Сторонні сили. Для підтримки постійної різниці потенціалів на кінцях провідника, а значить, і струму необхідна наявність сторонніх сил неелектричної природи, за допомогою яких відбувається поділ електричних зарядів .
Сторонніми силами називаються будь-які сили, що діють на електрично заряджені частинки в ланцюзі, за винятком електростатичних (т. Е. кулоновских ).
Сторонні сили надають руху заряджені частинки всередині всіх джерел струму: в генераторах, на електростанціях, в гальванічних елементах, акумуляторах і т. Д.
При замиканні ланцюга створюється електричне поле у всіх провідниках ланцюга. Всередині джерела струму заряди рухаються під дією сторонніх сил проти кулонівських сил (Електрони рухаються від позитивно зарядженого електрода до негативного), а у всій іншій ланцюга їх призводить а рух електричне поле (див. Рис. Вище).
У джерелах струму в процесі роботи з розділення заряджених частинок відбувається перетворення різних видів енергії в електричну. За типом перетвореної енергії розрізняють наступні види електрорушійної сили:
- електростатичний - в електрофорної машині, в якій відбувається перетворення механічної енергії при терті в електричну;
- термоелектрична - в термоелементі - внутрішня енергія нагрітого спаю двох дротів, виготовлених з різних металів, перетворюється в електричну;
- фотоелектрична - в фотоелементі. Тут відбувається перетворення енергії світла в електричну: при освітленні деяких речовин, наприклад, селену, оксиду міді (I) , Кремнію спостерігається втрата негативного електричного заряду;
- хімічна - в гальванічних елементах, акумуляторах і ін. Джерелах, в яких відбувається перетворення хімічної енергії в електричну.
Електрорушійна сила (ЕРС) - характеристика джерел струму. Поняття ЕРС було введено Г. Омом в 1827 р для ланцюгів постійного струму. У 1857 р Кірхгофф визначив ЕРС як роботу сторонніх сил при перенесенні одиничного електричного заряду уздовж замкнутого контуру:
ɛ = Aст / q,
де ɛ - ЕРС джерела струму, Аст - робота сторонніх сил , Q - кількість переміщеного заряду.
Електрорушійну силу висловлюють в вольтах.
Можна говорити про електрорушійної силі на будь-якій ділянці ланцюга. це питома робота сторонніх сил (Робота по переміщенню одиничного заряду) не в усьому контурі, а тільки на даній ділянці.
Нехай є проста замкнута ланцюг, що складається з джерела струму (наприклад, гальванічного елемента, акумулятора або генератора) і резистора з опором R. Струм в замкнутому ланцюзі не переривається ніде, отже, oн існує і всередині джерела струму. Будь-яке джерело являє собою деякий опір дли струму. Воно називається внутрішнім опором джерела струму і позначається буквою r.
У генераторі r - це опір обмотки, в гальванічному елементі - опір розчину електроліту і електродів.
Таким чином, джерело струму характеризується величинами ЕРС і внутрішнього опору, які визначають його якість. Наприклад, електростатичні машини мають дуже велику ЕРС (до десятків тисяч вольт), але при цьому їх внутрішній опір великий за обсягом (до сотні Мом). Тому вони непридатні для отримання сильних струмів. У гальванічних елементів ЕРС всього лише приблизно 1 В, але зате і внутрішній опір мало (приблизно 1 Ом і менше). Це дозволяє з їх допомогою отримувати струми, вимірювані амперами.