и поддерживая разность потенциалов (напряжение).

Ответ: Сторонние силы — это любые силы неэлектростатического происхождения, которые действуют на носители заряда внутри источника тока, вызывают их перемещение против сил электростатического поля и тем самым создают и поддерживают разность потенциалов на полюсах источника.

Почему накопление зарядов на полюсах источника тока может происходить лишь под действием сторонних сил?

Когда под действием сторонних сил начинается разделение зарядов, на одном полюсе источника накапливается избыточный положительный заряд, а на другом — избыточный отрицательный. Эти накопленные заряды создают между полюсами и внутри источника электростатическое (кулоновское) поле $\vec{E}$, направленное от положительного полюса к отрицательному.

Это электростатическое поле действует на любой заряд $q$ внутри источника с кулоновской силой $\vec{F}_k = q\vec{E}$. Эта сила всегда направлена против движения, создаваемого сторонними силами. Например, она отталкивает положительный заряд от положительного полюса и притягивает его к отрицательному, то есть препятствует дальнейшему разделению зарядов.

Чтобы процесс накопления зарядов на полюсах был возможен, необходимо наличие силы, которая способна преодолевать это противодействие кулоновского поля. Такой силой и является сторонняя сила $\vec{F}_{ст}$. Она совершает работу по перемещению зарядов против сил электростатического поля, "затаскивая" их на соответствующие полюса.

Накопление зарядов продолжается до тех пор, пока кулоновская сила, стремящаяся вернуть заряды обратно, не уравновесит по модулю стороннюю силу: $|\vec{F}_k| = |\vec{F}_{ст}|$. После этого разделение зарядов прекращается, и на полюсах устанавливается постоянная разность потенциалов, равная электродвижущей силе (ЭДС) источника. Без сторонних сил кулоновские силы немедленно свели бы на нет любое разделение зарядов, и создать устойчивую разность потенциалов было бы невозможно.

Ответ: Накопление зарядов на полюсах создает электростатическое поле, которое препятствует дальнейшему разделению зарядов. Только сторонние силы, имеющие неэлектростатическую природу, способны совершать работу против сил этого поля, перемещая заряды к полюсам и обеспечивая таким образом создание и поддержание разности потенциалов.