Elektromotoorjõud. Ohmi seadus kogu vooluringi kohta

Vooluring koosneb vooluallikast, tarbijatest ja ühendusjuhtmetest. Et tekiks püsiv vool, peab vooluring olema suletud. Kui positiivne laeng on jõudnud vooluallika plussklemmilt läbi vooluringi miinusklemmile, peab voolu säilitamiseks mingi kõrvaljõud $F_{k}$ (joonis 1.6. a) elektriväljale vastu töötades selle laengu uuesti plussklemmile viima.


Joonis 1.6. a	Joonis 1.6. b

Selle kõrvaljõu töö arvelt saabki vooluringis eralduda soojushulk. Kõrvaljõud teevad tööd vooluallikas, kus toimub mingi teise energialiigi (mehaanilise, keemilise vms) muutmine elektrienergiaks positiivsete ja negatiivsete laengute lahutamise teel. Vooluallika elektromotoorjõud on võrdne kõrvaliste jõudude tööga ühikulise laengu ümberpaigutamisel kogu suletud vooluringi ulatuses.

(1.5.)

E = \frac{A_{k}}{q}

Elektromotoorjõu ühik on sarnaselt pinge ühikuga volt, sest

\frac{1 J}{1 C} = 1 V

Kõrvaljõudude töö muutub vooluringis soojushulgaks, mis eraldub nii voolu- ringi välisosas kui ka vooluallikas (joonis 1.6. b). $A_{k} = ε q = ε I t = I^{2} R t + I^{2} r t$ , kus $R$ on vooluringi välisosa takistus ja $r$ vooluallika sisetakistus. Avaldades viimasest võrdusest voolutugevuse, saame:

(1.6.)

I = \frac{E}{(R + r)}

Saadud seos väljendab Ohmi seadust kogu suletud vooluringi kohta. Voolutugevus suletud vooluringis on võrdne vooluallika elektromotoorjõu ja vooluringi kogutakistuse suhtega.

Vooluringi kogutakistus koosneb vooluallika sisetakistusest $r$ ja vooluringi välisosa takistusest $R$ . Üldjuhul tuleb viimase hulka arvestada ka ühendusjuhtmete takistus.

Vooluallika elektromotoorjõudu ja sisetakistust võib vaadelda kui vooluallikat iseloomustavaid suurusi, mis lühikese aja jooksul ei muutu. Kui aga keemiline vooluallikas vananeb, väheneb pisut tema elektromotoorjõud ja suureneb oluliselt sisetakistus.

Avaldades valemist 1.6. elektromotoorjõu, saame $ε = I R + I r$ , milles suurus $I R = U$ on vooluallika klemmipinge $U = ε - I r$ . Viimasest valemist on näha, et elektromotoorjõud on vooluallika maksimaalne klemmipinge ja voolu kasvades vooluallika klemmipinge väheneb. Joonisel 1.7. a on klemmipinge mõõtmise vooluringi skeem ja katsetulemuste graafik 1.7. b.


Joonis 1.7. a	Joonis 1.7. b

Kui vooluringi välisosa takistus muutub nulliks, tekib lühis. Lühisvoolu tugevus on määratud vooluallika elektromotoorjõu ja sisetakistuse suhtega

I_{l} = \frac{E}{r}