Номер 4, страница 72, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 6. Характеристики электрических цепей. Параграф 64. ЭДС в цепи постоянного тока. Закон Ома для полной цепи. Вопросы и задания - номер 4, страница 72.

Условие.

4. Чем отличается ЭДС источника тока от напряжения?

Решение.

Основное различие между ЭДС (электродвижущей силой) источника тока и напряжением заключается в их физической природе и роли в электрической цепи. ЭДС, обозначаемая как $\mathcal{E}$, – это физическая величина, равная работе сторонних сил (неэлектростатических, например, химических в батарее или магнитных в генераторе) по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутого контура. ЭДС характеризует способность самого источника создавать и поддерживать электрический ток и является его постоянной характеристикой (в идеальных условиях). Напряжение, обозначаемое как $\text{U}$, – это работа электростатического (кулоновского) поля по перемещению единичного положительного заряда на определенном участке цепи. Напряжение измеряется между двумя точками цепи.

Ключевое практическое отличие проявляется при работе источника в замкнутой цепи. Любой реальный источник тока обладает внутренним сопротивлением ($\text{r}$). Когда по цепи течет ток ($\text{I}$), часть энергии, которую сообщает источник зарядам, тратится на преодоление этого внутреннего сопротивления, вызывая "падение напряжения" внутри самого источника. Величина этого падения напряжения равна $I \cdot r$. В результате напряжение на клеммах (выводах) источника, которое подается на внешнюю цепь, оказывается меньше его ЭДС.

Связь между этими величинами описывается законом Ома для полной цепи. Напряжение на клеммах источника ($\text{U}$) равно разности между ЭДС ($\mathcal{E}$) и падением напряжения на внутреннем сопротивлении:

$U = \mathcal{E} - Ir$

Из этой формулы видно, что ЭДС и напряжение на клеммах источника равны ($\mathcal{E} = U$) только в двух случаях:

1. Когда цепь разомкнута, и ток через источник не течет ($I = 0$). Именно поэтому ЭДС можно измерить как напряжение на клеммах источника без нагрузки.

2. Для гипотетического идеального источника, внутреннее сопротивление которого равно нулю ($r = 0$).

Таким образом, ЭДС — это максимальное напряжение, которое источник способен развить в принципе, а напряжение — это реальное значение на его клеммах под нагрузкой.

Ответ: ЭДС отличается от напряжения своей природой и величиной. ЭДС создается сторонними (неэлектростатическими) силами внутри источника и характеризует его "мощность", в то время как напряжение на участке цепи создается электростатическим полем. В реальной замкнутой цепи ЭДС источника всегда больше, чем напряжение на его клеммах, на величину падения напряжения внутри самого источника ($U = \mathcal{E} - Ir$), которое обусловлено его внутренним сопротивлением. Равенство $\mathcal{E} = U$ достигается только для идеального источника ($r=0$) или в разомкнутой цепи ($I=0$).