Электродвижущая сила – формула, физический смысл источника, единица измерения

4.1

Средняя оценка: 4.1

Всего получено оценок: 67.

4.1

Средняя оценка: 4.1

Всего получено оценок: 67.

Важнейшей характеристикой источников электрического тока является их электродвижущая сила (ЭДС). Рассмотрим физический смысл этой величины, выведем формулу электродвижущей силы.

Действие источника электрического тока

В любой электрической цепи происходит движение носителей заряда через звенья цепи. Это движение возможно только под действием некоторого электрического поля. Следовательно, в любой электрической цепи должен существовать специальный элемент, который будет создавать электрическое поле, движущее заряды.

Такой элемент называется источником электрического тока. Источник тока имеет два контакта (полюса), с помощью которых и осуществляется поддержание электрического поля. Между полюсами всегда имеется некоторая разность электрических потенциалов. Теперь если к этим полюсам подключить электрическую цепь, то носители заряда под действием поля придут в движение, совершая полезную работу в цепи. При этом, в источнике тока должен постоянно происходить процесс, который бы поддерживал разность потенциалов на полюсах, несмотря на движение носителей заряда по цепи.

Рис. 1. Виды источников электрического тока.

Сторонние силы

Для того, чтобы поддерживать разность потенциалов на полюсах источника тока, необходимо совершать работу по переносу зарядов между полюсами. Причем, этот перенос должен осуществляться против действия имеющегося электрического поля. В самом деле, если носитель заряда имеет отрицательный заряд (например, свободный электрон), то он, придя к положительному полюсу – должен быть перенесен внутри источника к отрицательному полюсу, несмотря на то, что поле будет двигать его по-прежнему к положительному.

Это значит, что перенос зарядов внутри источника электрического тока должен осуществляться силами, имеющими природу, отличную от электрической. Поэтому эти силы называются сторонними.

Природа сторонних сил может быть различной. В батарейках и аккумуляторах это силы химической природы. В промышленных генераторах природа сторонних сил механическая. В солнечных батареях – световая.

Рис. 2. Сторонние силы различной природы.

Электродвижущая сила как мера сторонних сил

Итак, действие источника тока заключается в том, чтобы с помощью сторонних сил производить работу по переносу электрических зарядов между полюсами против действия электрического поля. Для характеристики этой работы существует специальная мера, называемая электродвижущей силой (ЭДС, обозначается буквой $\mathscr{E}$). Ее физический смысл состоит в том, что это работа сторонних сил по переносу единицы заряда. То есть, ЭДС равна отношению работы, произведенной сторонними силами по переносу заряда против действия электрического поля, к величине этого заряда:

$$\mathscr{E} = {A_{ст}\over q}$$

Из данной формулы можно получить единицу измерения ЭДС.

Она такая же, как у напряжения – Вольт (напомним, 1 В = 1 Дж / 1 Кл).

ЭДС обычной пальчиковой батарейки 1.5В. То есть, в ней сторонние силы химической природы для переноса 1Кл заряда совершают работу 1.5 Дж.

Рис. 3. Пальчиковые батарейки.

Что мы узнали?

Действие источника тока заключается в переносе зарядов между полюсами против действия электрического поля. Силы, которые совершают эту работу, имеют природу, отличную от электрической, поэтому они называются сторонними. Характеристикой сторонних сил является специальная величина – электродвижущая сила (ЭДС).

Тест по теме

Доска почёта

Чтобы попасть сюда — пройдите тест.

Оценка доклада

4.1

Средняя оценка: 4.1

Всего получено оценок: 67.

---

А какая ваша оценка?

57. Электродвижущая сила.

Электродвижущая сила (ЭДС) — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура. ЭДС можно выразить через напряжённость электрического поля сторонних сил ( ). В замкнутом контуре ( ) тогда ЭДС будет равна: , где   — элемент длины контура. ЭДС так же, как и напряжение, измеряется в вольтах. Можно говорить об электродвижущей силе на любом участке цепи. Это удельная работа сторонних сил не во всем контуре, а только на данном участке. ЭДС гальванического элемента есть работа сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда внутри элемента от одного полюса к другому. Работа сторонних сил не может быть выражена через разность потенциалов, так как сторонние силы непотенциальны и их работа зависит от формы траектории. Так, например, работа сторонних сил при перемещении заряда между клеммами тока вне самого источника равна нулю. ЭДС индукции Причиной электродвижущей силы может стать изменение магнитного поля в окружающем пространстве.

Это явление называется электромагнитной индукцией. Величина ЭДС индукции в контуре определяется выражением где   — поток магнитного поля через замкнутую поверхность  , ограниченную контуром. Знак «−» перед выражением показывает, что индукционный ток, созданный ЭДС индукции, препятствует изменению магнитного потока в контуре (см. правило Ленца).

58.Закон Ома для полной цепи Закон Ома для полной цепи: , где:  — ЭДС источника напряжения(В),  — сила тока в цепи (А),  — сопротивление

 всех внешних элементов цепи(Ом) ,  — внутреннее сопротивление источника напряжения(Ом) . Из Закона Ома для полной цепи вытекают следствия: При r<<R Сила тока в цепи обратно пропорциональна её сопротивлению. А сам источник в ряде случаев может быть назван источником напряжения При r>>R Сила тока от свойств внешней цепи (от величины нагрузки) не зависит. И источник может быть назван источником тока.

59)Электроизмерительные приборы класс устройств, применяемых для измерения различных электрических величин. В группу электроизмерительных приборов входят также кроме собственно измерительных приборов и другие средства измерений — меры, преобразователи, комплексные установки. амперметры — для измерения силы электрического тока;

вольтметры — для измерения электрического напряжения;

омметры — для измерения электрического сопротивления;

мультиметры (иначе тестеры, авометры) — комбинированные приборы

частотомеры — для измерения частоты колебаний электрического тока;

магазины сопротивлений — для воспроизведения заданных сопротивлений;

ваттметры и варметры — для измерения мощности электрического тока;

электрические счётчики — для измерения потреблённой электроэнергии

60) вольтметр,амперметр Вольтметр (вольт + гр. μετρεω измеряю) — измерительный прибор непосредственного отсчёта для определения напряжения или ЭДС в электрических цепях. Подключается параллельно нагрузке или источнику электрической энергии. Классификация. По принципу действия вольтметры разделяются на: — электромеханические — магнитоэлектрические, электромагнитные, электродинамические, электростатические, выпрямительные, термоэлектрические; — электронные — аналоговые и цифровые. По назначению: -постоянного тока; — переменного тока; — импульсные; — фазочувствительные; — селективные; — универсальные. По конструкции и способу применения: — щитовые; — переносные; — стационарные. Амперме́тр (см. ампер + …метр от μετρέω — измеряю) — прибор для измерения силы тока в амперах. Шкалу амперметров градуируют в микроамперах, миллиамперах, амперах или килоамперах в соответствии с пределами измерения прибора. В электрическую цепь амперметр включается последовательно с тем участком электрической цепи, силу тока в котором измеряют; для увеличения предела измерений — с шунтом или через трансформатор. (Примером амперметра с трансформатором являются «токовые клещи») Общая характеристика Наиболее распространены амперметры, в которых движущаяся часть прибора со стрелкой поворачивается на угол крена, пропорциональный величине измеряемого тока.

Амперметры бывают магнитоэлектрическими, электромагнитными, электродинамическими, тепловыми, индукционными, детекторными, термоэлектрическими и фотоэлектрическими. Магнитоэлектрическими амперметрами измеряют силу постоянного тока; индукционными и детекторными — силу переменного тока; амперметры других систем измеряют силу любого тока. Самыми точными и чувствительными являются магнитоэлектрические и электродинамические амперметры. Принцип действия магнитоэлектрического прибора основан на создании крутящего момента, благодаря взаимодействию между полем постоянного магнита и током, который проходит через обмотку рамки. С рамкой соединена стрелка, которая перемещается по шкале. Угол поворота стрелки пропорционален силе тока. Электродинамические амперметры состоят из неподвижной и подвижной катушек, соединённых параллельно или последовательно. Взаимодействия между токами, которые проходят через катушки, вызывает отклонения подвижной катушки и соединённой с нею стрелки. В электрическом контуре амперметр соединяется последовательно с нагрузкой, а при высоком напряжении или больших токах — через трансформатор.

61) Разветвленная цепь РАЗВЕТВЛЕННОЙ ЦЕПЬЮ называется электрическая цепь, имеющая узлы. УЗЛОМ называется точка, в которой сходится более чем два проводника. Ток, текущий к узлу, принято считать положительным, а ток, текущий от узла, считается отрицательным. ПЕРВОЕ ПРАВИЛО КИРХГОФА: алгебраическая сумма токов, сходящихся в узле, равна нулю = 0. ВТОРОЕ ПРАВИЛО КИРХГОФА: в каждом из замкнутых контуров, которые можно мысленно выделить в данной разветвленной цепи, алгебраическая сумма падений напряжения равна алгебраической сумме э.д.с. При анализе разветвленной цепи следует обозначать с одним индексом ток, протекающий по всем последовательно соединенным элементам от одного узла до другого. Направление каждого тока выбирается произвольно. При составлении уравнений второго правила Кирхгофа токам и э.д.с. нужно приписывать знаки в соответствии с выбранным (как вам удобно) НАПРАВЛЕНИЕМ ОБХОДА: — ток принято считать положительным, если он совпадает с направлением обхода, и отрицательным, если он направлен против этого направления; — э. д.с. считается положительной, если ее действие (создаваемый ею ток) совпадает с направлением обхода. КОЛИЧЕСТВО УРАВНЕНИЙ первого правила Кирхгофа должно быть на одно меньше количества узлов в данной цепи. Количество независимых уравнений второго правила Кирхгофа должно быть таким, чтобы общее количество уравнений оказалось равным количеству различных токов. Каждый новый контур при этом должен содержать хотя бы один участок цепи, не вошедший в уже рассмотренные контуры.

62) Зако́н Куло́на— это закон о взаимодействии точечных электрических зарядов.

Был открыт Шарлем Кулоном в 1785 г. Проведя большое количество опытов с металлическими шариками, Шарль Кулон дал такую формулировку закона:

Сила взаимодействия двух точечных неподвижных заряженных тел в вакууме направлена вдоль прямой, соединяющей заряды, прямо пропорциональна произведению модулей зарядов и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними.

Важно отметить, что для того, чтобы закон был верен, необходимы:

точечность зарядов — то есть расстояние между заряженными телами много больше их размеров;

их неподвижность. Иначе уже надо учитывать дополнительные эффекты: возникающее магнитное поле движущегося заряда и соответствующую ему дополнительную силу Лоренца, действующую на другой движущийся заряд;

взаимодействие в вакууме.

63) Электродвижущая сила (ЭДС) — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура.

ЭДС так же, как и напряжение, измеряется в вольтах. Можно говорить об электродвижущей силе на любом участке цепи. Это удельная работа сторонних сил не во всем контуре, а только на данном участке. ЭДС гальванического элемента есть работа сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда внутри элемента от одного полюса к другому. Работа сторонних сил не может быть выражена через разность потенциалов, так как сторонние силы непотенциальны и их работа зависит от формы траектории. Так, например, работа сторонних сил при перемещении заряда между клеммами тока вне самого источника равна нулю.

электромагнетизм — Почему электродвижущая сила измеряется как изменение PE на заряд?

Задавать вопрос

спросил 4 года, 4 месяца назад

Изменено 4 года, 4 месяца назад

Просмотрено 113 раз

$\begingroup$

Мне кажется, что напряжение или электродвижущая сила должны измеряться в обычных единицах силы, а не в джоулях/кулонах. Я запутался в этом, поэтому я много думал об этом и много изучал, и вот мои выводы. Пожалуйста, дайте мне знать, если вы согласны или не согласны, что вы думаете, или как я ошибаюсь или прав.

1. Если есть разделение положительного и отрицательного заряда между двумя точками, такими как клеммы батареи, существует сила, притягивающая их.

2. Это сила, вызывающая поток заряда или ток в цепи.

3. Так как заряды естественным образом сливаются вместе, должна быть проделана работа над отрицательным зарядом, чтобы разделить их (поскольку могут перемещаться только электроны). Это увеличивает потенциальную энергию отрицательного заряда.

4. По мере того, как заряд течет по цепи, он теряет свою PE, поскольку сталкивается с атомами металла в цепи и обеспечивает энергией нагрузку.

5. Мы можем измерить это изменение PE заряда.

6. Это изменение PE заряда является способом косвенного измерения сил, действующих на заряд, или вероятности его течения. Это связано с тем, что более высокие потери PE означали бы, что на отрицательный элемент нужно было бы проделать больше работы. заряд для первоначального разделения двух плюсовых и минусовых зарядов. Если было совершено больше работы, это означает, что на заряд действовала более сильная сила электрического поля.

7. Я полагаю, что было бы сложнее измерить силы, действующие на заряд, протекающий по цепи, чем на статическое электричество, поэтому мы измеряем электродвижущую силу с точки зрения изменения PE заряда между двумя точками.

• электромагнетизм
• электричество
• электрические цепи

$\endgroup$

0

$\begingroup$

Вы правы. Исторически ЭДС называют силой, но на самом деле это напряжение.

$\endgroup$

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie

.

электромагнетизм — Действительно ли разность потенциалов является мерой электродвижущей силы?

Задавать вопрос

спросил 4 года, 4 месяца назад

Изменено 2 года, 4 месяца назад

Просмотрено 190 раз

$\begingroup$

Если я разделю некоторое количество положительных и отрицательных зарядов на определенное расстояние, я создам некоторое напряжение. Если я затем разделю такое же количество положительного и отрицательного заряда на большее расстояние, я создам еще большее напряжение, поскольку для их разделения потребовалось бы больше работы.

Теперь заряды с большей разностью потенциалов будут испытывать меньшую силу притяжения, потому что они дальше друг от друга, а заряды с меньшей разностью потенциалов будут испытывать большую силу притяжения, поскольку они расположены ближе друг к другу.

Вопрос 1: Если напряжение является мерой «толчка», действующего на заряд, то как это может быть так?

Вопрос 2: Напряжение пропорционально току. Но в этом случае я бы подумал, что сценарий с более низким напряжением будет производить более высокий ток, потому что на заряд действует более сильная сила. В чем дело? Как разность потенциалов создает ток?

• электромагнетизм
• электростатика
• электричество
• электрические цепи
• электронов

$\endgroup$

$\begingroup$

Позвольте мне предложить старомодный ответ: Напряжение НЕ похоже на толчок! Напряжение больше похоже на давление в жидкости, где теперь «градиент давления» вызывает толчок. Электрическая жидкость перемещается от высокого давления к низкому. Таким образом, градиент напряжения или вольт на метр дает электрическое поле или силу на кулон. Надеюсь, это тоже поможет.