Чем отличается ЭДС от напряжения: простое объяснение на примере

В статье рассмотрены определение ЭДС и напряжения, основные параметры источника тока и его внутреннее сопротивление и самое главное — отличие ЭДС от напряжения.

Многие люди (в то числе и некоторые электрики) путают понятие электродвижущей силы (ЭДС) и напряжения. Хотя эти понятия имеют отличия. Несмотря на то, что они незначительные, не специалисту сложно в них разобраться. Не маловажную роль в этом играет единица измерения. Напряжение и ЭДС измеряются в одних единицах – Вольтах. На этом отличия не заканчиваются, подробно обо всем мы рассказали в статье! Содержание:

Что такое электродвижущая сила

Подробно этот вопрос мы рассмотрели в отдельной статье: https://samelectrik.ru/chto-takoe-eds-obyasnenie-prostymi-slovami.html

Под ЭДС понимается физическая величина, характеризующая работу каких-либо сторонних сил, находящихся в источниках питания постоянного или переменного тока. При этом, если имеется замкнутый контур, то можно сказать, что ЭДС равна работе сил по перемещению положительного заряда к отрицательному по замкнутой цепи. Или простыми словами, ЭДС источника тока представляет работу, необходимую для перемещения единичного заряда между полюсами.

При этом если источник тока имеющего бесконечную мощность, а внутреннее сопротивление будет отсутствовать (позиция А на рисунке), то ЭДС можно рассчитать по закону Ома для участка цепи, т.к. напряжение и электродвижущая сила в этом случае равны.

I=U/R,

где U – напряжение, а в рассмотренном примере — ЭДС.

Однако, реальный источник питания имеет конечное внутреннее сопротивление. Поэтому такой расчет нельзя применять на практике. В этом случае для определения ЭДС пользуются формулой для полной цепи.

I=E/(R+r),

где E (также обозначается как «ԑ») — ЭДС; R – сопротивление нагрузки, r – внутреннее сопротивление источника электропитания, I – ток в цепи.

Однако, эта формула не учитывает сопротивление проводников цепи. При этом необходимо понимать, что внутри источника постоянного тока и во внешней цепи, ток течет в разных направлениях. Разница заключается в том, что внутри элемента он течет от минуса к плюсу, то во внешней цепи от плюса к минусу.

Это наглядно представлено на ниже приведенном рисунке:

При этом электродвижущая сила измеряется вольтметром, в случае, когда нет нагрузки, т.е. источник питания работает в режиме холостого хода.

Чтобы найти ЭДС через напряжение и сопротивление нагрузки нужно найти внутреннее сопротивление источника питания, для этого измеряют напряжение дважды при разных токах нагрузки, после чего находят внутреннее сопротивление. Ниже приведен порядок вычисления по формулам, далее R1, R2 — сопротивление нагрузки для первого и второго измерения соответственно, остальные величины аналогично, U1, U2 – напряжения источника на его зажимах под нагрузкой.

Итак, нам известен ток, тогда он равен:

I1=E/(R1+r)

I2=E/(R2+r)

При этом:

R1=U1/I1

R2=U2/I2

Если подставить в первые уравнения, то:

I1=E/( (U1/I1)+r)

I2=E/( (U2/I2)+r)

Теперь разделим левые и правые части друг на друга:

(I1/I2)= [E/( (U1/I1)+r)]/[E/( (U2/I2)+r)]

После вычисления относительно сопротивления источника тока получим:

r=(U1-U2)/(I1-I2)

Внутреннее сопротивление r:

r= (U1+U2)/I,

где U1, U2 — напряжение на зажимах источника при разном токе нагрузки, I — ток в цепи.

Тогда ЭДС равно:

E=I*(R+r) или E=U1+I1*r

Что такое напряжение

Электрическое напряжение (обозначается как U) – это физическая величина, которая отражает количественную характеристику работы электрического поля по переносу заряда из точки А в точку В. Соответственно напряжение может быть между двумя точками цепи, но в отличии от ЭДС оно может быть между двумя выводами какого-то из элементов цепи. Напомним, что ЭДС характеризует работу, выполненную сторонними силами, то есть работу самого источника тока или ЭДС по переносу заряда через всю цепь, а не на конкретном элементе.

Это определение можно выразить простым языком. Напряжение источников постоянного тока – это сила, которая перемещает свободные электроны от одного атома к другому в определенном направлении.

Для переменного тока используют следующие понятия:

• мгновенное напряжение — это разность потенциалов между точками в данный промежуток времени;
• амплитудное значение – представляет максимальную величину по модулю мгновенного значения напряжения за промежуток времени;
• среднее значение – постоянная составляющая напряжения;
• среднеквадратичное и средневыпрямленное.

Напряжение участка цепи зависит от материала проводника, сопротивления нагрузки и температуры. Так же как и электродвижущая сила измеряется в Вольтах.

Часто для понимания физического смысла напряжения, его сравнивают с водонапорной башней. Столб воды отождествляют с напряжением, а поток с током.

При этом столб воды в башне постепенно уменьшается, что характеризует понижение напряжения и уменьшения силы тока.

Так в чем же отличие

Для лучшего понимания, в чем состоит разница электродвижущей силы от напряжения, рассмотрим пример. Имеется источник электрической энергии бесконечной мощности, в котором отсутствует внутреннее сопротивление. В электрической цепи смонтирована нагрузка. В этом случае будет справедливо утверждение, что ЭДС и напряжение тождественно равны, т.е между этими понятиями отсутствует разница.

Однако, это идеальные условия, которые в реальной жизни не встречаются. Эти условия используют исключительно при расчетах. В реальной жизни учитывается внутреннее сопротивление источника питания. В этом случае ЭДС и напряжение имеют отличия.

На рисунке представлено, какая разница будет в значениях электродвижущей силы и напряжении в реальных условиях. Вышеприведенная формула закона Ома для полной цепи описывает все процессы. При разомкнутой цепи на клеммах батарейки будет значение 1,5 Вольта. Это значение ЭДС. Подключив нагрузку, в данном случае это лампочка, на ней будет напряжение 1 вольт.

Разница от идеального источника заключается в наличии внутреннего сопротивления источника питания. На этом сопротивлении и происходит падение напряжения. Эти процессы описывает закон Ома для полной цепи.

Если измерительный прибор на зажимах источника электроэнергии показывает значение 1,5 Вольта, это будет электродвижущая сила, но повторим, при условии отсутствия нагрузки.

При подключении нагрузки на клеммах будет заведомо меньшее значение. Это и есть напряжение.

Вывод

Из вышесказанного можно сделать вывод, что основная разница между ЭДС и напряжением состоит:

1. Электродвижущая сила зависит от источника питания, а напряжение зависит от подключенной нагрузки и тока, протекающего по цепи.
2. Электродвижущая сила это физическая величина, характеризующая работу сторонних сил неэлектрического происхождения, происходящих в цепях постоянного и переменного тока.
3. Напряжение и ЭДС имеет единую единицу измерения – Вольт.
4. U -величина физическая, равная работе эффективного электрического поля, производимой при переносе единичного пробного заряда из точки А в точку В.

Таким образом, кратко, если представить U в виде столба воды, то ЭДС можно представить что это насос, поддерживающий уровень воды на постоянном уровне. Надеемся, после прочтения статьи Вам стало понятно основное отличие!

Материалы по теме:

• Чем отличается трансформатор от автотрансформатора
• Разница между контактором и пускателем
• Как узнать, есть ли напряжение в розетке

Опубликовано: 15.08.2019 Обновлено: 15.08.2019 нет комментариев

Чем отличается ЭДС от электрического напряжения

Рубрика: Статьи обо всем Опубликовано 03.02.2020   ·   Комментарии: 0   ·   На чтение: 3 мин   ·   Просмотры:

Post Views: 786

В чем разница между электродвижущей силой (ЭДС) и напряжением

Напряжение — это следствие прохождение электрического тока по цепи. Оно возникает на участках с сопротивлением на пути у электрического тока. Любая материя имеет сопротивление (кроме сверхпроводников), поэтому на всем участке есть напряжение. Где-то оно больше, где-то меньше, это зависит от сопротивления конкретного участка.

Сумма всех напряжений на цепи = ЭДС. Это второй закон Кирхгофа. Электродвижущая сила — это и есть причина движения электронов по цепи.

Почему тогда на батарейках или аккумуляторах, или в любом другом источнике указывается напряжение, а не ЭДС? Дело в том, что в идеальном источнике нет внутреннего сопротивления. В качестве внутреннего сопротивления могут быть контакты, материалы, химические реакции, реактивные сопротивления.

И так как они имеют сопротивление, то при прохождении через них электрического тока, на них появляется напряжение. Поэтому, в вольтах на клеммах источника тока указывается как напряжение, а не электродвижущая сила.

Практически нулевое сопротивление может быть только у сверхпроводников.

Эта путаница в понятиях часто вводит в заблуждение, такие как «Если напряжение — это следствие прохождение тока, то почему напряжение — это причина движения зарядов?». Причина прохождения электрического тока в цепи это ЭДС. Следствие прохождения тока по цепи на отельных участках — это возникновение напряжения. Напряжение всей цепи равно ЭДС. В бытовом плане не принято использовать термин ЭДС, в этом нет особой необходимости. Например, электродвижущая сила какого-нибудь аккумулятора равна 4,88 В, а напряжение на его клеммах 4,85 В. Стоит ли использовать значения электродвижущей силы, если несколько процентов вольт все равно останутся на клеммах источника?

Теория относительности и напряжение

Допустим, есть три шарика.

Один из них заряжен на +15В, второй на +5В, а третий — 0. Кто из них будет положительнее, а кто отрицательнее? Вся материя состоит из молекул. Молекулы в свою очередь состоят из атомов.

Атомы имеют различные свойства, но у каждого есть протон и электрон и почти у каждого в добавок к перечисленному — нейтрон. Что определяет заряд атома? Это компенсирование зарядов электронов и протонов. Электрон это минус, а протон — плюс. Если есть недостаток электронов, то атом положительно заряжен, если переизбыток — отрицательно. Почему так происходит? Это результат физических свойств атомов, окружающей среды и взаимодействия с другими материалами. Например, валентные электроны могут покидать атомы, тем самым делая его положительным.

Третий шарик, который нейтрален (у него протоны и электроны скомпенсированы) будет отрицательным по отношению к первым двум. Потому, что относительно тех шариков, у этого шарика больше электронов. Положительные стремятся заполучить их и притягиваются к нему. А что насчет двух положительных шариков? Тот, кто менее положительный — становится отрицательным. Если вычесть значение второго шарика из остальных, то получится следующая ситуация: у первого шарика +10В, у второго 0В, а у третьего -5В.

Относительно первого шарика остальные два стали отрицательными, и разница потенциалов увеличилась. Поэтому, если два каких-либо тела оба положительно (или отрицательно) заряжены с разницей, они могут быть относительно друг друга разноименными.

Это не противоречит закону Кулона. Два положительных (или отрицательных) шарика будут отталкиваться друг от друга, когда они одинаково заряжены. То есть, если есть два шарика +5В и +5В они начнут отталкиваться, но если они будут +4В и +5В — начнут притягиваться, пока не компенсируют заряды друг друга до одного значения (+4,5 В). Относительно 0 они все так же остаются положительно заряженными телами.

Post Views: 786

Напряжение и ЭДС

Господа, сегодня речь пойдет про напряжение. Все не раз слышали это слово. Все что-то про него знают. 

Но что же именно такое это самое напряжение? Что представляет собой физически? Откуда оно берется? На все эти вопросы мы попытаемся сегодня дать ответ.

Для начала определимся с тем, что же такое это самое напряжение? Классическая физика дает достаточно сложное для быстрого понимания формальное определение. Оно завязано на формальном определении потенциальной энергии зарядов в поле, собственно, потенциале и их разности. Вся сия ботва подкреплена целым каскадом формул. На мой взгляд сие положение дел сильно усложняет понимание именно физики процесса возникновения напряжения и замечательная лишь с точки зрения решения академических задач, мало имеющих отношения к действительности. Сейчас мы постараемся разобраться с напряжением, что называется, на пальцах, понять физику протекающих процессов. Многим этого уже будет достаточно. Если же нет – надеюсь, после сего объяснения формулы из школьного учебника физики будут пониматься чуточку проще и быстрее.

Возьмем два электрода. Например, клеммы источника питания, или клеммы батарейки. Теперь, если мы каким-нибудь образом создадим такие условия, что на «минусовой» клемме будет избыток электронов по сравнению с «плюсовой» клеммой, то можно говорить, что между этими двумя клеммами существует напряжение. Суть возникновения напряжения заключается в том, что часть электронов с одной клеммы («плюсовой») переносится на другую («минусовую»). Чем больше мы электронов перенесем, тем больше будет созданное напряжение. Теперь, если мы замкнем между собой эти клеммы, то электроны начнут возвращаться с минусовой клеммы обратно на плюсовую, откуда они были взяты – потечет электрический ток. То есть напряжение порождает электрический ток при определенных условиях.

Напряжение, как, думаю, все из вас знают, измеряется в вольтах. Однако вольт не входит в основные единицы системы СИ. Вольт – это 1 Джоуль (единица измерения энергии)/1 Кулон (единица измерения заряда). Почему это так? Формальный вывод вы можете глянуть в учебнике физики. А если объяснять на пальцах – то все достаточно просто. Заряды одного знака (в частности, электроны) как мы с вами помним – отталкиваются друг от друга. Поэтому что бы перетащить электрон с плюсовой клеммы на минусовую – где и так уже куча электронов – надо совершить определенную

работу. Минусовая клемма отталкивает от себя электроны, а мы их силой на нее запихиваем. Это как пытаться еще больше сжать уже наполовину сжатую пружину. Трудно довольно-таки. Напряжение в один вольт между клеммам возникает, когда мы совершаем работу в 1 Джоуль при переносе с одной клеммы на другую заряда в 1 кулон.

Не следует думать, что эта работа совершается впустую. Нет и еще раз нет! Эта энергия запасается. После, когда мы замкнем цепь и электрончики побегут с минуса обратно на плюс – они от радости, что возвращаются домой, они уже сами могут совершить некоторую работу – например, нагреть сопротивление или повращать электродвигатель или еще что-нибудь. Так что напряжение – это такая штука, что всегда готова вырваться наружу с энергией.

Возникает резонный вопрос – а как же перенести электроны с плюсовой клеммы на минусовую? Как создать это самое напряжение? Способов довольно много. Например, в батарейках – этот перенос возникает благодаря химической реакции. В фотоэлементах – благодаря действию энергии света на полупроводниковые материалы. В генераторах – благодаря действию магнитного поля на перемещающиеся в нем проводники. Возможно, позднее мы коснемся природы этих вещей более подробно.

Эти силы, которые участвуют в переносе электронов с плюса на минус – называют сторонними силами. А работа, которая ими совершается, очевидно, будет называться работой сторонних сил. И тут сам собой возникает термин ЭДС – электродвижущая сила.

ЭДС – это отношение работы сторонних сил по перемещению некоторого заряда, к этому самому заряду. По сути же получается то же самое напряжение, только, если можно так выразиться – с другой стороны. Напряжение все-таки возникает у нас между клеммами и открыто для потребителя. А ЭДС – это то, что скрыто от потребителя и характеризует процессы внутри источника. Эти процессы, эта работа протекает все время, пока источник функционирует и поддерживает напряжение, которое он выдает.

Рассмотрим чуть подробнее внутреннее устройство источника напряжения на примере простой модели. Эта модель представляет собой последовательное сопротивление ядра источника — устройства, в котором происходят различные процессы формирования напряжения и внутреннего сопротивления источника. Безусловно, в реальных устройствах они неотделимы друг от друга. Однако для облегчения понимания происходящих процессов их можно разделить, суть от этого не изменится. Итак, господа, так называемое ядро источника и выдает нам напряжение, точно равное ЭДС. А вот на клеммах источника питания – снаружи – мы может намерить напряжение, как равное ЭДС, так и меньше его.

Рассмотрим три разных случая (Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3). Во всех этих рисунках кружок с плюсом и минусом – это ядро источника, то, что непосредственно формирует напряжение. В нем как раз и работают сторонние силы и формируется ЭДС. Это самое ядро выдает нам напряжение точно равное значению ЭДС. Сопротивление R1 здесь — это внутреннее сопротивление источника. Обычно на практике оно составляет от долей Ома до единиц Ом. Заметьте, господа, и ядро E1  и сопротивление R1 обведены пунктиром – они находятся внутри батарейки! А вот сопротивление R2 находится за пределами батарейки – это наша полезная нагрузка. Например, лампочка. Или плеер. Или еще что.

Случай 1 – у нас идеальная батарейка. Этот случай соответствует рисунку 1. Она не имеет внутреннего сопротивления. В жизни, увы, такое не встретишь, но для понимания физики процессов рассмотреть будет полезно. В этом случае даже при подключенной нагрузке мы будем иметь на выходных клеммах батарейки напряжение, равное ЭДС.

 

 

Рисунок 1 – Идеальный источник напряжения

Случай 2 – у нас не идеальная батарейка. У нее есть свое внутреннее сопротивление R1. Но мы не нагружаем батарейку, ничего к ней не подключаем. Этот случай соответствует рисунку 2. Тогда на выходных клеммах батарейки мы так же будем наблюдать напряжение U3, равное ЭДС.

 

 Рисунок 2 – Реальный источник напряжения без нагрузки (холостой ход)

Случай 3 – у нас не идеальная батарейка и мы ее нагружаем сопротивлением R2. По цепи течет ток I. Этот случай соответствует рисунку 3. И вот в этом случае напряжение на клеммах, которое мы наблюдаем, не будет равно ЭДС! Оно будет меньше. Да, источник Е1 где-то в недрах батарейки все так же формирует напряжение U1, равное ЭДС. Но это напряжение делится между внутренним сопротивлением батарейки R1 и нашей нагрузкой R2. А сопротивление R1, как мы помним, так же находится в недрах батарейки и нам, юзерам, оно недоступно. Поэтому на клеммах батареи мы будем наблюдать напряжение, меньшее, чем ЭДС батареи. Этот случай чаще всего встречается в жизни. И именно он хорошо иллюстрирует, чем же отличается ЭДС источника и напряжение, формируемое источником.

 

 

Рисунок 3 – Реальный источник напряжения с нагрузкой

Итак, господа, краткий итог таков: напряжение, выдаваемое источником напряжения равно ЭДС тогда, когда мы можем пренебречь внутренним сопротивлением источника, а точнее падением напряжения на нем. Если же на внутреннем напряжении источника падает какое-либо напряжение, очевидно, выходное напряжение, формируемое источником, будем меньше ЭДС. Да, грань между понятиями ЭДС и напряжение довольно размытая, часто бывает путаница, но, господа, теперь ее будет меньше.

Коснемся теперь такого момента, как знак напряжения. Да, напряжение может быть как положительным, так и отрицательным. Физики процесса это нисколько не поменяет. Все остается в силе – на «отрицательной» клемме у нас электронов по прежнему больше, чем на «положительной».  Все зависит от того, какой электрод мы примем за начальную точку отсчета, то есть за ноль. А что считать нулем, вообще говоря? Принято считать, что ноль в данном случае – это наша земля-матушка. То есть что происходит. Мы берем наш изначально отвязанный (не соединенный никакими проводами) от земли источник. И дальше одну его клемму – на выбор – соединяем с землей. Если мы соединили с землей отрицательную клемму – значит, на свободной от земли клемме электронов меньше, чем на той, которую мы заземлили и у нас положительный источник. Если наоборот – соединили с землей положительную клемму – у нас источник выдает отрицательное напряжение. Только и всего.  Если у нас никакая клемма источника не соединена с землей, либо с какой-либо другой общей точкой, принятой в данной установке за ноль, то про такой источник питания бессмысленно говорить – положительный он или отрицательный. Можно лишь сказать, что на «отрицательной» клемме электронов больше, чем на положительной или то, что она имеет меньший потенциал.

Если у нас изначально источник питания сконструирован таким образом, что одна из его клемм подключена к земле – тут вообще все очевидно.

Спешу предупредить опасное заблуждение. Поскольку мы рассматриваем изначально отвязанные от земли источники питания, то соединение одной его клеммы с землей не вызовет протекание никакого тока! Часто можно встретить утверждение, что какие-то там токи потекут на землю, если подсоединить к ней одну из клемм источника. Нет, господа, нет и еще раз нет. Ничего там не потечет. Вы можете сами в этом убедиться. Возьмите вольтметр и измерьте напряжение между клеммами вашего отвязанного от земли источника и землей. Он покажет 0 Вольт, напряжения нет. Нет напряжения – не будет и тока. Однако если источник питания подключен одной из клемм к земле – тогда совсем другое дело, замыкание другой клеммы на землю приведет к короткому замыканию источника.

Вообще же тема земли и заземления совсем не такая простая, как кажется на первый взгляд. Там много хитрых моментов и подводных камней, особенно, когда речь заходит о заземлении высокочастотных цепей, либо цепей, в которых протекает очень большой ток. Однако это тема уже совсем другой статьи.

А пока мы заканчиваем. Всем удачи и до новых встреч!

Вступайте в нашу группу Вконтакте

Вопросы и предложения админу: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

Электродвижущая сила и напряжение источника тока

Под действием сил внешнего электрического поля и при наличии на концах проводника разности потенциалов — в проводнике возникает электрический ток. Источники электрического тока как раз и являются источниками разности потенциалов. В каждом источнике электрической энергии (тока) существующая разность потенциалов создаётся и поддерживается сторонними неэлектрическими силами. В источнике электрического тока происходит преобразование неэлектрической формы энергии в электрическую энергию.

Эта сила в источнике тока называется — электродвижущая сила. Сокращенное обозначение — ЭДС (э.д.с.), обозначается латинской буквой E.

Определение электродвижущей силы следующее:

Величина, численно равная работе, совершаемой источником электрической энергии при переносе частицы с зарядом, равной единице, по всей замкнутой цепи, называется электродвижущей силой. Она равна разности потенциалов на зажимах незамкнутого источника.

ЭДС можно выразить следующей формулой:

Именно электродвижущая сила является той причиной, по которой в электрической цепи существует электрический ток. В зависимости от типа источника ЭДС, природа сторонних сил, которые рождают электрическую разность потенциалом может быть: электрохимической (аккумуляторы, гальванические элементы и т.п.), электромагнитной (динамомашина, электрогенераторы), электротермической (элементы Пельтье), полупроводниковой (солнечные элементы).

Если в раствор серной кислоты опустить две металлические пластинки, например цинковую и медную, то между пластинами возникнет электродвижущая сила. Какова сущность этого явления?

В растворе молекулы серный кислоты под влиянием электролитической диссоциации распадаются на положительные и отрицательные ионы. Цинковая пластина, частично растворяясь под действием химических сил, выделяет в раствор положительные ионы. Эти ионы соединяются с отрицательными ионами серной кислоты. В результате и те и другие нейтрализуются и образуются нейтральные молекулы. Этот процесс приводит к тому, что цинковая пластина имея избыток отрицательных зарядов, соответственно заряжается отрицательно, а раствор, имея избыток положительных зарядов — заряжается положительно.

Медная пластина, практически не растворяется, она заряжается положительным зарядом как и раствор и имеет потенциал раствора.

В результате между двумя пластинами благодаря химическому взаимодействию устанавливается разность потенциалов. Химическая энергия преобразуется в электрическую.

Электродвижущую силу можно представить на примере двух сосудов с водой, которые с друг другом связаны. Пусть имеются два сообщающихся сосуда A и B, которые сообщаются через насос H. Кран K, через который также могут сообщатся два сосуда — это в открытом состоянии замкнутая электрическая цепь (клеммы замкнуты, например через лампу накаливания), а закрытом состоянии — это разомкнутая электрическая цепь, когда на клеммы ничего не подсоединяется (медная и цинковая пластины свободны от нагрузки). Соответственно трубка T подобна проводнику цепи.

Если в ручную с помощью насоса H перекачать воду из сосуда B в сосуд A, так, чтобы уровень в сосуде A был выше чем в сосуде B, то разница уровней воды в обоих сосудах как раз и будет подобием разности электрических потенциалов. Когда мы откроем кран K — вода потечёт из сосуда A в сосуд B и будет течь до тех пор, пока уровни не сравняются, а значит до тех пор пока не исчезнет разность потенциалов. Чтобы разность потенциалов или уровней воды была постоянной или одинаковой, допустим 5 см, или 10 Вольт, то для этого нужно совершать работу, то есть откачивать постоянно воду обратно из сосуда B в сосуд A. Причем откачивать надо так, чтобы держался постоянный уровень в 5 см.

Если здесь на примере нам требуется откачивать ручным насосом воду, а значит совершать механическую работу, то в химическом источнике тока эту работу совершают химические силы благодаря окислительно-восстановительным процессам. Выбор цинка и меди неслучаен, а соответствует электрохимическому ряду металлов, где один из металлов находится левее или правее другого и между ними образуется электрохимическая разность потенциалов.

Единицей измерения ЭДС является Вольт.

ЭДС источника тока равна одному Вольту, если при переносе одного Кулона электричества по замкнутой цепи источник совершает работу, равную одному Джоулю.

При замкнутой электрической цепи ЭДС источника распределяется, или затрачивается на внутреннюю (внутри источника тока) и внешнюю часть цепи. Эти две части называются падением напряжения. То падение напряжения, что происходит внутри источника называют — внутреннее падение напряжения, а то падение напряжения, что происходит во внешней части цепи (подсоединено на клеммы источника тока) — называется внешним напряжением, или напряжением источника тока и обозначается буквой U. Внутреннее падение напряжения обозначается как U₀.

В итоге можно записать такую формулу:

ЭДС источника тока E и напряжение источника тока U — это не одно и то же, они не могут быть равны, потому как всегда имеется U₀, которое больше нуля. Обычно хорошие источники тока имеют очень незначительную величину U₀, во много раз меньшую чем значение ЭДС источника тока, тогда значением внутреннего падения напряжения можно пренебречь и условно принять его за равным нулю в проводимых расчётах.

Дата: 08.04.2019

© Валентин Григорьев

Управление бесколлекторным двигателем по сигналам обратной ЭДС – понимание процесса

Когда я начал разрабатывать блок управления бесколлекторным двигателем (мотор-колесом), было много вопросов о том, как сопоставить реальный двигатель с абстрактной схемой из трех обмоток и магнитов, на которой, как правило, все объясняют принцип управления бесколлекторными двигателями.

Когда я реализовал управление по датчикам Холла я еще не очень понимал, что происходит в двигателе дальше абстрактных трех обмоток и двух полюсов: почему 120 градусов и почему алгоритм управления именно такой.

Все встало на место, когда я начал разбираться в идее бездатчикового управления бесколлекторным двигателем — понимание процесса, происходящего в реальной железке, помогло разработать аппаратную часть и понять алгоритм управления.

Ниже я постараюсь расписать свой путь к пониманию принципа управления бесколлекторным двигателем постоянного тока.

Для работы бесколлекторного двигателя необходимо чтобы постоянное магнитное поле ротора увлекалось за вращающемся электромагнитным полем статора, как и в обычном ДПТ.

Вращение магнитного поля статора осуществляется коммутацией обмоток с помощью электронного блока управления.
Конструкция бесколлекторного двигателя схожа с конструкцией синхронного двигателя, если подключить бесколлекторный двигатель в трехфазную сеть переменного тока, удовлетворяющую электрическим параметрам двигателя, он будет работать.

Определенная коммутация обмоток бесколлекторного двигателя позволяет управлять им от источника постоянного тока. Чтобы понять, как составить таблицу коммутаций бесколлекторного двигателя необходимо рассмотреть управление синхронной машиной переменного тока.

Синхронная машина
Синхронная машина управляется от трехфазной сети переменного тока. Двигатель имеет 3 электрические обмотки, смещенные между собой на 120 электрических градусов.

Запустив трехфазный двигатель в генераторном режиме, постоянным магнитным полем будет наводиться ЭДС на каждую из обмоток двигателя, обмотки двигателя распределены равномерно, на каждую из фаз будет наводиться синусоидальное напряжение и данные сигналы будут смещены между собой на 1/3 периода (рисунок 1). Форма ЭДС меняется по синусоидальному закону, период синусоиды равен 2П(360), поскольку мы имеем дело с электрическими величинами (ЭДС, напряжение, ток) назовем это электрическими градусами и будем измерять период в них.

При подаче на двигатель трехфазного напряжения в каждый момент времени на каждой обмотке будет некое значение силы тока.

                                                Рисунок 1. Вид сигнала трехфазного источника переменного тока.

Каждая обмотка формирует вектор магнитного поля пропорциональный току на обмотке. Сложив 3 вектора можно получить результирующий вектор магнитного поля. Так как с течением времени ток на обмотках двигателя меняется по синусоидальному закону, меняется величина вектора магнитного поля каждой обмотки, а результирующий суммарный вектор меняет угол поворота, при этом величина данного вектора остается постоянной.

                                                       Рисунок 2. Один электрический период трехфазного двигателя.

На рисунке 2 изображен один электрический период трехфазного двигателя, на данном периоде обозначено 3 произвольных момента, чтобы построить в каждом из этих моментов вектора магнитного поля отложим данный период, 360 электрических градусов, на окружности. Разместим 3 обмотки двигателя сдвинутые на 120 электрических градусов относительно друг друга (рисунок 3).

     Рисунок 3. Момент 1. Вектора магнитного поля каждой обмотки (слева) и результирующий вектор магнитного поля (справа).

Вдоль каждой из фаз построен вектор магнитного поля, создаваемый обмоткой двигателя. Направление вектора определяется направлением постоянного тока в обмотке, если напряжение, прикладываемое к обмотке положительно, то вектор направлен в противоположную сторону от обмотки, если отрицательное, то вдоль обмотки. Величина вектора пропорциональна величине напряжения на фазе в данный момент.
Чтобы получить результирующий вектор магнитного поля необходимо сложить данные вектора по закону сложения векторов.
Аналогично построение для второго и третьего моментов времени.

      Рисунок 4. Момент 2. Вектора магнитного поля каждой обмотки (слева) и результирующий вектор магнитного поля (справа).

Так, с течение времени, результирующий вектор плавно меняет свое направление, на рисунке 5 изображены получившиеся вектора и изображен полный поворот магнитного поля статора за один электрический период.

                                 Рисунок 5. Вид вращающегося магнитного поля формируемого обмотками на статоре двигателя.

За этим вектором электрического магнитного поля увлекается магнитное поле постоянных магнитов ротора в каждый момент времени (рисунок 6).

                            Рисунок 6. Постоянный магнит (ротор) следует направлению магнитного поля формируемого статором.

Так работает синхронная машина переменного тока.

Имея источник постоянного тока необходимо самостоятельно формировать один электрический период со сменой направлений тока на трех обмотках двигателя. Поскольку бесколлекторный двигатель по конструкции такой же, как синхронный, в генераторном режиме имеет идентичные параметры, необходимо отталкиваться от рисунка 5, где изображено сформированное вращающееся магнитное поле.

Постоянное напряжение
Источник постоянного тока имеет только 2 провода «плюс питания» и «минус питания» это значит, что есть возможность подавать напряжение только на две из трех обмоток. Необходимо аппроксимировать рисунок 5 и выделить все моменты, при которых возможно скоммутировать 2 фазы из трех.

Число перестановок из множества 3 равняется 6, следовательно, имеется 6 вариантов подключения обмоток.
Изобразим возможные варианты коммутаций и выделим последовательность, при которой вектор будет шаг за шагом проворачиваться далее пока не дойдет до конца периода и не начнет сначала.

Электрический период будем отсчитывать от первого вектора.

      Рисунок 7. Вид шести векторов магнитного поля которые можно создать от источника постоянного тока коммутацией двух из трех обмоток.

На рисунке 5 видно, что при управлении трехфазным синусоидальным напряжением имеется множество векторов плавно проворачивающихся с течением времени, а при коммутации постоянным током возможно получить вращающееся поле только из 6 векторов, то есть переключение на следующий шаг должно происходить каждые 60 электрических градусов.
Результаты из рисунка 7 сведены в таблицу 1.

 Таблица 1. Полученная последовательность коммутаций обмоток двигателя.

Плюс питания	Минус питания	Обмотка не подключена
W	U	V
W	V	U
U	V	W
U	W	V
V	W	U
V	U	W

Вид получившегося управляющего сигнала в соответствии с таблицей 1 изображен на рисунке 8. Где -V коммутация на минус источника питания (GND), а +V коммутация на плюс источника питания.
    Рисунок 8. Вид управляющих сигналов от источника постоянного тока для бесколлекторного двигателя. Желтый – фаза W, синий – U, красный – V.

Однако реальная картина с фаз двигателя будет похожа на синусоидальный сигнал из рисунка 1. У сигнала образуется трапециевидная форма, так как в моменты, когда обмотка двигателя не подключена, постоянные магниты ротора наводят на нее ЭДС (рисунок 9).

                                    Рисунок 9. Вид сигнала с обмоток бесколлекторного двигателя в рабочем режиме.

На осциллографе это выглядит так:

                                 Рисунок 10. Вид окна осциллографа при измерении одной фазы двигателя.

Конструктивные особенности
Как было сказано ранее за 6 переключений обмоток формируется один электрический период 360 электрических градусов.
Необходимо связать данный период с реальным углом вращения ротора. Двигатели с одной парой полюсов и трехзубым статором применяются крайне редко, двигатели имеют N пар полюсов.
На рисунке 11 изображены модели двигателя с одной парой полюсов и с двумя парами полюсов.

                                       а.                                                                                              б.
                                      Рисунок 11. Модель двигателя с одной (a) и с двумя (б) парами полюсов.

Двигатель с двумя парами полюсов имеет 6 обмоток, каждая из обмоток парная, каждая группа из 3 обмоток смещена между собой на 120 электрических градусов. На рисунке 12б. отложен один период для 6 обмоток. Обмотки U1-U2, V1-V2, W1-W2 соединены между собой и в конструкции представляют 3 провода вывода фаз. Для простоты рисунка не отображены соединения, но следует запомнить, что U1-U2, V1-V2, W1-W2 одно и то же.

На рисунке 12, исходя из данных таблицы 1, изображены вектора для одной и двух пар полюсов.

                                       а.                                                                                              б.
                     Рисунок 12. Схема векторов магнитного поля для двигателя с одной (a) и с двумя (б) парами полюсов.

На рисунке 13 изображены вектора, созданные 6 коммутациями обмоток двигателя с одной парой полюсов. Ротор состоит из постоянных магнитов, за 6 шагов ротор провернется на 360 механических градусов.
На рисунке обозначены конечные положения ротора, в промежутках между двумя соседними положениями ротор проворачивается от предыдущего к следующему скоммутированному состоянию. Когда ротор достигает данного конечного положения, должно происходить следующее переключение и ротор будет стремиться к новому заданному положению, так чтобы его вектор магнитного поля стал сонаправлен с вектором электромагнитного поля статора.

        Рисунок 13. Конечные положения ротора при шестиступенчатой коммутации бесколлекторного двигателя с одной парой полюсов.

В двигателях с N парами полюсов необходимо пройти N электрических периодов для полного механического оборота.
Двигатель с двумя парами полюсов будет иметь два магнита с полюсами S и N, и 6 обмоток (рисунок 14). Каждая группа из 3 обмотки смещены друг относительно друга на 120 электрических градусов.

        Рисунок 14. Конечные положения ротора при шестиступенчатой коммутации бесколлекторного двигателя с двумя парами полюсов.

Определение положения ротора бесколлекторного двигателя
Как было сказано ранее для работы двигателя необходимо в нужные моменты времени подключать напряжение на нужные обмотки статора. Подавать напряжение на обмотки двигателя нужно в зависимости от положения ротора, так чтобы магнитное поле статора всегда опережало магнитное поле ротора. Для определения положения ротора двигателя и коммутаций обмоток используют электронный блок управления.
Отслеживание положения ротора возможно несколькими способами:
      1. По датчикам Холла
      2. По обратной ЭДС
Как правило, датчиками Холла производители оснащают двигатель при выпуске, поэтому это самый распространённый метод управления.
Коммутирование обмоток в соответствии с сигналами обратной ЭДС позволяет отказаться от датчиков встроенных в двигатель и использовать в качестве датчика анализ свободной фазы двигателя, на которую будет наводиться магнитным полем противо-ЭДС.

Управление бесколлекторным двигателем с датчиками Холла
Чтобы коммутировать обмотки в нужные моменты времени необходимо отслеживать положение ротора в электрических градусах. Для этого применяются датчики Холла.
Поскольку имеется 6 состояний вектора магнитного поля необходимо 3 датчика Холла, которые будут представлять один абсолютный датчик положения с трехбитным выходом. Датчики Холла устанавливаются также как обмотки, смещенные между собой на 120 электрических градусов. Это позволяет использовать магниты ротора в качестве воздействующего элемента датчика.

                                Рисунок 15. Сигналы с датчиков Холла за один электрический оборот двигателя.

Для вращения двигателя необходимо чтобы магнитное поле статора опережало магнитное поле ротора, положение, когда вектор магнитного поля ротора сонаправлен с вектором магнитного поля статора является конечным для данной коммутации, именно в этот момент должно происходить переключение на следующую комбинацию, чтобы не давать ротору зависать в стационарном положении.
Cопоставим сигналы с датчиков Холла с комбинацией фаз которые необходимо скоммутировать (таблица 2)

 Таблица 2. Сопоставление сигналов датчиков Холла с коммутацией фаз двигателя.

Положение двигателя	HU(1)	HV(2)	HW(3)	U	V	W
0	0	0	1	0	—	+
	1	0	1	+	—	0
	1	0	0	+	0	—
	1	1	0	0	+	—
	0	1	0	—	+	0
360/N	0	1	1	—	0	+

При равномерном вращении двигателя с датчиков поступает сигнал смещенный на 1/6 периода, 60 электрических градусов (рисунок 16).
                                                        Рисунок 16. Вид сигнала с датчиков Холла.

Управление с помощью сигнала обратной ЭДС
Существуют бесколлекторный двигатели без датчиков положения. Определение положения ротора осуществляется с помощью анализа сигнала ЭДС на свободной фазе двигателя. В каждый момент времени к одной из фаз подключен «+» к другой «-» питания, одна из фаз остается свободной. Вращаясь, магнитное поле ротора наводит ЭДС в свободной обмотке. По мере вращения напряжение на свободной фазе изменяется (рисунок 17).

                                                 Рисунок 17. Изменение напряжения на фазе двигателя.

Сигнал с обмотки двигателя разбит на 4 момента:
   1. Обмотка подключена к 0
   2. Обмотка не подключена (свободная фаза)
   3. Обмотка подключена к питающему напряжению
   4. Обмотка не подключена (свободная фаза)
Сопоставив сигнал с фаз с управляющим сигналом, видно, что момент перехода на следующее состояние можно детектировать пересечением средней точки (половины питающего напряжения) с фазой, которая в данный момент не подключена (рисунок 18).

                            Рисунок 18. Сопоставление управляющего сигнала с сигналом на фазах двигателя.

После детектирования пересечения необходимо выдержать паузу и включать следующее состояние. По данному рисунку составлен алгоритм переключений состояний обмоток (таблица 3).

 Таблица 3. Алгоритм переключения обмоток двигателя

Текущее состояние	U	V	W	Следующее состояние
1	—	Ожидание пересечения средней точки из + в —	+	2
2	Ожидание пересечения средней точки из — в +	—	+	3
3	+	—	Ожидание пересечения средней точки из + в —	4
4	+	Ожидание пересечения средней точки из — в +	—	5
5	Ожидание пересечения средней точки из + в —	+	—	6
6	—	+	Ожидание пересечения средней точки из — в +	1

Пересечение средней точки проще всего детектировать компаратором, на один вход компаратора подается напряжение средней точки, а на второй текущее напряжение фазы.
                                            Рисунок 19. Детектирование средней точки компаратором.

Компаратор срабатывает в момент перехода напряжения через среднюю точку и генерирует сигнал для микроконтроллера.

Обработка сигнала с фаз двигателя
Однако сигнал с фаз при регулировании скорости ШИМ отличается видом, и имеет импульсный характер (рисунок 21), в таком сигнале невозможно детектировать пересечение со средней точкой.

                                        Рисунок 20. Вид сигнала фазы при регулировании скорости ШИМ.

Поэтому данный сигнал следует отфильтровать RC фильтром чтобы получить огибающую, а так же разделить под требования компаратора. По мере увеличения скважности шим сигнал будет возрастать по амплитуде (рисунок 22).

                                                   Рисунок 21. Схема делителя и фильтра сигнала с фазы двигателя.
                                            Рисунок 22. Огибающая сигнала при изменении скважности ШИМ.

Схема со средней точкой

                                                      Рисунок 23. Вид виртуальная средней точки. Картинка взята с avislab.com/

С фаз снимаются сигналы через токограничительные резисторы и объединяются, получается вот такая картина:

                                          Рисунок 24. Вид осциллограммы напряжения виртуальной средней точки.

Из-за ШИМ, напряжение средней точки не постоянно, сигнал так же необходимо фильтровать. Напряжение средней точки после сглаживания будет достаточно большим (в районе питающего напряжения двигателя), его необходимо разделить делителем напряжения до значения половины питающего напряжения.

После прохождения сигнала через фильтр колебания сглаживается и получается ровное напряжение относительно которого можно детектировать пересечение обратной ЭДС.

                                       Рисунок 26. Напряжение после делителя и фильтра низких частот.

Средняя точка будет менять свое значение в зависимости от напряжения (скважности ШИМ), так же как и огибающая сигнала.
                               

Полученные сигналы с компараторов заводятся на микроконтроллер, который их обрабатывает по алгоритму выше.
Пока на этом все.

разница между напряжением и ЭДС?

Принципиальная разница между ЭДС и напряжением?

Что такое напряжение?

Необходимое количество энергии для перемещения единичного заряда из одной точки в другую известно как напряжение. Другими словами, напряжение определяется как разница между электрическими потенциалами. Он представлен символом заглавной буквы «V» и измеряется в вольтах, обозначается буквой «V» и измеряется вольтметром.

• Один вольт — это разность электрического положения, равная одному амперу тока, который рассеивает один ватт мощности между двумя проводящими точками.

Или

• Вольт — это разность потенциалов, которая перемещает один джоуль энергии на кулоновский заряд между двумя точками.

V = J / C = W / A… в вольт

Где:

• V = напряжение в вольтах
• J = энергия в джоулях
• C = заряд в Колумбусе
• W = работа, выполненная в джоулей
• A = ток в амперах

Что такое ЭДС?

ЭДС или электродвижущая сила — это подача энергии на заряд аккумуляторной батареей.Другими словами, ЭДС создает и поддерживает напряжение внутри активной ячейки и подает энергию в джоулях на каждую единицу кулоновского заряда. Он обозначается буквой «ε», а единица измерения такая же, как напряжение, то есть вольт.

ЭДС — максимальная разность потенциалов между двумя точками батареи при отсутствии тока от источника в случае обрыва цепи. Короче говоря, ЭДС является причиной, а напряжение или разность потенциалов — следствием.

E или ε = W / Q … в вольтах

Где:

• E или ε = энергия электродвижущей силы в вольтах
• W = выполненная работа в джоулях
• Q = заряд в Колумбусе

Связанные Сообщение: Разница между реальной землей и виртуальной землей

Сравнительная таблица между напряжением и ЭДС.

Характеристики	Напряжение	ЭДС
Представленный символ	В	E или ε
Определение	Напряжение — это разность потенциалов между двумя точками, которая вызывает ток течь. Это количество энергии на единицу заряда при перемещении между двумя точками.	ЭДС или электродвижущая сила — это количество энергии, подаваемой на заряд аккумуляторным элементом.Он вырабатывает напряжение внутри активных источников батареи и подает энергию в джоулях на каждый кулон заряда.
Выражение	Разность потенциалов или напряжение заставляет ток течь между двумя точками.	ЭДС поддерживает разность потенциалов между двумя электродами.
Формулы	V = IR Где V = напряжение в вольтах I = ток в амперах R = сопротивление в омах	E = I (R + r) E = W / Q Где: E или ε = ЭДС в вольтах W = энергия выполненной работы в джоулях Q = заряд в кулонах r = внутреннее сопротивление аккумуляторной ячейки в омах
Выполненная работа	Работа, выполняемая при перемещении заряда из одной точки в другую по проводнику.	В источнике действуют внешние силы, перемещающие заряд из одной точки в другую.
Источники	Электрическое поле и магнитное поле.	Активные устройства, такие как аккумуляторные батареи, солнечные элементы, трансформаторы, электрические генераторы и динамо-машины, фотодиоды и т. Д.
Интенсивность	Интенсивность напряжения ниже ЭДС и непостоянна.	ЭДС имеет постоянную интенсивность с большей величиной.
Сопротивление	Напряжение зависит от сопротивления цепи.	ЭДС не зависит от сопротивления цепи.
Силовая операция	Напряжение не является кулоновской силовой операцией.	ЭДС — это действие кулоновской силы.
Причина / следствие	Напряжение — это эффект ЭДС.	ЭДС является причиной напряжения.
Измерение	Напряжение можно измерить между любыми двумя точками. Его можно измерить с помощью вольтметра.	ЭДС можно измерить между концевыми выводами, когда через них не протекает ток.Его можно измерить с помощью измерителя ЭДС.

Основные различия между ЭДС и напряжением

Ниже приведены ключевые различия между напряжением и ЭДС.

• Название EMF на первый взгляд подразумевает, что это сила, которая заставляет ток течь. Но это неверно, потому что это не сила, а энергия, поставляемая для зарядки некоторым активным устройством, таким как аккумулятор.
• ЭДС поддерживает разность потенциалов (P.D или напряжение), 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 из точки A в B.

Похожие сообщения:

.

Разница между ЭДС и разностью потенциалов

ЭДС и разностью потенциалов

ЭДС (электродвижущая сила) — это разность потенциалов между клеммами батареи, когда ток не течет через внешнюю цепь, когда цепь разомкнута. Разница потенциалов — это напряжение на клеммах батареи, когда ток проходит от нее к внешнему устройству.

Если вы хотите узнать разницу между ЭДС и разностью потенциалов, то вы попали в нужное место.Итак, продолжайте читать несколько минут.

Разница между электродвижущей силой и разностью потенциалов

Электродвижущая сила (ЭДС)	Разница потенциалов (Pd)
E.m.f — энергия, передаваемая элементу единичному заряду.	Разница потенциалов — это энергия, рассеиваемая при прохождении единичного заряда через компоненты.
E.m.f является причиной.	Возможная разница — это эффект.
ЭДС присутствует даже тогда, когда через аккумулятор не проходит ток.	Разность потенциалов на проводнике равна нулю в отсутствие тока.
Единица измерения — вольт.	Единица измерения — вольт.
Остается неизменным.	Не остается постоянной.
Всегда больше разности потенциалов.	Всегда меньше ЭДС.
Пропускает ток как внутри, так и снаружи ячейки.	Разница потенциалов передачи тока между двумя точками ячейки.
Его символ — E.	Его символ — V.
Его формула: E = I (Rtr) Rtr = общее внешнее и внутреннее сопротивление.	Его формула: V = E — Ir
Не зависит от сопротивления цепи.	Это напрямую зависит от сопротивления между двумя точками измерения.
Возникает в электрическом, магнитном и гравитационном поле.	Возникает только в электрическом поле.

Сейчас!
Узнаем подробно об электродвижущей силе (ЭДС) и разности потенциалов (pd).

Электродвижущая сила

Электродвижущая сила E источника — это энергия, передаваемая элементом на единичный заряд.
Когда источник электроэнергии подключен к сопротивлению R, он поддерживает постоянный ток через сопротивление. Батарея заставляет положительный заряд течь во внешней цепи.
Предположим, что заряд Δq прошел через цепь за время Δt. Этот заряд входит в ячейку с ее более низким потенциалом (отрицательный вывод) и покидает его положительный конец (положительный вывод), тогда источник должен совершить работу ΔW над зарядом Δq, перенося его на положительный вывод, который находится под более высоким потенциалом.
Таким образом, ЭДС источника определяется как «энергия, передаваемая элементом на единицу заряда».

E = Энергия / единичный заряд

или

E = ΔW / Δq

Приведенное выше соотношение является формулой электродвижущей силы.Единица ЭДС в системе СИ — джоуль / кулон, равная вольту.

что такое потенциальная разница в физике?

Разность потенциалов в двух точках проводника вызывает диссипацию электрической энергии в другие формы энергии по мере прохождения зарядов по цепи.
Когда один конец A провода подсоединяется к положительной клемме, а другой конец B — к отрицательной клемме батареи, тогда потенциал на A становится выше, чем потенциал на B.
Это вызывает разность потенциалов между двумя точками проводника. Течение тока продолжается до тех пор, пока существует разность потенциалов. Агент, который обеспечивает разность потенциалов для постоянного протекания тока по медному проводу, — это аккумулятор. Поскольку ток течет от более высокого потенциала к более низкому потенциалу через проводник, электрическая энергия (из-за тока) преобразуется в другие формы (тепло и свет и т. Д.).
Когда ток течет по проводнику, он испытывает сопротивление в проводнике за счет столкновения с атомом проводника.Эта энергия, поставляемая батареей, используется для преодоления этого сопротивления и рассеивается в виде тепла и других форм энергии. Рассеяние этой энергии объясняется разностью потенциалов на двух концах лампочки.
Теперь давайте посмотрим видео о разнице между разностью потенциалов и ЭДС.

Связанные темы

Внешние ссылки

• http://www.differencebetween.net/science/difference-between-electromotive-force-emf-and-potential-difference/

.

Cells EMF Internal Resistance — Study Материал для IIT JEE

• Полный курс физики — 11 класс

• ПРЕДЛАГАЕМАЯ ЦЕНА: рупий.2 968

• Просмотр подробностей

История

Луиджи Гальвани Итальянский ученый, отрезая лягушке ногу, его стальной скальпель задел один из нервов лягушки, и мышцы ноги дернулись.Нога дернулась. Он назвал это явление Феномен животным электричеством. Гальвани тогда считал, что это электричество является врожденным или естественным для живых существ, включая человека. Затем он был удостоен чести за открытие биоэлектричества. Но позже Алессандро Вольта не согласился с его открытием. Он проделал тот же эксперимент и смог воспроизвести тот же результат. Хотя Вольта получил тот же результат, заявление Гальвани его не удовлетворило. Вольта сказал, что ноги дергались из-за двух разных металлов.

Volta затем провел еще один эксперимент, чтобы доказать это. Он приготовил стопку чередующихся слоев из меди и цинка, которые были разделены бумагой или тканью, смоченной в смеси с соленой водой. В этом эксперименте цинк теряет электроны и, таким образом, происходит реакция окисления. Эти электроны затем принимаются ионами в воде и, таким образом, происходит реакция восстановления. Это основа элемента или батареи. Алессандро Вольта изобрел электрическую батарею. Впервые она была названа Voltaic Pile. За его вклад в науку единица электрического потенциала названа Вольт .

Гальваническая свая

Позже ученые улучшили дизайн Вольты. Гальваническая батарея не могла передавать ток в течение более длительного периода времени. Затем John Frederic Daniell разработал ячейку Daniell. Таким образом, он избежал проблем с коррозией изобретения Вольта. Затем Джордж Лекланш изобрел мокрый элемент, а доктор Карл Гасснер представил сухие элементы.Ученые заменили химический раствор сухими ячейками, заполненными химической пастой. Здесь металл снова окисляется, и происходят реакции как окисления, так и восстановления. Электрический ток не был полностью изучен до того, как были разработаны батареи. Сухие батареи — это один из наиболее часто используемых типов батарей в наши дни.

Простая схема сухого элемента

Gaston Plante представил первую аккумуляторную батарею. Это свинцово-кислотная аккумуляторная батарея, которая снова наиболее часто используется в автомобилях.

Ячейка

Мы знаем, что электрический ток — это поток заряженных частиц. Это поток электронов по цепи.

Ячейка — это устройство, которое поддерживает разность потенциалов, которая существует между двумя электродами из-за химической реакции. Набор из двух или более ячеек, которые соединены последовательно или параллельно, называется батареей . Таким образом мы получим необходимое напряжение или ток. Батарея — это источник энергии, преобразующий химическую энергию в электрическую.Он также известен как электрохимическая ячейка. Энергия хранится в форме химической энергии внутри батареи. Аккумуляторы дают нам удобный источник энергии для питания устройств без кабелей и проводов. Когда он подключен к цепи, он производит электрическую энергию.

Батарея состоит из двух клемм — положительной и отрицательной. Положительный вывод называется Cathode , а отрицательный вывод называется Anode . Их также называют электродами ячейки .Эти электроды будут погружены в раствор, называемый электролитом. Это жидкость, которая является ионной и проводит электричество. Выходное напряжение батареи зависит от элементов, используемых в качестве электродов, размера электродов и типа используемого в ней электролита.

Когда аккумулятор собирается заряжаться, к нему подключается внешний источник. Анод батареи подключен к отрицательной клемме источника, а катод подключен к положительной клемме источника. Поскольку внешний источник подключен к батарее, электроны вставляются в анод.Когда элемент или батарея подключены к цепи, происходят химические реакции. Таким образом, внутри двух электродов происходят химические реакции. Здесь происходят реакции окисления и восстановления. Затем на катоде происходит реакция восстановления, а на аноде — процесс окисления.

Компоненты ячейки

Катод действует как окислитель, принимая электроны от отрицательного концевого анода. Анод действует как восстановитель, теряя электроны.Таким образом, из-за этих химических реакций возникает электрическая разница между клеммами-анодом и катодом. При отключении питания электролит запрещает движение электронов непосредственно от анода к катоду. Вот почему мы используем внешний источник или подключаемся к цепи. Таким образом, электроны перемещаются от анода к катоду, когда цепь замкнута. Наконец, он дает питание подключенному к нему прибору. Спустя долгое время, когда электрохимический процесс изменяет материалы анода и катода, он перестает выделять электроны.Потом садится аккум.

Первичная ячейка и вторичная ячейка

Элемент или аккумулятор можно разделить на несколько категорий, например, первичный элемент или аккумулятор, вторичный элемент или аккумулятор, резервный элемент и топливный элемент. Первичный элемент нельзя зарядить повторно, поэтому его можно использовать только один раз. Химическая реакция будет необратимой, и активные материалы не могут вернуться в свою первоначальную форму в первичной ячейке. Сухие элементы, щелочные элементы и ртутные элементы являются различными примерами первичных элементов.Первичные элементы стоят недорого и могут быть легко использованы. Он не подходит для больших нагрузок.

Вторичные элементы можно заряжать снова и использовать снова и снова. Химическая реакция во вторичной ячейке обратима. Свинцово-кислотный элемент и топливные элементы являются примерами вторичных элементов. Свинцово-кислотный элемент широко используется в транспортных средствах и других приложениях, где требуется высокий ток нагрузки. Автомобильные аккумуляторы и резервные источники питания являются вторичными элементами. Солнечные элементы — это вторичные элементы, которые преобразуют энергию солнечного света в электрическую.Хотя стоимость вторичной ячейки выше по сравнению с первичной ячейкой, первичная ячейка может использоваться в течение длительного периода времени. Использование вторичной ячейки более сложно.

Соединения ячейки

Ячейки могут быть соединены в цепь как последовательно, так и параллельно. Для ячеек, соединенных последовательно, он дает большее результирующее напряжение. Поврежденные элементы можно легко идентифицировать и, следовательно, легко заменить, поскольку они разрывают цепь.Если какая-либо из ячеек повреждена в цепи, это может повлиять на все соединение. Ячейки, которые соединены последовательно, быстро истощаются, и поэтому они не служат дольше. В домашней электропроводке не используется.

Если ячейки соединены параллельно и одна из ячеек повреждена в цепи, это не повлияет на все соединение. Ячейки, соединенные параллельно, не изнашиваются легко и поэтому служат дольше. Напряжение, развиваемое ячейками при параллельном соединении, не может быть увеличено за счет увеличения количества элементов, присутствующих в цепи.Это потому, что у них разный круговой путь. При параллельном подключении подключение обеспечивает питание из расчета на одну ячейку. Так что яркость лампочки не будет высокой.

Самодельные батарейки

Из картошки можно сделать в домашних условиях батарею. Для этого эксперимента нам понадобятся картофель, оцинкованный гвоздь, медная монета, два зажима из кожи аллигатора и вольтметр. Оцинкованные гвозди имеют цинковое покрытие. Возьмите свежий картофель, потому что от его сока зависит результат эксперимента.Вставьте гальванизированный гвоздь в картофель немного по центру. Затем вставьте медную монету в картофель, который должен быть немного дальше от оцинкованного гвоздя. Теперь к медной монете подключают один зажим к медной монете и вольтметр. Второй зажим подключается к оцинкованному гвоздю, а следующий вывод подключается к вольтметру. Затем проверьте показания вольтметра. Будет небольшое повышение напряжения.

Картофель как аккумулятор

Картофельный сок действует как электролит в эксперименте, а цинк в ногте вступает в реакцию с медью.Таким образом происходит химическая реакция. Мы можем привести часы в действие, используя картофельные батарейки. Также можно зажечь лампочки от картофельного аккумулятора. Мы также можем вырабатывать электричество, используя лимонную батарею.

ЭДС

ЭДС или электродвижущая сила определяется как разность потенциалов, которая возникает между двумя выводами батареи в разомкнутой цепи. Мы знаем, что анод имеет положительный потенциал (V ₊ ), а катод — отрицательный потенциал (V _— ).Таким образом, ЭДС — это разность потенциалов между анодом положительного вывода и катодом отрицательного вывода, когда через него не протекает ток. ЭДС измеряет энергию, которая передается заряду, переносимому в элементе или батарее. Это энергия в джоулях, деленная на заряд в кулонах. ЭДС действует как инициирующая сила для протекания тока.

ε = E / Q, где ε — электродвижущая сила, E — энергия, а Q — заряд.

ЭДС, которая обозначается ε, а уравнение определяется как ε = V ₊ — (-V _— ) = V ₊ + V _-. Измеряется в вольтах.

Внутреннее сопротивление

Внутреннее сопротивление — это сопротивление внутри батареи, которое препятствует протеканию тока при подключении к цепи. Таким образом, он вызывает падение напряжения, когда через него протекает ток. Это сопротивление, обеспечиваемое электролитом и электродами, присутствующими в ячейке. Таким образом, внутреннее сопротивление обеспечивается электродами и электролитом, которые препятствуют прохождению тока внутри ячейки.

ЭДС и внутреннее сопротивление

Рассмотрим схему, приведенную ниже. Ячейка может быть модифицирована с помощью ЭДС ε и внутреннего резистора с сопротивлением r, включенного последовательно. В цепь также включен внешний нагрузочный резистор с сопротивлением R. Разность потенциалов клемм, представленная как V, определяется как разность потенциалов между положительной и отрицательной клеммами ячейки, когда ток течет по цепи.

ЭДС и внутреннее сопротивление

В = В ₊ + В _— — Ir.Это падение напряжения из-за внутреннего сопротивления.

Мы знаем, что ε = V ₊ + V _-. = Я (R + r).

ε = ИК + Ir.

= V + Ir

В = ε — Ir.

Итак, V = ε — Ir, где V — разность потенциалов в цепи, ε — ЭДС, I — ток, протекающий по цепи, r — внутреннее сопротивление.

Обычно внутреннее сопротивление ячейки не учитывается, потому что ε >> Ir. Величина внутреннего сопротивления меняется от ячейки к ячейке.

Эквивалентная ЭДС n ячеек в последовательной комбинации является суммой их индивидуальных ЭДС. Эквивалентное внутреннее сопротивление n ячеек в последовательной комбинации является суммой их индивидуального внутреннего сопротивления. Для n количества ячеек, включенных параллельно с ЭДС ε _1, ε _{2 ……} ε _n и внутренним сопротивлением r ₁ , r _2…. r _n

Сводка

• Алессандро Вольта изобрел электрическую батарею, которая сначала была названа Voltaic Pile .

• Ячейка — это ячейка, которая поддерживает разность потенциалов, существующую между двумя электродами из-за химической реакции. Когда две или более ячейки объединяются вместе, получается батарея. Он преобразует химическую энергию в электрическую.

• Батарея состоит из двух клемм, которые являются положительной и отрицательной клеммами и также известны как электроды ячейки . Положительный вывод называется Катод , а отрицательный вывод называется Анод .Эти электроды будут погружены в раствор, называемый электролитом. Когда происходит химическая реакция, на аноде происходит окисление, а на катоде — восстановление.

• Элемент или батарея делятся на две основные категории, такие как первичный элемент или аккумулятор и вторичный элемент. Первичная ячейка используется только один раз, а вторичная ячейка может использоваться более одного раза.

• Элементы можно соединять последовательно и параллельно в цепь.

• Мы можем сделать батарейки в домашних условиях из картофеля, лимона и т. Д.

• ЭДС или электродвижущая сила — это разность потенциалов, возникающая между двумя выводами батареи в разомкнутой цепи. ε = E / Q, ε — электродвижущая сила, E — энергия, Q — заряд.

• Внутреннее сопротивление, которое существует внутри батареи, препятствует протеканию тока при подключении к цепи.

Посмотрите это видео для получения дополнительной информации

Другие чтения

Ячейки, ЭДС, внутреннее сопротивление

Особенности курса

• 101 Видеолекция
• Примечания к редакции
• Документы за предыдущий год
• Ментальная карта
• Планировщик обучения
• Решения NCERT
• Обсуждение Форум
• Тестовая бумага с видео-решением

.

Портал | Существенная зависимость жизнеспособности клеток от времени экспозиции при исследованиях КНЧ-ЭМП и РЧ-ЭМП в лабораторных условиях.

• Литература
  • Поиск Поиск в базе данных научной литературы
  • Мобильная связь
    • Исследования населения
    • Экспериментальные исследования
    • Исследования мобильной связи 5-го поколения (5G)
  • 50/60 Гц
    • Исследования населения
    • Экспериментальные исследования (магнитные поля)
    • Экспериментальные исследования (электрические поля)
  • Дети и молодые животные
    • Исследования населения
    • Экспериментальные исследования
  • Статические поля
    • Экспериментальные исследования (магнитные поля)
    • Экспериментальные исследования (электрические поля)
• Технология
  • Источники ЭМП База данных измерений различных устройств и приборов
  • Общее
    • Электрические поля
    • Магнитные поля
    • Электромагнитные поля
    • Электромагнитный спектр
    • Исторический обзор
  • Статические поля (0 Гц)
    • Естественные статические поля
    • Искусственные статические поля
    • Системы пассажирских железнодорожных перевозок общего пользования
    • Постоянный ток высокого напряжения (HVDC)
    • Конвертерная станция
    • МРТ
    • Магнитные средства защиты (одеяла, нашивки, браслеты и т. Д.)
  • Низкая частота (0,1 Гц – 1 кГц)
    • Производство и распределение электроэнергии
    • Электросеть
    • Воздушные линии электропередачи
    • Подземные кабели
    • Подстанции
    • Источники воздействия дома
    • Система тягового питания 16.7 Гц
  • Промежуточная частота (1 кГц – 10 МГц)
    • Естественные поля промежуточной частоты
    • Искусственные поля промежуточной частоты
    • Индукционные плиты
    • Электрические транспортные средства
    • Беспроводное зарядное устройство для электромобилей
    • Другие источники полей
  • Радиочастота (10 МГц — 300 ГГц)
    • Естественные радиочастотные поля
    • Искусственные радиочастотные поля
    • Мобильная связь
    • Радиовещательные передатчики (радио и телевидение)
    • Цифровое радио TETRA
    • Микроволновая печь
    • Другие источники воздействия
• Глоссарий
• Последствия
  • Общее
    • Виды учебы
    • Оценка
    • Острые и хронические эффекты
    • Чувствительность разных групп населения
  • Статические поля (0 Гц)
  • Низкая частота (0.1 Гц – 1 кГц)
    • Генотоксичность
    • Электромагнитная гиперчувствительность
    • Нейродегенеративные заболевания (болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, БАС)
    • Рак и детский лейкоз
    • Модификация мозговых волн
    • Сердечно-сосудистая система
    • Секреция мелатонина
    • Имплантаты
    • Косвенные эффекты
  • Промежуточная частота (1 кГц – 10 МГц)
  • Радиочастота (10 МГц — 300 ГГц)
    • Рак
    • Электромагнитная гиперчувствительность
    • ЭЭГ / мозговая активность
    • Когнитивные, психомоторные функции и функции памяти
    • Спать
    • Гематоэнцефалический барьер
    • Плодородие
    • Генотоксичность
    • СВЧ слух
    • Косвенные эффекты
    • Терапевтические приложения
• Больше
  • Ссылки Ссылки на национальные и международные учреждения, связанные с ЭМП
  • Пределы
    • Предельные значения
    • Основные ограничения
    • Контрольные уровни
    • Предельные значения в Германии (для широкой публики)
    • Предельные значения в Германии (профессиональное воздействие)
    • Предельные значения сравниваются на международном уровне
  • Сообщение о рисках
    • Диалог в информировании о рисках
    • Инструменты информирования о рисках
    • Восприятие риска
    • Оценка риска
    • Процедура оценки воздействия на здоровье
    • Управление рисками
  • Электротравмы
    • Причины
    • Параметры воздействия электрического тока
    • Время возникновения травм
    • Механизмы действия
    • Пораженные органы и ткани
    • Заболеваемость
    • Предельные значения
    • Справочная информация для предельных значений
    • Публикации

• Команда
• Финансирование
• Пожертвования
• Авторизоваться
• Язык
  • Deutsch
  • английский (ток)
  • 日本語

×

• Команда
• Финансирование
• Пожертвования
• Авторизоваться
• Язык Deutsch английский (ток) 日本語

• Литература
  • Поиск Поиск в базе данных научной литературы
  • Мобильная связь
    • Исследования населения
    • Экспериментальные исследования
    • Исследования мобильной связи 5-го поколения (5G)
  • 50/60 Гц
    • Исследования населения
    • Экспериментальные исследования (магнитные поля)
    • Экспериментальные исследования (электрические поля)
  • Дети и молодые животные
    • Исследования населения
    • Экспериментальные исследования
  • Статические поля
    • Экспериментальные исследования (магнитные поля)
    • Экспериментальные исследования (электрические поля)
• Технология
  • Источники ЭМП База данных измерений различных устройств и приборов
  • Общее
    • Электрические поля
    • Магнитные поля
    • Электромагнитные поля
    • Электромагнитный спектр
    • Исторический обзор
  • Статические поля (0 Гц)
    • Естественные статические поля
    • Искусственные статические поля
    • Системы пассажирских железнодорожных перевозок общего пользования
    • Постоянный ток высокого напряжения (HVDC)
    • Конвертерная станция
    • МРТ
    • Магнитные средства защиты (одеяла, нашивки, браслеты и т. Д.)
  • Низкая частота (0,1 Гц – 1 кГц)
    • Производство и распределение электроэнергии
    • Электросеть
    • Воздушные линии электропередачи
    • Подземные кабели
    • Подстанции
    • Источники воздействия дома
    • Система тягового питания 16.7 Гц
  • Промежуточная частота (1 кГц – 10 МГц)
    • Естественные поля промежуточной частоты
    • Искусственные поля промежуточной частоты
    • Индукционные плиты
    • Электрические транспортные средства

.