4. Сторонние силы. ЭДС источника. Закон Ома для полной цепи. Короткое замыкание источника. Разность потенциалов, ЭДС и напряжение. Правила Кирхгофа для электрических цепей постоянного тока.

Основные понятия:

4. Сторонние силы — это силы неэлектростатической природы, которые действуют в источнике тока и совершают работу по перемещению зарядов против электростатического поля. Они являются причиной возникновения электродвижущей силы (ЭДС) источника.

ЭДС источника (ε) — это работа сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда по всей замкнутой цепи.

Закон Ома для полной цепи: описывает зависимость силы тока в полной цепи от ЭДС источника, его внутреннего сопротивления и сопротивления внешней цепи. Формула: \( I = \frac{\varepsilon}{R + r} \), где \( I \) — сила тока, \( \varepsilon \) — ЭДС источника, \( R \) — сопротивление внешней цепи, \( r \) — внутреннее сопротивление источника.

Короткое замыкание источника: режим работы источника, когда внешнее сопротивление \( R = 0 \). В этом случае ток в цепи максимален и равен \( I_{кз} = \frac{\varepsilon}{r} \). Такой режим опасен, так как может привести к повреждению источника.

Разность потенциалов (напряжение, U) — это работа электростатических сил по перемещению единичного положительного заряда по участку цепи. В отличие от ЭДС, напряжение учитывает работу только электростатических сил.

Связь между разностью потенциалов, ЭДС и напряжением: Напряжение на клеммах источника \( U = \varepsilon - Ir \). Если внешняя цепь отсутствует (нет тока, \( I=0 \)), то \( U = \varepsilon \). При наличии тока \( U < \varepsilon \).

Правила Кирхгофа: два правила, которые позволяют рассчитывать токи и напряжения в сложных электрических цепях постоянного тока.

1. Первое правило (правило узлов): Алгебраическая сумма токов, втекающих в любой узел электрической цепи, равна алгебраической сумме токов, вытекающих из этого узла. \( \sum_{k=1}^{n} I_k = 0 \).
2. Второе правило (правило контуров): Алгебраическая сумма падений напряжений на участках замкнутого контура равна алгебраической сумме ЭДС в этом контуре. \( \sum_{k=1}^{n} I_k R_k = \sum_{j=1}^{m} ε_j \).

Ответ: Понятия, определяющие работу электрических цепей и законы для их расчёта.