суть и принцип для начинающих чайников

Что такое ЭДС (электродвижущая сила) в физике? Электрический ток понятен далеко не каждому. Как космическая даль, только под самым носом. Вообще, он и ученым понятен не до конца. Достаточно вспомнить Николу Тесла с его знаменитыми экспериментами, на века опередившими свое время и даже в наши дни остающимися в ореоле тайны. Сегодня мы не разгадываем больших тайн, но пытаемся разобраться в том, что такое ЭДС в физике.

Определение ЭДС в физике

ЭДС – электродвижущая сила.  Обозначается буквой E или маленькой греческой буквой эпсилон.

Электродвижущая сила — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних сил (сил неэлектрического происхождения), действующих в электрических цепях переменного и постоянного тока.

ЭДС, как и напряжение, измеряется в вольтах. Однако ЭДС и напряжение – явления разные.

Напряжение (между точками А и Б) – физическая величина, равная работе эффективного электрического поля, совершаемой при переносе единичного пробного заряда из одной точки в другую.

Объясняем суть ЭДС  «на пальцах»

Чтобы разобраться в том, что есть что, можно привести пример-аналогию. Представим, что у нас есть водонапорная башня, полностью заполненная водой. Сравним эту башню с батарейкой.

Схема водонапорной башни

Вода оказывает максимальное давление на дно башни, когда башня заполнена полностью. Соответственно,  чем меньше воды в башне, тем слабее давление и напор вытекающей из крана воды. Если открыть кран, вода будет постепенно вытекать сначала под сильным напором, а потом все медленнее, пока напор не ослабнет совсем. Здесь напряжение – это то давление, которое вода оказывает на дно.

За уровень нулевого напряжения примем само дно башни.

Водокачка

То же самое и с батарейкой. Сначала мы включаем наш источник тока (батарейку) в цепь, замыкая ее. Пусть это будут часы или фонарик. Пока уровень напряжения достаточный и батарейка не разрядилась, фонарик светит ярко, затем постепенно гаснет, пока не потухнет совсем.

Но как сделать так, чтобы напор не иссякал? Иными словами, как поддерживать в башне постоянный уровень воды, а на полюсах источника тока – постоянную разность потенциалов. По примеру башни ЭДС представляется как бы насосом, который обеспечивает приток в башню новой воды.

Советская батарейка

Природа ЭДС

Причина возникновения ЭДС в разных источниках тока разная. По природе возникновения различают следующие типы:

•  Химическая ЭДС.  Возникает в батарейках и аккумуляторах вследствие  химических реакций.
• Термо ЭДС.  Возникает, когда находящиеся при разных температурах контакты  разнородных проводников соединены.
• ЭДС индукции. Возникает в генераторе при  помещении вращающегося проводника в магнитное поле. ЭДС будет наводиться в проводнике, когда проводник  пересекает силовые линии постоянного магнитного поля или когда магнитное поле изменяется по величине.
• Фотоэлектрическая ЭДС. Возникновению этой ЭДС способствует явление  внешнего или внутреннего фотоэффекта.
• Пьезоэлектрическая ЭДС. ЭДС возникает при растяжении или сдавливании веществ.

Дорогие друзья, сегодня мы рассмотрели тему «ЭДС для чайников». Как видим, ЭДС  –  

сила неэлектрического происхождения, которая поддерживает протекание электрического тока в цепи. Если Вы хотите узнать, как решаются задачи с ЭДС, советуем обратиться к нашим авторам – скрупулезно отобранным и проверенным специалистам, которые быстро и доходчиво разъяснят ход решения любой тематической задачи.  И по традиции в конце предлагаем Вам посмотреть обучающее видео. Приятного просмотра и успехов в учебе!

 

Автор: Иван

Иван Колобков, известный также как Джони. Маркетолог, аналитик и копирайтер компании Zaochnik. Подающий надежды молодой писатель. Питает любовь к физике, раритетным вещам и творчеству Ч. Буковски.

Электродвижущая сила источника тока | Физика.

Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко

Тема:

Электричество

За счет любых видов энергии сторонние силы выполняют работу по разделению за­ряженных частиц. Для характеристики этой работы вводится понятие электродвижущей силы (ЭДС) источника.

Электродвижущая сила источника опре­деляется работой сторонних сил в источнике при разделении заряженных частиц с сум­марным зарядом в одну единицу:

Ɛ = A_ст. / q; [Дж/Кл = В].

Электродвижущая сила

является харак­теристикой источника и не зависит от того, какая внешняя нагрузка присоединяется к его полюсам.

Если к полюсам источника присоединить нагрузку, например проводник с сопротив­лением R, то в замкнутой цепи установится определенной силы ток.

Рис. 5.18. Замкнутая электрическая цепь с источником тока

Проследим за движением положительно заряженной частицы в замкнутой цепи (рис. 5.18), поскольку в качестве направле­ния тока принимается направление движе­ния именно положительно заряженных час­тиц. Материал с сайта http://worldofschool.ru

Во внешней части цепи (проводник R) эта частица движется вдоль линий напря­женности электрического поля в провод­нике и под действием этого поля. Внутри же источника эта частица движется от по­люса B к полюсу A против напряженности электрического поля — под действием сто­ронних сил.

Действие источника электрического тока в замкнутой цепи аналогично роли насоса в замкнутой цепи жидкости — источник «пе­рекачивает» заряженные частицы от полюса с низшим потенциалом к полюсу с высшим потенциалом.

На этой странице материал по темам:

• Как рассчитать электрическую емкость тора

• Источники электродвижущей силы? краткий ответ

• Электрическая емкость тела человека

• Электродвижущая сила конспект

• Конспект электродв жущая сила

Вопросы по этому материалу:

• Что такое электродвижущая сила источника тока?

• Как и почему движутся заряженные частицы в замкнутой цепи, в которую входят источник тока и нагрузка?

Электродвижущая сила.

Внутреннее сопротивление источника тока

Сторонние силы. Для поддержания постоянной разности потенциалов на концах проводника, а значит, и тока необходимо наличие сторонних сил неэлектрической природы, с помощью кото­рых происходит разделение электрических зарядов (рис. 3.18). Сторонними силами называются любые силы, действующие на электрически заряженные частицы в цепи, за исключением элект­ростатических (т. е. кулоновских).

Сторонние силы приводят в движение заряженные частицы внут­ри всех источников тока: в генераторах, на электростанциях, в галь­ванических элементах, аккумуляторах и т. д.

При замыкании цепи создается электрическое поле во всех про­водниках цепи. Внутри источника тока заряды движутся под дей­ствием сторонних сил против кулоновских сил (электроны движут­ся от положительно заряженного электрода к отрицательному), а во всей остальной цепи их приводит в движение электрическое поле (рис. 3.18).

В источниках тока в процессе работы по разделению заряженных
частиц происходит превращение разных видов энергии в электричес- Рис. 3.18

кую. По типу преобразованной энергии различают следующие виды электродвижущей силы:

— электростатическая — в электрофорной машине, в которой происходит превращение ме­ханической энергии при трении в электрическую;

— термоэлектрическая — в термоэлементе — внутренняя энергия нагретого спая двух прово­лок, изготовленных из разных металлов, превращается в электрическую;

— фотоэлектрическая — в фотоэлементе. Здесь происходит превращение энергии света в элек­трическую: при освещении некоторых веществ, например, селена, оксида меди (I), кремния наблюдается потеря отрицательного электрического заряда;

— химическая — в гальванических элементах, аккумуляторах и др. источниках, в которых происходит превращение химической энергии в электрическую.

Электродвижущая сила (ЭДС) — характеристика источников тока. Понятие ЭДС было вве­дено Г. Омом в 1827 г. для цепей постоянного тока. В 1857 г. Кирхгофф определил ЭДС как работу сторонних сил при переносе единичного электрического заряда вдоль замкнутого кон­тура:

где £ — ЭДС источника тока, А ст — работа сторонних сил, q — количество перемещенного заряда.

Электродвижущую силу выражают в вольтах.

Можно говорить об электродвижущей силе на любом участке цепи. Это удельная работа сто­ронних сил (работа по перемещению единичного заряда) не во всем контуре, а только на данном участке.

электродвижущая сила — это… Что такое электродвижущая сила?

(эдс), величина, характеризующая источник энергии неэлектростатической природы в электрической цепи, необходимый для поддержания в ней электрического тока. Эдс численно равна работе по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутой цепи. Полная эдс в цепи постоянного тока равна разности потенциалов на концах разомкнутой цепи. Эдс индукции создаётся вихревым электрическим полем, порождаемым переменным магнитным полем. В СИ измеряется в вольтах.

ЭЛЕКТРОДВИ́ЖУЩАЯ СИ́ЛА (эдс; e) — величина, характеризующая источник энергии неэлектростатической природы в электрической цепи, необходимый для поддержания в ней электрического тока (см. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК). Потенциальные силы электростатического (или стационарного) поля не могут поддерживать постоянный ток в цепи. Для поддержания в цепи непрерывного тока необходим источник тока (см. ИСТОЧНИКИ ТОКА), или генератор (см. ГЕНЕРАТОР) электрического тока, обеспечивающий действие сторонних сил (см. СТОРОННИЕ СИЛЫ). Сторонние силы имеют неэлектростатическое происхождение и действуют внутри источников тока, (генераторов, гальванических элементов, аккумуляторов и т. д.), создавая разность потенциалов между концами остальной части цепи и приводя в движение заряженные частицы внутри источников тока.
Так как при перемещении электрического заряда по замкнутой цепи работа, совершаемая электростатическими силами, равна нулю, то заряд перемещается лишь под действием сторонних сил. Поэтому электродвижущая сила источника тока будет численно равна работе сторонних сил А в источниках постоянного или переменного тока по перемещению единичного положительного заряда Q вдоль замкнутой цепи. ЭДС, действующая в цепи, определяется как циркуляция вектора напряженности сторонних сил.
Происхождение сторонних сил может быть различным. В качестве меры электродвижущей силы, действующей в генераторе, принимают разность потенциалов, создаваемую на зажимах разомкнутого генератора. Один и тот же источник тока, в зависимости от силы отбираемого тока, может обладать различным напряжением на электродах. Источники тока — аккумуляторы, термоэлементы, электрические генераторы – одновременно замыкают электрическую цепь. Ток течет по внешней части цепи — проводнику и по внутренней — источнику тока. Источник тока имеет два полюса: положительный (с более высоким потенциалом) и отрицательный (с более низким потенциалом). Сторонние силы, природа которых может быть различной (химической, механической, тепловой), разделяют заряды в источнике тока. Полная ЭДС в цепи постоянного тока (максимальное из этих напряжений, существующее при разомкнутой цепи), равна разности потенциалов на концах разомкнутой цепи и показывает ЭДС источника.
ЭДС определяет силу тока в цепи при заданном ее сопротивлении (Ома закон (см. ОМА ЗАКОН)). Измеряется ЭДС, как и напряжение, в вольтах (см. ВОЛЬТ). Для поддержания непрерывного электрического тока используются генераторы, являющиеся источником электродвижущей силы. В генераторах сторонние силы — это силы со стороны вихревого электрического поля, возникающего при изменении магнитного поля со временем, или Лоренца сила (см. ЛОРЕНЦА СИЛА), действующая со стороны магнитного поля на электроны в движущемся проводнике; в гальванических элементах (см. ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ) и аккумуляторах — это химические силы.

Элеком37, ЭДС. Закон Ома для полной цепи.

ЭДС. Закон Ома для полной цепи.

---

Для существования постоянного тока необходимо наличие в электрической замкнутой цепи устройства, способного создавать и поддерживать разности потенциалов на участках цепи за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Такие устройства называются источниками постоянного тока. Силы неэлектростатического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются сторонними силами.

Природа сторонних сил может быть различной. В гальванических элементах или аккумуляторах они возникают в результате электрохимических процессов, в генераторах постоянного тока сторонние силы возникают при движении проводников в магнитном поле. Под действием сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля, благодаря чему в замкнутой цепи может поддерживаться постоянный электрический ток.

При перемещении электрических зарядов по цепи постоянного тока сторонние силы, действующие внутри источников тока, совершают работу. Физическая величина, равная отношению работы Aст сторонних сил при перемещении заряда q от отрицательного полюса источника тока к положительному к величине этого заряда, называется электродвижущей силой источника (ЭДС):

Таким образом, ЭДС определяется работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда. Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах (В).

Закон Ома для полной (замкнутой) цепи: сила тока в замкнутой цепи равна электродвижущей силе источника, деленной на общее (внутреннее + внешнее) сопротивление цепи:.

Сопротивление r – внутреннее (собственное) сопротивление источника тока (зависит от внутреннего строения источника). Сопротивление R – сопротивление нагрузки (внешнее сопротивление цепи).

Падение напряжения во внешней цепипри этом равно (его еще называютнапряжением на клеммах источника):

Важно понять и запомнить: ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока не меняются, при подключении разных нагрузок.

Если сопротивление нагрузки равно нулю (источник замыкается сам на себя) или много меньше сопротивления источника, то тогда в цепи потечет ток короткого замыкания:

Сила тока короткого замыкания – максимальная сила тока, которую можно получить от данного источника с электродвижущей силой ε и внутренним сопротивлением r. У источников с малым внутренним сопротивлением ток короткого замыкания может быть очень велик, и вызывать разрушение электрической цепи или источника. Например, у свинцовых аккумуляторов, используемых в автомобилях, сила тока короткого замыкания может составлять несколько сотен ампер. Особенно опасны короткие замыкания в осветительных сетях, питаемых от подстанций (тысячи ампер). Чтобы избежать разрушительного действия таких больших токов, в цепь включаются предохранители или специальные автоматы защиты сетей.

Несколько источников ЭДС в цепи.

Если в цепи присутствует несколько ЭДС подключенных последовательно, то:

1.       При правильном (положительный полюс одного источника присоединяется к отрицательному другого) подключении источников общее ЭДС всех источников и их внутреннее сопротивление может быть найдено по формулам:

Например, такое подключение источников осуществляется в пультах дистанционного управления, фотоаппаратах и других бытовых приборах, работающих от нескольких батареек.

2.       При неправильном (источники соединяются одинаковыми полюсами) подключении источников их общее ЭДС и сопротивление рассчитывается по формулам:

В обоих случаях общее сопротивление источников увеличивается.

При параллельном подключении имеет смысл соединять источники только c одинаковой ЭДС, иначе источники будут разряжаться друг на друга. Таким образом суммарное ЭДС будет таким же, как и ЭДС каждого источника, то есть при параллельном соединении мы не получим батарею с большим ЭДС. При этом уменьшается внутреннее сопротивление батареи источников, что позволяет получать большую силу тока и мощность в цепи:

В этом и состоит смысл параллельного соединения источников. В любом случае при решении задач сначала надо найти суммарную ЭДС и полное внутреннее сопротивление получившегося источника, а затем записать закон Ома для полной цепи.

Богданов К.Ю. — учебник по физике для 10 класса

§ 42. ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА. ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОЛНОЙ ЦЕПИ.

Сила тока в замкнутой цепи равна отношению электродвижущей силы к полному сопротивлению цепи.

Если свободные заряды перемещаются в электрической цепи по замкнутой траектории, то такую цепь называют полной или замкнутой. При этом на каждом из участков такой цепи работа электростатических сил переходит в тепловую, механическую или энергию химических связей (см. §41). Так как работа электростатических сил, перемещающих заряд по замкнутой траектории, всегда равна нулю (см. §37), то только силы электростатического поля не могут обеспечить постоянное движение зарядов по замкнутой траектории.

Чтобы электрический ток в замкнутой цепи не прекращался, необходимо включить в неё источник тока (см. рис. 42а), внутри которого перемещение свободных зарядов происходило бы не под действием электростатических сил, а при участии любых других сил, называемых сторонними. Например, в цепи на рис. 42а, свободные заряды, перемещаются от тела А к телу Б под действием электростатических сил, а сторонние силы источника питания заставляют их возвращаться обратно – от Б к А.

Природа сторонних сил может быть разной. В гальванических элементах (батарейках и аккумуляторах), которые служат источниками постоянного тока, сторонние силы возникают в результате химических реакций между электродами и жидким электролитом. В генераторах переменного тока различных электростанций (гидроэлектростанций, тепловых и атомных) сторонние силы – это силы, действующие на свободные заряды, перемещающиеся в магнитном поле. В фотоэлементах сторонние силы возникают при действии света на электроны атомов, входящих в состав некоторых веществ.

Сторонние силы в источнике тока разделяют разноимённые электрические заряды друг от друга, совершая работу против электростатических (кулоновских сил). Контакт (полюс) источника тока, где в результате действия сторонних сил накапливается положительный заряд, называют положительным, а противоположно заряженный полюс – отрицательным, обозначая их так, как изображено на рис. 42б. Очевидно, что чем больший заряд накопится на полюсе источника тока, тем больше работы совершили сторонние силы по разделению зарядов, т.к. работа против кулоновских сил прямо пропорциональна величине заряда. Поэтому  отношение работы, А_ст, сторонних сил, перемещающих заряд q внутри источника тока от отрицательного полюса к положительному, не зависит от величины заряда и служит характеристикой источника тока, называемой электродвижущей силой (ЭДС) источника, E :

Как и разность потенциалов, ЭДС в СИ измеряют в вольтах.

Сопротивление источника тока или внутреннее сопротивление тоже является его важной характеристикой. Внутренним сопротивлением гальванического элемента, например, является сопротивление электродов и электролита, находящегося между ними. Внешним участком замкнутой цепи называют её участок, подсоединённый снаружи к источнику тока (см. рис. 42а).

Чтобы определить, как зависит сила тока от ЭДС источника в цепи, изображённой на рис. 42а, нарисуем эквивалентную схему (см. рис. 42в), где R соответствует сопротивлению проводника между А и Б, (внешняя цепь), а r – внутреннему сопротивлению источника тока. Согласно закону Джоуля-Ленца работа  А_полн тока, протекающего по замкнутой цепи, за интервал времени t равна:

А_полн = I^2.R^.t + I^2.r^.t .                     (42.2)

Из закона сохранения энергии следует, что работа тока должна быть равна работе сторонних сил А_стор = E^. q = E^.It . Приравняв А_полн из (42.2) и А_стор , получаем следующее выражение для I:

которое называют законом Ома для полной цепи.

Легко показать, что, если полная цепь содержит несколько последовательно соединённых источников тока, то для вычисления силы тока по формуле (42.3) следует вместо E взять алгебраическую сумму ЭДС всех этих источников, выбрав какое-нибудь направление обхода цепи, например, по часовой стрелке (рис. 42г). Если при таком обходе мы идём от положительного полюса источника тока к отрицательному, то ЭДС данного источника следует суммировать со знаком минус. 

Вопросы для повторения:

·        Почему для постоянного движения свободных зарядов по замкнутой цепи необходимы сторонние силы?

·        Чему равна ЭДС источника тока?

·        Сформулируйте закон Ома для полной цепи.

 

Рис. 42. (а) – замкнутая цепь с источником тока; (б) — обозначение источника постоянного тока; (в) – к выводу закона Ома для полной цепи; (г) – закон Ома для полной цепи, содержащей несколько источников тока.

 

2.2. Электродвижущая сила источника тока

Циркуляция вектора напряженности электростатического поля равна нулю, поэтому в замкнутой цепи наряду с участками, на которых положительные носители движутся в сторону убывания потенциала , должны иметься участки, на которых перенос положительных зарядов происходит в направлении возрастания, т.е. против сил электростатического поля. Перемещение носителей на этих участках возможно лишь с помощью сил неэлектрического происхождения, называемых сторонними силами. Таким образом, для поддержания тока необходимы сторонние силы, действующие либо на всем протяжении цепи, либо на отдельных ее участках. Эти силы могут быть обусловлены химическими процессами, диффузией носителей тока в неоднородной среде и т.д. Сторонние силы действуют на носители тока, вызывая их упорядоченное движение, и поддерживают ток в цепи (рис.2.2).

Величина, равная работе сторонних сил по перемещению единичного положительного заряда по цепи, называется электродвижущей силой (ЭДС) :

.

Если на заряд q действует сторонняя сила , где– напряженность поля сторонних сил, то работа сторонних сил над зарядомq на участке цепи 1-2 равна:

.

Для ЭДС на участке цепи имеем: . Если цепь замкнута —

ЭДС равна циркуляции вектора напряженности поля сторонних сил.

Кроме сторонних сил, на заряд действуют силы электростатического поля: . Результирующая всех сил: . Работа этой силы под зарядом q на участке 1-2 равна .

Для единичного положительного заряда — мы получили выражение для падения напряжения на данном участке. Падением напряжения (или просто напряжением) на участке цепи1-2 называется физическая величина, численно равная работе, совершаемой суммарным полем кулоновских и сторонних сил при перемещении вдоль цепи единичного положительного заряда из точки 1 в точку 2.

Если (сторонние силы не действуют) участок называется однородным: .

2.3. ЗАКОН ОМА В ИНТЕГРАЛЬНОЙ И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ФОРМАХ. КЛАССИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОПРОВОЛНОСТИ МЕТАЛЛОВ (ТЕОРИЯ ДРУДЕ-ЛОРЕНЦА). УСЛОВИЯ ЕЕ ПРИМЕНИМОСТИ И ПРОТИВОРЕЧИЯ С ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМИ РЕЗУЛЬТАТАМИ. МАКСВЕЛЛОВСКАЯ РЕЛАКСАЦИЯ ОДНОРОДНОСТИ ЗАРЯДА В ПРОВОДНИКЕ

Закон Ома был экспериментально открыт в 1826 году в следующей форме:

Сила тока, текущего по однородному металлическому проводнику, пропорциональна падению напряжения U на проводнике:

, (2. 1)

где R электрическое сопротивление проводника, ,-удельное сопротивление (),-длина,S –площадь сечения проводника.

Однородным называется такой участок цепи, на котором действуют только электростатические силы. Выражение (2.1) определяет соотношение между током и напряжением для однородного участка цепи и называется законом Ома в интегральной форме.

Единица сопротивления – Ом,

Сопротивление проводника определяется его геометрическими размерами () и материалом, их которого этот проводник изготовлен. Наименьшими удельными сопротивлениями обладают серебро, медь, золото, алюминий. Величина, обратная удельному сопротивлению, называется удельной электропроводимостью или электропроводностью вещества. В дифференциальной форме закон Ома принимает вид:

• вектор плотности тока равен произведению электропроводности и вектора напряженности электростатического поля.

• Действительно, рассмотрим однородный участок проводника, в пределах которого площадь сечения остается постоянной (рис. 2.3). Тогда сила тока равна , связь напряженности и потенциала дает значение напряжения, сопротивление участка определяется формулой. Подставив в формулу (2.1), имеем:

; отсюда или.

В равновесном состоянии в проводнике отсутствуют объемные заряды, так как при появлении объемного заряда в проводнике появляется ток и идет до тех пор, пока заряд в объеме не исчезнет. В уединенном проводнике весь сообщенный заряд располагается на поверхности проводника . Равновесное состояние возникает тогда, когда электрическое поле и объемный заряд внутри проводника равны нулю. Установление нейтральности в проводнике происходит очень быстро. Рассмотрим изменение объемного заряда во времени. Пусть в начальный момент времени создана некоторая плотность объемного заряда. Воспользуемся законом сохранения заряда и законом Ома в дифференциальной форме:

.

Здесь проводимость проводника =const.Согласно теореме Гаусса , тогда. Решение этого дифференциального уравнения дает закон уменьшения плотности объемного заряда:. Характерное время – Максвелловское время релаксации – определяется моментом, когда плотность заряда падает вераз:.

Закон Ома объясняет классическая теория металлов, созданная физиками Друде и Лоренцем. Согласно этой теории валентные электроны в металле являются общими для всех атомов и движутся в пространстве между положительными ионами, которые находятся в узлах кристаллических решеток. Электроны проводимости образуют электронный газ, подчиняющийся законам идеального газа. Однако, в отличие от молекул идеального газа, которые при движении сталкиваются друг с другом, электроны в металле сталкиваются с узлами кристаллической решетки, и расстояние, которое проходит электрон между двумя такими соударениями, есть длина свободного пробега электрона λ. В результате таких столкновений устанавливается тепловое равновесие между электронным газом и кристаллической решеткой. Друде распространил на электронный газ результаты кинетической теории газов. В этой теории средняя скорость теплового движения электронов равна , при комнатной температуреПри внесении проводника в поле, на хаотическое тепловое движение электронов накладывается упорядоченное движение электронов некоторой средней скоростью, при этом плотность тока:. Максимально возможное значение, т.е. враз меньше средней скорости теплового движения.

Найдем изменение кинетической энергии электронов, вызываемое полем. Для этого определим средний квадрат результирующей скорости:

Величины инезависимы, поэтому,(среднее значение вектора скорости теплового движении электронов равно нулю, т.к. ее направление меняется хаотично) , следовательно,

.

Таким образом, упорядоченное движение увеличивает кинетическую энергию электронов на . Двигаясь в кристалле, электроны испытывают соударение с узлами кристаллической решетки. Время между двумя соударениями:, где-длина свободного пробега электрона в металле.Благодаря столкновениям электрон приходит в состояние теплового равновесия со своим окружением, средняя кинетическая энергия электрона равна, гдеТ – локальная температура в месте нахождения электрона. В состоянии теплового равновесия распределение электронов по энергиям соответствует распределению Максвелла- Больцмана.

Друде предположил, что при соударении электронов с узлом кристаллической решетки вся дополнительная энергия передается иону, в результате соударения u=0. Если поле, ускоряющее электроны, однородно, электрон получает постоянное ускорение , и к концу пробега скорость упорядоченного движения достигает максимума (рис.2. 4).

Скоростьu изменяется во времени линейно, поэтому Для плотности токаj получим: , т.е. j ~ E – это закон Ома. Коэффициент пропорциональности есть проводимость. Если бы электроны не сталкивались с ионами кристаллической решетки, их скорости росли бы беспрепятственно, и проводимость была бы неограниченно большой , т.к. неограниченно росла бы при этом длина свободного пробега.

Сопротивление проводника зависит от температуры и давления. Сопротивление металлических проводников зависит от температуры по закону (рис.2.5)

,

где — температурный коэффициент сопротивления. Для некоторых металлов и сплавов вблизи абсолютного нуля температуры наблюдается скачкообразное падение сопротивления практически до нуля. Это явление называют сверхпроводимостью. Температура перехода в сверхпроводящее состояние для разных металлов лежит в интервале от 2 до 10 К.

Согласно закону Видемана-Франца для всех металлов отношение коэффициента теплопроводности к удельной электрической проводимостипрямо пропорционально абсолютной температуреТ: , где- постоянная Больцмана,е – заряд электрона.

Теория Друде качественно объясняет ряд кинетических явлений: электропроводность металлов, эффект Холла, закон Ома. Поскольку скорость электрона после каждого столкновения соответствует локальной температуре в месте столкновения, то при наличии градиента температуры возникает поток энергии, направленный в сторону области с более низкой температурой и пропорциональный градиенту температуры. Коэффициент пропорциональности в условиях, когда средняя скорость направленного движения равна нулю ( разомкнутая внешняя цепь), представляет собой коэффициент теплопроводности. Отсутствие электрического тока при наличии градиента температуры обеспечивается возникновением электрического поля, пропорционального градиенту температуры (эффект Зеебека). Это поле создает электрический ток, компенсирующий ток, создаваемый потоком «горячих» электронов (максвелловская релаксация однородности заряда в проводнике). Таким образом, теория Друде качественно объясняет электронную теплопроводность и некоторые термоэлектрические явления.

Наиболее впечатляющим, хотя и ошибочным, результатом теории Друде явилось объяснение закона Видемана-Франца. Оно было связано с взаимной компенсацией двух ошибок при вычислении электронной теплоемкости ( в теории Друде она была в 100 раз больше истинной) и среднего квадрата скорости электрона ( он во столько же раз меньше истинного). Кроме того, Друде ошибся в два раза при вычислении электропроводности.

Теория металлов Друде, будучи классической, не могла принципиально объяснить ряд экспериментальных фактов: а) отсутствие электронного вклада в теплоемкость; б) величину свободного пробега электронов, превосходящую в сотни раз расстояние между ионами; в) знак постоянной Холла, который может быть как положительным, так и отрицательным; г) зависимость сопротивления всех металлов от внешнего магнитного поля; д) наблюдаемые значения термоэдс, которые примерно на два порядка меньше, чем следует из теории Друде.

Развитие квантовой статистики и квантовой механики привело к появлению квантовостатистической теории электронного газа в металлах.

6.1 Электродвижущая сила — Введение в электричество, магнетизм и электрические схемы

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

---

По окончании раздела вы сможете:

• Опишите электродвижущую силу (ЭДС) и внутреннее сопротивление батареи
• Объясните основную работу аккумулятора

Если вы забыли выключить автомобильные фары, они постепенно тускнеют по мере разрядки аккумулятора. Почему они не мигают внезапно, когда батарея разряжена? Их постепенное затемнение означает, что выходное напряжение батареи уменьшается по мере разряда батареи.Причина снижения выходного напряжения для разряженных батарей заключается в том, что все источники напряжения состоят из двух основных частей — источника электрической энергии и внутреннего сопротивления. В этом разделе мы исследуем источник энергии и внутреннее сопротивление.

Введение в электродвижущую силу

Напряжение имеет множество источников, некоторые из которых показаны на рисунке 6. 1.1. Все такие устройства создают разность потенциалов и могут подавать ток, если подключены к цепи. Особый тип разности потенциалов известен как электродвижущая сила (ЭДС).ЭДС — это вовсе не сила, но термин «электродвижущая сила» используется по историческим причинам. Он был изобретен Алессандро Вольта в 1800-х годах, когда он изобрел первую батарею, также известную как гальваническая батарея . Поскольку электродвижущая сила не является силой, принято называть эти источники просто источниками ЭДС (произносимыми буквами «ee-em-eff»), а не источниками электродвижущей силы.

(рисунок 6.1.1)

Рисунок 6.1.1. Разнообразные источники напряжения.а) ветряная электростанция Бразос в Флуванна, штат Техас; (б) Красноярская плотина в России; (c) солнечная ферма; (d) группа никель-металлогидридных батарей. Выходное напряжение каждого устройства зависит от его конструкции и нагрузки. Выходное напряжение равно ЭДС только при отсутствии нагрузки. (кредит a: модификация работы «Leaflet» / Wikimedia Commons; кредит b: модификация работы Алекса Полежаева; кредит c: модификация работы Министерства энергетики США; кредит d: модификация работы Тиаа Монто)

Если электродвижущая сила вовсе не сила, то что такое ЭДС и что является источником ЭДС? Чтобы ответить на эти вопросы, рассмотрим простую схему лампы, подключенной к батарее, как показано на рисунке 6.1.2. Батарея , может быть смоделирована как устройство с двумя выводами, которое поддерживает один вывод с более высоким электрическим потенциалом, чем второй вывод. Более высокий электрический потенциал иногда называют положительной клеммой и обозначают знаком плюс. Клемму с более низким потенциалом иногда называют отрицательной клеммой и обозначают знаком минус. Это источник ЭДС.

(рисунок 6.1.2)

Рисунок 6.1.2. Источник ЭДС поддерживает на одном выводе более высокий электрический потенциал, чем на другом выводе, действуя как источник тока в цепи.

Когда источник ЭДС не подключен к лампе, нет чистого потока заряда внутри источника ЭДС. Как только батарея подключена к лампе, заряды перетекают от одной клеммы батареи через лампу (в результате чего лампа загорается) и обратно к другой клемме батареи. Если мы рассмотрим протекание положительного (обычного) тока, положительные заряды покидают положительный вывод, проходят через лампу и попадают в отрицательный вывод.

Положительный поток тока полезен для большей части анализа схем в этой главе, но в металлических проводах и резисторах наибольший вклад в ток вносят электроны, протекающие в направлении, противоположном положительному потоку тока.Поэтому более реалистично рассмотреть движение электронов для анализа схемы на рисунке 6.1.2. Электроны покидают отрицательную клемму, проходят через лампу и возвращаются к положительной клемме. Чтобы источник ЭДС поддерживал разность потенциалов между двумя выводами, отрицательные заряды (электроны) должны перемещаться с положительного вывода на отрицательный. Источник ЭДС действует как накачка заряда, перемещая отрицательные заряды от положительного вывода к отрицательному для поддержания разности потенциалов.Это увеличивает потенциальную энергию зарядов и, следовательно, электрический потенциал зарядов.

Сила, действующая на отрицательный заряд от электрического поля, действует в направлении, противоположном электрическому полю, как показано на рисунке 6.1.2. Чтобы отрицательные заряды переместились на отрицательный вывод, необходимо провести работу с отрицательными зарядами. Для этого требуется энергия, которая возникает в результате химических реакций в батарее. Потенциал поддерживается высоким на положительной клемме и низким на отрицательной клемме, чтобы поддерживать разность потенциалов между двумя клеммами.ЭДС равна работе, выполняемой над зарядом на единицу заряда () при отсутствии тока. Поскольку единицей измерения работы является джоуль, а единицей заряда — кулон, единицей измерения ЭДС является вольт ().

Напряжение на клеммах батареи — это напряжение, измеренное на клеммах батареи, когда к клемме не подключена нагрузка. Идеальная батарея — это источник ЭДС, который поддерживает постоянное напряжение на клеммах, независимо от тока между двумя клеммами.Идеальная батарея не имеет внутреннего сопротивления, а напряжение на клеммах равно ЭДС батареи. В следующем разделе мы покажем, что у реальной батареи есть внутреннее сопротивление, а напряжение на клеммах всегда меньше, чем ЭДС батареи.

Источник потенциала батареи

ЭДС батареи определяется сочетанием химических веществ и составом выводов батареи. Свинцово-кислотный аккумулятор , используемый в автомобилях и других транспортных средствах, является одним из наиболее распространенных сочетаний химических веществ.На рисунке 6.1.3 показан один элемент (один из шести) этой батареи. Катодная (положительная) клемма ячейки соединена с пластиной из оксида свинца, а анодная (отрицательная) клемма подключена к свинцовой пластине. Обе пластины погружены в серную кислоту, электролит для системы.

(рисунок 6.1.3)

Рис. 6.1.3. Химические реакции в свинцово-кислотном элементе разделяют заряд, отправляя отрицательный заряд на анод, который соединен со свинцовыми пластинами. Пластины из оксида свинца подключаются к положительному или катодному выводу ячейки.Серная кислота проводит заряд, а также участвует в химической реакции.

Немногое о том, как взаимодействуют химические вещества в свинцово-кислотной батарее, помогает понять потенциал, создаваемый батареей. На рисунке 6.1.4 показан результат одной химической реакции. Два электрона помещаются на анод и , что делает его отрицательным, при условии, что катод снабжает два электрона. Это оставляет катод и положительно заряженным, потому что он потерял два электрона.Короче говоря, разделение заряда было вызвано химической реакцией.

Обратите внимание, что реакция не происходит, если нет полной цепи, позволяющей подавать два электрона на катод. Во многих случаях эти электроны выходят из анода, проходят через сопротивление и возвращаются на катод. Отметим также, что, поскольку в химических реакциях участвуют вещества, обладающие сопротивлением, невозможно создать ЭДС без внутреннего сопротивления.

(рисунок 6.1,4)

Рис. 6.1.4. В свинцово-кислотной батарее два электрона вынуждены попадать на анод элемента, а два электрона удаляются с катода элемента. В результате химической реакции в свинцово-кислотной батарее два электрона помещаются на анод и два электрона удаляются с катода. Для продолжения требуется замкнутая цепь, так как два электрона должны быть доставлены на катод.

Внутреннее сопротивление и напряжение на клеммах

Величина сопротивления току внутри источника напряжения называется внутренним сопротивлением .Внутреннее сопротивление батареи может вести себя сложным образом. Обычно она увеличивается по мере разряда батареи из-за окисления пластин или снижения кислотности электролита. Однако внутреннее сопротивление также может зависеть от величины и направления тока через источник напряжения, его температуры и даже его предыстории. Например, внутреннее сопротивление перезаряжаемых никель-кадмиевых элементов зависит от того, сколько раз и насколько глубоко они были разряжены. Простая модель батареи состоит из идеализированного источника ЭДС и внутреннего сопротивления (рисунок 6.1.5).

(рисунок 6.1.5)

Рис. 6.1.5. Батарею можно смоделировать как идеализированную ЭДС () с внутренним сопротивлением (). Напряжение на клеммах аккумулятора составляет.

Предположим, что внешний резистор, известный как сопротивление нагрузки, подключен к источнику напряжения, например, к батарее, как показано на рисунке 6.1.6. На рисунке показана модель батареи с ЭДС, внутренним сопротивлением и нагрузочным резистором, подключенным к ее клеммам. При обычном протекании тока положительные заряды покидают положительную клемму батареи, проходят через резистор и возвращаются к отрицательной клемме батареи.Напряжение на клеммах аккумулятора зависит от ЭДС, внутреннего сопротивления и тока и равно

.

(6. 1.1)

При заданной ЭДС и внутреннем сопротивлении напряжение на клеммах уменьшается по мере увеличения тока из-за падения потенциала внутреннего сопротивления.

(рисунок 6.1.6)

Рисунок 6.1.6. Схема источника напряжения и его нагрузочного резистора. Поскольку внутреннее сопротивление последовательно с нагрузкой, оно может существенно повлиять на напряжение на клеммах и ток, подаваемый на нагрузку.

График разности потенциалов на каждом элементе цепи показан на рисунке 6.1.7. В цепи протекает ток, и падение потенциала на внутреннем резисторе равно. Напряжение на клеммах равно, что равно падению потенциала на нагрузочном резисторе. Как и в случае с потенциальной энергией, важно изменение напряжения. Когда используется термин «напряжение», мы предполагаем, что это на самом деле изменение потенциала, или. Однако для удобства часто опускается.

(рисунок 6.1.7)

Ток через нагрузочный резистор составляет. Из этого выражения видно, что чем меньше внутреннее сопротивление, тем больше ток, подаваемый источником напряжения на свою нагрузку. По мере разряда батарей увеличивается. Если становится значительной частью сопротивления нагрузки, то ток значительно снижается, как показано в следующем примере.

ПРИМЕР 6.1.1

---

Анализ цепи с аккумулятором и нагрузкой

Данная батарея имеет ЭДС и внутреннее сопротивление.(a) Рассчитайте напряжение на его клеммах при подключении к нагрузке. (b) Какое напряжение на клеммах при подключении к нагрузке? (c) Какая мощность рассеивает нагрузка? (d) Если внутреннее сопротивление увеличивается до, найдите ток, напряжение на клеммах и мощность, рассеиваемую нагрузкой.

Стратегия

Приведенный выше анализ дает выражение для тока с учетом внутреннего сопротивления. Как только ток будет найден, можно рассчитать напряжение на клеммах, используя уравнение. Как только ток будет найден, мы также сможем найти мощность, рассеиваемую резистором.

Решение

а. Ввод данных значений ЭДС, сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления в выражение выше дает

Введите известные значения в уравнение, чтобы получить напряжение на клеммах:

Напряжение на клеммах здесь лишь немного ниже, чем ЭДС, что означает, что ток, потребляемый этой легкой нагрузкой, не имеет значения.

г. Аналогично с током

Напряжение на клеммах теперь

Напряжение на клеммах значительно снизилось по сравнению с ЭДС, что означает большую нагрузку на эту батарею.«Сильная нагрузка» означает большее потребление тока от источника, но не большее сопротивление.

г. Мощность, рассеиваемую нагрузкой, можно найти по формуле. Ввод известных значений дает

Обратите внимание, что эту мощность также можно получить с помощью выражения или, где — напряжение на клеммах (в данном случае).

г. Здесь внутреннее сопротивление увеличилось, возможно, из-за разряда батареи, до точки, в которой оно равно сопротивлению нагрузки.Как и раньше, мы сначала находим ток, вводя известные значения в выражение, что дает

Теперь напряжение на зажимах

, а мощность, рассеиваемая нагрузкой, равна

.

Мы видим, что увеличившееся внутреннее сопротивление значительно снизило напряжение на клеммах, ток и мощность, подаваемую на нагрузку.

Значение

Внутреннее сопротивление батареи может увеличиваться по многим причинам.Например, внутреннее сопротивление перезаряжаемой батареи увеличивается с увеличением количества раз, когда батарея перезаряжается. Повышенное внутреннее сопротивление может иметь двоякое влияние на аккумулятор. Сначала снизится напряжение на клеммах. Во-вторых, аккумулятор может перегреться из-за повышенной мощности, рассеиваемой внутренним сопротивлением.

ПРОВЕРЬТЕ ПОНИМАНИЕ 6.1

---

Если вы поместите провод прямо через две клеммы батареи, эффективно закоротив клеммы, батарея начнет нагреваться.Как вы думаете, почему это происходит?

Тестеры батарей

Тестеры батарей , такие как показанные на рис. 6.1.8, используют малые нагрузочные резисторы, чтобы намеренно потреблять ток, чтобы определить, падает ли потенциал клемм ниже допустимого уровня. Хотя измерить внутреннее сопротивление батареи сложно, тестеры батареи могут обеспечить измерение внутреннего сопротивления батареи. Если внутреннее сопротивление высокое, батарея разряжена, о чем свидетельствует низкое напряжение на клеммах.

(рисунок 6.1.8)

Рисунок 6.1.8 Тестеры батарей измеряют напряжение на клеммах под нагрузкой, чтобы определить состояние батареи. (a) Техник-электронщик ВМС США использует тестер аккумуляторов для проверки больших аккумуляторов на борту авианосца USS Nimitz . Тестер батарей, который она использует, имеет небольшое сопротивление, которое может рассеивать большое количество энергии. (b) Показанное небольшое устройство используется на небольших батареях и имеет цифровой дисплей для индикации допустимого напряжения на клеммах.(кредит А: модификация работы Джейсона А. Джонстона; кредит б: модификация работы Кейта Уильямсона)

Некоторые батареи можно заряжать, пропуская через них ток в направлении, противоположном току, который они подают в прибор. Это обычно делается в автомобилях и батареях для небольших электроприборов и электронных устройств (рис. 6.1.9). Выходное напряжение зарядного устройства должно быть больше, чем ЭДС аккумулятора, чтобы ток через него реверсировал. Это приводит к тому, что напряжение на клеммах аккумулятора становится больше, чем ЭДС, так как и теперь отрицательны.

(рисунок 6.1.9)

Рисунок 6.1.9 Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора меняет нормальное направление тока через аккумулятор, обращая вспять его химическую реакцию и пополняя ее химический потенциал.

Важно понимать последствия внутреннего сопротивления источников ЭДС, таких как батареи и солнечные элементы, но часто анализ цепей выполняется с помощью напряжения на клеммах батареи, как мы делали в предыдущих разделах. Напряжение на клеммах обозначается просто, опуская нижний индекс «клемма».Это связано с тем, что внутреннее сопротивление батареи трудно измерить напрямую, и оно может со временем измениться.

Кандела Цитаты

Лицензионный контент

CC, особая атрибуция

• Загрузите бесплатно по адресу http://cnx.org/contents/[email protected]. Получено с : http://cnx.org/contents/[email protected]. Лицензия : CC BY: Атрибуция

Источники электродвижущей силы (ЭДС)

Текущее электричество

Текущее электричество определяется как электрический заряд в движении.Поток тока состоит из потока отрицательных зарядов электронов от атома к атому, как показано на Рис. 1 .

Рисунок 1 Текущее электричество.

Внешняя сила, которая вызывает поток электронов, называется электродвижущей силой (ЭДС) или напряжением , которое подается батареей. Отрицательная клемма батареи имеет избыток электронов, а положительная клемма имеет недостаток электронов. Поскольку на плюсовой клемме батареи не хватает электронов, она притягивает электроны из проводника.Точно так же отрицательный вывод с избытком электронов отталкивает электроны в проводник.

Классификация электрического тока

Текущее электричество классифицируется как постоянный (DC) или переменный (AC) ток в зависимости от источника напряжения.

Напряжение постоянного тока создает поток электронов только в одном направлении. Напряжение переменного тока создает поток электронов, который изменяется как по направлению, так и по величине.

Типичные символы и формы сигналов для источников постоянного и переменного напряжения показаны на Рисунок 2 . Батарея является обычным источником постоянного напряжения, а электрическая розетка — наиболее распространенным источником переменного напряжения.

Все источники напряжения имеют общую характеристику избытка электронов на одном выводе и недостатка на другом выводе. Это приводит к разнице электрического потенциала между двумя выводами.

Рисунок 2 Электроэнергия постоянного и переменного тока.

Идентификация полярности (+ или -) — это один из способов отличить источник напряжения. Полярность можно определить в цепях постоянного тока, но в цепях переменного тока ток постоянно меняет направление; следовательно, полярность не может быть идентифицирована.

Источники электродвижущей силы

Для движения электронов должен быть источник электродвижущей силы (ЭДС) или напряжения. Этот источник напряжения может быть получен из множества различных источников первичной энергии.Эти первичные источники поставляют энергию в одной форме, которая затем преобразуется в электрическую.

Основные источники электродвижущей силы включают трение, свет, химическую реакцию, тепло, давление и механико-магнитное действие.

Свет

Солнечная фотоэлектрическая система питания преобразует солнечный свет непосредственно в электрическую энергию с помощью солнечных или фотоэлектрических элементов . Они сделаны из полупроводникового, светочувствительного материала, который делает доступными электроны при воздействии световой энергии ( Рисунок 3 ).

Солнечные элементы работают на фотоэлектрическом эффекте, который возникает, когда свет, падающий на двухслойный полупроводниковый материал, создает постоянное напряжение между двумя слоями. Выходное напряжение прямо пропорционально количеству световой энергии, падающей на поверхность элемента. Один из лучших солнечных элементов — кремниевый.

Один элемент может производить до 400 мВ (милливольт) с током в миллиамперном диапазоне и может использоваться при создании более крупных солнечных панелей. Малогабаритные солнечные элементы часто используются в качестве датчиков в системах автоматического управления и для питания электронных устройств, таких как калькуляторы.

Рисунок 3 Производство электроэнергии за счет солнечного света.

Солнечный модуль или панель состоит из солнечных элементов, электрически соединенных между собой и герметизированных, как показано на Рис. 4 . Солнечные панели обычно имеют лист стекла на стороне, обращенной к солнцу, и полупрозрачный полимерный барьер, позволяющий проходить свету, защищая полупроводник от дождя, снега и града. Солнечные панели можно сгруппировать вместе, чтобы сформировать массив, способный передавать большие объемы электроэнергии.

Рисунок 4 Солнечный модуль или панель.

Солнечная система , привязанная к сети. соединяет вашу солнечную энергетическую систему с электросетью. Это позволяет вам отправлять любую излишнюю мощность, которую вы производите, обратно в электрическую компанию через план, известный как чистое измерение.

Ночью или в пасмурные дни вы просто возвращаетесь к покупке электроэнергии у коммунальной компании. При установке этого типа солнечной системы вырабатываемая вами электроэнергия либо компенсирует ваше использование, либо, если вы производите больше, чем потребляете, возвращается в электрическую сеть, пополняя ваш счет за коммунальные услуги.

Следует помнить один ключевой момент: фотоэлектрическая система, подключенная к сети, должна быть отключена при отключении электроэнергии от коммунальной компании. Это в первую очередь требование безопасности, чтобы гарантировать, что мощность не будет подаваться обратно в сеть, пока обслуживающий персонал восстанавливает ее.

На рисунке 5 показаны части типичной сетевой фотоэлектрической системы. В этих системах используются солнечные модули вместе с преобразователем постоянного тока в переменный. Инвертор преобразует постоянный ток в переменный и синхронизирует мощность, вырабатываемую солнечными модулями, с электричеством, поступающим от коммунальной компании.

Операция проста. Когда солнце светит, солнечная батарея вырабатывает постоянное напряжение. Инвертор автоматически подключается к электросети и подает в сеть переменный ток.

Рисунок 5 Фотоэлектрическая система с привязкой к сети.

Автономные фотоэлектрические солнечные системы используются в тех случаях, когда инженерные сети недоступны, нежелательны или слишком дороги для подключения. Автономные солнечные системы используют солнечные панели для производства электроэнергии постоянного тока, которая затем хранится в батарее. ( Рисунок 6 ).

Инвертор преобразует энергию постоянного тока, хранящуюся в батареях, в мощность переменного тока, которая используется в жилых или коммерческих учреждениях. Обычно автономные системы включают в себя резервный генератор энергии для зарядки батарей, если они становятся слишком низкими, и контроллер заряда для регулирования мощности, поступающей от фотоэлектрической панели в аккумуляторную батарею.

Рисунок 6 Автономная фотоэлектрическая система.

Химическая реакция

Батарея или гальванический элемент преобразует химическую энергию непосредственно в электрическую ( Рисунок 7, ).По сути, батарея состоит из двух электродов и раствора электролита. Один электрод подключается к (+) или положительной клемме, а другой — к (-) или отрицательной клемме.

Рисунок 7 Батарея преобразует химическую энергию непосредственно в электрическую.

Когда аккумулятор подключается к замкнутой электрической цепи, химическая энергия преобразуется в электрическую. Химическое воздействие внутри ячейки заставляет раствор электролита реагировать с двумя электродами.В результате электроны переносятся с одного электрода на другой. Это создает положительный заряд на электроде, который теряет электроны, и отрицательный заряд на электроде, который получает электроны. Хотя аккумулятор является популярным портативным источником постоянного тока низкого напряжения, его относительно высокая стоимость энергии ограничивает возможности его применения.

Тепло

Тепловая энергия может быть напрямую преобразована в электрическую с помощью устройства, называемого термопарой. Термопары работают по принципу, согласно которому при соединении двух разнородных металлов создается предсказуемое постоянное напряжение, которое связано с разницей в температуре между горячим и холодным спаями (, рис. 8, ).

Когда к горячему спайу прикладывается тепло, электроны перемещаются от одного металла к другому, создавая отрицательный заряд на одном и положительный — на другом. Термопара часто используется в качестве датчика температуры для устройств измерения температуры. Вольтметр , откалиброванный в градусах, подключен к выводам внешней термопары для индикации температуры.

Рисунок 8 Термопара преобразует тепловую энергию в электрическую.

Пьезоэлектрический эффект

Пьезоэлектрическое вещество — это вещество, которое производит электрический заряд при приложении механического давления.Некоторые кристаллы, например кварц, являются пьезоэлектрическими. Это означает, что при сжатии или ударе они генерируют электрический заряд.

Одно из распространенных применений пьезоэлектричества — пьезоэлектрический газовый воспламенитель, показанный на Рис. Когда вы нажимаете кнопку, от поверхности пьезокристалла поднимается небольшой пружинный молоток. Когда молот достигает вершины, он ударяет по кристаллу, создавая высокое напряжение. Это напряжение достаточно велико, чтобы вызвать искру, воспламеняющую газ.Пьезоэлектрические воспламенители используются в большинстве газовых печей и плит.

Рисунок 9 Пьезо-газовый запальник.

Механико-магнитный

Большая часть потребляемой нами электроэнергии производится с помощью электрического генератора , который преобразует магнитно-механическую энергию в электрическую. Основные компоненты и принцип работы генератора переменного тока показаны на рисунке 10.

Когда якорь вращается в магнитном поле, в обмотке якоря индуцируется напряжение.К якорю прикреплены контактные кольца, которые вращаются вместе с ним. Угольные щетки скользят по контактным кольцам, проводя ток от якоря.

Якорь — это любое количество проводящих проводов, намотанных в петли, которые вращаются под действием магнитного поля. Для простоты показан один цикл. Хотя этот генератор вырабатывает электроэнергию переменного тока, он может быть разработан для производства электроэнергии переменного или постоянного тока.

Рисунок 10 Генератор переменного тока.

Каждый генератор должен приводиться в движение турбиной, дизельным двигателем или какой-либо другой машиной, вырабатывающей механическую энергию.Первичный двигатель — это термин, используемый для обозначения механического устройства, приводящего в действие генератор.

Чтобы получить больше электроэнергии от генератора, первичный двигатель должен подавать больше механической энергии. Например, ветряные генераторы устанавливаются в местах с сильным продолжительным ветром ( Рисунок 11, ). Ветер толкает лопасти вентилятора ветряной турбины, вращая вентилятор и вал, который приводит в действие генератор, вырабатывающий электричество. Электричество либо используется, либо хранится в батареях.

Рисунок 11 Ветрогенератор.

Обзорные вопросы

1. Определите электрический ток .
2. Какая внешняя сила вызывает поток электронов?
3. В каком направлении текут электроны относительно полярности приложенного напряжения?
4. Сравните электрический ток в цепи постоянного и переменного тока.
5. Почему полярность обычно определяется на источниках постоянного, а не переменного напряжения?
6. Как фотоэлектрический элемент вырабатывает электричество?
7. Сравните работу сетевых и автономных фотоэлектрических солнечных систем.
8. Какова функция инвертора в солнечной энергетической системе?
9. Назовите три основных компонента батареи.
10. Как термопара вырабатывает электричество?
11. Как пьезоэлектрическое вещество производит электричество?
12. Как электрогенератор производит электричество?
13. Какой тип первичного двигателя используется в составе ветряного генератора?

Ответы

1. Электрический ток — это поток электронов.
2. Внешняя сила, вызывающая поток электронов, называется электродвижущей силой или напряжением.
3. Электроны текут с отрицательной полярности на положительную.
4. В цепи постоянного тока ток течет только в одном направлении. В цепи переменного тока ток меняет направление.
5. Полярность обычно определяется в цепи постоянного тока, потому что она не меняется. Полярность в цепи переменного тока обычно не определяется, потому что она постоянно меняется.
6. Фотоэлектрический элемент вырабатывает электричество путем преобразования световой энергии в постоянное напряжение.
7. ФЭ-система, подключенная к сети, подключена к электросети и позволяет продавать энергию обратно электроэнергетической компании. Автономная фотоэлектрическая система работает отдельно от линий электроснабжения.
8. Инвертор преобразует постоянное напряжение системы в переменный ток, необходимый для работы системы или подключения к линиям энергоснабжения.
9. Батарея состоит из двух электродов и раствора электролита.
10. Термопара вырабатывает электричество постоянного тока из тепловой энергии, когда существует разница температур между двумя термопарами (которые представляют собой соединение двух разнородных металлов.)
11. Пьезоэлектрическое вещество производит электричество постоянного тока путем преобразования механической силы в электричество.
12. Электрический генератор вырабатывает электричество из механической энергии, которая вызывает вращение катушек проводов через магнитное поле, которое создает ток в катушках.
13. Основным двигателем ветрогенератора является ветер.

ЭДС и внутреннее сопротивление

ЭДС и внутреннее сопротивление
следующий: резисторы последовательно и вверх: электрический ток Предыдущий: Сопротивление и удельное сопротивление Теперь настоящие батареи изготавливаются из материалов с ненулевым удельным сопротивлением.Отсюда следует, что настоящие батареи — это не просто источники чистого напряжения. Они также обладают внутренние сопротивления . Между прочим, чистое напряжение Источник обычно обозначается как ЭДС (что означает электродвижущую силу ). Конечно, ЭДС измеряется в вольтах. Аккумулятор можно смоделировать как ЭДС, включенную последовательно с резистором. , который представляет собой его внутреннее сопротивление. Предположим, что такие батарея используется для управления током через внешний нагрузочный резистор, так как изображенный на рис.17. Обратите внимание, что на принципиальных схемах ЭДС представлена ​​в виде двух близко расположенных параллельных линии неравной длины. Электрический потенциал более длинной линии больше, чем тот из более коротких по вольтам. Резистор представлен как зигзагообразная линия.

Рисунок 17: Батарея ЭДС и внутреннего сопротивления подключена к нагрузочному резистору сопротивления.

Рассмотрим аккумулятор на рисунке.Напряжение аккумулятора равно определяется как разница в электрическом потенциале между его положительным и отрицательные клеммы: т.е. , точки и соответственно. Когда мы переходим от к , электрический потенциал увеличивается на вольт, когда мы пересекаем ЭДС, но затем уменьшается на вольт, когда мы пересекаем внутренний резистор. Падение напряжения на резисторе следует из закона Ома, из которого следует, что падение напряжения на резисторе, несущем ток , находится в том направлении, в котором текущие потоки.Таким образом, напряжение аккумулятора связано с его ЭДС. и внутреннее сопротивление через

(133)

Обычно мы думаем, что ЭДС батареи по существу постоянная (поскольку она зависит только от химической реакции, происходящей внутри батареи, которая преобразует химическая энергия в электрическую), поэтому мы должны заключить, что напряжение батарея на самом деле уменьшается по мере увеличения тока, потребляемого от нее.Фактически, напряжение равно только ЭДС при пренебрежимо малом токе. Текущий розыгрыш от аккумулятора обычно не может превышать критического значения

(134)

поскольку напряжение становится отрицательным (что может произойти только если резистор нагрузки также отрицательный: это практически невозможно). Отсюда следует, что если мы закоротим аккумулятор, подключив его положительные и отрицательные клеммы вместе с использованием проводника с незначительным сопротивлением, ток, потребляемый от батареи, ограничен ее внутренним сопротивлением.Фактически в этом случае ток равен максимально возможному. Текущий .

Настоящая батарея обычно характеризуется его ЭДС (, т.е. , его напряжение при нулевом токе) и максимальный ток, который он может подавать. Например, стандартный сухой элемент (, т.е. , своего рода аккумулятор, используемый для питания калькуляторов и фонарей) обычно рассчитан на и скажи) . Таким образом, ничего действительно катастрофического не произойдет. произойдет, если мы закоротим сухой элемент.Мы разрядим аккумулятор через сравнительно короткий промежуток времени, но опасно большой ток не будет поток. С другой стороны, автомобильный аккумулятор обычно рассчитывается на и что-то вроде (такой ток нужен для запустить стартер). Понятно, что автомобильный аккумулятор должен иметь много более низкое внутреннее сопротивление, чем у сухого элемента. Отсюда следует, что если мы были достаточно глупы, чтобы замкнуть автомобильный аккумулятор, в результате довольно катастрофически (представьте себе всю энергию, необходимую для запуска двигателя автомобиль собирается тонким проводом, соединяющим клеммы аккумулятора вместе).

---

следующий: резисторы последовательно и вверх: электрический ток Предыдущий: Сопротивление и удельное сопротивление

Ричард Фицпатрик 2007-07-14

[PDF] 19.4 Источники электродвижущей силы

Скачать 19.4 Источники электродвижущей силы …

19.4 Источники электродвижущей силы • (м) определяют ЭДС. с точки зрения энергии, передаваемой источником при возбуждении единичного заряда по полной цепи • (n) различают e.м.ф. и p.d. с точки зрения энергетических соображений • (o) демонстрируют понимание эффектов внутреннего сопротивления • источника ЭДС. от клеммы разности потенциалов и выходной мощности.

19.4 Источники электродвижущей силы

(м) определяют ЭДС. в единицах энергии, передаваемой источником при зарядке блока управления вокруг замкнутой цепи.

19.4 Источники электродвижущей силы • Напряжение, создаваемое элементом, называется электродвижущей силой или ЭДС. коротко.

Э.д.с. определяется как энергия, передаваемая источником при возбуждении единичного заряда по полной цепи. Объясните, что имеется в виду, что ЭДС элемента составляет 1,5 В.

19.4 Источники электродвижущей силы

(н) различают ЭДС. и p.d. с точки зрения энергетических соображений.

19.4 Источники электродвижущей силы • Разность потенциалов и напряжение — это одно и то же. • P.d — технический термин. • Напряжение — это обычное употребление, поскольку разность потенциалов измеряется в вольтах. • Это было бы то же самое, если бы расстояние упоминалось как «метраж», а скорость — как «километры в час».• Оба являются количеством энергии на заряд, которое будет рассеиваться (или получаться) между двумя точками. • например 1 вольт означает, что 1 кулон заряда потеряет или получит 1 джоуль энергии.

19.4 Источники электродвижущей силы • ЭДС немного отличается, поскольку относится к фактическому источнику разности потенциалов. • Часто с точки зрения батареи, но также и других источников, таких как изменение магнитного поля. • Таким образом, ЭДС относится к определенному механизму, в котором этот заряд получает свою энергию.

19.4 Источники электродвижущей силы • Лучше всего думать о них: • ЭДС — это количество энергии любой формы, которое превращается в электрическую энергию на кулон заряда. • pd — количество электрической энергии, которая превращается в другие формы энергии на кулон заряда.

19.4 Источники электродвижущей силы • Источники ЭДС: • Элемент, батарея (комбинация элементов), солнечная батарея, генератор, динамо-машина, термопара.

19.4 Источники электродвижущей силы

(o) демонстрируют понимание эффектов внутреннего сопротивления источника эл.м.ф. от клеммы разности потенциалов и выходной мощности.

19.4 Источники электродвижущей силы • Внутреннее сопротивление • Элементы и батареи не идеальны. Используйте их некоторое время, и вы заметите, что они нагреваются. • Откуда поступает тепловая энергия? • Это из-за тока, проходящего через внутреннюю часть ячейки. Сопротивление внутри ячейки превращает часть производимой ею электроэнергии в тепловую при движении электронов через нее.

19.4 Источники электродвижущей силы • Представьте, что каждая ячейка идеальна, за исключением того, что по какой-то странной причине производители включили резистор последовательно с ячейкой внутри корпуса.• Следовательно, внутри ячейки энергия передается в цепь ячейкой (ЭДС). • Но часть этой энергии забирается из цепи внутренним резистором (pd). • Таким образом, pd, доступный для остальной части схемы (внешней цепи), равен эдс за вычетом pd, потерянного внутри ячейки.

19.4 Источники электродвижущей силы ЭДС и внутреннее сопротивление Напряжение, создаваемое элементом, называется электродвижущей силой или сокращенно э.д.с., и оно создает э.д.с. на элементе и на внешнем резисторе (R).

E = IR + Ir = V + Ir

19.4 Источники электродвижущей силы • ЭДС (E) элемента можно описать как максимальное pd, которое элемент может создать на своих выводах, или pd разомкнутой цепи, с тех пор как ток не течет из ячейки, в ней не может быть потеряна электрическая энергия.

19.4 Источники электродвижущей силы • Количество полезной электрической энергии на единицу заряда, доступного вне элемента, равно IR • и Ir — это энергия на единицу заряда, преобразованная в другие формы внутри самого элемента.

19.4 Источники электродвижущей силы • Эксперимент с ЭДС и внутренним сопротивлением

19.4 Источники электродвижущей силы 1. Аккумулятор на 9,0 В имеет внутреннее сопротивление 12,0 Ом. (a) (b)

Какова разность потенциалов на его выводах, когда он подает ток 50,0 мА? Какой максимальный ток может обеспечить эта батарея?

2. Ячейка в аппарате для глухих подает ток 25,0 мА через сопротивление 400 Ом. Когда владелец увеличивает громкость, сопротивление меняется на 100 Ом, а ток повышается до 60 мА.Что такое ЭДС и внутреннее сопротивление ячейки? 3.

Батарея соединена последовательно с переменным резистором и амперметром. Когда сопротивление резистора 10 Ом, ток равен 2,0 А. Когда сопротивление 5 Ом, ток равен 3,8 А. Найдите ЭДС и внутреннее сопротивление батареи.

4.

Когда ячейка подключена непосредственно к вольтметру с высоким сопротивлением, показание составляет 1,50 В. Когда ячейка закорочена через амперметр с низким сопротивлением, ток равен 2.5 А. Что такое ЭДС и внутреннее сопротивление элемента?

19,4 Источники электродвижущей силы 1. (a) pd = E — I r = 9 — (50 x 10-3 x 12) = 8,4 В (b) Максимальный ток = E / r = 9/12 = 0,75 A 2 . E = I (R + r) E = 25 x 10-3 (400 + r) и E = 60 x 10-3 (100 + r) Таким образом, 25 x 10-3 (400 + r) = 60 x 10- 3 (100 + r), поэтому r = 114,3  E = 10 + (25 x 10-3 x 114,3) = 12,86 В

3. E = I (R + r) E = 2 (10 + r) и E = 3,8 (5 + r), поэтому r = 0,56  E = 20 + (2 x 0,56) = 21,1 В 4. E = 1,5 VE = I r, поэтому 1,5 В = 2.5 A r и r = 0,6

19.4 Источники электродвижущей силы • Фары автомобиля подключены параллельно через 12-вольтовую батарею. • Стартер также управляется выключателем зажигания параллельно. • Поскольку стартер имеет низкое сопротивление, ему требуется очень большой ток (скажем, 60 А). • Сама батарея имеет низкое внутреннее сопротивление (скажем, 0,01 Ом). • Сами фары потребляют гораздо меньший ток. • Что происходит при запуске двигателя (переключение на стартер, замкнутый на короткое время).

19.4 Источники электродвижущей силы • • • • •

внезапная потребность в большем токе большие потери напряжения (около 0,01 Ом  60 А = 6 В) напряжение на клеммах падает до 12 В — 6 В = 6 В фары тусклые Когда двигатель загорается, выключатель стартера размыкается и ток падает. Напряжение на клеммах повышается, и фары возвращаются в нормальное состояние. • Лучше выключать фары перед запуском автомобиля.

19.4 Источники электродвижущей силы • • • • • •

Дополнительные вопросы P217 q11-15 P275 q7 Дополнительная литература P212-3 & 215 Веб-ссылки

• http: // www.s-cool.co.uk/alevel/physics/resistance/internalresistance-emf-and-potential-difference.html • http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/dcex6.html

Разница Между ЭДС и напряжением (со сравнительной таблицей)

Одно из основных различий между ЭДС и напряжением состоит в том, что ЭДС — это энергия, подводимая к заряду, тогда как напряжение — это энергия, необходимая для перемещения единичного заряда из одной точки в другую. Другие различия между ними объясняются ниже в сравнительной таблице.

Содержание: ЭДС против напряжения

1. Сравнительная таблица
2. Определение
3. Ключевые отличия

Сравнительная таблица

Основа для сравнения	ЭДС	Напряжение
Определение	Количество энергии, подаваемой источником на каждый кулон заряда.	Энергия, используемая зарядом единицы для перемещения из одной точки в другую
Формула
Символ	ε	V
Измерение	Измерение между конечной точкой источника, когда через него не течет ток.	Измерьте расстояние между любыми двумя точками.
Источник	Динамо, электрохимический элемент, трансформатор, солнечный элемент, фотодиоды и т. Д.	Электрическое и магнитное поле

Определение напряжения

Напряжение определяется как энергия, необходимая для перемещения единичного заряда из одной точки в другую. Оно измеряется в вольтах и ​​обозначается символом V. Напряжение вызывается электрическим и магнитным полями.

Напряжение возникает между концами (т.е.е. катод и анод) источника. Потенциал положительной конечной точки источника выше, чем отрицательной точки. Когда на пассивном элементе возникает напряжение, это называется падением напряжения. Сумма падений напряжения в цепи равна ЭДС согласно закону Кирхгофа.

Определение EMF

Подача энергии от источника к каждому кулону заряда называется ЭДС. Другими словами, это подача энергии некоторым активным источником, таким как аккумулятор, для единичного кулоновского заряда.ЭДС означает электродвижущую силу. Он измеряется в вольтах и ​​обозначается символом ε.

Электродвижущая сила вышеуказанной цепи представлена ​​формулой Где, r — внутреннее сопротивление цепи.
R — Внешний резистан цепи.
E — электродвижущая сила.
I — ток

Ключевые различия между ЭДС и напряжением

1. ЭДС — это мера подачи энергии на каждый кулон заряда, тогда как напряжение — это энергия, используемая одним кулоном заряда для перемещения из одной точки в другую.
2. ЭДС представлена ​​буквой ε, тогда как символическое представление напряжения — V.
3. ЭДС измеряется между конечной точкой источника, когда через него не течет ток, а напряжение измеряется между любыми двумя точками замкнутой цепи.
4. ЭДС создается электрохимическим элементом, динамо-машиной, фотодиодами и т. Д., А напряжение создается электрическим и магнитным полями.

Вольт — это единица СИ как для ЭДС, так и для напряжения.

Электродвижущая сила

Электродвижущая сила — это электрическая потенциальная энергия, которая заставляет ток течь через цепь. Это происходит из-за разницы в заряде между двумя точками в материале. Эта разница возникает, когда внешний источник, такой как батарея, заставляет электроны перемещаться в обе точки, так что в первой точке наблюдается избыток, а в другой — недостаток. Вольт — это единица измерения, которая описывает энергию, которую подает источник электроэнергии, которая приводит в действие единичный заряд внутри или вокруг цепи.Электродвижущая сила была впервые обнаружена при изучении статического электричества.

Как выражается электродвижущая сила?

Уравнение, представляющее электродвижущую силу, имеет вид E = V + Ir. В этом уравнении V — это напряжение на клеммах, I — ток цепи, а r — внутреннее сопротивление, измеренное в омах. По определению, полное напряжение клеммы меньше, чем полная электродвижущая сила цепи.

Каковы источники электродвижущей силы?

В мире много источников электродвижущей силы.К ним относятся батареи, термопары и генераторы.

Аккумуляторы

Первым обнаруженным источником ЭМП была аккумуляторная батарея. Когда две разные металлические полоски помещаются в емкость с кислотой, они создают два разных заряда. Один производит положительный заряд, а второй — отрицательный. Когда два металлических предмета соприкасаются, электроны, перетекающие от одного куска к другому, создают искру. Эти открытия привели к созданию современной батареи, которая является генератором электродвижущей силы (ЭДС).

Термопары

Аналогичным образом, когда два разных металла соединяются вместе в форме буквы «V» и затем нагреваются в пламени, электродвижущая сила создается на верхнем конце V-образной формы. По мере того, как пламя становится более горячим, увеличивается ЭДС. Это открытие используется сегодня в устройствах, работающих на газе, таких как водонагреватели и камины, и называется термопарами.

Генераторы

Генератор — это устройство, которое чаще всего создает электродвижущую силу.Сегодняшние генераторы эволюционировали из открытия, что перемещение магнита по куску провода приводит к созданию небольшой электродвижущей силы. Если затем проволоку свернуть в бухту, ЭДС возрастает. По мере увеличения силы магнита увеличивается и ЭДС.

Электродвижущая сила | Encyclopedia.com

шторм

просмотров обновлено 23 мая 2018

В электрической цепи электродвижущая сила — это работа, выполняемая источником над электрическим зарядом.Поскольку на самом деле это не сила, а количество энергии, этот термин на самом деле неправильный. Электродвижущая сила чаще обозначается инициалами EMF. ЭДС иногда используется как синоним электрического потенциала или разницы в заряде батареи или источника напряжения. В цепи без тока разность потенциалов называется ЭДС. Однако электрический потенциал не является синонимом ЭДС; первое относится только к работе, выполняемой над единицей электрического заряда, движущейся против электрического поля, тогда как ЭДС может включать в себя немагнитные, химические и другие виды работы над зарядом.

Электрические источники, преобразующие энергию из другой формы, называются очагами ЭДС. В случае замкнутой цепи такой источник выполняет работу над электрическими зарядами, проталкивая их по цепи. В месте возникновения ЭДС заряды перемещаются от низкого электрического потенциала к более высокому электрическому потенциалу.

Вода, текущая вниз по желобу, — хорошая аналогия для зарядов в электрической цепи. Вода начинается на вершине холма с определенным количеством потенциальной энергии, точно так же, как заряды в цепи начинаются с высокого электрического потенциала у батареи.Когда вода начинает течь вниз, ее потенциальная энергия падает, так же как падает электрический потенциал зарядов, когда они движутся по цепи. Внизу холма потенциальная энергия минимальна, и необходимо выполнить работу, чтобы перекачать ее на вершину холма, чтобы снова пройти через лоток. Точно так же в электрической цепи основание ЭДС выполняет работу над зарядами, чтобы довести их до более высокого потенциала после прохождения через цепь.

The Gale Encyclopedia of Science

gale

просмотров обновлено 18 мая 2018 г.

В электрической цепи электродвижущая сила — это работа , выполняемая источником на электрическом заряде.Поскольку на самом деле это не сила, этот термин на самом деле неправильный; его чаще называют инициалами EMF. ЭДС — это еще один термин для обозначения электрического потенциала или разницы в заряде батареи или источника напряжения. В цепи без тока разность потенциалов называется ЭДС.

Электрические источники, которые преобразуют энергию из другой формы, называются местами ЭДС. В случае замкнутой цепи такой источник выполняет работу над электрическими зарядами, проталкивая их по цепи.В месте возникновения ЭДС заряды перемещаются от низкого электрического потенциала к более высокому электрическому потенциалу.

Вода , текущая вниз по желобу, является хорошей аналогией для зарядов в электрической цепи. Вода начинается на вершине холма с определенным количеством потенциальной энергии, точно так же, как заряды в цепи начинаются с высокого электрического потенциала у батареи. Когда вода начинает течь вниз, ее потенциальная энергия падает, так же как падает электрический потенциал зарядов, когда они движутся по цепи.Внизу холма потенциальная энергия минимальна, и необходимо выполнить работу, чтобы перекачать ее на вершину холма, чтобы снова пройти через лоток. Точно так же в электрической цепи основание ЭДС выполняет работу над зарядами, чтобы довести их до более высокого потенциала после прохождения через цепь.