Чем различаются ЭДС и напряжение источника питания
Чем отличается ЭДС (электродвижущая сила) от напряжения? Рассмотрим сразу на конкретном примере. Берем батарейку, на которой написано 1,5 вольт. Подключаем к ней вольтметр, как показано на рисунке 1, чтобы проверить, действительно ли батарейка исправна.
Рисунок 1
Вольтметр показывает 1,5 В. Значит, батарейка исправна. Подключаем ее к маленькой лампочке. Лампочка светится. Теперь параллельно лампочке подключаем вольтметр, чтобы проверить: действительно ли на лампочку приходится 1,5 В. Получается схема, показанная на рисунке 2.
Рисунок 2
И тут оказывается, что вольтметр показывает, например, 1 В. Куда потрачены 0,5 В (которые разность между 1,5 В и 1 В)?
Дело в том, что любой реальный источник питания имеет внутреннее сопротивление (обозначается буквой r). Оно во многих случаях снижает характеристики источников питания, но изготовить источник питания вообще без внутреннего сопротивления невозможно. Поэтому нашу батарейку можно представить как идеальный источник питания и резистор, сопротивление которого соответствует внутреннему сопротивлению батарейки (рисунок 3).
Рисунок 3
Так вот, ЭДС в данном примере – это 1,5 В, Напряжение источника питания – 1 В, а разница 0,5 В была рассеяна на внутреннем сопротивлении источника питания.
В нашем примере лампочка с сопротивлением R и резистор соединены последовательно, поэтому ток в цепи можно найти по формуле
И тогда напряжение на лампочке равно
Получается, чем больше сопротивление лампочки, тем больше вольт приходится на нее, и тем меньше вольт бесполезно теряется в батарейке. Это касается не только лампочки и батарейки, но и любой цепи, состоящей из источника питания и нагрузки. Чем больше сопротивление нагрузки, тем меньше разница между
Пониманию смысла ЭДС мешает то, что в быту мы этот термин практически не употребляем. Мы говорим в магазине: «Дайте мне батарейку с напряжением 1,5 вольта», хотя правильно говорить: «Дайте мне батарейку с ЭДС 1,5 вольта». Но так уж повелось…
Похожая статья: чем отличается напряжение от потенциала.
—
Понравилась статья? Размести ссылку на сайт в социальных сетях
Чем отличается ЭДС от напряжения | Энергофиксик
Интересно многие сразу поняли, в чем разница между ЭДС и напряжением? И никого не поправлял учитель (учительница) по физике, когда на практических занятиях говорил (-ла) о том, что мы подключаем именно источник ЭДС, а не напряжения? В большинстве случаев мы с вами путались, потому что и ЭДС, и напряжение измеряется в Вольтах. Так давайте все-таки разберемся, чем принципиально отличается ЭДС от напряжения.
Что такое ЭДС
Итак, для начала давайте разберемся, что такое ЭДС. Электродвижущая сила (ЭДС) — это такая физическая величина, которая характеризует работу сторонних (не потенциальных) сил в источниках переменного либо же постоянного тока.
В замкнутой цепи ЭДС — это работа сил, совершаемая для перемещения единичного заряда вдоль всего контура.
Из выше представленного определения вытекает следующее: источниками ЭДС являются силы, которые не имеют прямое отношение к электростатике, но при этом они являются силами, которые создают движение заряда в замкнутой электрической цепочке.
yandex.ruyandex.ru
Например, при механическом вращении обмотки ротора в электромагнитном поле, в ней будет формироваться индукционная ЭДС. При этом формирование ЭДС будет проходить в каждом витке отдельно, но при этом электродвижущая сила соседних витков будет складываться, и на выходе мы будем иметь сумму ЭДС всех витков.
Если посмотреть на аккумуляторные батареи, то в них источником ЭДС является химическая реакция.
Кроме этого источниками могут выступать так называемые элементы Пельтье, в которых ЭДС образуется при термическом нагреве.
Пьезоэффект (когда при механическом воздействии на материал на его концах образуется разность потенциалов) также относится к источникам ЭДС. Впрочем, как и фотоэффект.
yandex.ruyandex.ru
Из выше представленных примеров видно, что, применяя различные материалы и способы их взаимодействия, можно получить ЭДС, способную организовать упорядоченное движение заряженных частиц в замкнутом контуре.
Условно принято считать, что ЭДС — это работа в 1 Джоуль, совершаемая при перемещении заряда в 1 Кулон и измеряется в Вольтах.
ЭДС = 1Джоуль/1Кулон= 1 Вольт.
Ну а теперь давайте переключим свое внимание на напряжение.
Что такое напряжение
Итак, напряжение измеряется в аналогичных величинах, то есть в Вольтах. И напряжение — это разница потенциалов между двумя точками цепочки. Причем данные потенциалы рассматриваются только в электростатическом поле.
Получается, если мы с вами будем перемещать заряд величиной в 1 Кулон и точку №1 в точку №2, мы так же будем совершать работу в 1 Джоуль, при том условии, что разница потенциалов между точками будет равна 1 Вольт.
Вроде одно и то же, но в случае с напряжением обязательным условием является наличие электростатического поля. А откуда оно взялось? Так вот источником этого поля и является подключенный к цепи источник ЭДС.
Если провести аналогию с водонапорной башней, то можно представить следующую картинку:
yandex.ruyandex.ru
На картинке наглядно продемонстрирована разница между ЭДС и напряжением. В правой части жидкость перемещается за счет давления (напряжения), а в левой части за счет работы сторонних сил (электродвижущей силы).
Получается, если мы с вами возьмем любой гальванический элемент, например, батарейку и измерим с помощью мультиметра его напряжение без подключенной нагрузки, то таким образом мы получим величину ЭДС.
Если же мы с вами создадим замкнутую цепь, в которую будет включена любая нагрузка, то, измеряя напряжение на тех же выводах батарейки, мы с вами увидим уже напряжение, и оно будет несколько меньше чем величина ЭДС.
Это связано с тем, что внутри любого источника ЭДС присутствует внутреннее сопротивление и когда мы подключаем нагрузку, происходит падение напряжения не только на концах нагрузки, но и на самом внутреннем сопротивлении источника ЭДС.
Если вам понравилась статья, тогда оцените ее лайком и спасибо, что уделили свое внимание.
Эдс и напряжение: что это и в чем разница
Сейчас ЭДС и напряжение, воспринимается многими в качестве идентичных понятий, у которых, если и предусмотрены некоторые отличительные особенности, то они являются столь незначительными, что вряд ли заслуживают вашего к себе внимания.
С одной стороны, такое положение дел имеет место быть, ведь те аспекты, которые отличают между собой два этих понятия являются столь незначительными, что заметить их вряд ли удастся даже более-менее опытным пользователям. Тем не менее, таковые все же предусмотрены и говорить о том, что ЭДС и напряжение являются совершенно одинаковыми — тоже нельзя.
Что собой представляет ЭДС и почему его часто путают с напряжением?
ЭДС, или электродвижущая сила, как ее принято называть во многих учебниках, представляет собой такую физическую величину, которая характеризует работу каких-либо сторонних сил, присутствующих в источниках постоянного, либо-же переменного тока.
Если говорить об замкнутом проводящем контуре, то следовало бы отметить то, что в случае с ним, ЭДС будет равняться работе сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль вышеупомянутого контура. Путают электродвижущую силу и напряжение — не просто так. Как известно, два этих понятия, на сегодняшний день,
Отдельного внимания с вашей стороны, заслуживает то, что у ЭДС гальванического элемента, предусматривается работа сторонних сил, работающих во время перемещения единичного положительного заряда от одного полюса к совершенно другому. Работа этих сторонних сил, напрямую зависит от формы траектории, но не может быть выражена через разность потенциалов. Последнее обуславливается тем, что сторонние силы — не являются потенциальными. Несмотря на то, что напряжение, представляет собой одно из самых незамысловатых понятий, многие потребители до конца не понимают того, что оно собой представляет. Если этого не понимаете и вы, то считаем должным навести для вас некоторые примеры.
Возьмем для наглядности обыкновенный резервуар с водой. Из такого резервуара, должна будет выходить обыкновенная труба. Так вот, высота водяного столба или давление, простыми словами и будет представлять собой напряжение, в то время, как скоростью потока вода, будет являться электрический ток. Ввиду вышесказанного, чем больше будет предусматривается воды в баке, тем большим будет его давление и напряжение, соответственно.
Главные отличия ЭДС от напряжения
Электродвижущей силой, называют напряжение, которое согласно своему определению, является отношением работы сторонних сил, касательно перенесению положительного заряда непосредственно к самой величине этого заряда. Напряжением, в свою очередь, считается уже отношение работы электрического поля, касательно перенесения так называемого электрического заряда. Так, к примеру, если в вашем автомобиле предусмотрен аккумулятор, то его ЭДС всегда будет равна 13 Вольтам. Ну а вот если к вышеупомянутому прибору вы при включенных фарах присоедините еще и вольтметр — прибор, предназначающийся для измерения напряжения, то последний показатель окажется гораздо меньшим, чем 13 Вт. Такая, возможно несколько странноватая тенденция, обуславливается тем, что в аккумуляторе, в качестве сторонних сил, воспринимается именно действие химической реакции. При этом, в автомобиле предусмотрен также и генератор, который во время работы двигателя вырабатывает простой электрический ток.
Ввиду вышесказанного, мы и можем говорить об основных отличительных особенностях ЭДС и напряжения:
- ЭДС будет зависеть от самого источника. Ну а вот если говорить мы будет об напряжение, то его показатель, напрямую зависит от того, что подключение и какой ток сейчас течет по цепи.
- ЭДС — это физическая величина, которая нужна для того, чтобы характеризовать работу некулоновских сил, а напряжение характеризует работа тока, касательно перемещения заряда последним.
- Понятия эти являются разными еще и потому что электродвижущая сила, предназначается для магнитной индукции, в то время, как напряжение, чаще всего используется по отношению к постоянному току.
Разница между ЭДС и напряжением (Наука и природа)
ЭДС против напряжения
И напряжение, и ЭДС (электродвижущая сила) описывают разницу электрического потенциала, но это разные термины. Термин «напряжение» имеет общее использование, и он такой же, как разность электрических потенциалов. Но ЭДС — это особый термин, используемый для описания напряжения, генерируемого батареей..
вольтаж
Напряжение — другое слово для разности электрических потенциалов. Разность потенциалов между точками A и B также известна как напряжение между точкой A и точкой B. Она также определяется как объем работы, которую необходимо выполнить для перемещения единичного заряда (+1 кулон) от B к A. Напряжение измеряется в единица Вольт (V). Вольтметр — это оборудование, используемое для измерения напряжения. Батарея обеспечивает напряжение между двумя ее концами (электродами), и ее положительная сторона имеет более высокий потенциал, а отрицательная имеет более низкий потенциал.
В цепи ток течет от более высокого потенциала к более низкому потенциалу. Когда он проходит через резистор, может наблюдаться напряжение между двумя концами. Это называется «падением напряжения». Хотя напряжение всегда составляет около двух точек, иногда люди спрашивают о напряжении точки. Речь идет о напряжении между этой конкретной точкой и контрольной точкой. Эта контрольная точка обычно «заземлена», и ее потенциал рассматривается как 0 В.
ЭДС (Электродвижущая сила)
ЭДС — это напряжение, создаваемое источником энергии, таким как батарея. Изменяющиеся магнитные поля также могут генерировать ЭДС в соответствии с законом Фарадея. Хотя ЭДС также является напряжением и измеряется в вольтах (В), это все о генерации напряжения. ЭДС необходима для того, чтобы электронная схема управляла токами через цепь. Это действует как зарядный насос.
Когда электрическая цепь работает с использованием ЭДС, сумма падений напряжения в этой цепи равна ЭДС согласно второму закону Кирхгофа. В дополнение к батареям, которые используют электрохимические энергии, солнечные элементы, топливные элементы и термопары также являются примерами для генераторов ЭДС.
В чем разница между напряжением и ЭДС? 1. ЭДС — это напряжение, создаваемое источником, таким как батарея или генератор.. 2. Мы можем измерить напряжение между любыми двумя точками, но ЭДС существует только между двумя концами источника. 3. Напряжения в цепи, называемой «падениями напряжения», направлены в противоположную сторону от ЭДС, и их сумма равна ЭДС согласно второму закону Кирхгофа.. |
В чем разница между электрическим потенциалом, разностью потенциалов (PD), напряжением и электродвижущей силой (EMF)?
В любом случае, простой ответ: ЭДС не является силой в механическом смысле. Он измеряет объем работы, которую необходимо проделать, чтобы единичный заряд перемещался по замкнутому контуру проводящего материала.
Давайте сделаем это более понятным. В статическом случае (игнорируя изменение во времени любого магнитного поля), электрическое поле в точке может быть получено исключительно из скаляра как отрицательное значение градиента этого скаляра. Этот скаляр в любой точке называется «электрическим потенциалом» в этой точке. Если две точки имеют разные потенциалы, мы говорим, что существует разность потенциалов. Очевидно, что разница в потенциалах, а не их абсолютные значения. Поэтому можно произвольно присвоить нулевое значение для некоторой фиксированной точки, потенциал которой можно считать постоянной, и сравнить потенциалы других точек по отношению к ней. Таким образом, не нужно всегда говорить о разности потенциалов, а просто о потенциалах.
Теперь, часто этот «электрический потенциал» в некоторой точке в проводнике или диэлектрике называют «напряжением» в этой точке, назначая значение напряжения равным нулю для земли, поскольку потенциал земли постоянен для всех практических целей.
Если нет изменений магнитного поля, то работа, выполненная единичным зарядом в замкнутом контуре, будет 0 0 , Но если магнитное поле меняется, то оно будет отличным от нуля. Напомним формулу:
∇ × E = — ∂ В ∂ T , ∇ × Е знак равно — ∂ В ∂ T ,
На самом деле это означает, что электрическое поле, полученное исключительно из скалярного потенциала, не может поддерживать электрический ток в замкнутой цепи. Таким образом, эдс подразумевает наличие какого-то источника, отличного от источника, который может производить только скалярный потенциал.
Следующее уравнение рассказывает всю историю:
Е = — ∇ ϕ — ∂ ∂ T , Е знак равно — ∇ φ — ∂ ∂ T ,
где φ φ скалярный потенциал и это векторный потенциал.Что такое разница потенциалов. Про разность потенциалов, электродвижущую силу и напряжение
Для того чтобы дать более глубокое определение уже знакомой нам по восьмому классу физической величине, вспомним определение потенциала точки поля и как просчитать работу электрического поля.
Потенциал, как мы помним, это отношение потенциальной энергии заряда, помещенного в некую точку поля, к величине этого заряда, или же это работа, которую выполнит поле, если поместить в эту точку единичный положительный заряд.
Здесь — потенциальная энергия заряда; — величина заряда. Как мы помним из механики для подсчета выполненной работы поля над зарядом: .
Распишем теперь потенциальную энергию, используя определение потенциала: . И выполним некоторые алгебраические преобразования:
Таким образом, получаем, что .
Для удобства введем особую величину обозначающую разность под скобками: .
Определение: напряжение (разность потенциалов) — отношение работы, выполняемой полем при переносе заряда из начальной точки в конечную, к величине этого заряда.
Единица измерения — В — вольт:
.
Особое внимание стоит обратить на то, что, в отличие от стандартного понятия в физике разности (алгебраическая разность некоторой величины в конечный момент и той же величины в начальный момент), для нахождения разности потенциалов (напряжения) следует от начального потенциала отнять конечный.
Для получения формулы этой связи мы, как и на прошлом уроке, для простоты воспользуемся случаем однородного поля, создаваемого двумя заряженными разноименно пластинками (см. рис. 1).
Рис.1. Пример однородного поля
Векторы напряженности в этом случае всех точек поля между пластинами имеет одно направление и один модуль. Теперь же если вблизи положительной пластины поместить положительный заряд, то под действием кулоновской силы он, естественно, переместится в сторону отрицательной пластины. Таким образом, поле совершит некоторую работу над этим зарядом. Запишем определение механической работы: . Здесь — модуль силы; — модуль перемещения; — угол между векторами силы и перемещения.
В нашем случае векторы силы и перемещения сонаправлены (положительный заряд отталкивается от положительного и притягивается к отрицательному), поэтому угол равен нулю, а косинус — единице: .
Распишем силу через напряженность, а модуль перемещения обозначим как d — расстояние между двумя точками — началом и концом движения: .
В то же время . Приравняв правые части равенств, мы получим искомую связь:
Отсюда следует, что напряженность также может измеряться в .
Отойдя от нашей модели однородного поля, особое внимание следует уделить неоднородному полю, которое создается заряженным металлическим шаром. Из экспериментов доступен тот факт, что потенциал любой точки внутри или на поверхности шара (полого или сплошного) не меняет своего значения, а именно:
.
Здесь — электростатический коэффициент; — полный заряд шара; — радиус шара.
Эта же формула справедлива и для расчета потенциала поля точечного заряда на расстоянии от этого заряда.
Энергия взаимодействия двух зарядов
Как определить энергию взаимодействия двух заряженных тел, находящихся на некотором расстоянии друг от друга (см. рис. 2).
Рис. 2. Взаимодействие двух тел, расположенных на некотором расстоянии r
Для этого представим всю ситуацию: как будто тело 2 находится во внешнем поле тела 1. Соответственно, теперь энергию взаимодействия можно назвать потенциальной энергией заряда 2 во внешнем поле, формулу для которой мы знаем: .
Теперь, зная характер внешнего поля (поле точечного заряда), нам известна формула для подсчета потенциала в точке на определенном расстоянии от источника поля:
.
Подставим второе выражение в первое и получим окончательный результат:
.
Если бы мы изначально представили, что это заряд 1 находится во внешнем поле заряда 2, то, конечно же, результат не поменялся бы.
В электростатике интересно выделить все точки пространства, имеющие одинаковый потенциал. Такие точки образуют собой определенные поверхности, которые названы эквипотенциальными.
Определение: эквипотенциальные поверхности — поверхности, у каждой точки которых одинаковый потенциал. Если нарисовать такие поверхности и нарисовать силовые линии напряженности этого же электрического поля, то можно заметить, что эквипотенциальные поверхности всегда перпендикулярны силовым линиям, и, кроме того, силовые линии всегда направлены в сторону уменьшения потенциала (см. рис. 3).
Рис. 3. Примеры эквипотенциальных поверхностей
Еще один важный факт об эквипотенциальных поверхностях: исходя из определения, разность потенциалов между любыми точками на такой поверхности равна нулю (потенциалы равны), а значит, работа поля по перемещению заряда из одной точки эквипотенциальной поверхности в другую также равна нулю.
На следующем уроке мы более подробно рассмотрим поле двух заряженных пластин, а именно: прибор конденсатор и его свойства.
1) Тихомирова С.А., Яворский Б.М. Физика (базовый уровень) М.: Мнемозина. 2012 г.
2) Генденштейн Л.Э., Дик Ю.И. Физика 10 класс. М.: Илекса. 2005 г.
3) Касьянов В.А. Физика 10 класс. М.: Дрофа. 2010 г.
1) Интернет-сайт «Физикон» ()
Домашнее задание
1) Стр. 95: № 732 — 736. Физика. Задачник. 10-11 классы. Рымкевич А.П. М.: Дрофа 2013 г. ()
2) В точке с потенциалом 300 В заряженное тело имеет потенциальную энергию -0,6 мкДж. Какой заряд тела?
3) Какую кинетическую энергию получил электрон, пройдя ускоряющую разность потенциалов 2 кВ?
4) По какой траектории следует перемещать заряд в электрическом поле, чтобы работа его была минимальной?
5) *Нарисуйте эквипотенциальные поверхности поля, создаваемого двумя разноимёнными зарядами.
Электростатическое поле обладает энергией. Если в электростатическом поле находится электрический заряд, то поле, действуя на него с некоторой силой, будет его перемещать, совершая работу. Всякая работа связана с изменением какого — то вида энергии. Работу электростатического поля по перемещению заряда принято выражать через величину, называемую разностью потенциалов.
где q — величина перемещаемого заряда,
j 1 и j 2 — потенциалы начальной и конечной точек пути.
Для краткости в дальнейшем будем обозначать . V — разность потенциалов.
V = A/q. РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ МЕЖДУ ТОЧКАМИ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ — ЭТО РАБОТА, КОТОРУЮ СОВЕРШАЮТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СИЛЫ ПРИ ПЕРЕМЕЩЕНИИ МЕЖДУ НИМИ ЗАРЯДА В ОДИН КУЛОН .
[V] = В. 1 вольт — это разность потенциалов между точками, при перемещении между которыми заряда в 1 кулон, электростатические силы совершают работу в 1 джоуль.
Разность потенциалов между телами измеряют электрометром, для чего одно из тел соединяют проводниками с корпусом электрометра, а другое — со стрелкой. В электрических цепях разность потенциалов между точками цепи измеряют вольтметром.
С удалением от заряда электростатическое поле ослабевает. Следовательно, стремится к нулю и энергетическая характеристика поля — потенциал. В физике потенциал бесконечно удалённой точки принимается за ноль. В электротехнике же считают, что нулевым потенциалом обладает поверхность Земли.
Если заряд перемещается из данной точки в бесконечность, то
A = q(j — O) = qj => j= A/q, т.е. ПОТЕНЦИАЛ ТОЧКИ — ЭТО РАБОТА, КОТОРУЮ НАДО СОВЕРШИТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СИЛАМ, ПЕРЕМЕЩАЯ ЗАРЯД В ОДИН КУЛОН ИЗ ДАННОЙ ТОЧКИ В БЕСКОНЕЧНОСТЬ .
Пусть в однородном электростатическом поле с напряженностью E перемещается положительный заряд q вдоль направления вектора напряженности на расстояние d. Работу поля по перемещению заряда можно найти и через напряженность поля и через разность потенциалов. Очевидно, что при любом способе вычисления работы получается одна и та же ее величина.
A = Fd = Eqd = qV. =>
Эта формула связывает между собой силовую и энергетическую характеристики поля. Кроме того, она дает нам единицу напряженности.
[E] = В/м. 1 В/м — это напряженность такого однородного электростатического поля, потенциал которого изменяется на 1 В при перемещении вдоль направления вектора напряженности на 1 м.
ЗАКОН ОМА ДЛЯ УЧАСТКА ЦЕПИ.
Увеличение разности потенциалов на концах проводника вызывает увеличение силы тока в нем. Ом экспериментально доказал, что сила тока в проводнике прямо пропорциональна разности потенциалов на нем.
При включении разных потребителей в одну и ту же электрическую цепь сила тока в них различна. Значит разные потребители по — разному препятсявуют прохождению по ним электрического тока. ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА, ХАРАКТЕРИЗУЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ ПРОВОДНИКА ПРЕПЯТСТВОВАТЬ ПРОХОЖДЕНИЮ ПО НЕМУ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА, НАЗЫВАЕТСЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ . Сопротивление данного проводника — это постоянная величина при постоянной температуре. При повышении температуры сопротивление металлов возрастает, жидкостей — падает. [R] = Ом. 1 Ом — это сопротивление такого проводника, по которому течет ток 1 А при разности потенциалов на его концах 1В. Чаще всего используются металлические проводники. Носителями тока в них являются свободные электроны. При движении по проводнику они взаимодействуют с положительными ионами кристаллической решетки, отдавая им часть своей энергии и теряя при этом скорость. Для получения нужного сопротивления используют магазин сопротивлений. Магазин сопротивлений представляет собой набор проволочных спиралей с известными сопротивлениями, которые можно включать в цепь в нужной комбинации.
Ом экспериментально установил, что СИЛА ТОКА В ОДНОРОДНОМ УЧАСТКЕ ЦЕПИ ПРЯМО ПРОПОРЦИОНАЛЬНА РАЗНОСТИ ПОТЕНЦИАЛОВ НА КОНЦАХ ЭТОГО УЧАСТКА И ОБРАТНО ПРОПОРЦИОНАЛЬНА СОПРОТИВЛЕНИЮ ЭТОГО УЧАСТКА.
Однородным участком цепи называется участок, на котором нет источников тока. Это закон Ома для однородного участка цепи — основа всех электротехнических расчетов.
Включая проводники разной длины, разного поперечного сечения, сделанные из разных материалов, было установлено: СОПРОТИВЛЕНИЕ ПРОВОДНИКА ПРЯМО ПРОПОРЦИОНАЛЬНО ДЛИНЕ ПРОВОДНИКА И ОБРАТНО ПРОПОРЦИОНАЛЬНО ПЛОЩАДИ ЕГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ. СОПРОТИВЛЕНИЕ КУБА С РЕБРОМ В 1 МЕТР, СДЕЛАННОГО ИЗ КАКОГО — ТО ВЕЩЕСТВА, ЕСЛИ ТОК ИДЕТ ПЕРЕПЕНДИКУЛЯРНО ЕГО ПРОТИВОПОЛОЖНЫМ ГРАНЯМ, НАЗЫВАЕТСЯ УДЕЛЬНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ ЭТОГО ВЕЩЕСТВА . [r] = Ом м. Часто используется и несистемная единица удельного сопротивления — сопротивление проводника с площадью поперечного сечения 1 мм 2 и длиной 1 м. [r]=Ом мм 2 /м.
Удельное сопротивление вещества — табличная величина. Сопротивление проводника пропорционально его удельному сопротивлению.
На зависимости сопротивления проводника от его длины основано действие ползунковых и ступенчатых реостатов. Ползунковый реостат представляет собой керамический цилиндр с намотанной на него никелиновой проволокой. Подключение реостата в цепь осуществляется с помощью ползуна, включающего в цепь большую или меньшую длину обмотки. Проволока покрывается слоем окалины, изолирующей витки друг от друга.
А)ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ И ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ.
Часто в электрическую цепь включается несколько потребителей тока. Это связано с тем, что не рационально иметь у каждого потребителя свой источник тока. Существует два способа включения потебителей: последовательное и параллельное, и их комбинации в виде смешанного соединения.
а) Последовательное соединение потребителей.
При последовательном соединении потебители образуют непрерывную цепочку, в которой потребители соединяются друг за другом. При последовательном соединении нет ответвлений соединительных проводов. Рассмотрим для простоты цепь из двух последовательно соединенных потребителей. Электрический заряд, прошедший через один из потребителей, пройдет и через второй, т.к. в проводнике, соединяющем потребители не может быть исчезновения, возникновения и накапливания зарядов. q=q 1 =q 2 . Разделив полученное уравнение на время прохождения тока по цепи, получим связь между током, протекающим по всему соединению, и токами, протекающими по его участкам.
Очевидно, что работа по перемещению единичного положительного заряда по всему соединению слагается из работ по перемещению этого заряда по всем его участкам. Т.е. V=V 1 +V 2 (2).
Общая разность потенциалов на последовательно соединенных потребителях равна сумме разностей потенциалов на потребителях.
Разделим обе части уравнения (2) на силу тока в цепи, получим: U/I=V 1 /I+V 2 /I. Т.е. сопротивление всего последовательно соединенного участка равно сумме сопротивлений потебителей его составляющих.
Б) Паралельное соединение потребителей.
Это самый распространенный способ включения потребителей. При этом соединении все потребители включаются на две общие для всех потребителей точки.
При прохождении параллельного соединения, электрический заряд, идущий по цепи, делится на несколько частей, идущих по отдельным потребителям. По закону сохранения заряда q=q 1 +q 2 . Разделив данное уравнение на время прохождения заряда, получим связь между общим током, идущим по цепи, и токами, идущими по отдельным потребителям.
В соответствии с определением разности потенциалов V=V 1 =V 2 (2).
По закону Ома для участка цепи заменим силы токов в уравнении (1) на отношение разности потенциалов к сопротивлению. Получим: V/R=V/R 1 +V/R 2 . После сокращения: 1/R=1/R 1 +1/R 2 ,
т.е. величина, обратная сопротивлению параллельного соединения, равна сумме величин, обратных сопротивлениям отдельных его ветвей.
Разность потенциалов
Известно, что одно тело можно нагреть больше, а другое меньше. Степень нагрева тела называется его температурой. Подобно этому, одно тело можно наэлектризовать больше другого. Степень электризации тела характеризует величину, называемую электрическим потенциалом или просто потенциалом тела.
Что значит наэлектризовать тело? Это значит сообщить ему электрический заряд , т. е. прибавить к нему некоторое количество электронов, если мы тело заряжаем отрицательно, или отнять их от него, если мы тело заряжаем положительно. В том и другом случае тело будет обладать определенной степенью электризации, т. е. тем или иным потенциалом, причем тело, заряженное положительно, обладает положительным потенциалом, а тело, заряженное отрицательно, — отрицательным потенциалом.
Разность уровней электрических зарядов двух тел принято называть разностью электрических потенциалов или просто разностью потенциалов .
Следует иметь в виду, что если два одинаковых тела заряжены одноименными зарядами, но одно больше, чем другое, то между ними также будет существовать разность потенциалов.
Кроме того, разность потенциалов существует между двумя такими телами, одно из которых заряжено, а другое не имеет заряда. Так, например, если какое-либо тело, изолированное от земли, имеет некоторый потенциал, то разность потенциалов между ним и землей (потенциал которой принято считать равным нулю) численно равна потенциалу этого тела.
Итак, если два тела заряжены таким образом, что потенциалы их неодинаковы, между ними неизбежно существует разность потенциалов.
Всем известное явление электризации расчески при трении ее о волосы есть не что иное, как создание разности потенциалов между расческой и волосами человека.
Действительно, при трении расчески о волосы часть электронов переходит на расческу, заряжая ее отрицательно, волосы же, потеряв часть электронов, заряжаются в той же степени, что и расческа, но положительно. Созданная таким образом разность потенциалов может быть сведена к нулю прикосновением расчески к волосам. Этот обратный переход электронов легко обнаруживается на слух, если наэлектризованную расческу приблизить к уху. Характерное потрескивание будет свидетельствовать о происходящем разряде.
Говоря выше о разности потенциалов, мы имели в виду два заряженных тела, однако разность потенциалов можно получить и между различными частями (точками) одного и того же тела.
Так, например, рассмотрим, что произойдет в , если под действием какой-либо внешней силы нам удастся свободные электроны, находящиеся в проволоке, переместить к одному концу ее. Очевидно, на другом конце проволоки получится недостаток электронов, и тогда между концами проволоки возникнет разность потенциалов.
Стоит нам прекратить действие внешней силы, как электроны тотчас же, в силу притяжения разноименных зарядов, устремятся к концу проволоки, заряженному положительно, т. е. к месту, где их недостает, и в проволоке вновь наступит электрическое равновесие.
Электродвижущая сила и напряжение
Д ля поддержания электрического тока в проводнике необходим какой-то внешний источник энергии, который все время поддерживал бы разность потенциалов на концах этого проводника.
Такими источниками энергии служат так называемые источники электрического тока , обладающие определенной электродвижущей силой , которая создает и длительное время поддерживает разность потенциалов на концах проводника.
Электродвижущая сила (сокращенно ЭДС) обозначается буквой Е . Единицей измерения ЭДС служит вольт. У нас в стране вольт сокращенно обозначается буквой «В», а в международном обозначении — буквой «V».
Итак, чтобы получить непрерывное течение , нужна электродвижущая сила, т. е. нужен источник электрического тока.
Первым таким источником тока был так называемый «вольтов столб», который состоял из ряда медных и цинковых кружков, проложенных кожей, смоченной в подкисленной воде. Таким образом, одним из способов получения электродвижущей силы является химическое взаимодействие некоторых веществ, в результате чего химическая энергия превращается в энергию электрическую. Источники тока, в которых таким путем создается электродвижущая сила, называются химическими источниками тока .
В настоящее время химические источники тока — гальванические элементы и аккумуляторы — широко применяются в электротехнике и электроэнергетике.
Другим основным источником тока, получившим широкое распространение во всех областях электротехники и электроэнергетики, являются генераторы .
Генераторы устанавливаются на электрических станциях и служат единственным источником тока для питания электроэнергией промышленных предприятий, электрического освещения городов, электрических железных дорог, трамвая, метро, троллейбусов и т. д.
Как у химических источников электрического тока (элементов и аккумуляторов), так и у генераторов действие электродвижущей силы совершенно одинаково. Оно заключается в том, что ЭДС создает на зажимах источника тока разность потенциалов и поддерживает ее длительное время.
Эти зажимы называются полюсами источника тока. Один полюс источника тока испытывает всегда недостаток электронов и, следовательно, обладает положительным зарядом, другой полюс испытывает избыток электронов и, следовательно, обладает отрицательным зарядом.
Соответственно этому один полюс источника тока называется положительным (+), другой — отрицательным (-).
Источники тока служат для питания электрическим током различных приборов — . Потребители тока при помощи проводников соединяются с полюсами источника тока, образуя замкнутую электрическую цепь. Разность потенциалов, которая устанавливается между полюсами источника тока при замкнутой электрической цепи, называется напряжением и обозначается буквой U.
Единицей измерения напряжения, так же как и ЭДС, служит вольт.
Если, например, надо записать, что напряжение источника тока равно 12 вольтам, то пишут: U — 12 В.
Для измерения или напряжения применяется прибор, называемый вольтметром.
Чтобы измерить ЭДС или напряжение источника тока, надо вольтметр подключить непосредственно к его полюсам. При этом, если разомкнута, то вольтметр покажет ЭДС источника тока. Если же замкнуть цепь, то вольтметр уже покажет не ЭДС, а напряжение на зажимах источника тока.
ЭДС, развиваемая источником тока, всегда больше напряжения на его зажимах.
Потенциальные поля. Можно доказать, что работа любого электростатического поля при перемещении заряженного тела из одной точки в другую не зависит от формы траектории, гак же как и работа однородного поля. На замкнутой траектории работа электростатического поля всегда равна нулю. Поля, обладающие таким свойством, называют потенциальными. Потенциальный характер, в частности, имеет электростатическое поле точечного заряда.
Работу потенциального поля можно выразить через изменение потенциальной энергии. Формула справедлива для произвольного электростатического поля. Но только в случае однородного поля энергия выражается формулой (8.19)
Потенциал. Потенциальная энергия заряда в электростатическом поле пропорциональназаряду. Это справедливо как для однородного поля (см. формулу 8.19), гак и для любого другого. Следовательно, отношение потенциальной энергии к заряду не зависит от помещенного в поле заряда.
Это позволяет ввести новую количественную характеристику поля — потенциал. Потенциалом электростатического поля называют отношение потенциальной энергии заряда в поле к этому заряду.
Согласно данному определению потенциал равен:
Напряженность поля является вектором и представляет собой силовую характеристику поля; она определяет силу, действующую на заряд в данной точке поля. Потенциал — скаляр, это энергетическая характеристика поля; он определяет потенциальную энергию заряда в данной точке поля.
Если в качестве нулевого уровня потенциальной энергии, а значит, и потенциала принять отрицательно заряженную пластину (рис. 124), то согласно формулам (8.19 и 8.20) потенциал однородного поля равен:
Разность потенциалов. Подобно потенциальной энергии, значение потенциала в данной точке зависит от выбора нулевого уровня для отсчета потенциала. Практическое значение имеет не сам потенциал в точке, а изменение потенциала, которое не зависит от выбора нулевого уровня отсчета потенциала.
Таким образом, разность потенциалов (напряжение) между двумя точками равна отношению работы поля по перемещению заряда из начальной точки в конечную к этому заряду.
Зная напряжение в осветительной сети, мы тем самым знаем работу, которую электрическое поле может совершить при перемещении единичного заряда от одного контакта розетки к другому по любой электрической цепи. С понятием разности потенциалов мы будем иметь дело на протяжении всего курса физики.
Единица разности потенциалов. Единицу разности потенциалов устанавливают с помощью формулы (8.24). В Международной системе единиц работу выражают в джоулях, а заряд — в кулонах. Поэтому разность потенциалов между двумя точками равна единице, если при перемещении заряда в 1 Кл из одной точки в другую электрическое поле совершает работу в 1 Дж. Эту единицу называют вольтом
1. Какие поля называют потенциальными? 2. Как связано изменение потенциальной энергии с работой? 3. Чему равна потенциальная энергия заряженной частицы в однородном электрическом поле? 4. Дайте определение потенциала. Чему равна разность потенциалов между двумя точками поля?
Во многих случаях для того, чтобы правильно уяснить суть вопроса, касающегося электротехники, необходимо точно знать, что такое разность потенциалов.
Определение разности потенциалов
Общее понятие состоит в электрическом напряжении, образованном между двумя точками, и представляющем собой работу электрического поля, которую необходимо совершить для перемещения из одной точки в другую положительного единичного заряда.
Таким образом, в равномерном и бесконечном электрическом поле положительный заряд под воздействием этого поля будет перемещен на бесконечное расстояние в направлении, одинаковым с электрическим полем. Потенциал конкретной точки поля представляет собой работу, производимую электрическим полем при перемещении из этой точки положительного заряда в точку, удаленную бесконечно. При перемещении заряда в обратном направлении, внешними силами производится работа, направленная на преодоление электрической силы поля.
Разность потенциалов на практике
Разность потенциалов, существующая в двух различных точках поля, получила понятие напряжения, измеряемого в вольтах. В однородном электрическом поле очень хорошо просматривается зависимость между электрическим напряжением и напряженностью электрического поля.
Точки с одинаковым потенциалом, расположенные вокруг заряженной поверхности проводника, полностью зависят от формы этой поверхности. При этом разность потенциалов для отдельных точек, лежащих на одной и той же поверхности имеет нулевое значение. Такая поверхность , где каждая точка обладает одинаковым потенциалом носит название эквипотенциальной поверхности.
Когда происходит приближение к заряженному телу, происходит быстрое увеличение потенциала, а расположение эквипотенциальных поверхностей становится более тесным относительно друг друга. При удалении от заряженных тел, расположение эквипотенциальных поверхностей становится более редким. Расположение электрических силовых линий всегда перпендикулярно с эквипотенциальной поверхностью в каждой точке.
В заряженном проводнике все точки на его поверхности обладают одинаковым потенциалом. То же значение имеется и во внутренних точках проводника.
Проводники, имеющие различные потенциалы, соединенные между собой с помощью металлической проволоки. На ее концах появляется напряжение или разность потенциалов, поэтому вдоль всей проволоки наблюдается действие электрического поля. Свободные электроны начинают двигаться в направлении увеличения потенциала, что вызывает появление электрического тока.
Падение потенциала вдоль проводника
РАЗНИЦА МЕЖДУ ЭДС И НАПРЯЖЕНИЕМ | СРАВНИТЕ РАЗНИЦУ МЕЖДУ ПОХОЖИМИ ТЕРМИНАМИ — НАУКА
ЭДС против напряжения И напряжение, и ЭДС (электродвижущая сила) описывают разность электрических потенциалов, но представляют собой разные термины. Термин «напряжение» имеет обычное значен
ЭДС против напряжения
И напряжение, и ЭДС (электродвижущая сила) описывают разность электрических потенциалов, но представляют собой разные термины. Термин «напряжение» имеет обычное значение, и он аналогичен разнице электрических потенциалов. Но ЭДС — это особый термин, который используется для описания напряжения, генерируемого батареей.
напряжение
Напряжение — это другое слово для обозначения разности электрических потенциалов. Разница потенциалов между точками A и B также известна как напряжение между точкой A и точкой B. Она также определяется как объем работы, который необходимо выполнить для перемещения единичного заряда (+1 кулон) из точки B в A. Напряжение измеряется в единица измерения Вольт (В). Вольтметр — это оборудование, используемое для измерения напряжения. Батарея обеспечивает напряжение между двумя своими концами (электродами), и ее положительная сторона имеет более высокий потенциал, а отрицательная — более низкий потенциал.
В цепи ток течет от более высокого потенциала к более низкому потенциалу. Когда он проходит через резистор, можно наблюдать напряжение между двумя концами. Это называется «падением напряжения». Хотя напряжение всегда составляет около двух точек, иногда люди просят напряжение в одной точке. Речь идет о напряжении между этой конкретной точкой и контрольной точкой. Эта контрольная точка обычно «заземлена», и ее потенциал считается равным 0 В.
ЭДС (Электродвижущая сила)
ЭДС — это напряжение, обеспечиваемое источником энергии, например аккумулятором. Различные магнитные поля также могут генерировать ЭМП в соответствии с законом Фарадея. Хотя ЭДС также является напряжением и измеряется в вольтах (В), все дело в генерации напряжения. ЭДС важна для электронной схемы, чтобы управлять токами через цепь. Он действует как зарядный насос.
Когда электрическая цепь работает с использованием ЭДС, сумма падений напряжения в этой цепи равна ЭДС согласно второму закону Кирхгофа. В дополнение к батареям, которые используют электрохимическую энергию, солнечные элементы, топливные элементы и термопары также являются примерами генераторов ЭДС.
В чем разница между напряжением и ЭДС? 1. ЭДС — это напряжение, генерируемое таким источником, как аккумулятор или генератор. 2. Мы можем измерить напряжение между любыми двумя точками, но ЭДС существует только между двумя концами источника. 3. Напряжения в цепи, называемые «падениями напряжения», имеют направление, противоположное ЭДС, и их сумма равна ЭДС согласно второму закону Кирхгофа. |
Разница между ЭДС и напряжением
Самая распространенная путаница среди студентов — это разница между ЭДС и напряжением. Чтобы понять разницу между ЭДС и напряжением, давайте сначала поймем, что мы подразумеваем под терминами ЭДС и напряжением.
Что такое ЭМП?
ЭДС означает электродвижущую силу. ЭДС — это напряжение на выводах источника при отсутствии электрического тока.
Концепция ЭДС определяет объем работы, необходимый для разделения носителей заряда в токе источника, так что сила, действующая на заряды на выводах источника, не является прямым следствием поля.ЭДС возникает в результате внутреннего сопротивления.
(Изображение будет добавлено в ближайшее время)
Электродвижущая сила (ЭДС) определяется как: — количество работы, выполняемой при преобразовании энергии, и количество электричества, которое проходит через электрический источник или генератор.
ЭДС измеряется в вольтах и обозначается символом ε (или E).
Что такое напряжение?
Напряжение определяется как количество энергии, необходимое для перемещения единичного заряда с одного конца на другой.Напряжение измеряется в вольтах и обозначается символом V.
Напряжение в основном возникает между двумя полюсами электрической цепи, то есть между анодом и катодом батареи.
(Изображение будет добавлено в ближайшее время)
Положительный полюс батареи известен как катод, а отрицательный полюс батареи известен как анод. Потенциал на катоде источника будет выше, чем на аноде.
Когда на пассивных элементах возникает разность потенциалов или напряжение, это называется падением напряжения. (Пассивные элементы — электрические элементы, которые не генерируют мощность, такие как резисторы, конденсаторы и т. Д., Которые используются для рассеивания, накопления зарядов)
Возникающее напряжение является результатом электрического поля.
Разница между ЭДС и напряжением на клеммах
Основная разница между ЭДС и напряжением заключается в том, что напряжение или напряжение на клеммах слишком мало по сравнению с ЭДС.Это означает, что интенсивность развиваемой ЭДС всегда будет больше, чем напряжение, существующее в нагруженной цепи. Из-за внешнего сопротивления всегда есть падение напряжения или потеря энергии, что приведет к различной интенсивности. Но ЭДС всегда постоянна.
Давайте посмотрим на другую разницу напряжения и ЭДС, как указано ниже:
Разница между напряжением и ЭДС
S. no | EMF | Напряжение |
ЭДС — это напряжение, возникающее между двумя выводами батареи или источника при отсутствии электрического тока. | Напряжение — это разность потенциалов, возникающая между двумя потенциалами электрода батареи при любых условиях. | |
Это разность потенциалов между двумя выводами батареи или элемента в разомкнутой цепи. ЭДС — напряжение холостого хода. | Это разность потенциалов между двумя выводами батареи или элемента в замкнутой цепи. Напряжение на клеммах — это напряжение покоя. | |
ЭДС не зависит от сопротивления электрической цепи, но зависит от внутреннего сопротивления цепи. | Оно прямо пропорционально сопротивлению между двумя выводами. | |
Формула, используемая для расчета ЭДС: ε = I (R + r) Где, R- Внешнее сопротивление электрической цепи. r- Внутреннее сопротивление данной цепи | Напряжение рассчитывается по закону Ома, учитывая bt: V = IR Где, I- Ток, протекающий по цепи R- Внешнее сопротивление электрической цепи | |
ЭДС любой цепи можно измерить с помощью потенциометра. | Напряжение в электрической цепи измеряется с помощью вольтметра. | |
Единой эдс в системе СИ является вольт (В). | Единица измерения напряжения в системе СИ — вольт (В). | |
ЭДС определяется действием не кулоновской силы или действия неэлектрической силы. | Напряжение определяется действием кулоновской силы или электрической силы. | |
Работа, выполняемая ЭДС, будет максимальной работой элемента или батареи. | Работа от напряжения не будет максимальной работой аккумулятора. | |
ЭДС индуцируется в электрическом поле, гравитационных полях или магнитных полях. | Напряжение индуцируется только в электрическом поле. | |
Интенсивность всегда постоянна. | Интенсивность будет изменяться из-за падения напряжения на внешнем сопротивлении. |
Вот некоторые важные различия между ЭДС и напряжениями на клеммах. Хотя оба показателя измеряются как разность потенциалов, они не совпадают.
Решенные примеры
Рассмотрим электрическую цепь с разностью потенциалов 5 В, током 0,9 А и внутренним сопротивлением батареи 0,7 Ом. Рассчитайте ЭДС аккумулятора.
Ответ:
Дано,
Разность потенциалов = V = 5 В
Ток в цепи = I = 0.9A
Внутреннее сопротивление батареи = r = 0,7
Теперь ЭДС цепи определяется как:
=> E = I (R + r)
Где,
R- Внешнее сопротивление электрической цепи .
r- Внутреннее сопротивление данной цепи
I- Ток, протекающий по цепи
Переставив приведенное выше выражение,
=> E = IR + Ir
Мы знаем, что произведение тока в цепи и внешнее сопротивление — это разность потенциалов на сопротивлении.Таким образом,
=> E = V + Ir
Подставляя данные значения в уравнение,
=> E = 5 + (0,9 x 0,7) = 5,63 вольт
Таким образом, ЭДС батареи определяется как 5,63 В. .
Батарея обеспечивает ток 1 А через катушку 3 Ом и 0,8 А через катушку 5 Ом. Рассчитайте ЭДС и внутреннее сопротивление аккумулятора.
Ответ:
Дано,
Пусть ЭДС батареи будет E, а внутреннее сопротивление батареи r.
Итак,
ЭДС батареи определяется по формуле:
E = I (R + r)
Где,
R- Внешнее сопротивление электрической цепи.
r- Внутреннее сопротивление данной цепи
I- Ток, протекающий по цепи
Для катушки 3 Ом: E = 1 (3 + r) …… .. (1)
Для катушки 5 Ом: E = 0,8 (5 + r) ………. (2)
Решая (1) и (2), получаем значение внутреннего сопротивления батареи, r = 5 Ом
Теперь ЭДС батареи равна E = 8V
Следовательно, ЭДС и внутреннее сопротивление батареи составляют 8 вольт и 5 Ом соответственно.
Знаете ли вы?
На рынке доступны различные типы батарей, и ЭДС батарей будут отличаться друг от друга. Аккумуляторы ЭДС на 12 В — стандартные, используемые в практических целях.
ЭДС батарей также определяется типом протекающей химической реакции. Свинцово-кислотные батареи, используемые в автомобилях и других транспортных средствах, являются наиболее распространенными типами.
Хотя ЭДС означает электродвижущую силу, это все же напряжение, развиваемое в цепи.Здесь сила означает энергию на единицу заряда.
Разница между ЭДС и напряжением
Разница между ЭДС и напряжением заключается в том, что ЭДС — это разность потенциалов, измеренная на источнике питания без подключенной к нему нагрузки, тогда как напряжение — это разность потенциалов, измеренная между любыми двумя точками в цепи. Мы используем термин ЭДС, когда говорим о батареях, генераторах, трансформаторах и других источниках питания, тогда как термин напряжение используется, когда мы говорим о нагрузках, схемах и компонентах схем.
Разница между ЭДС и напряжением
ЭДС — это сокращение от электродвижущей силы, а напряжение — это мера разности потенциалов между двумя точками. Различить их может быть немного сложно. Чтобы лучше понять разницу между ЭДС и напряжением, давайте сравним их рядом.
ЭДС и напряжение
| ЭДС | Напряжение | |
|---|---|---|
| Определение | ЭДС — это термин, используемый для разности потенциалов, генерируемой в источнике питания. | Напряжение — это термин, используемый для обозначения разности потенциалов между любыми двумя точками в схема. |
| Общие сведения | Разность потенциалов, измеренная на якоре генератора, фотоэлектрических и химических элементах, может быть обозначена как ЭДС. | Разность потенциалов, измеренная на нагрузке, компоненты схемы могут называться напряжением. |
| Пример | ||
| Операция | Электродвижущая сила следует за действием кулоновской силы. | Напряжение следует за действием неккулоновской силы. |
| Обозначение | Электродвижущая сила обозначена как ℰ . | Напряжение обозначается буквой В . |
| Единица | В системе СИ единица измерения ЭДС — вольты. | Единица измерения напряжения в системе СИ — вольт. |
| Формула | ЭДС, ℰ = -N. (Dϕ / dt) (или) для источников постоянного тока ЭДС, ℰ = В = I.(R + r) Где N — количество витков катушки. dϕ / dt — изменение магнитного потока. I — ток. R — сопротивление. р — внутреннее сопротивление. | Напряжение, В = IR Где, I — ток. R — сопротивление. |
| Величина | ЭДС, измеренная на источнике, всегда выше напряжения нагрузки. | Меньше, чем ЭДС. |
Важные моменты, о которых следует помнить
- ЭДС или электродвижущая сила — это разность электрических потенциалов, создаваемая элементом или изменяющимся магнитным полем или элементами в солнечной панели, тогда как напряжение — это разность потенциалов, измеренная в любых двух точках магнитного поля.
- Единицы измерения ЭДС и напряжения в системе СИ совпадают (вольты).
- Величина ЭДС зависит от изменения магнитного поля, а напряжение зависит от величины тока и сопротивления.
- Напряжение можно рассматривать как разность электрических состояний двух точек в электрическом поле, тогда как ЭДС — это сила, которая вызывает разницу в электрических состояниях.
Эксперимент, объясняющий электродвижущую силу
В следующем видео показано, как в катушке индуцируется ЭДС, как измерять напряжение на клемме аккумулятора и как ЭДС отличается от напряжения.
Резюме: Электродвижущая сила в зависимости от напряжения
Очень важно понимать разницу между ЭДС и напряжением. Самая большая разница между электродвижущей силой и напряжением заключается в том, что разность потенциалов, измеренная на якоре генератора, фотоэлектрических элементах и химических элементах, может называться ЭДС, тогда как измеренная на нагрузке компоненты схемы могут называться напряжением.
Список литературы
В чем разница между ЭДС и напряжением?
Однажды я прочитал это очень хорошо написанное эссе о разнице между электродвижущей силой (ЭДС) и напряжением.Похоже, что автор был в каком-то святом крестовом походе и был полон решимости разъяснить своим читателям фундаментальные истины, которые НЕ должны были отвергаться неверными. Я читал его слова, но, несмотря на весь этот купорос, я его совсем не понимал. Недавно решил повнимательнее разобраться в этом вопросе.
ЭДС дается в джоулях на кулон. Система отсчета для этого определения — для любого устройства, которое использует неэлектрический источник энергии для передачи электрической энергии единице заряда, которая, если будет предоставлена возможность, будет куда-то течь (ток) и что-то делать.Примеры неэлектрических источников энергии могут включать батареи, использующие химическую энергию, генераторы, использующие кинетическую энергию вращения, фотодиоды, использующие световую энергию, или, возможно, сытую белку в проволочной клетке, использующую энергию желудя.
Анализ размеров дает следующий результат:
Рисунок 1 Анализ размеров ЭДС дает эти уравнения.
Рассуждения для анализа размеров следующие:
- Один ватт мощности — это потребление одного джоуля энергии в секунду.Следовательно, один джоуль равен одному ватту в секунду.
- Один ватт мощности равен одному вольту, умноженному на один ампер.
- Один ампер — это ток величиной один кулон в секунду.
- Выполните две указанные отмены, и единицей ЭДС будет вольт.
Различие между ЭДС и напряжением теперь можно проиллюстрировать простой последовательной схемой.
Рисунок 2 Эта последовательная схема показывает различие между ЭДС и напряжением.
Энергичная белка в Рисунок 2 генерирует ЭДС.При падении сопротивления Тевенина V1 и трех последовательно соединенных резисторов, понижающих V2, V3 и V4, числовая сумма вокруг контура будет:
ЭДС — V1 — V2 — V3 — V4 = ноль.
Таким образом, напряжений с V1 по V4 возникают как следствие ЭДС , и их сумма численно равна ЭДС, но поскольку напряжения от V1 до V4 возникают в результате электрического возбуждения, V1 по V4 по определению не ЭМП.
ЭДС и напряжение имеют одну и ту же единицу — вольт, но концептуально являются разными сущностями.Но иногда я устаю от семантики.
Джон Данн — консультант по электронике, выпускник Бруклинского политехнического института (BSEE) и Нью-Йоркского университета (MSEE).
Статьи по теме :
В чем разница между ЭДС и напряжением? — Emfguardtips.com
Электродвижущая сила и напряжение — это термины, которые иногда используются как синонимы, но между ними есть разница.Эти термины также иногда путают с электромагнитными полями. Хотя все они связаны, это не одно и то же. Мы часто слышим, что воздействие электромагнитных полей может иметь негативные последствия, но как они создаются? Электродвижущая сила и напряжение напрямую связаны с производством электромагнитных полей (ЭМП).
Электродвижущая сила — это невидимая форма энергии, производимая взаимодействием как электрического, так и магнитного полей. Эта сила является результатом движения электронов из одной точки в другую.Электродвижущая сила измеряется напряжением (В). Когда ток течет по проводам, он генерирует электромагнитное поле (ЭМП). Чем выше сила тока, тем выше электромагнитное поле. Электромагнитные поля могут иметь частоту, которая измеряется в герцах (Гц), с силой, измеряемой в миллигауссах (мГс) или микротесла (мкТл).
Когда течет ток, электродвижущий выход отличается от выхода по напряжению. Электродвижущая сила заставляет заряд перемещаться от отрицательного к положительному положению внутри источника, как в батарее; тогда как напряжение — это то, что заставляет электроны перемещаться от положительного конца к отрицательному концу источника через внешний провод.
Следовательно, электродвижущая сила требует тока и напряжения для разделения электронов.
Посмотрите это видео, чтобы получить сводку, а затем прочтите статью, чтобы узнать подробности. Надеюсь, ты повеселишься!
Что такое электродвижущая сила?
Электродвижущая сила использует неэлектрические источники для преобразования других источников энергии в электрическую энергию, например, батарея преобразует химическую энергию или генератор преобразует механическую энергию.
Если используется батарея, разделение заряженных объектов вызывает разность напряжений между выводами химической реакции, таким образом преобразуя химическую энергию в потенциальную электромагнитную энергию.
Электрический генератор использует магнитное поле для создания движения электронов, которое создает напряжение и, следовательно, электромагнитное поле за счет электромагнитной индукции. В результате между выводами генератора возникает разница напряжений. Когда происходит разделение зарядов внутри генератора, электроны перетекают от одного вывода к другому до тех пор, пока не будет создано достаточное электрическое поле для дальнейшего разделения зарядов.
Как образуется электродвижущая сила?
Электродвижущая сила создается электрически заряженными объектами, такими как электроны. Отделение электронов от атомов с использованием других источников энергии приводит к появлению более электрически заряженных объектов.
Поскольку количество энергии в источниках определяет генерируемую электродвижущую силу, производимые заряды могут быть как положительными, так и отрицательными. Следовательно, электродвижущая сила — это количество энергии, подаваемое аккумулятором на единичный заряд.То есть энергия, необходимая для отделения носителей заряда от источника электрического тока.
Электрические устройства, такие как генератор, поддерживают ток, протекающий по цепи, и преобразуют другие формы энергии в электрическую.
Электродвижущая сила цепи (E, измеренная в вольтах) рассчитывается следующим образом:
E = I * (R + r)
Где I — протекание тока, R — Сопротивление нагрузки, а r — внутреннее сопротивление.Изображение предоставлено: Phys.libretexts.org
Если устройство не имеет внутреннего сопротивления и заряд, который проходит через устройство, приобретает некоторую энергию, то электродвижущая сила устройства — это энергия, получаемая на единицу заряда . Этот заряд измеряется в кулонах , в то время как сама электродвижущая сила измеряется в вольт .
Подробнее об электродвижущей силе можно узнать здесь.
Что такое напряжение?
Напряжение — это энергия, которая перемещает электрический заряд из одной точки в другую. Напряжение — это мера разности потенциалов между двумя точками в цепи. Его можно измерить в ячейке сразу после активации цепи. Вырабатываемая энергия является результатом взаимодействия между электрическим полем и магнитным полем. Изображение предоставлено: Electronic-notes.com
Когда ток перемещается из одной точки в другую, он создает магнитное поле.Если заряд неподвижен, он создает электрическое поле при измерении в другой точке. Изменяющееся магнитное поле также может создавать электрическое поле.
Заряд может быть как положительным, так и отрицательным. Когда на положительном выводе меньше электронов, чем на отрицательном выводе, в электрическом состоянии вывода истока образуется разность потенциалов.
Сила, возникающая при перемещении электронов из одной точки в другую в замкнутой цепи, приводит к возникновению электрического напряжения.Это электрическое напряжение эквивалентно электрической силе, необходимой для перемещения тока из одной точки в другую.
Сила может также влиять на поведение других неподвижных заряженных объектов. Объекты с разными зарядами образуют между собой силу притяжения, а объекты с одинаковым зарядом — силу отталкивания.
Следовательно, чем больше заряд в цепи, тем больше сила между заряженными объектами.
Точка A батареи — это положительный полюс, а точка B — отрицательный, поэтому, когда они подключены, у них есть разность потенциалов.Эта разница измеряется напряжением.
Объяснение разницы между ЭДС и напряжением
| Nr. | Сравнение | ЭДС | Напряжение |
| 1. | Определение | Электродвижущая сила — это величина напряжения, доступного в конкретном источнике электроэнергии. | Напряжение — это энергия, вырабатываемая при прохождении заряда по цепи из точки A в точку B.Напряжение — это сила, необходимая для перемещения заряда из более положительной точки в более отрицательную. |
| 2. | Сила действия | Он использует неэлектрическую работу силы, которая помогает в увеличении энергии в цепи. | Использует электрическую силу для зарядки частиц, что приводит к уменьшению энергии в круге. |
| 3. | Индукция | Он вызывает как гравитационные, так и магнитные и электрические поля. | Напряжение в проводах может вызывать только электрические поля. |
| 4. | Движение заряда | Вырабатывается движущимися зарядами (током) | Создает электрические поля за счет стационарных зарядов. |
| 5. | Измерение | Сила электромагнита не зависит от сопротивления цепи. Он измеряет расстояние между конечными точками, когда через него не течет заряд. Он использует измеритель ЭДС для измерения силы в двух конечных точках. | Напряжение тока напрямую зависит от сопротивления между двумя точками измерения.Он измеряет разность потенциалов между двумя точками. Напряжение измеряется вольтметром. |
| 6. | Символ | E | V |
| 7. | Формула | E = I * (R + r) | V = I * R |
| 8. | Разность потенциалов | Он имеет самую высокую разность потенциалов, когда через него не протекает ток. Это потому, что ЭДС имеет постоянную величину. | Разность потенциалов напряжения ниже, чем у электродвижущей силы.Это из-за существующего сопротивления. |
| 9. | Генерация тока | Если в схеме используется электрический генератор для подачи тока через резистор, то ЭДС будет иметь изменяющиеся во времени магнитные поля внутри генератора. Эти магнитные поля будут генерировать электрическое напряжение, необходимое для генерации тока. | В полной схеме, состоящей из резистора и ячейки напряжения, электрическое напряжение в этой цепи не влияет на общую ЭДС, поскольку генерируемая разность напряжений равна нулю. |
Как разность потенциалов способствует рассеянию энергии?
Разделение электрического заряда создает разность электрических потенциалов. Вольтметр можно использовать для измерения напряжения между выводами электрического устройства. Электродвижущая сила внутри батареи или любого другого источника энергии эквивалентна значению напряжения его разомкнутой цепи.
Если аккумулятор заряжается, вы можете измерить электродвижущую силу напрямую, используя внешнее напряжение.
Разность потенциалов между двумя точками обеспечивает непрерывный ток в цепи. Например, батарея обеспечивает постоянный ток, пока существует разность потенциалов. Поток тока от более высокого потенциала к более низкому потенциалу преобразует электрическую энергию в другие формы, такие как свет и тепло.
Ток, протекающий по проводнику, встречает сопротивление. Энергия, получаемая от батареи, преодолевает это сопротивление и распределяется в виде тепла и других форм энергии.
Как электродвижущая сила и напряжение связаны с электромагнитными полями?
Взаимодействие электрического и магнитного полей приводит к возникновению электромагнитного поля. Когда ток течет между подключенными электрическими устройствами, он увеличивает электромагнитное поле. Если ток увеличивается, электромагнитное поле увеличивает свою напряженность. Это поле похоже на волну энергии, исходящую от источника поля. Это то, что люди называют ЭМП излучением.
Когда расстояние от источника магнитного поля увеличивается, сила магнитного поля уменьшается. Если напряжение в ячейке увеличивается, электрическое поле увеличивает свою напряженность, поскольку ток течет через проводимое устройство.
Когда электронное устройство подключено к розетке, оно потребляет небольшой ток от сетевой вилки в стене. Некоторые называют это фантомной нагрузкой (или фантомным питанием). Ток, протекающий через электронное устройство, создает электромагнитное поле независимо от того, включено оно или нет.Когда устройство включено, при протекании тока создается более сильное поле. Некоторые электромагнитные устройства, такие как линии электропередач, создают сильные электромагнитные поля, поскольку ток постоянно течет при высоком напряжении.
У вас должна быть электродвижущая сила для генерации напряжения. Если это напряжение затем управляет током, вы создадите электромагнитное поле. Чем выше напряжение, тем сильнее электромагнитное поле, исходящее от источника энергии.
Заключение
Большинство людей думают, что электродвижущая сила и разность потенциалов или напряжение одинаковы, но между ними есть разница.
Электродвижущая сила — это энергия, поставляемая таким устройством, как аккумулятор, и она используется для поддержания разности потенциалов между двумя выводами. Например, электрическая цепь от генератора может поддерживать ток, протекающий в цепи. Электродвижущая сила также может преобразовывать другие источники энергии в электрическую.
Чтобы источник энергии создавал разность потенциалов, электроны должны перемещаться от одного вывода к другому посредством разделения зарядов.Использование внешней силы для разделения зарядов в источнике генерирует электрический ток.
Напряжение необходимо для того, чтобы электроны переходили из одной точки в другую. Избыточные электроны перетекают в цепь с отрицательной клеммой в положительную клемму с меньшим количеством электронов.
Электромагнитные поля (ЭМП) напрямую связаны с электродвижущей силой, движением тока и генерацией напряжения. Если вы находитесь рядом с чем-то, что генерирует напряжение, значит, оно создает электромагнитное поле.Эта ЭДС излучается источником напряжения.
Разница между ЭДС и напряжением
Большинство из нас думает, что электродвижущая сила (ЭДС) и напряжение — это одно и то же, поскольку их единицы схожи. Оба они взаимосвязаны, но отличаются друг от друга. Напряжение или разность потенциалов — это результат ЭДС.
Однако большинство людей не могут различить эти два термина. ЭДС и напряжение дополняют друг друга.
Напряжение
Разность потенциалов между любыми двумя точками в цепи и есть напряжение этих точек.Это мера, необходимая для перемещения единицы заряда из одной точки в другую. Когда электрические заряды перемещаются из одной точки в другую, между этими двумя точками происходит падение напряжения. Это явление приводит к возникновению разности напряжений или потенциалов.
В зависимости от величины внешнего сопротивления, напряжение любых двух точек может отличаться от напряжения других двух точек. Единица измерения напряжения — вольт (В).
Другими словами, напряжение — это мера работы, совершаемой зарядами.Итак, напряжение электронного устройства дает нам представление о том, сколько работы мы можем с ним сделать.
ЭДС (электродвижущая сила)
ЭДС — это энергия, необходимая для движения зарядов в разомкнутой цепи. Источник, то есть батарея или движущееся магнитное поле, производит ЭДС. Единица измерения ЭДС такая же, как и для напряжения.
Электродвижущая сила цепи является постоянной величиной, когда электрическая цепь не имеет подключенной нагрузки. Если мы добавляем в цепь нагрузку, внутреннее сопротивление цепи уменьшается.Поскольку ЭДС зависит от внутреннего сопротивления, мы получаем измененное значение ЭДС. Следовательно, мы измеряем ЭДС в условиях холостого хода.
Зависимость ЭДС от напряжения
Электродвижущая сила и напряжение имеют много различий в зависимости от их функций. Давайте посмотрим на них.
- ЭДС — это работа, которую источник выполняет с единицей заряда, а напряжение — это работа, которую совершают электрические заряды.
- ЭДС — причина, по которой две точки имеют разность напряжений или потенциалов.Итак, электродвижущая сила — это причина, а напряжение — результат.
- Вы можете измерить электродвижущую силу только в двух конечных точках цепи, но можете измерить напряжение в любых двух точках.
- Электродвижущая сила разомкнутой цепи является постоянной величиной, тогда как значение напряжения изменяется, если мы изменяем контрольные точки или значения внешнего резистора.
- ЭДС доступна только в разомкнутой цепи, и вы обнаружите разность потенциалов или напряжение в замкнутой электрической цепи.
- Электродвижущая сила не зависит от внешнего сопротивления цепи. Однако напряжение изменяется пропорционально внешнему сопротивлению.
- Вы получите постоянное значение ЭДС, когда в цепи нет нагрузки. Таким образом, вы не можете измерить электродвижущую силу, когда электрическая цепь содержит сопротивление нагрузки, но вы всегда можете измерить напряжения в этой ситуации.
- Формула для ЭДС: E = I (R + r). Здесь E обозначает электродвижущую силу.«I» — это ток, проходящий через цепь, R — внешнее сопротивление, а r — внутреннее сопротивление. Формула для напряжения V = IR. Это означает, что E = V + Ir.
- Символ для ЭДС — E, а для напряжения — V.
- Точка 8 -я указывает, что ЭДС всегда выше, чем полное напряжение. Если в цепи нет внутреннего сопротивления, ЭДС может иметь то же значение, что и общее напряжение.
- Электродвижущая сила — это сумма всех падений напряжения в цепи, а напряжение — это величина падения напряжения между любыми двумя точками.
- ЭДС заставляет ток проходить по всей цепи, тогда как напряжение проходит через каждые две точки.
Итак, это были принципиальные различия между ЭДС и напряжением. Эти два имеют одинаковое значение, когда цепь разомкнута, что означает, что через нее не проходит ток. Когда в цепи начинает течь ток, напряжение в разных точках начинает меняться.
ЭДС и напряжение являются коррелятивными терминами. Так что запутаться легко. Надеюсь, теперь вы сможете различить их, прочитав различия, о которых я говорил здесь.
Источники
Соответствующее руководство
Электродвижущая сила (напряжение) — Engineer-Educators.com
В отличие от тока, который легко визуализировать как поток, напряжение — это переменная, которая определяется между двумя точками. Часто мы называем напряжение величиной между двумя точками. Это электродвижущая сила (ЭДС) или толчок или давление, ощущаемое в проводнике, которое в конечном итоге перемещает электроны в потоке. Символом ЭДС является заглавная буква «Е».
Напряжение на клеммах типовой батареи можно измерить как разность потенциалов 12 или 24 вольт.То есть между двумя клеммами батареи имеется электродвижущая сила в 12 или 24 вольта, необходимая для проталкивания тока через цепь. Относительно свободные электроны на отрицательной клемме будут двигаться в сторону избыточного количества положительных зарядов на положительной клемме. Вспомните из обсуждения статического электричества, что одинаковые заряды отталкиваются друг от друга, но противоположные заряды притягиваются друг к другу. Конечный результат — поток или ток через проводник. В проводнике не может быть потока, если нет приложенного напряжения от батареи, генератора или заземленного блока питания.Разность потенциалов или напряжение между любыми двумя точками в электрической системе можно определить следующим образом:
Где
E = ε / Q
E = разность потенциалов в вольтах
ε = расширенная или поглощенная энергия в джоулях (Дж)
Q = Заряд, измеренный в кулонах
На рисунке 36 показан поток электронов электрического тока. Два соединенных между собой резервуара для воды демонстрируют, что при разнице давлений между двумя резервуарами вода будет течь до тех пор, пока два резервуара не выровняются.На рисунке показано, что уровень воды в резервуаре A должен быть на более высоком уровне, показывающий 10 фунтов на квадратный дюйм (более высокая потенциальная энергия), чем уровень воды в резервуаре B, показывающий 2 фунта на квадратный дюйм (более низкая потенциальная энергия). Между двумя резервуарами существует разность потенциалов 8 фунтов на квадратный дюйм. Если клапан в соединительной линии между резервуарами открыт, вода будет течь из резервуара A в резервуар B до тех пор, пока уровень воды (потенциальная энергия) в обоих резервуарах не выровняется.
Рисунок 36. Перепад давления.Важно отметить, что не давление в резервуаре A заставило воду течь; скорее, это была разница в давлении между резервуаром A и резервуаром B, которая вызвала поток.
Это сравнение иллюстрирует принцип, согласно которому электроны движутся при наличии пути от точки с избытком электронов (более высокая потенциальная энергия) к точке с недостатком электронов (более низкая потенциальная энергия). Сила, вызывающая это движение, представляет собой разность потенциалов электрической энергии между двумя точками.Эта сила называется электрическим давлением, разностью потенциалов или электродвижущей силой (движущей силой электрона).
Возможная разница и ЭДС: одинаковы ли они?
Разность потенциалов двух заряженных тел называется разностью потенциалов (PD) .
Рассмотрим два тела A и B с потенциалами +5 В и +3 В.
Каждый кулон заряда на теле A имеет энергию 5 Дж, а тело B имеет энергию 3 Дж. Ясно, что тело A имеет более высокий потенциал, чем тело B.Если два тела соединены посредством проводника [рисунок справа], то электроны будут течь от тела B к телу A (обычный электрический ток будет в противоположном направлении, то есть от A к B).
Когда два тела достигают одинакового потенциала, ток прекращается.
Таким образом, мы приходим к очень важному выводу, что ток будет течь в цепи, если существует разность потенциалов. Нет разности потенциалов, нет тока.
Можно отметить, что разность потенциалов иногда называют напряжением .
Единица разности потенциалов
Поскольку единицей электрического потенциала является вольт , можно ожидать, что единицей разности потенциалов также будет вольт.
Он определяется как:
Разность потенциалов между двумя точками составляет 1 вольт, если один джоуль работы выполняется при передаче заряда 1C от точки с более низким потенциалом к точке с более высоким потенциалом.
Рассмотрите точки A и B в электрической цепи, как показано на рисунке выше.Предположим, VA = VB = 1 Вольт. Это означает, что 1 Дж работы будет выполнено при передаче 1 Дж заряда из точки B в точку A.
В качестве альтернативы, 1 Дж работы (или энергии) будет выделено (в виде тепла), если 1 Дж заряда переместится из точки A. к точке B.
Обратите внимание, что вольт — это единица измерения энергии.
ЭДС и разность потенциалов
Между ЭДС и разностью потенциалов существует явная разница.
ЭДС устройства, например батареи, является мерой энергии, которую батарея отдает каждому кулону заряда.
Таким образом, если батарея выдает 4 джоуля энергии на кулон, мы говорим, что у нее есть ЭДС. от 4 вольт. Энергия, отдаваемая каждому кулону в батарее, обусловлена химическим действием.
Разность потенциалов между двумя точками говорит A и B, это мера энергии, используемой одним кулоном при перемещении от A к B.
Таким образом, если разность потенциалов между точками A и B составляет 2 вольта, это означает что каждый кулон будет отдавать энергию 2 джоулей при переходе от A к B.
Ниже приведены различия между ЭДС и разностью потенциалов:
Название EMF , на первый взгляд, подразумевает, что это сила, которая вызывает протекание тока. Но это неверно, потому что это не сила, а энергия, поставляемая для зарядки некоторым активным устройством, например, аккумулятором.
EMF поддерживает разность потенциалов, в то время как разность потенциалов вызывает протекание тока.
Когда мы говорим, что ЭДС устройства (например, элемента) составляет 2 В, это означает, что устройство передает энергию в 2 джоуля на каждый кулон заряда.Когда мы говорим, что разность потенциалов между точками A и B цепи (предположим, что точка A имеет более высокий потенциал) составляет 2 В, это означает, что каждый кулон заряда будет отдавать энергию в 2 джоуля при перемещении от A к B. .
| ЭДС | Разница потенциалов |
| ЭДС поддерживает разность потенциалов | Разность потенциалов вызывает протекание тока |
| ЭДС устройства составляет 2 В, что означает, что устройство подает энергию 2 джоуля на каждый кулон заряда. | Разность потенциалов составляет 2 В, что означает, что каждый кулон заряда отдаст энергию в 2 джоуля при перемещении от A к B. |