|
В веществе они движутся в среднем равномерно, т.к. часть энергии отдается частицам при взаимодействии. Из природы электрического сопротивления, следует, что:
Очевидно, что 
Мощность N при неизменных значениях U и I равна произведению напряжения U на силу тока I :Постоянный электрический ток. ЭДС источника тока и внутреннее сопротивление источника тока :: SYL.ru
В век электричества, наверное, нет такого человека, что не знал бы о существовании электрического тока. Но мало кто помнит из школьного курса физики больше, чем название величин: сила тока, напряжение, сопротивление, закон Ома.
И лишь очень немногие помнят, в чём заключается смысл этих слов.
В этой статье мы обсудим, как появляется электрический ток, как он передаётся по цепи и как использовать эту величину в расчётах. Но перед тем как перейти к основной части, обратимся к истории открытия электрического тока и его источников, а также определению того, чем является электродвижущая сила.
История
Электричество как источник энергии было известно ещё с древних времён, ведь сама природа генерирует его в огромных объёмах. Яркий пример — молния или электрический скат. Несмотря на такую близость к человеку, обуздать эту энергию удалось лишь в середине семнадцатого века: Отто фон Герике, бургомистр из Магдебурга, создал машину, позволяющую генерировать электростатический заряд. В середине восемнадцатого века Питер фон Мушенбрук — учёный из Голландии — создаёт первый в мире электрический конденсатор, названный Лейденской банкой в честь университета, где он работал.
Пожалуй, отсчёт эпохи настоящих открытий, посвящённых электричеству, принято начинать с работ Луиджи Гальвани и Алессандро Вольта, изучивших соответственно электрические токи в мышцах и возникновение тока в так называемых гальванических элементах.
Дальнейшие исследования открыли нам глаза на связь электричества и магнетизма, а также на несколько очень полезных явлений (таких как электромагнитная индукция), без которых сегодня невозможно представить нашу жизнь.
Но мы не будем углубляться в магнитные явления и остановимся только на электрических. Итак, разберём, как же возникает электричество в гальванических элементах и что это вообще такое.
Что такое гальванический элемент?
Можно сказать, что это источник тока, производящий электроэнергию за счёт химических реакций, происходящих между его компонентами. Самый простой гальванический элемент был изобретён Алессандро Вольтом и назван в его честь вольтовым столбом. Он состоит из нескольких слоёв, чередующихся между собой: медная пластина, проводящая прокладка (в домашнем варианте конструкции используется вата, смоченная солёной водой) и цинковая пластина.
Какие реакции протекают в нём?
Рассмотрим подробнее процессы, позволяющие нам получить электричество с помощью гальванического элемента.
Таких превращений всего два: окисление и восстановление. При окислении одного элемента, восстановителя, происходит отдача им электронов другому элементу — окислителю. Окислитель, в свою очередь, восстанавливается, принимая электроны. Таким образом происходит движение заряженных частиц от одной пластины к другой, а это, как известно, и называется электрическим током.
А сейчас плавно перейдём к основной теме этой статьи — ЭДС источника тока. И для начала рассмотрим, что же представляет собой эта электродвижущая сила (ЭДС).
Что такое ЭДС?
Эту величину можно представить как работу сил (именно «работу»), совершаемую при перемещении заряда по замкнутой электрической цепи. Очень часто ещё делают уточнения, что заряд должен обязательно быть положительным и единичным. И это существенное дополнение, так как только при этих условиях можно считать электродвижущую силу точной измеримой величиной. Кстати, измеряется она в тех же единицах, что и напряжение: в вольтах (В).
ЭДС источника тока
Как известно, каждый аккумулятор или батарейка обладают своим значением сопротивления, которое они способны выдавать.
Это значение, ЭДС источника тока, показывает, какую работу производят внешние силы для перемещения заряда по цепи, в которую включена батарейка или аккумулятор.
Уточнить стоит также и то, какой вид тока производит источник: постоянный, переменный или импульсный. Гальванические элементы, в том числе аккумуляторы и батарейки, производят всегда только постоянный электрический ток. ЭДС источника тока в таком случае будет равна по модулю выходному напряжению на контактах источника.
Сейчас пришла пора разобраться, для чего такая величина, как ЭДС, нужна вообще, как её использовать при расчётах других величин электрической цепи.
Формула ЭДС
Мы уже выяснили, что ЭДС источника тока равна работе сторонних сил по перемещению заряда. Для большей наглядности мы решили записать формулу этой величины: E=Aсторонних сил/q, где A — работа, а q — заряд, над которым была совершена работа. Обратите внимание, что берётся общий заряд, а не единичный. Делается это потому, что мы считаем работу сил по перемещению всех зарядов в проводнике.
И это отношение работы к заряду всегда будет постоянным для данного источника, так как какое количество заряженных частиц ни бери, удельная величина работы на каждый из них будет одинаковой.
Как видите, формула электродвижущей силы не так сложна и состоит всего из двух величин. Пришла пора перейти к одному из главных вопросов, вытекающих из этой статьи.
Зачем нужна ЭДС?
Уже было сказано, что ЭДС и напряжение — величины, фактически, одинаковые. Если мы знаем значения ЭДС и внутреннее сопротивление источника тока, то несложно будет подставить их в закон Ома для полной цепи, который выглядит следующим образом: I=e/(R+r), где I — сила тока, e — ЭДС, R — сопротивление цепи, r — внутреннее сопротивление источника тока. Отсюда мы можем находить две характеристики цепи: I и R. Следует обратить внимание, что все эти рассуждения и формулы справедливы лишь для цепи постоянного тока. В случае с переменным формулы будут совсем другие, так как он подчиняется своим колебательным законам.
Но всё же остаётся непонятным, какое применение имеет ЭДС источника тока. В цепи, как правило, очень много элементов, выполняющих свою функцию. В любом телефоне стоит плата, представляющая также не что иное, как электрическую цепь. А каждой такой схеме для работы требуется источник тока. И очень важно, чтобы его ЭДС подходила по параметрам для всех элементов цепи. Иначе схема либо перестанет работать, либо сгорит из-за высокого напряжения внутри неё.
Заключение
Думаем, для многих эта статья оказалась полезной. Ведь в современном мире очень важно знать как можно больше о том, что нас окружает. В том числе существенны знания о природе электрического тока и его поведении внутри цепей. И если вы думаете, что такая вещь, как электрическая цепь, применяется только в лабораториях и вы далеки от этого, то вы сильно ошибаетесь: все приборы, потребляющие электроэнергию, на самом деле состоят из цепей. И у каждой из них есть свой источник тока, создающий ЭДС.
Определение, единица измерения, формула, пример и часто задаваемые вопросы
Электродвижущая сила или ЭДС — это работа, совершаемая на единицу заряда при движении от положительного конца к отрицательному концу батареи.
Его также можно определить как прирост энергии на единицу заряда при переходе от положительного конца к отрицательному концу батареи.
Аккумулятор или электрогенератор создают электродвижущую силу, которая вызывает протекание тока во внешней цепи. Эти устройства используют другую форму энергии и преобразуют ее в электрическую энергию.
Давайте узнаем больше об Электродвижущей Силе, ее единицах измерения и многом другом в этой статье.
Электродвижущая сила Определение
Электродвижущая сила определяется следующим образом:
Электродвижущая сила представляет собой электрический потенциал, генерируемый батареей или любым электрическим источником, который позволяет току течь в цепи.
Его также называют ЭДС, что является аббревиатурой от Электродвижущей Силы. Как следует из названия, ЭДС — это не какая-то сила, а скорее разность потенциалов.
Любое устройство, генерирующее электрический ток, имеет две клеммы: одну положительную и одну отрицательную.
Работа, совершаемая единичным зарядом при перемещении от отрицательного полюса батареи к положительному полюсу батареи, определяется как электродвижущая сила батареи.
Символ электродвижущей силы
Электродвижущая сила или ЭДС обозначается греческой буквой ε . Это конечная разность потенциалов цепи, когда ток в цепи отсутствует.
Формула электродвижущей силы
Электродвижущая сила или ЭДС рассчитывается по формуле
ε = V + Ir
где
ε – электродвижущая сила 900 36 В — напряжение аккумулятора
I — ток в цепи
r — внутреннее сопротивление батареи\
Приведенная выше формула используется для расчета ЭДС батареи или элемента. ЭДС ячейки равна конечной разности потенциалов ячейки, когда по цепи не протекает ток.
Единица ЭДС
Как мы знаем, ЭДС элемента представляет собой разность потенциалов, необходимую для перемещения единицы заряда внутри цепи, включая саму батарею.
Его единицей СИ является напряжение или вольт. размер разности потенциалов . Его единицей в системе СИ является Джоуль/Кулон, таким образом, его размерная формула 9.0023 [М 1 Л 2 Т 3 Я -1 ] .
Как рассчитать ЭДС?
Мы можем легко определить ЭДС элемента или батареи, измерив напряжение на батарее с помощью вольтметра.
Изображение, показывающее принципиальную схему, приведено ниже,
Разница между электродвижущей силой и разностью потенциалов
Основное различие между электродвижущей силой и разностью потенциалов обсуждается в таблице ниже,
Электродвижущая сила | Разность потенциалов | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Работа, совершаемая над единицей заряда в цепи, называется Электродвижущая сила. | Энергия, необходимая батарее для перемещения заряда в цепи, исключая саму батарею, называется разностью потенциалов. | |||||||
| ЭДС любого элемента или батареи всегда постоянна. | Разность потенциалов любой цепи не всегда постоянна, она изменяется в зависимости от силы тока в цепи. | |||||||
| ЭДС цепи зависит от внутреннего сопротивления цепи. | Разность потенциалов цепи не зависит от внутреннего сопротивления цепи. | |||||||
| ЭДС обозначается греческой буквой ε | Разность потенциалов обозначается буквой V. 0003Отрицательная электродвижущая силаЭлектродвижущая сила любого батарея может легко быть отрицательной, когда батарея заряжается, т. е. в случае зарядки ток в цепи противоположен нормальному течению тока. Таким образом, электродвижущая сила отрицательна, когда ток течет в противоположном направлении. Разница между напряжением на клеммах и ЭДССуществуют различные различия между напряжением на клеммах и ЭДС, основные из которых описаны в таблице ниже.
Электродвижущая сила, напряжение на клеммах и внутреннее сопротивлениеКогда батарея подключена к лампочке, она загорается. По мере того, как к аккумулятору подключается все больше и больше лампочек, мощность лампочек уменьшается. Как это происходит? Это происходит потому, что выходное напряжение батареи уменьшается. Причина этого может быть связана с двумя основными частями батареи. Аккумулятор состоит из двух основных частей – электрической энергии и внутреннего сопротивления. Внутреннее сопротивление Известно, что батарея с большой ЭДС имеет больший размер, чем батарея с меньшей ЭДС. Эти батареи содержат больше энергии и, следовательно, могут выдавать большие токи.
На рисунке ниже показаны две основные части источника напряжения. ЭДС, присутствующая внутри батареи, и сопротивление. Эта ЭДС обозначается ε, а внутреннее сопротивление обозначается ‘r’ , оба они являются последовательными. Чем меньше внутреннее сопротивление батареи, тем больший ток она может подавать в цепь. Внутреннее сопротивление батареи может вести себя сложным образом, поскольку батарея разряжается, внутреннее сопротивление батареи увеличивается. Но это также может зависеть от величины и направления электрического тока через источник напряжения, его температуры и даже материала, из которого сделана батарея. Выходное напряжение батареи измеряется через ее клеммы, поэтому оно называется напряжением на клеммах. На приведенном ниже рисунке показана батарея и ее внутреннее сопротивление. Батарея последовательно соединена с другим внешним сопротивлением, которое обозначено как R нагрузка . Чистое напряжение, развиваемое на клеммах батареи, определяется уравнением, написанным ниже:
« I » считается положительным, если направление его потока от отрицательного к положительному полюсу батареи. Уравнение показывает, что чем больше ток, тем ниже напряжение на клеммах батареи. Также можно сделать вывод, что чем меньше внутреннее сопротивление, тем больше напряжение на клеммах. Эквивалентное сопротивление цепи становится,
Ток определяется по закону Ома,
Подробнее,
Решенные примеры по электродвижущей силеПример 1: Найти ток, который будет протекать внутри батареи напряжением 5 Вольт и внутренним сопротивлением 0,02 Ом, если ее клеммы соединены друг с другом. Решение:
Пример 2: Найти ток, который будет протекать внутри батареи с внутренним сопротивлением 10 Вольт и 2 Ом, если ее клеммы соединены друг с другом. Решение:
Пример 3. Найдите ток, который будет протекать внутри батареи напряжением 20 Вольт и внутренним сопротивлением 5 Ом, если ее клеммы соединены друг с другом. Найдите напряжение на клеммах аккумулятора. Решение:
Внутреннее сопротивление Ом и последовательное сопротивление нагрузки 10 Ом. Решение:
с и 3 Ом сопротивление нагрузки последовательно. Найдите напряжение на клеммах аккумулятора. Решение:
Часто задаваемые вопросы об электродвижущей силеQ1: Что такое электродвижущая сила?Ответ:
Q2: Как найти электродвижущую силу?Ответ:
Q3: Что такое электродвижущая сила элемента?Ответ:
Q4: Что такое размер электродвижущей силы?Ответ:
Q5: Какова единица ЭДС?Ответ:
|
Обратите внимание, что 12-вольтовая батарея грузовика может выдавать больший ток, чем 12-вольтовая батарея мотоцикла. Причиной этого может быть то, что аккумулятор грузовика имеет меньшее внутреннее сопротивление, чем аккумулятор мотоцикла.
Когда принимается во внимание нагрузочный резистор, расчет тока становится немного другим.
Найдите напряжение на клеммах аккумулятора. 
