Номер 4, страница 29 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 9. Закон Ома для замкнутой цепи. Глава 1. Постоянный электрический ток - номер 4, страница 29.

4. Чему равно напряжение на зажимах источника тока?

Напряжение на зажимах источника тока — это разность потенциалов между его полюсами (клеммами), когда он подключен к внешней электрической цепи и по ней протекает ток. Это напряжение, как правило, не равно электродвижущей силе (ЭДС) источника.

Любой реальный источник тока (например, батарейка или аккумулятор) обладает не только электродвижущей силой (ЭДС), обозначаемой как $ \mathcal{E} $, но и внутренним сопротивлением, обозначаемым как $r$. ЭДС — это работа сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда внутри источника, и она представляет собой максимальное напряжение, которое источник может создать в разомкнутой цепи (когда ток не течет).

Когда источник подключают к внешней цепи с сопротивлением $R$, в цепи возникает ток $I$. Согласно закону Ома для полной цепи, этот ток определяется как:

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

где $(R+r)$ — полное сопротивление цепи, то есть сумма внешнего и внутреннего сопротивлений.

Напряжение на зажимах источника $U$ равно напряжению на внешней части цепи. По закону Ома для участка цепи, это напряжение можно найти по формуле:

$U = I \cdot R$

Чтобы выразить напряжение на зажимах $U$ через параметры самого источника, преобразуем формулу закона Ома для полной цепи:

$\mathcal{E} = I \cdot (R + r) = I \cdot R + I \cdot r$

Поскольку $U = I \cdot R$, мы можем подставить это в уравнение:

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

Отсюда, выражая напряжение на зажимах $U$, получаем итоговую формулу:

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

Таким образом, напряжение на зажимах источника тока $U$ равно его ЭДС $\mathcal{E}$ за вычетом падения напряжения на его внутреннем сопротивлении $I \cdot r$. Это означает, что при протекании тока напряжение на зажимах всегда меньше ЭДС источника. Разница тем больше, чем больше сила тока $I$ и чем больше внутреннее сопротивление источника $r$. Только в случае разомкнутой цепи, когда ток $I=0$, напряжение на зажимах равно ЭДС: $U = \mathcal{E}$.

Ответ: Напряжение на зажимах источника тока $U$ равно его электродвижущей силе (ЭДС) $\mathcal{E}$ минус падение напряжения на внутреннем сопротивлении источника $r$. Оно вычисляется по формуле $U = \mathcal{E} - I \cdot r$, где $I$ — сила тока в цепи.