"Institute of Educational Policy" Books
Α. Ηλεκτρεγερτική δύναμη Ε
Στο εικόνα 22 έχουμε ένα απλό κύκλωμα, που αποτελείται από μία ηλεκτρική πηγή και από έναν αντιστάτη με αντίσταση R. Όταν κλείσουμε το διακόπτη, από το κύκλωμα περνά ρεύμα έντασης Ι. Στο κύκλωμα έχει σχεδιαστεί η (συμβατική) φορά του ρεύματος. Θα υποθέσουμε ότι στο κύκλωμα κινούνται υποθετικά θετικά φορτία (αυτό, άλλωστε, σημαίνει η συμβατική φορά).
Παρατηρούμε ότι τα θετικά φορτία κινούνται μέσα στην πηγή από το χαμηλό δυναμικό (αρνητικός πόλος) προς το υψηλό δυναμικό (θετικός πόλος). Έχουμε πει ότι θετικά φορτία κινούνται αυτόματα από υψηλά δυναμικά προς χαμηλά και ότι στην κίνηση τους αυτή αποδίδουν ενέργεια. Στην περίπτωση της πηγής παρατηρούμε ότι αναγκάζονται να κινηθούν μέσα από αυτήν, αντίθετα από το κανονικό. Αυτό σημαίνει ότι η πηγή πρέπει να τους προσφέρει ενέργεια (όπως ακριβώς για να σηκώσουμε μια πέτρα από το έδαφος, πρέπει να της προσφέρουμε ενέργεια).
Ας υποθέσουμε ότι μέσα σε κάποιο χρονικό διάστημα διακινείται από τον αρνητικό προς το θετικό πόλο της πηγής ποσότητα φορτίου q. Ας ονομάσουμε W την ενέργεια που προσέφερε η πηγή στο φορτίο q γι' αυτή την μετακίνηση.
Ονομάζουμε ηλεκτρεγερτική δύναμη Ε της πηγής το σταθερό πηλίκο της ενέργειας W, που προσέφερε η πηγή σε φορτίο q για τη μεταφορά του από τον αρνητικό προς το θετικό πόλο με το φορτίο q. Ε = W/q (3.27)
Στη σχέση (3.27) ας διαιρέσουμε αριθμητή και παρονομαστή με το χρονικό διάστημα t, που χρειάστηκε για τη διακίνηση του φορτίου q ανάμεσα στους πόλους της πηγής. Θα έχουμε: [pic] (3.28) Ο τύπος (3.28) μας επιτρέπει να δώσουμε και έναν άλλο τρόπο ορισμού της ΗΕΔ Ε.
Η ηλεκτρεγερτική δύναμη Ε μιας πηγής είναι το σταθερό πηλίκο της ηλεκτρικής ισχύος που παρέχει η πηγή και της αντίστοιχης τιμής της έντασης του ρεύματος. Ε = P/I (3.29)
Από τους τύπους (3.27) και (3.29) προκύπτει ότι η μονάδα της ΗΕΔ στο SI είναι: [pic]
Ας πούμε ότι έχουμε μια πηγή με ηλεκτρεγερτική δύναμη 2 Volt. Τι σημαίνει αυτό; Σημαίνει ότι η πηγή αυτή πρέπει να δώσει ενέργεια 2 Joule σε κάθε Coulomb θετικού φορτίου που μετακινεί από τον αρνητικό πόλο προς το θετικό πόλο.
Παρατηρήσεις 1. Η ΗΕΔ μιας πηγής είναι βαθμωτό μέγεθος, όπως, άλλωστε, αναμένεται ως •πηλίκο δύο βαθμωτών μεγεθών. Παρ' όλα αυτά πολλές φορές τη συμβολίζουμε με ένα μικρό βελάκι πάνω από την πηγή, που έχει πάντοτε φορά από τον αρνητικό πόλο προς το θετικό. Η έννοια του βέλους είναι ότι προσδιορίζει τη φορά του ρεύματος που θα δημιουργούσε η πηγή σε ένα κύκλωμα, εάν ήταν μόνη της. 2. Μη σας επηρεάσει η λέξη "δύναμη" στην ονομασία του μεγέθους Ε. Είναι φανερό ότι το μέγεθος αυτό δεν έχει καμία σχέση με τη γνωστή σας δύναμη. 3. Να προσέξετε ότι στους ορισμούς της Ε χρησιμοποιήθηκε η έκφραση "σταθερό πηλίκο". Αυτό σημαίνει ότι το μέγεθος Ε είναι χαρακτηριστικό της πηγής και δεν εξαρτάται ούτε από την ένταση Ι (ή την ενέργεια W) ούτε από την ένταση I (ή το φορτίο q), που διαρρέει ένα κύκλωμα. Δηλαδή, αν διπλασιαστεί ή ένταση του ρεύματος, θα διπλασιαστεί και η ηλεκτρική ισχύς, ώστε το πηλίκο τους να παραμείνει σταθερό.