Сторонні сили
Якби носії струму діяли лише сили електростатичного поля, то під їх дією позитивні носії переміщалися з місць з більшим потенціалом до місць з меншим потенціалом, а негативні носії рухалися б у зворотному напрямку. Це вело б до вирівнювання потенціалів всіх з'єднаних між собою провідників і струм припиниться. Щоб цього не сталося, в ланцюзі постійного струму поряд з ділянками, де позитивні носії рухаються у бік зменшення потенціалу j, повинні бути ділянки, у яких перенесення позитивних носіїв відбувається у бік зростання j, тобто. проти сил електричного поля. Перенесення носіїв на цих ділянках можливе лише за допомогою сил неелектростатичного походження. Такі сили назвали сторонніми. Робота сторонніх сил забезпечується з допомогою джерел струму.
Таким чином, для підтримки постійного струму необхідні сторонні сили, що діють або на окремих ділянках ланцюга або на всьому протязі ланцюга. Фізична природа сторонніх сил може бути різною. Вони можуть бути обумовлені, наприклад, хімічною та фізичною неоднорідністю провідника. Такі сили виникають при дотику різнорідних провідників (гальванічні елементи, акумулятори) або провідників з різною температурою (термоелементи). Сторонні сили можуть бути обумовлені електричними (але не електростатичними) полями, що породжуються змінними магнітними полями і т.д.
Під дією поля сторонніх сил, що створюється, електричні заряди рухаються всередині джерела струму проти сил електростатичного поля, завдяки чому на кінцях ланцюга підтримується різниця потенціалів і в ланцюгу тече постійний електричний струм.
Сторонні сили можнаохарактеризувати роботою, яку вони здійснюють над зарядами, що переміщуються по ланцюгу. Величина, що дорівнює роботі сторонніх сил над одиничним позитивним зарядом називають електрорушійною силою (ЕРС) Е, що діє в ланцюзі або на її ділянці. Отже, якщо робота сторонніх сил над зарядом q дорівнює А, то
Е =. (17.1)
Зі зіставлення формул (17.1) і (4.14) випливає, що розмірність ЕРС збігається з розмірністю потенціалу. Тому Е вимірюється у вольтах (В), як і j.
Сторонню силу, що діє на заряд q, можна подати у вигляді
= q. (17.2)
Векторну величину називають напруженість поля сторонніх сил ( дорівнює силі, що діє на одиничний позитивний заряд, яка обумовлена не електростатичним полем). Робота сторонніх сил над зарядом q на ділянці 1-2 дорівнює
А12 = = q
Розділивши цю роботу на q, отримаємо ЕРС, що діє на даній ділянці:
Е12 =. (17.3)
Аналогічний інтеграл, обчислений для замкненого ланцюга, дасть ЕРС, що діє в цьому ланцюгу:
Е =. (17.4)
Таким чином, ЕРС, що діє у замкнутому ланцюзі, може бути визначена як циркуляція вектора напруженості сторонніх сил.
Окрім сторонніх сил на заряд діють сили електростатичного поля = q. Отже, результуюча сила, що діє у кожній точці ланцюга на заряд q дорівнює:
= + =.
Робота, що здійснюється цією силою над зарядом q на ділянці ланцюга 1-2, визначається інтегралом:
А12 = q + q = q (j1 - j2) + qE12. (17.5)
Падінням напруги або просто напругою U на ділянці 1-2 називається фізична величина, що визначається роботою, яка здійснюється сумарним полем електростатичних (кулонівських) і сторонніх сил при переміщенні одиничного позитивного заряду на даній ділянці ланцюга. Такимчином, згідно (17.5):
Ділянку ланцюга, у якому діють сторонні сили, називають однорідним. Ділянку, де носії струму діють сторонні сили, називають неоднорідним. Для однорідної ділянки ланцюга E12 = 0 і
тобто. напруга збігається з різницею потенціалів на кінцях ділянки.