Чем отличается ЭДС от электрического напряжения
Рубрика: Статьи Опубликовано 03.02.2020 · Комментарии: 0 · На чтение: 3 мин · Просмотры:Post Views: 220
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.
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?Практически нулевое сопротивление может быть только у сверхпроводников.
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.
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: 220
Чем различаются ЭДС и напряжение источника питания
Чем отличается ЭДС (электродвижущая сила) от напряжения? Рассмотрим сразу на конкретном примере. Берем батарейку, на которой написано 1,5 вольт. Подключаем к ней вольтметр, как показано на рисунке 1, чтобы проверить, действительно ли батарейка исправна.
Рисунок 1
Вольтметр показывает 1,5 В. Значит, батарейка исправна. Подключаем ее к маленькой лампочке. Лампочка светится. Теперь параллельно лампочке подключаем вольтметр, чтобы проверить: действительно ли на лампочку приходится 1,5 В. Получается схема, показанная на рисунке 2.
Рисунок 2
И тут оказывается, что вольтметр показывает, например, 1 В. Куда потрачены 0,5 В (которые разность между 1,5 В и 1 В)?
Дело в том, что любой реальный источник питания имеет внутреннее сопротивление (обозначается буквой r). Оно во многих случаях снижает характеристики источников питания, но изготовить источник питания вообще без внутреннего сопротивления невозможно. Поэтому нашу батарейку можно представить как идеальный источник питания и резистор, сопротивление которого соответствует внутреннему сопротивлению батарейки (рисунок 3).
Рисунок 3
Так вот, ЭДС в данном примере – это 1,5 В, Напряжение источника питания – 1 В, а разница 0,5 В была рассеяна на внутреннем сопротивлении источника питания.
ЭДС – это максимальное количество вольт, которое источник питания может выдать в цепь. Это постоянная для исправного источника питания величина. А напряжение источника питания зависит от того, что к нему подключено. (Здесь мы говорим только о тех типах источников питания, которые изучаются в рамках школьной программы).
В нашем примере лампочка с сопротивлением R и резистор соединены последовательно, поэтому ток в цепи можно найти по формуле
И тогда напряжение на лампочке равно
Получается, чем больше сопротивление лампочки, тем больше вольт приходится на нее, и тем меньше вольт бесполезно теряется в батарейке. Это касается не только лампочки и батарейки, но и любой цепи, состоящей из источника питания и нагрузки. Чем больше сопротивление нагрузки, тем меньше разница между напряжением и ЭДС. Если сопротивление нагрузки очень большое, то напряжение практически равно ЭДС. Сопротивление вольтметра всегда очень большое, поэтому в схеме на рисунке 1 он показал значение 1,5 В.
Пониманию смысла ЭДС мешает то, что в быту мы этот термин практически не употребляем. Мы говорим в магазине: «Дайте мне батарейку с напряжением 1,5 вольта», хотя правильно говорить: «Дайте мне батарейку с ЭДС 1,5 вольта». Но так уж повелось…
Похожая статья: чем отличается напряжение от потенциала.
—
Понравилась статья? Размести ссылку на сайт в социальных сетях
Эдс и напряжение: что это и в чем разница
Сейчас ЭДС и напряжение, воспринимается многими в качестве идентичных понятий, у которых, если и предусмотрены некоторые отличительные особенности, то они являются столь незначительными, что вряд ли заслуживают вашего к себе внимания.
С одной стороны, такое положение дел имеет место быть, ведь те аспекты, которые отличают между собой два этих понятия являются столь незначительными, что заметить их вряд ли удастся даже более-менее опытным пользователям. Тем не менее, таковые все же предусмотрены и говорить о том, что ЭДС и напряжение являются совершенно одинаковыми — тоже нельзя.
Что собой представляет ЭДС и почему его часто путают с напряжением?
ЭДС, или электродвижущая сила, как ее принято называть во многих учебниках, представляет собой такую физическую величину, которая характеризует работу каких-либо сторонних сил, присутствующих в источниках постоянного, либо-же переменного тока.
Если говорить об замкнутом проводящем контуре, то следовало бы отметить то, что в случае с ним, ЭДС будет равняться работе сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль вышеупомянутого контура. Путают электродвижущую силу и напряжение — не просто так. Как известно, два этих понятия, на сегодняшний день, 
Отдельного внимания с вашей стороны, заслуживает то, что у ЭДС гальванического элемента, предусматривается работа сторонних сил, работающих во время перемещения единичного положительного заряда от одного полюса к совершенно другому. Работа этих сторонних сил, напрямую зависит от формы траектории, но не может быть выражена через разность потенциалов. Последнее обуславливается тем, что сторонние силы — не являются потенциальными. Несмотря на то, что напряжение, представляет собой одно из самых незамысловатых понятий, многие потребители до конца не понимают того, что оно собой представляет. Если этого не понимаете и вы, то считаем должным навести для вас некоторые примеры.
Возьмем для наглядности обыкновенный резервуар с водой. Из такого резервуара, должна будет выходить обыкновенная труба. Так вот, высота водяного столба или давление, простыми словами и будет представлять собой напряжение, в то время, как скоростью потока вода, будет являться электрический ток. Ввиду вышесказанного, чем больше будет предусматривается воды в баке, тем большим будет его давление и напряжение, соответственно.
Главные отличия ЭДС от напряжения
Электродвижущей силой, называют напряжение, которое согласно своему определению, является отношением работы сторонних сил, касательно перенесению положительного заряда непосредственно к самой величине этого заряда. Напряжением, в свою очередь, считается уже отношение работы электрического поля, касательно перенесения так называемого электрического заряда. Так, к примеру, если в вашем автомобиле предусмотрен аккумулятор, то его ЭДС всегда будет равна 13 Вольтам. Ну а вот если к вышеупомянутому прибору вы при включенных фарах присоедините еще и вольтметр — прибор, предназначающийся для измерения напряжения, то последний показатель окажется гораздо меньшим, чем 13 Вт. Такая, возможно несколько странноватая тенденция, обуславливается тем, что в аккумуляторе, в качестве сторонних сил, воспринимается именно действие химической реакции. При этом, в автомобиле предусмотрен также и генератор, который во время работы двигателя вырабатывает простой электрический ток.
Ввиду вышесказанного, мы и можем говорить об основных отличительных особенностях ЭДС и напряжения:
- ЭДС будет зависеть от самого источника. Ну а вот если говорить мы будет об напряжение, то его показатель, напрямую зависит от того, что подключение и какой ток сейчас течет по цепи.
- ЭДС — это физическая величина, которая нужна для того, чтобы характеризовать работу некулоновских сил, а напряжение характеризует работа тока, касательно перемещения заряда последним.
- Понятия эти являются разными еще и потому что электродвижущая сила, предназначается для магнитной индукции, в то время, как напряжение, чаще всего используется по отношению к постоянному току.
Чем отличается ЭДС от напряжения.
Помниться, еще в школе на уроке физике, нас учитель поправлял, что подключаем источник ЭДС. С этим возникало много путаницы. Самая главная путаница возникает из-за того, что и напряжение, и ЭДС измеряются в вольтах. Но предлагаю по порядку. Тема не сложная, но требует внимания.
1. Электродвижущая сила (эдс), физическая величина, характеризующая действие сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока; в замкнутом проводящем контуре равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура
подробнее в БЭС здесь
Это значит, что источниками ЭДС являются процессы напрямую не связанные с электростатикой, но порождающие движение заряда в электрической цепи.
- Так например, механически вращая обмотки ротора в магнитном поле, мы будем в них формировать индукционную ЭДС. В каждом витке, при прохождении поля будет наводится своя ЭДС, которая в итоге будет суммироваться с ЭДС других витков.
- В любом аккумуляторе, батарейке существует ЭДС вызванная химическим процессом.
- В некоторых датчиках используется спайка двух разных металлов, которые при нагреве также выдают ЭДС. Термоэлектрические преобразователи.
- Пьезоэффект, основан на этом же, есть вещества, при механическом воздействии на которые, они способны выдавать ЭДС, например кварц.
- Фотоэффект также относится к источнику ЭДС.
Если источник ЭДС способен переместить
Как видим, используя различные виды материалов и способы их взаимодействия, мы можем как итог получать электродвижущую силу, способную сформировать движение зарядов и как следствие сформировать электрический ток в цепи.
Условно считается что ЭДС — это работа в 1 джоуль совершенная перемещением заряда по цепи в 1 кулон и измеряется в вольтах ЕДС=Джоуль/Кулон =вольт.
А теперь перейдем к напряжению. Напряжение, точно так же измеряется в вольтах, и напряжение — это разница потенциалов между двумя точками, но эти потенциалы рассматриваются в электростатическом поле. То есть перемещая из точки А в точку Б заряд в 1 кулон, мы будем совершать работу в 1 джоуль, при условии, что разница между точками в 1 вольт. Теперь логичный вопрос, а откуда взялось электрическое поле, а это электрическое поле как раз может быть получено источником ЭДС.
Если сравнивать с водонапорной башней. то можно показать такую картинку
На картинке видна разница между ЭДС и напряжением. Слева вода движется за счет напряжения, справа за счет ЭДС. Подробнее расказано в видео
Если Вам понравилась публикация, подписывайтесь на канал, за Ваши лайки чаще показывают Наши публикации.
Для поиска публикаций через поисковые системы, просто вводите слово Вивитроника.
Если есть вопросы или по желания, то пишите, через Обратную связь.
что это и в чем разница. Главные отличия ЭДС от напряжения
Чем отличается ЭДС (электродвижущая сила) от напряжения ? Рассмотрим сразу на конкретном примере. Берем батарейку, на которой написано 1,5 вольт. Подключаем к ней вольтметр, как показано на рисунке 1, чтобы проверить, действительно ли батарейка исправна.
Рисунок 1
Вольтметр показывает 1,5 В. Значит, батарейка исправна. Подключаем ее к маленькой лампочке. Лампочка светится. Теперь параллельно лампочке подключаем вольтметр, чтобы проверить: действительно ли на лампочку приходится 1,5 В. Получается схема, показанная на рисунке 2.
Другие различия между ними объясняются ниже в сравнительной таблице. Напряжение определяется как энергия требует переместить единицу заряда из одной точки в другую. Напряжение вызвано электрическим и магнитным полем. Напряжение развивается между концами источника. Потенциал положительной конечной точки источника выше по сравнению с отрицательными точками. Когда напряжение развивается по пассивному элементу, оно называется падением напряжения.
Главные отличия ЭДС от напряжения
Другими словами, это источник энергии от какого-либо активного источника, такого как батарея, к единичному кулоновскому заряду. Он измеряется в вольтах и обозначается символом ε. В третьем законе Ньютона говорится о сохранении энергии. В электромагнитном мире это лучше всего проявляется в виде закона Ленца, который гласит: «Индуцированная электродвижущая сила всегда порождает ток, магнитное поле которого противостоит первоначальному изменению магнитного потока».
Рисунок 2
И тут оказывается, что вольтметр показывает, например, 1 В. Куда потрачены 0,5 В (которые разность между 1,5 В и 1 В)?
Дело в том, что любой реальный источник питания имеет внутреннее сопротивление (обозначается буквой r). Оно во многих случаях снижает характеристики источников питания, но изготовить источник питания вообще без внутреннего сопротивления невозможно. Поэтому нашу батарейку можно представить как идеальный источник питания и резистор, сопротивление которого соответствует внутреннему сопротивлению батарейки (рисунок 3).
Чтобы понять это простыми словами, провод на диаграмме испытывает направленную вниз силу, потому что магнитное поле постоянного магнита реагирует с магнитным полем, создаваемым током, протекающим в проводе. Если бы вы изменили направление потока тока в проводе, провод будет двигаться вверх. Это также называется моторным эффектом, так как это то, как работают двигатели.
Провод испытывает крутящий момент, потому что ток, текущий в двух плечах петли, не находится в одном направлении, заставляя силы на проводе находиться в противоположных направлениях. Крутящий момент превращает проволочную петлю. Имея много таких проволочных шлейфов в своем роторе, двигатель способен переворачивать тяжелые нагрузки.
Рисунок 3
Так вот, ЭДС в данном примере — это 1,5 В
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
Чем отличается ЭДС источника от напряжения на его зажимах
Ну, во-первых, если строго по определению — это абсолюно разные величины. ЭДС — это термодинамическое понятие, а не электрическое, работа СТОРОННИХ сил по перемещению единичного заряда. В некотором идеальном случае (впрочем обычно реализуется ситуация, близкая к идеальной, отличие от идеала например для электрохимичесих с истем определяются внутренними токами саморазряда, которые конструкторы батарей стараются сделать как можно меньше) ЭДС численно равна (близка к) НРЦ — напряжению разомкнутой цепи. При протекании тока напряжение на зажимах батареи или генератора равно ЭДС минус падение напряжения на т. н. «внутреннем сопротивлении», которое впрочем является сильно феноменологической величино, ибо вычислить его из посторонних данных очень и очень непросто, особенно для электрохимических систем 🙂
Внутренним сопротивлением источника. r
закон Ома для полного участка цепи
ЭДС -на зажимах не включенного в электрическую схему, а второе — ЭДС минус U вн (падение суммарного тока в электрической схеме на внутреннем сопротивлении источника напяжения).