Номер 5, страница 9 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 3. Источник тока в электрической цепи. ЭДС. Глава 1. Постоянный электрический ток - номер 5, страница 9.

5. Может ли напряжение источника тока равняться его ЭДС? Если да, то при каком условии?

Решение

Да, напряжение на выводах (клеммах) источника тока может быть равно его электродвижущей силе (ЭДС). Чтобы понять, при каком условии это возможно, обратимся к закону Ома для полной цепи.

Напряжение $U$ на клеммах источника связано с его ЭДС, обозначаемой как $\mathcal{E}$, и током $I$ в цепи следующим соотношением: $U = \mathcal{E} - I \cdot r$ где $r$ — это внутреннее сопротивление источника тока, а произведение $I \cdot r$ — падение напряжения внутри источника.

Из этой формулы видно, что напряжение $U$ будет равно ЭДС $\mathcal{E}$ только в том случае, если падение напряжения внутри источника равно нулю: $I \cdot r = 0$

Это равенство выполняется в двух основных случаях.

Первый случай: ток в цепи равен нулю ($I = 0$). Согласно закону Ома для полной цепи, $I = \frac{\mathcal{E}}{R+r}$ (где $R$ — сопротивление внешней цепи), ток равен нулю, когда сопротивление внешней цепи бесконечно велико ($R \to \infty$). Такая ситуация соответствует разомкнутой цепи. То есть, если к источнику ничего не подключено (или вольтметр с очень большим сопротивлением), напряжение на его клеммах будет равно его ЭДС.

Второй случай: внутреннее сопротивление источника равно нулю ($r = 0$). Источник тока, не обладающий внутренним сопротивлением, называется идеальным источником ЭДС. Для такого гипотетического источника напряжение на его клеммах всегда равно ЭДС, независимо от тока в цепи. Реальные источники всегда имеют некоторое, пусть и очень малое, внутреннее сопротивление.

Таким образом, для реального источника тока его напряжение равно ЭДС только при разомкнутой цепи.

Ответ: Да, может. Напряжение на клеммах источника тока равно его ЭДС, если электрическая цепь разомкнута (ток через источник не течет) или если источник является идеальным (его внутреннее сопротивление равно нулю).