Legea lui Ohm pentru un circuit inchis, neomogen, cu sursa de energie electrica. Tensiunea electromotoare.
Mentinerea unui curent electric intr-un circuit inchis necesita o sursa care sa transforme o forma de energie oarecare (chimica in sursa galvanica, luminoasa in fotoelelement, termica in termoelement, mecanica in generatorul rotativ de curent electric etc.) in energie electrica. Sa consideram circuitul cu sursa galvanica din fig.5 a si 5 b.
Pe rezistenta externa 
cade diferenta de potential 
, iar pe
rezistenta interna 
cade 
, legea lui
Ohm pentru aceste portiuni avand forma:
(5.34)
Aceste diferente de potential, ca si curentul prin
circuit se mentin numai daca in anumite locuri din circuit apar salturi de
potential la interfetele dintre electrozi si electrolit, datorita reactiilor
chimice din aceste locuri. Dreptele verticale din fig.6 reprezinta aceste salturi: de la 
la 
, si de
la 
la 
. Insumand
cele doua relatii din (5.34), obtinem:
(5.35)
Introducand notatiile:
(5.36)
si definind suma 
drept tensiunea
electromotoare a sursei galvanice, relatia (5.35) va avea forma:
sau 
(5.37)
si reprezinta legea lui Ohm pentru un circuit inchis, neomogen, cu sursa de tensiune electromotoare. Relatia (5.37) se poate scrie si sub forma:
(5.38)
unde 
se mai numeste tensiunea la bornele sursei. Cand 
, 
si 
, astfel ca
putem defini tensiunea electromotoare ca tensiunea la borne in circuit deschis.
Un voltmetru de rezistenta foarte mare legat la bornele unei surse va indica o
tensiune egala cu tensiunea electromotoare a sursei.
Se mai defineste curentul de scurt-circuit al unei surse curentul prin circuit cand rezistenta externa tinde catre zero:
(5.39)
Tensiunea electromotoare
S-a aratat ca circulatia vectorului camp electric coulombian pe un drum inchis este zero (5.3). Inmultind (5.3) cu sarcina electrica rezulta ca si lucrul mecanic produs de acest camp pe un circuit inchis este zero, astfel ca pentru intretinerea unui curent electric pe un drum inchis nu este suficienta actiunea campului electric coulombian.
Conectand
la bornele unei surse de tensiune electromotoare o rezistenta de sarcina (fig.5b), prin rezistenta se va stabili un
curent constant in sensul de la potentialul ridicat (polul pozitiv al sursei)
la potentialul coborat (polul negativ al sursei). Sarcina pozitiva se va
deplasa de la 
la 
, in sensul
campului coulombian. Pentru a pastra in toate punctele circuitului acelasi sens
al curentului, in interiorul sursei trebuie efectuat un lucru mecanic impotriva
campului coulombian. Rationamentul este acelasi si pentru miscarea
electronilor, schimband sensul de parcurgere a circuitului inchis.
Lucrul
efectuat asupra sarcinii in interiorul sursei este rezultatul actiunii unui
camp electromotor, de natura diferita de a campului coulombian, care conduce la
conversia unei forme oarecare de energie in energie electrica. Intr-un punct al
circuitului (fig.5), asupra unei sarcini electrice actioneaza in general rezultanta
a campului coulombian 
si a campului electromotor 
:
(5.40)
In unele portiuni sau puncte ale circuitului campul
electromotor poate fi nul. In interiorul sursei, in general campurile si au sensuri opuse.
Circulatia
vectorului de-a lungul unei linii de circuit inchise
este:
unde 
, iar 
cand in circuit se afla o sursa de tensiune
electromotoare. Definim tensiunea electromotoare 
a sursei:
(5.41)
ca marimea fizica ce reprezinta lucrul mecanic
efectuat de campul electromotor pe portiunea de circuit unde campul
electromotor este diferit de zero, asupra unei sarcini electrice unitate. In fig.6
se poate observa mersul potentialului electric de-a lungul unei linii de
curent. Tensiunea electromotoare este egala cu suma salturilor de potential 
si 
de la interfetele electrod-electrolit.
Pentru
a caracteriza tensiunea electromotoare din punct de vedere energetic trebuie luat
in calcul si efectul Joule pe portiunile rezistive ale circuitului, din
exteriorul si interiorul sursei. Caldura disipata prin efect Joule la trecerea
curentului electric este echivalenta cu lucrul mecanic efectuat de o forta
analoaga cu o forta de frecare, notata cu 
. Notand
forta asociata campului electromotor cu 
si forta coulombiana cu 
, lucrul
efectuat de toate aceste trei forte asupra sarcinii pozitive unitate, in stare
stationara, va fi egal cu zero:
In interiorul sursei de tensiune electromotoare toti termenii sunt diferiti de zero, iar in exteriorul sursei sunt diferiti de zero numai primul si ultimul termen.
|
