Что такое ЭДС (электродвижущая сила) — объяснение и описание

Когда родилось понятие «электрон», люди сразу связали его с определенной работой. Электрон – это по-гречески «янтарь». То, что грекам для того, чтобы найти этот бесполезный, в общем-то, магический камушек, надо было довольно далеко проехать на север — такие усилия тут, в общем-то, не в счет. А вот стоило проделать некоторую работу — руками по натиранию камушка о шерстяную сухую тряпочку — и он приобретал новые свойства. Это знали все. Натереть просто так, ради сугубо бескорыстного интереса, чтобы понаблюдать, как теперь к «электрону» начинает притягиваться мелкий мусор: пылинки, шерстинки, ниточки, перышки. В дальнейшем, когда появился целый класс явлений, объединенных потом в понятие «электричество», работа, которую надо обязательно затратить, не давала людям покоя. Раз нужно затратить, чтобы получился фокус с пылинками — значит, хорошо бы эту работу как-то сохранить, накопить, а потом и получить обратно.

Иллюстрация 1

Таким образом из все более усложнявшихся фокусов с разными материалами и философских рассуждений и научились эту магическую силу собирать в баночку. А потом сделать и так, чтобы она из баночки постепенно высвобождалась, вызывая действия, которые стало уже можно ощутить, а очень скоро и померить. И померили настолько остроумно, имея всего-то пару шелковых шариков или палочек и пружинные крутильные весы, что и теперь мы вполне серьезно пользуемся все теми же формулами для расчетов электрических цепей, которые уже пронизали теперь всю планету, бесконечно сложных, сравнительно с теми первыми приспособлениями.

  Иллюстрация 2

А название этого могучего джинна, сидящего в баночке, так до сих пор и содержит восторг давних открывателей: «Электродвижущая сила». Но только сила эта — совсем не электрическая. А наоборот, посторонняя страшная сила, заставляющая электрические заряды двигаться «против воли», то есть преодолевая взаимное отталкивание, и собираться где-то с одной стороны. От этого получается разность потенциалов. Ее и можно использовать, пустив заряды другим путем. Где их «не сторожит» эта страшная ЭДС. И заставить, тем самым, выполнить некоторую работу.

Принцип работы

ЭДС — это сила самой разной природы, хотя измеряется она в вольтах:

Схема простейшего прибора

• Химической. Происходит от процессов химического замещения ионов одних металлов ионами других (более активных). В результате образуются лишние электроны, стремящиеся «спастись» на краю ближайшего проводника. Такой процесс бывает обратимым или необратимым. Обратимый — в аккумуляторах. Их можно зарядить, вернув заряженные ионы обратно в раствор, отчего он приобретет больше, например, кислотности (в кислотных аккумуляторах). Кислотность электролита и есть причина ЭДС аккумулятора, работает непрерывно, пока раствор не станет абсолютно нейтральным химически.

Аккумуляторная батарея в разрезе       Схематическое изображение аккумуляторной батареи

• Магнитодинамической. Возникает при воздействии на проводник, некоторым образом ориентированный в пространстве, изменяющегося магнитного поля. Или от магнита, движущегося относительно проводника, или от движения проводника относительно магнитного поля. Электроны в этом случае тоже стремятся двигаться в проводнике, что позволяет их улавливать и помещать на выходные контакты устройства, создавая разность потенциалов.

Работа фотоэлемента   Электрогенератор

• Электромагнитной. Переменное магнитное поле создается в магнитном материале переменным электрическим напряжением первичной обмотки. Во вторичной обмотке возникает движение электронов, а значит и напряжение, пропорциональное напряжению в первичной обмотке. Значком ЭДС трансформаторы могут обозначаться в схемах эквивалентного замещения.

Схема работы трансформатора

• Фотоэлектрической. Свет, попадая на некоторые проводящие материалы, способен выбивать электроны, то есть делать их свободными. Создается избыток этих частиц, отчего лишние выталкиваются к одному из электродов (аноду). Возникает напряжение, которое и способно породить электрический ток. Такие приборы называются фотоэлементами. Первоначально были придуманы вакуумные фотоэлементы, в которых электроды были установлены в колбе с вакуумом. Электроны в этом случае выталкивались за пределы металлической пластинки (катод), а улавливались другим электродом (анод). Такие фотоэлементы нашли применение в датчиках света. С изобретением же более практичных полупроводниковых фотоэлементов стало возможным создавать из них мощные батареи, чтобы суммированием электродвижущей силы каждого из них вырабатывать существенное напряжение.

Схема работы солнечной батареи

• Теплоэлектрической. Если два разных металла или полупроводника спаять в одной точке, а потом в эту точку доставить тепло, например, свечи, то на противоположных концах пары металлов (термопары) возникает разница в плотностях электронного газа. Эта разница может накапливаться, если соединить термопары последовательной цепочкой, подобно соединению гальванических элементов в батарее или отдельных фотоэлементов в солнечной батарее. ТермоЭДС используется в очень точных датчиках температуры. С этим явлением связано несколько эффектов (Пельтье, Томсона, Зеебека), которые успешно исследуются. Фактом является то, что теплота способна непосредственно превратиться в электродвижущую силу, то есть напряжение.

Схема работы тепловой батареи

• Электростатической. Такие источники ЭДС были придуманы практически одновременно с гальваническими элементами или даже раньше (если считать натирание янтаря шелком нормальным производством ЭДС). Они еще называются электрофорными машинами, или, по имени изобретателя, генераторами Вимшурста. Хотя Вимшурст создал внятное техническое решение, позволяющее снятый потенциал накапливать в лейденской банке — первом конденсаторе (причем, хорошей емкости). Первой же электрофорной машиной можно считать огромный шар из серы, насаженный на ось, — аппарат магдебургского бургомистра Отто фон Герике в середине XVII века. Принцип работы — натирание легко электризующихся от трения материалов. Правда прогресс у фон Герике можно назвать, по поговорке, движимым ленью, когда нет охоты натирать янтарь или что-то другое вручную. Хотя, конечно, этому любознательному политику чего-чего, а фантазии и активности было не занимать. Вспомним хотя бы его же всем известный опыт с разрыванием двумя вереницами ослов (или мулов) шара без воздуха за цепи на два полушария.

Электрофорная машина

Электризация, как первоначально предполагали, происходит именно от «трения», то есть, натирая янтарь тряпкой, мы «срываем» с его поверхности электроны. Однако исследования показали, что здесь не так все просто. Оказывается, на поверхности диэлектриков всегда имеются неравномерности заряда, и к этим неравномерностям притягиваются ионы из воздуха. Образуется такая воздушно-ионная шуба, которую мы и повреждаем, натирая поверхность.

• Термоэмиссионной. При нагревании металлов с их поверхности срываются электроны. В вакууме они достигают другого электрода и наводят там отрицательный потенциал. Очень перспективное сейчас направление. На рисунке приведена схема защиты гиперзвукового летательного аппарата от перегрева частей корпуса встречным потоком воздуха, причем термоэлектроны, испускаемые катодом (который при этом охлаждается — одновременное действие эффектов Пельтье и/или Томсона), достигают анода, наводя на нем заряд. Заряд, вернее, напряжение, которое равно полученной ЭДС, можно использовать в цепи потребления внутри аппарата.

Термоэмиссионный заряд

1 — катод, 2 — анод, 3, 4 — отводы катода и анода, 5 — потребитель

• Пьезоэлектрической. Многие кристаллические диэлектрики, когда испытывают механическое давление на себя в каком-либо направлении, реагируют на него наведением разницы потенциалов между своими поверхностями. Эта разность зависит от приложенного давления, поэтому уже используется в датчиках давления. Пьезоэлектрические зажигалки для газовых плит не требуют никакого другого источника энергии — только нажатия пальцем на кнопочку. Известны попытки создания пьезоэлектрической системы зажигания в автомобилях на основе пьезокерамики, получающей давление от системы кулачков, связанных с главным валом двигателя. «Хорошие» пьезоэлектрики — у которых пропорциональность ЭДС от давления высоко точна — бывают очень тверды (например, кварц), при механическом давлении почти не деформируются.

   Пьезоэлектрический элемент  Схема пьезоэлектрического элемента

• Однако долгое воздействие давлением на них вызывает их разрушение. В природе мощные слои каменных пород также являются пьезоэлектриками, давления земных толщ наводят громадные заряды на их поверхностях, что порождает в глубинах земли титанические бури и грозы. Однако, не все так страшно.Уже были разработаны и эластичные пьезоэлектрики, и даже уже началось изготовление на их основе (и на основе нанотехнологий) изделий, идущих на продажу.

То, что единицей измерения ЭДС является единица электрического напряжения, понятно. Так как самые разнородные механизмы, создающие электродвижущую силу источника тока, все преобразуют свои виды энергии в движение и накопление электронов, а это в конечном счете и приводит к появлению такого напряжения.

Ток, возникающий от ЭДС

Электродвижущая сила источника тока на то и движущая сила, что электроны от нее начинают двигаться, если замкнуть электрическую цепь. Их к этому принуждает ЭДС, пользуясь своей неэлектрической «половиной» природы, которая не зависит, все-таки, от половины, связанной с электронами. Так как считается, что ток в цепи течет от плюса к минусу (такое определение направления было сделано раньше, чем все узнали, что электрон — отрицательная частица), то внутри прибора с ЭДС ток делает движение завершающее — от минуса к плюсу. И всегда рисуют у знака ЭДС, куда направлена стрелочка – +. Только в обоих случаях — и внутри ЭДС источника тока, и снаружи, то есть в потребляющей цепи, — мы имеем дело с электрическим током со всеми его обязательными свойствами. В проводниках ток наталкивается на их сопротивление. И здесь, в первой половине цикла, имеем сопротивление нагрузки, во второй, внутренней, — сопротивление источника или внутреннее сопротивление.

Внутренний процесс работает не мгновенно (хотя очень быстро), а с определенной интенсивностью. Он совершает работу по доставке зарядов от минуса к плюсу, и это тоже встречает сопротивление…

Работа электрической батарейки

Сопротивление это двоякого рода.

1. Внутреннее сопротивление работает против сил, разъединяющих заряды, оно имеет природу, «близкую» этим разъединяющим силам. По крайней мере, работает с ними в едином механизме. Например, кислота, отбирающая кислород у двуокиси свинца и замещающая его на ионы SO₄-, определенно испытывает некоторое химическое сопротивление. И это как раз и проявляется как работа внутреннего сопротивления аккумулятора.
2. Когда наружная (выходная) половина цепи не замкнута, появление все новых и новых электронов на одном из полюсов (и убывание их с другого полюса) вызывает усиление напряженности электростатического поля на полюсах аккумулятора и усиление отталкивания между электронами. Что позволяет системе «не идти вразнос» и остановиться на некотором состоянии насыщенности. Больше электронов из аккумулятора наружу не принимается. И это внешне выглядит как наличие постоянного электрического напряжения между клеммами аккумулятора, которое называется U_хх, напряжением холостого хода. И оно численно равно ЭДС — электродвижущей силе. Поэтому и единицей измерения ЭДС является вольт (в системе СИ).

Но если только подключить к аккумулятору нагрузку из проводников, имеющих отличное от нуля сопротивление, то немедленно потечет ток, сила которого определяется по закону Ома.  

Померить внутреннее сопротивление источника ЭДС, казалось бы, можно. Стоит включить в цепь амперметр и шунтировать (закоротить) внешнее сопротивление. Однако внутреннее сопротивление настолько низко, что аккумулятор начнет разряжаться катастрофически, вырабатывая огромное количество теплоты, как на внешних закороченных проводниках, так и во внутреннем пространстве источника.

Однако можно поступить иначе:

1.  Измерить E (помним, напряжение холостого хода, единица измерения — вольт).
2. Подключить в качестве нагрузки некоторый резистор и померить падение напряжения на нем. Вычислить ток I₁.
3. Вычислить значение внутреннего сопротивления источника ЭДС можно, воспользовавшись выражением для r  

Иллюстрация

Обычно способность аккумулятора выдавать электроэнергию оценивается его энергетической «емкостью» в амперчасах. Но интересно было бы посмотреть, какой максимальный ток он может вырабатывать. Несмотря на то, что, быть может, электродвижущая сила источника тока заставит его взорваться. Так как идея устроить на нем короткое замыкание показалась не очень заманчивой, можно вычислить эту величину чисто теоретически. ЭДС равно U_хх. Просто нужно дорисовать график зависимости падения напряжения на резисторе от тока (следовательно, и от сопротивления нагрузки) до точки, в которой сопротивление нагрузки будет равно нулю. Это точка I_кз, пересечения красной линии с линией координаты I, в которой напряжение U стало нулевым, а все напряжение E источника будет падать на внутреннее сопротивление.

Часто кажущие простыми основные понятия не всегда бывает можно понять без привлечения примеров и аналогий. Что такое электродвижущая сила, и как она работает, можно представить, только рассмотрев множество ее проявлений. А стоит рассмотреть определение ЭДС, как оно дается солидными источниками посредством умных академических слов — и все начинай с начала: электродвижущая сила источника тока. Или просто выбей на стене золотыми буквами:

Надпись Похожие статьи:

Эдс Википедия

Электродвижущая сила (ЭДС) — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних сил (то есть любых сил, кроме электростатических и диссипативных) действующих в квазистационарных цепях постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль всего контура^[1][2].

По аналогии с напряжённостью электрического поля вводят понятие напряжённость сторонних сил E→ex{\displaystyle {\vec {E}}_{ex}}, под которой понимают векторную физическую величину, равную отношению сторонней силы, действующей на пробный электрический заряд к величине этого заряда. Тогда в замкнутом контуре L{\displaystyle L} ЭДС будет равна:

E=∮L⁡E→ex⋅dl→,{\displaystyle {\mathcal {E}}=\oint \limits _{L}{\vec {E}}_{ex}\cdot {\vec {dl}},}

где dl→{\displaystyle {\vec {dl}}} — элемент контура.

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

ЭДС и закон Ома

Электродвижущая сила источника связана с электрическим током, протекающим в цепи, соотношениями закона Ома. Закон Ома для неоднородного участка цепи имеет вид^[1]:

φ1−φ2+E=IR,{\displaystyle \varphi _{1}-\varphi _{2}+{\mathcal {E}}=IR,}

где φ1−φ2{\displaystyle \varphi _{1}-\varphi _{2}} — разность между значениями потенциала в начале и в конце участка цепи, I{\displaystyle I} — сила тока, текущего по участку, а R{\displaystyle R} — сопротивление участка.

Если точки 1 и 2 совпадают (цепь замкнута), то φ1−φ2=0{\displaystyle \varphi _{1}-\varphi _{2}=0} и предыдущая формула переходит в формулу закона Ома для замкнутой цепи^[1]:

E=IR,{\displaystyle {\mathcal {E}}=IR,}

где теперь R{\displaystyle R} — полное сопротивление всей цепи.

В общем случае полное сопротивление цепи складывается из сопротивления внешнего по отношению к источнику тока участка цепи (Re{\displaystyle R_{e}}) и внутреннего сопротивления самого́ источника тока (r{\displaystyle r}). С учётом этого следует:

E=IRe+Ir.{\displaystyle {\mathcal {E}}=IR_{e}+Ir.}

ЭДС источника тока

Если на участке цепи не действуют сторонние силы (однородный участок цепи) и, значит, источника тока на нём нет, то, как это следует из закона Ома для неоднородного участка цепи, выполняется:

φ1−φ2=IR.{\displaystyle \varphi _{1}-\varphi _{2}=IR.}

Значит, если в качестве точки 1 выбрать анод источника, а в качестве точки 2 — его катод, то для разности между потенциалами анода φa{\displaystyle \varphi _{a}} и катода φk{\displaystyle \varphi _{k}} можно записать:

φa−φk=IRe,{\displaystyle \varphi _{a}-\varphi _{k}=IR_{e},}

где как и ранее Re{\displaystyle R_{e}} — сопротивление внешнего участка цепи.

Из этого соотношения и закона Ома для замкнутой цепи, записанного в виде E=IRe+Ir{\displaystyle {\mathcal {E}}=IR_{e}+Ir} нетрудно получить

φa−φkE=ReRe+r{\displaystyle {\frac {\varphi _{a}-\varphi _{k}}{\mathcal {E}}}={\frac {R_{e}}{R_{e}+r}}} и затем φa−φk=ReRe+rE.{\displaystyle \varphi _{a}-\varphi _{k}={\frac {R_{e}}{R_{e}+r}}{\mathcal {E}}.}

Из полученного соотношения следуют два вывода:

1. Во всех случаях, когда по цепи течёт ток, разность потенциалов между клеммами источника тока φa−φk{\displaystyle \varphi _{a}-\varphi _{k}} меньше, чем ЭДС источника.
2. В предельном случае, когда Re{\displaystyle R_{e}} бесконечно (цепь разорвана), выполняется E=φa−φk.{\displaystyle {\mathcal {E}}=\varphi _{a}-\varphi _{k}.}

Таким образом, ЭДС источника тока равна разности потенциалов между его клеммами в состоянии, когда источник отключён от цепи^[1].

ЭДС индукции

Причиной возникновения электродвижущей силы в замкнутом контуре может стать изменение потока магнитного поля, пронизывающего поверхность, ограниченную данным контуром. Это явление называется электромагнитной индукцией. Величина ЭДС индукции в контуре определяется выражением

E=−dΦdt,{\displaystyle {\mathcal {E}}=-{\frac {d\Phi }{dt}},}

где Φ{\displaystyle \Phi } — поток магнитного поля через замкнутую поверхность, ограниченную контуром. Знак «−» перед выражением показывает, что индукционный ток, созданный ЭДС индукции, препятствует изменению магнитного потока в контуре (см. правило Ленца). В свою очередь причиной изменения магнитного потока может быть как изменение магнитного поля, так и движение контура в целом или его отдельных частей.

Неэлектростатический характер ЭДС

Внутри источника ЭДС ток течёт в направлении, противоположном нормальному. Это невозможно без дополнительной силы неэлектростатической природы, преодолевающей силу электрического отталкивания

Как показано на рисунке, электрический ток, нормальное направление которого — от «плюса» к «минусу», внутри источника ЭДС (например, внутри гальванического элемента) течёт в противоположном направлении. Направление от «плюса» к «минусу» совпадает с направлением электростатической силы, действующей на положительные заряды. Поэтому для того, чтобы заставить ток течь в противоположном направлении, необходима дополнительная сила неэлектростатической природы (центробежная сила, сила Лоренца, силы химической природы, сила со стороны вихревого электрического поля) которая бы преодолевала силу со стороны электростатического поля. Диссипативные силы, хотя и противодействуют электростатическому полю, не могут заставить ток течь в противоположном направлении, поэтому они не входят в состав сторонних сил, работа которых используется в определении ЭДС.

Сторонние силы

Сторонними силами называются силы, вызывающие перемещение электрических зарядов внутри источника постоянного тока против направления действия сил электростатического поля. Например, в гальваническом элементе или аккумуляторе сторонние силы возникают в результате электрохимических процессов, происходящих на границе соприкосновения электрода с электролитом; в электрическом генераторе постоянного тока сторонней силой является сила Лоренца^[3].

См. также

Примечания

Вопрос №4. Понятие электрической цепи постоянного тока. Электродвижущая сила (20 мин.)

Одна из важнейших задач электротехники – передача электрической энергии на дальние и ближние расстояния. Этот процесс осуществляется по электрическим цепям.

Электрическая цепь – совокупность устройств, предназначенных для получения, передачи, преобразования и использования электри­ческой энергии.

Электрическая цепь состоит из источников электрической энергии, передающих и преобразующих элементов, приемников электроэнергии.

Источники электрической энергии осуществляют преобразо­вание в электрическую энергию каких-либо других видов энергии – механической (генераторах электрической энергии), тепловой (термопреобразователи), химической (аккумуляторы, гальванические элементы), световой (фотогенераторы) и др.

Приемники электрической энергии или потребители пре­образуют электроэнергию в другие виды энергии, например, в механическую (электродвигатели), тепловую (электрические печи, нагревательные приборы), химическую (электролизные ванны), световую (лампы накаливания).

Передающие элементы цепи служат для передачи электрической энергии от источников, рас­пределения ее между приемниками и контроля режима работы всех электротехнических устройств. К ним относятся коммутационная аппаратура (аппараты для включения и от­ключения цепи, предохранители), преобразующие устройства (трансформаторы), линии и измерительные приборы.

Классификация электрических цепей приведена в таблице 4.

Таблица 4

Классификация электрических цепей
По виду тока
Цепи постоянного тока		Цепи переменного тока
По содержанию элементов
Линейные цепи (содержат только линейные элементы)		Нелинейные цепи (содержат хотя бы один нелинейный элемент)
По конфигурации
Простые (содержат один источник питания и один контур)	Сложные (содержат два и более источников питания и контуров)	Неразветвленные (содержат один контур)	Разветвленные (содержат много контуров)

Основной задачей изучения электротехники является овладение методиками расчетов электрических цепей. Для того, чтобы произвести расчет реальной электрической цепи необходимо составить ее схемы (табл. 5).

Таблица 5

Электрическая схема
Эскизная	Принципиальная	Схема замещения
Реальное изображение электротехнических устройств и способов их соединения 1 – рубильник, 2 – лампа накаливания (приемник электрической энергии), 3 – аккумуляторная батарея (источник элек­трической энергии постоянного тока), контролирующие приборы – амперметр (4) и вольтметр (5)	Графическое изображение цепи, в которой каждое электротехническое устройство заменено (согласно ГОСТам) его условным обозначением	Графическое отображение электрической цепи с использованием различных идеализированных элементов (источников питания, резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности и т.д.), выбранных так, чтобы можно было с заданным или необходимым приближением описать процессы в цепи

Для того, чтобы выполнить расчет электрической цепи необходимо составить ее схему замещения. Элементами электрической цепи являются источники электрической энергии, активные и реактивные сопротивления.

Условные графические обозначения некоторых элементов электрической цепи приведены в табл. 6.

Таблица 6

Элемент электрической цепи	Условное обозначение	Элемент электрической цепи	Условное обозначение
Термопара		Лампа накаливания сигнальная
Фотоэлемент		Катушка индуктивности
Гальванический элемент (ГЭ) или аккумулятор		Катушка индуктивности с ферромагнитным сердечником
Источник ЭДС		Источник тока
Батарея ГЭ или аккумуляторов		Конденсатор
Линия электрической связи		Конденсатор регулируемый
Узел цепи		Контакт выключателя
Заземление		Переключатель
Резистор		Штепсельный разъем
Реостат		Плавкий предохранитель
Реостат		Амперметр
Варистор (нелинейный резистор)		Вольтметр
Лампа накаливания осветительная		Ваттметр

Для описания электрической цепи используются топологические понятия, основными из которых являются узел, ветвь и контур (рис. 17).

Ветвь – совокупность связанных элементов электрической цепи между двумя узлами. Это участок цепи, по которому протекает один и тот же ток. Ветвь по определению содержит элементы.

Узел – место соединения не менее трех ветвей.

Контур – замкнутый путь, про­ходящий по нескольким ветвям так, что ни одна ветвь и ни один узел не встречается больше одного раза.

Контур называется элементарным, если содержит хотя бы одну ветвь, не входящую в другие выбранные контуры, и неэлементарным, если все ветви данного контура входят в другие выбранные контуры (рис. 18).

По определению различные контуры электрической цепи должны отличаться друг от друга по крайней мере одной ветвью. Количество контуров, которые могут быть образованы для данной электрической цепи, ограничено и определено.

Рис. 18

Например, укажите максимальное число контуров, которые можно образовать в этой цепи (рис. 19) с участием R₁.

Рис. 19

Укажите максимальное число контуров, которые можно образовать в этой цепи (рис. 19).

Элементы электрической цепи подразделяются на: активные − источники электрической энергии и пассивные, т.е. не способные генерировать электрическую энергию (приемники электроэнергии).

Источник электрической энергии, включенный в замкнутую электрическую цепь, расходует энергию на преодоление сопротивления внешней и внутренней (внутреннего сопротивления самого источника) цепей (рис. 20). В сопротивлении происходит необратимый процесс преобразования электрической энергии в тепловую.

Рис. 20

Чтобы в электрической цепи протекал ток, необходимо иметь разность потенциалов на зажимах цепи. Эту разность потенциалов создают источники электродвижущей силы. В каждом источнике электрической энергии действуют сторонние силы.

Сторонние силы – это силы неэлектрического происхождения, вызывающие разделение зарядов.

Например, сторонними силами являются:

• в электрических генераторах – механическая сила, под действием которой проводник перемещается в магнитном поле, в результате чего в проводнике возникает электродвижущая сила;

• в химических источниках тока (гальванические элементы, аккумуляторы) – химическая реакция;

• в термогенераторах – нагрев места спая двух разнородных металлов;

• в фотоэлементах – действие светового потока на пластину цезия.

Сторонние силы перемещают внутри источников эклектической энергии электрические заряды, в результате чего энергия одного вида превращается в энергию другого вида. Если к источнику электрической энергии подключить приемники, то в цепи будет протекать электрический ток.

При существовании тока в электрической цепи источник совершает работу.

Электродвижущая сила источника (ЭДС) – работа, затрачиваемая сторонними силами на перемещение единицы положительного заряда от меньшего потенциала к большему. Единица измерения – Вольт.

где E – электродвижущая сила; А — работа, Дж; q – величина электрического заряда, Кл.

Таким образом, условное обозначение источника ЭДС включает два элемента. Первый из них кружок со стрелкой указывает, что в источнике есть ЭДС Е, стрелка показывает направление ЭДС. При этом ток в источнике за счет действия сторонних (не электрических) сил протекает от отрицательного зажима к положительному, от зажима с меньшим потенциалом к зажиму с большим. Второй элемент с с сопротивлением r_вн или иногда его обозначают r₀ характеризует преобразование электроэнергии внутри источника в тепло, иными словами потери энергии внутри источника (рис. 21).

Рис. 21

Направление перемещения положительных зарядов, а следовательно, и направление тока, протекающего в замкнутой цепи, совпадает с направлением ЭДС. При протекании тока через участок, имеющий сопротивление, на концах этого участка возникают потенциалы φ₁ и φ₂, разность которых равна напряжению, падающему на этом участке U₁₂ (рис. 22).

На каждом участке цепи (рис. 20) ток протекает от точки с большим потенциалом (φ₁) к точке с меньшим потенциалом (φ₂).

Рис. 22

Источниками постоянного тока являются генераторы постоянного тока, аккумуляторы и гальванические элементы (рис. 23).

а)	б)	в)
Рис. 23. Виды источников постоянного тока: а) батарейка; б) генератор постоянного тока; в) аккумулятор

Постоянный ток применяется при электрохимическом получении алюминия, на городском и железнодорожном электротранспорте, в электронике, медицине и других областях на­уки и техники. В настоящее время быстрыми темпами развиваются и совершенствуются различные альтернативные источники электрической энергии постоянного тока – сол­нечные батареи, фотоэлементы, МГД-генераторы.

что такое ЭДС? по физике

Электродвижущая сила (ЭДС) — физическая величина, характеризующая работу сторонних (непотенциальных) сил в источниках постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль контура. ЭДС можно выразить через напряжённость электрического поля сторонних сил (Eex). В замкнутом контуре (L) тогда ЭДС будет равна: , где dl — элемент длины контура. ЭДС так же, как и напряжение, измеряется в вольтах. Можно говорить об электродвижущей силе на любом участке цепи. Это удельная работа сторонних сил не во всем контуре, а только на данном участке. ЭДС гальванического элемента есть работа сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда внутри элемента от одного полюса к другому. Работа сторонних сил не может быть выражена через разность потенциалов, так как сторонние силы непотенциальны и их работа зависит от формы траектории. Так, например, работа сторонних сил при перемещении заряда между клеммами тока вне самого источника равна нулю. [править] ЭДС индукции Причиной электродвижущей силы может стать изменение магнитного поля в окружающем пространстве. Это явление называется магнитной индукцией. Величина ЭДС индукции в контуре определяется выражением где Φ — поток магнитного поля через замкнутую поверхность S, ограниченную контуром. Знак «−» перед выражением показывает, что индукционный ток, созданный ЭДС индукции, препятствует изменению магнитного потока в контуре (правило Ленца).

Электро-движущая сила.

электродвижущая сила

Электродвижущая сила.

Электродвижущая сила))

Да, это электродвижущая сила. В каждом источнике она есть (в генераторе, в батарейке, в аккумуляторе) . Это напряжение на выходе источника питания, когда условия идеальны. Что это значит? Когда нет нагрузки (ток в цепи = 0), то напряжение на выходе источника питания равно ЭДС. Но дело в том, что у источника питания есть такой параметр, как внутреннее сопротивление. Поэтому, когда ток от источника питания больше нуля, то Uвых = ЭДС — Iвых * Rвнутренее. Из-за этого, когда мы нагружаем источник питания (подсоединяем больше нагрузки или по-другому — увеличиваем ток нагрузки) , то напряжение на выходе источника питания уменьшается, хотя ЭДС остаётся постоянной.

Виталий петух

Электродвижущая сила

XFMKB XB YF HFDYFZ DFUDJFF

это когда сила заставляет двигаться мотор и т. д.

В современной теории электричества сложилось мнение, что кулоновские силы действуют только между зарядами. На самом же деле, в металлических проводниках существует нулевой потенциал проводника. И именно этот нулевой потенциал является центральным элементом электричества, без которого никакой ток никуда не побежит потому, что разность электрических потенциалов между нулевым потенциалом проводника и отрицательным (или положительным) потенциалом источника тока рождает в цепи силу движения зарядов – ЭДС. И эта сила равна алгебраической разности величины перемещаемого заряда и нулём. ЭДС = +q или –q минус 0. То есть ЭДС и напряжение источника тока – это одно и то же явление. А сторонняя сила это выдумка мыслителей, не разобравшихся в электричестве. <img src=»//otvet.imgsmail.ru/download/272766473_c99c5108d834ca79866f7886d7cf9a40_800.jpg» data-lsrc=»//otvet.imgsmail.ru/download/272766473_c99c5108d834ca79866f7886d7cf9a40_120x120.jpg» data-big=»1″>

В современной теории электричества сложилось мнение, что кулоновские силы действуют только между зарядами. На самом же деле, в металлических проводниках существует нулевой потенциал проводника. И именно этот нулевой потенциал является центральным элементом электричества, без которого никакой ток никуда не побежит потому, что разность электрических потенциалов между нулевым потенциалом проводника и отрицательным (или положительным) потенциалом источника тока рождает в цепи силу движения зарядов – ЭДС. И эта сила равна алгебраической разности величины перемещаемого заряда и нулём. ЭДС = +q или –q минус 0. То есть ЭДС и напряжение источника тока – это одно и то же явление. А сторонняя сила это выдумка мыслителей, не разобравшихся в электричестве. <img src=»//otvet.imgsmail.ru/download/265070448_c99c5108d834ca79866f7886d7cf9a40_800.jpg» data-lsrc=»//otvet.imgsmail.ru/download/265070448_c99c5108d834ca79866f7886d7cf9a40_120x120.jpg» data-big=»1″>

Л­ю­д­и, вы в­курсе чт­о с­е­й­час в Р­ос­сии к­р­уп­ны­е м­и­ро­вы­е ко­м­п­а­н­ии р­а­зыгр­ыв­а­ют п­од­ар­ки и ден­ьги за о­тв­еты н­а их в­о­пр­осы? На ww­w.­fon­d­2019.­r­u мо­жете почит­ать подр­о­бн­ее. М­ож­ет е­щ­ё у­сп­еете по­ка у н­и­х пр­из­ы н­е конч­или­сь:)

Оль­га, спасибо, ч­т­о п­о­с­о­вето­вал­а <a rel=»nofollow» href=»https://ok.ru/dk?cmd=logExternal&amp;st.cmd=logExternal&amp;st.link=http://mail.yandex.ru/r?url=http://fond2019.ru/&amp;https://mail.ru &amp;st.name=externalLinkRedirect&amp;st» target=»_blank»>fond2019.ru</a> В­ы­пла­т­или 28 т­ы­с­я­ч за 20 ми­нут ка­к ты и н­ап­ис­а­л­а. Ж­ал­ь что рань­ш­е н­е знал­а про так­и­е фо­нды, на р­а­б­от­у б­ы х­одить не пришло­с­ь:)

О­л­ьг­а, с­п­а­с­ибо, ч­то п­о­совет­о­ва­ла <a rel=»nofollow» href=»https://ok.ru/dk?cmd=logExternal&amp;st.cmd=logExternal&amp;st.link=http://mail.yandex.ru/r?url=http://aoru.ru/&amp;https://mail.ru &amp;st.name=externalLinkRedirect&amp;st» target=»_blank»>aoru.ru</a> Вып­латили 38 ты­с­я­ч за 20 ми­н­ут к­а­к ты и на­п­и­са­ла. Ж­аль ч­т­о ран­ьше не знал­а п­ро т­а­к­ие п­р­оекты, на ра­б­о­т­у бы х­оди­т­ь не п­р­и­ш­лос­ь:)

Обсуждение:Источник ЭДС — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Изменения в сторону неидеального источника[править код]

Я не совсем согласен с недавними изменениями (было определение идеального источника, теперь описан реальный и сказано что еще есть понятие идеального). Чтобы мне точнее выразить свою мысль, пусть автор изменений (Участник:Dycros) кратко ответит на три вопроса:

1. Первый рисунок — это эквивалентная схема источника ЭДС (насколько я понял — да, т.к. там есть r₀)?

Это схема замещения реального источника ЭДС. r0 — его внутреннее сопротивление. Dycros 18:52, 11 июня 2008 (UTC)

2. Что такое кружок со стрелкой на схеме замещения?

Кружок со стрелкой — обозначение идеального источника ЭДС. В сумме с r0 является обозначением реального источника ЭДС. Dycros 18:52, 11 июня 2008 (UTC)

3. Что такое внутреннее сопротивление? —Кae 18:27, 11 июня 2008 (UTC)

Внутреннее сопротивление :] … К примеру у гальванического элемента внутренним сопротивлением является взаимное столкновение ионов при их движении в растворе кислоты от одного электрода к другому. Dycros 18:52, 11 июня 2008 (UTC)

Ответы даны, теперь посмотрим, какие недостатки у статьи Источник ЭДС (далее для краткости сабж (subject)) в нынешнем виде.

1. Сабж определен сам через себя: на экв. схеме сабжа есть сабж. Соответственно (если нарисовать полную эквивалентную схему) в нем еще один сабж, в нем еще и т.д.
2. В статье Внутреннее сопротивление определение мое, я думал вы приведете другое, более выгодное для вашей позиции (на самом деле другого нигде нет — все полагают, что это само собой разумеется). Придется пользоваться моим. Если туда посмотреть, то видно, что оно определено через сабж. А сабж через внутреннее сопротивление. Опять заколдованный круг.
3. Само понятие (неидеального) источника ЭДС бесполезно и вводит в заблуждение. Во-первых, деление активных двухполюсников на сабжи и источники тока чисто условное: есть теорема о том, что источник с внутренним сопротивлением можно рассматривать как источник ЭДС с последовательным резистором и как источник тока с параллельным резистором (преобразование одного в другое элементарно). То есть с какой радости мы отнесли некий источник к сабжу? Может это источник тока? Во-вторых, для рассмотрения системы с сабжем нам обязательно нужно разделить его на идеальный источник и внутреннее сопротивление и только потом считать (то есть неидельный источник — искусственное нагромождение двух понятий, их все равно приходится делить).
4. Определение в нынешнем виде нестабильно: «источник электрической энергии, внутреннее сопротивление которого мало по сравнению с сопротивлением нагрузки» — т.е. уменьшили сопротивление нагрузки — и сабж уже не сабж по определению!!!

Теперь задумаемся, почему так и что делать. (сейчас передохну и напишу вторую часть) —Кae 19:25, 11 июня 2008 (UTC)

Дело в том, что первичными (и атомарными) понятиями теории цепей являются 3 вещи: идеальный источник ЭДС, идеальный источник тока, импеданс. Их нельзя свести один к другому, зато все остальное строится из них, любая эквивалентная схема в конечном счете сводится к данным трем элементам, иначе нельзя применить строгую математику. Поэтому определения нужно вводить в первую очередь для этих первичных понятий (и они не будут выражены сами через себя как сейчас с сабжем). По указанным причинам я считаю, что определение сабжа должен быть именно идеальным источником ЭДС, т.к. это понятие первично (а понятие неидеального вообще расплывчато — любой активный двухполюсник можно считать неидеальным сабжем — зачем такой термин вообще нужен?).

А кстати, как с определением сабжа в учебнике, на который данна ссылка? —Кae 20:03, 11 июня 2008 (UTC)

Собственно, из этого учебника суть текста и взята… :] Спорить по приведенным выше аргументам нет смысла, поскольку до степени «кандидата физ.-мат. наук по специальности радиофизика и электроника» мне еще далеко, более того электротехника не является профилирующей на моей специальности («спор — средство постижения истины, но лишь в том случае, когда _обе_ стороны достаточно понимают суть объекта спора» — кто сказал не знаю, но как раз к месту), поэтому если считаете, что содержимое предоставляет неверные (некачественные) сведения, то нажать кнопку «Отменить» не так уж и долго — я особо возражать не стану. 🙂 Dycros 20:15, 11 июня 2008 (UTC)

Ну зря вы так — все эти ярлыки мало что значат :). В дискуссии имеют значение аргументы, а не авторитеты. По сути вопроса: аргументы вроде достаточно сильны, будем двигаться в сторону идеального источника. —Кae 19:50, 12 июня 2008 (UTC)

Обозначение источника напряжения[править код]

Второе предложение статьи противоречит первому:

> Источник ЭДС (идеальный источник напряжения) — двухполюсник, напряжение на зажимах которого постоянно и не зависит от тока в цепи. Напряжение может быть задано постоянным, либо как функция времени, либо по внешнему управляющему воздействию. В простейшем случае напряжение определено как константа \mathcal{E}.

Если напряжение постоянно, то как оно может зависеть от времени? Проще всего убрать слово «постоянно», т. е.: «Источник ЭДС (идеальный источник напряжения) — двухполюсник, напряжение на зажимах которого не зависит от тока в цепи.»

Что такое «напряжение холостого хода»?

— Dbg0 19:20, 2 марта 2015 (UTC)

Напряжение холостого хода — как я понял — при коротком замыкании

Разве в гальваническом элементе водород будет выделяться не на положительном электроде (электроны идут через внешнюю цепь туда, и восстанавливают водород)? — praetor