ЭДС источника тока в ЕГЭ по физике: теория, задачи и разбор

ЭДС в ЕГЭ по физике — работа сторонних сил по перемещению единичного заряда внутри источника тока; она входит в закон Ома для полной цепи. Элементы 3.2.5 и 3.2.6 кодификатора ФИПИ 2027 проверяют задания 15, 21 и 25, а ключ к ним — помнить про внутреннее сопротивление r.

Суть простыми словами

Батарейка не «производит заряды»: она перемещает их внутри себя против электрического поля. Это делают сторонние силы (химические в гальваническом элементе). Их работа на единицу заряда и есть ЭДС: ℰ = A_ст / q, единица — вольт.

Источник имеет внутреннее сопротивление r. Поэтому ток в замкнутой цепи с внешним сопротивлением R определяет закон Ома для полной цепи: I = ℰ / (R + r).

Отсюда напряжение на зажимах источника: U = I·R = ℰ − I·r. Три важных случая:

• цепь разомкнута (I = 0): U = ℰ, вольтметр показывает ЭДС;
• ток растёт — напряжение на зажимах падает;
• короткое замыкание (R = 0): I = ℰ / r, а U = 0.

КПД источника: η = U / ℰ = R / (R + r).

Где встречается на экзамене

В кодификаторе тема стоит в разделе 3.2 «Законы постоянного тока». По плану ФИПИ 2027 её проверяют номера, которые берут весь раздел 3 «Электродинамика».

• 25 задание егэ физика — расчётная задача высокого уровня на 3 балла: цепь с источником, конденсатором или двумя режимами работы.
• 21 задание егэ физика — качественная задача на 3 балла: как изменятся показания приборов при переключении ключей или изменении сопротивления. В демоверсии 2027 это цепь с гальваническим элементом, диодами и двумя ключами, а в критериях названы законы Ома для полной цепи и для участка.
• 15 задание егэ физика — базовый номер на 2 балла по электродинамике: как меняются ток и напряжение, если изменить R, или какие формулы им соответствуют.

Где ошибаются

1. Путают ЭДС и напряжение на зажимах. ЭДС — свойство источника, напряжение U = ℰ − I·r зависит от нагрузки и всегда не больше ЭДС.
2. Забывают внутреннее сопротивление. В законе Ома для полной цепи в знаменателе R + r, а не просто R.
3. Не разбирают предельные режимы. При разомкнутой цепи вольтметр показывает ЭДС, при коротком замыкании ток равен ℰ / r.
4. Неверно оценивают изменения. Если R увеличили, ток в цепи уменьшается, а напряжение на зажимах растёт, приближаясь к ЭДС.
5. Путают максимум КПД и максимум мощности. КПД η = R / (R + r) растёт вместе с R, а мощность во внешней цепи максимальна при R = r, и КПД тогда всего 50 %.

Шпаргалка за 30 секунд

Следующий шаг: собери цепь с источником и посмотри на токи в наглядном тренажёре «Электрическая цепь», затем реши 21 задание егэ физика. Качественную задачу про показания приборов полезно хотя бы раз оформить под проверку эксперта — например, на пробном занятии по физике.