Номер 2, страница 29 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 9. Закон Ома для замкнутой цепи. Глава 1. Постоянный электрический ток - номер 2, страница 29.

2. От чего зависит разность потенциалов между полюсами источника тока?

Разность потенциалов между полюсами (клеммами, зажимами) источника тока, также называемая напряжением на источнике, является одной из ключевых характеристик электрической цепи. Для реального источника тока эта величина не является постоянной и зависит от нескольких факторов.

Каждый реальный источник тока характеризуется двумя основными параметрами:

• Электродвижущая сила (ЭДС), обозначаемая как $\mathcal{E}$. ЭДС — это физическая величина, характеризующая работу сторонних (неэлектрических) сил по перемещению единичного положительного заряда внутри источника. Она представляет собой максимальную разность потенциалов, которую может создать источник в отсутствие тока (при разомкнутой цепи).
• Внутреннее сопротивление, обозначаемое как $r$. Это сопротивление, которое оказывает сам источник проходящему через него току.

Когда источник подключен к внешней цепи с сопротивлением $R$ и в цепи течет ток $I$, разность потенциалов $U$ на его полюсах определяется по закону Ома для полной цепи. Напряжение на полюсах источника меньше его ЭДС на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении:

$U = \mathcal{E} - I \cdot r$

где:

$U$ — разность потенциалов (напряжение) на полюсах источника,

$\mathcal{E}$ — ЭДС источника,

$I$ — сила тока в цепи,

$r$ — внутреннее сопротивление источника.

Сила тока $I$ в свою очередь зависит как от параметров источника, так и от сопротивления внешней цепи $R$:

$I = \frac{\mathcal{E}}{R + r}$

Подставив это выражение для тока в формулу для напряжения, получим зависимость разности потенциалов от параметров всей цепи:

$U = \mathcal{E} - \frac{\mathcal{E}}{R + r} \cdot r = \mathcal{E} \left( 1 - \frac{r}{R+r} \right) = \mathcal{E} \frac{R}{R+r}$

Из этих формул видно, что разность потенциалов на полюсах источника тока зависит от:

1. Электродвижущей силы ($\mathcal{E}$) источника. Это его основная внутренняя характеристика.
2. Внутреннего сопротивления ($r$) источника. Чем оно больше, тем сильнее напряжение на полюсах будет отличаться от ЭДС при протекании тока.
3. Силы тока ($I$) в цепи, которая, в свою очередь, определяется сопротивлением внешней цепи ($R$). При увеличении силы тока (например, при уменьшении внешнего сопротивления $R$) разность потенциалов на полюсах источника уменьшается.

В двух крайних случаях:

• При разомкнутой цепи ($R \to \infty$, $I = 0$): разность потенциалов максимальна и равна ЭДС источника ($U = \mathcal{E}$).
• При коротком замыкании ($R = 0$): разность потенциалов на полюсах равна нулю ($U = 0$), а ток в цепи максимален ($I_{кз} = \mathcal{E}/r$).

Ответ: Разность потенциалов между полюсами источника тока зависит от его электродвижущей силы (ЭДС), его внутреннего сопротивления, а также от силы тока в цепи (которая, в свою очередь, зависит от сопротивления внешней цепи, к которой подключен источник).