Эдс обозначение в физике: Формула ЭДС в физике

№ 6 Лабораторная работа

Работаем по ссылке
https://www.youtube.com/watch?v=xKTqinhf5lEОпределение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока #ФизиканскиеЛьвы2018

Урок № 6 10 класс

Тема: Измерение ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока

Цель:  сформировать умение определения ЭДС и внут­реннего сопротивления источника тока с помощью амперметра и вольтметра.

Теоретическое содержание работы.

Внутреннее сопротивление ис­точника тока.

При прохождении тока по замкнутой цепи, электрически заряженные ча­стицы перемещаются не только внутри проводников, соединяющих полюса источника тока, но и внутри самого источ­ника тока. Поэтому в замкнутой электрической цепи раз­личают внешний и внутренний участки цепи. Внешний уча­сток цепи составляет вся та совокупность проводников, которая подсоединяется к полюсам источника тока.

 Вну­тренний участок цепи — это сам источник тока. Источник тока, как и любой другой проводник, обладает сопротивле­нием. Таким образом, в электрической цепи, состоящей из источника то­ка и проводников с электриче­ским сопротивлением R, элек­трический ток совершает работу не только на внешнем, но и на внутреннем участке цепи. Напри­мер, при подключении лампы накаливания к гальванической батарее карманного фонаря элек­трическим током нагреваются не только спираль лампы и под­водящие провода, но и сама ба­тарея. Электрическое сопротивле­ние источника тока называется внутренним сопротивлением. 

Всякую замкнутую цепь можно представить как два последовательно соединенных резистора с эквивалентными сопротивлениями R и r. Поэтому сопротивление полной це­пи равно сумме внешнего и внутреннего сопротивлений:  . Поскольку при последовательном соединении сила тока на всех участках цепи одинакова, то через внеш­ний и внутренний участок цепи проходит одинаковый по величине ток.

Закон Ома для полной цепи.

.

Сила тока в электрической цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе  

источ­ника тока и обратно пропор­циональна сумме электрических сопротивлений внешнего и внут­реннего участков цепи.

Порядок выполнения работы.

1. Определите цену деления амперметра и вольтметра.

2. В ходе работы вы освоите метод измерения основных характеристик источника тока, используя закон Ома для полной цепи, который связывает силу тока I в цепи, ЭДС источника тока  , его внутреннее сопротивление r и сопротивление внешней цепи R соотношением:

.

3. Зарисуйте схему установки. Обратите внимание на то, что ключ разомкнут.

Рис.1.

Внимательно изучите её. При разомкну­том ключе В источник замкнут на вольтметр, сопротивление которого много больше внутреннего сопротивления источника (r В этом случае ток в цепи настолько мал, что можно пренебречь значением падения на­пряжения на внутреннем сопротивлении источника  , и ЭДС источника равна напря­жения на его зажимах , которое измеряется вольтметром.

Таким образом, ЭДС источника определяется по показаниям вольтметра  при разомкнутом ключе В. Запишите это показание в таблицу, которую создадите по ходу выполнения работы.

4. Если ключ В замкнуть, вольтметр покажет падение напряжения на резисторе R. Это внешняя нагрузка (потребитель)

.

5. Для определения внутреннего сопротивления источника тока необходимо, кроме его ЭДС, знать силу тока в цепи и напря­жение на резисторе R при замкнутом ключе.

Силу тока в цепи можно измерить при помощи амперметра. Обратите внимание на показания амперметра при замкнутом ключе. Это значение также должно быть отражено в таблице.

6. Измерения внутреннего сопротивления производятся несколько раз, и находится среднее значение.

Этого достаточно для оценки 4, если ещё будет вывод.

Дополнительно. Используя учебник, вычислить абсолютную и относительную погрешности измерения. В конце учебника в разделе Лабораторные работы есть таблица погрешностей. В видеофрагменте сами формулы указаны, вам нужно провести необходимые расчеты, используя таблицу погрешностей, данную в учебнике. Это уже на оценку 5.

Контрольные вопросы:

1. Внешний и внутренний участки цепи.

2. Какое сопротивление называются внутренним? Обозначение.

3. Чему равно полное сопротивление?

4. Дайте определение электродвижущей силы (ЭДС). Обозначение. Единицы измерения.

5. Сформулируйте закон Ома для полной цепи.

Желаю удачи.

Богданов К.Ю. – учебник по физике для 10 класса

§ 42. ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА. ЗАКОН ОМА ДЛЯ ПОЛНОЙ ЦЕПИ.

Сила тока в замкнутой цепи равна отношению электродвижущей силы к полному сопротивлению цепи.

Если свободные заряды перемещаются в электрической цепи по замкнутой траектории, то такую цепь называют полной или замкнутой. При этом на каждом из участков такой цепи работа электростатических сил переходит в тепловую, механическую или энергию химических связей (см. §41). Так как работа электростатических сил, перемещающих заряд по замкнутой траектории, всегда равна нулю (см. §37), то только силы электростатического поля не могут обеспечить постоянное движение зарядов по замкнутой траектории.

Чтобы электрический ток в замкнутой цепи не прекращался, необходимо включить в неё источник тока (см. рис. 42а), внутри которого перемещение свободных зарядов происходило бы не под действием электростатических сил, а при участии любых других сил, называемых сторонними. Например, в цепи на рис. 42а, свободные заряды, перемещаются от тела

А к телу Б под действием электростатических сил, а сторонние силы источника питания заставляют их возвращаться обратно – от Б к А.

Природа сторонних сил может быть разной. В гальванических элементах (батарейках и аккумуляторах), которые служат источниками постоянного тока, сторонние силы возникают в результате химических реакций между электродами и жидким электролитом. В генераторах переменного тока различных электростанций (гидроэлектростанций, тепловых и атомных) сторонние силы – это силы, действующие на свободные заряды, перемещающиеся в магнитном поле. В фотоэлементах сторонние силы возникают при действии света на электроны атомов, входящих в состав некоторых веществ.

Сторонние силы в источнике тока разделяют разноимённые электрические заряды друг от друга, совершая работу против электростатических (кулоновских сил). Контакт (полюс) источника тока, где в результате действия сторонних сил накапливается положительный заряд, называют положительным, а противоположно заряженный полюс – отрицательным, обозначая их так, как изображено на рис. 42б. Очевидно, что чем больший заряд накопится на полюсе источника тока, тем больше работы совершили сторонние силы по разделению зарядов, т.

к. работа против кулоновских сил прямо пропорциональна величине заряда. Поэтому  отношение работы, А_ст, сторонних сил, перемещающих заряд q внутри источника тока от отрицательного полюса к положительному, не зависит от величины заряда и служит характеристикой источника тока, называемой электродвижущей силой (ЭДС) источника, E :

Как и разность потенциалов, ЭДС в СИ измеряют в вольтах.

Сопротивление источника тока или внутреннее сопротивление тоже является его важной характеристикой. Внутренним сопротивлением гальванического элемента, например, является сопротивление электродов и электролита, находящегося между ними. Внешним участком замкнутой цепи называют её участок, подсоединённый снаружи к источнику тока (см. рис. 42а).

Чтобы определить, как зависит сила тока от ЭДС источника в цепи, изображённой на рис. 42а, нарисуем эквивалентную схему (см. рис. 42в), где R соответствует сопротивлению проводника между

А и Б, (внешняя цепь), а r – внутреннему сопротивлению источника тока. Согласно закону Джоуля-Ленца работа  А_полн тока, протекающего по замкнутой цепи, за интервал времени t равна:

А_полн = I^2.R^.t + I^2.r^.t .                     (42.2)

Из закона сохранения энергии следует, что работа тока должна быть равна работе сторонних сил А_стор = E^.q = E^.It . Приравняв А_полн из (42.2) и А_стор , получаем следующее выражение для I:

которое называют законом Ома для полной цепи.

Легко показать, что, если полная цепь содержит несколько последовательно соединённых источников тока, то для вычисления силы тока по формуле (42.3) следует вместо E взять алгебраическую сумму ЭДС всех этих источников, выбрав какое-нибудь направление обхода цепи, например, по часовой стрелке (рис. 42г). Если при таком обходе мы идём от положительного полюса источника тока к отрицательному, то ЭДС данного источника следует суммировать со знаком минус. 

Вопросы для повторения:

·        Чему равна ЭДС источника тока?

·        Сформулируйте закон Ома для полной цепи.

 

Рис. 42. (а) – замкнутая цепь с источником тока; (б) – обозначение источника постоянного тока; (в) – к выводу закона Ома для полной цепи; (г) – закон Ома для полной цепи, содержащей несколько источников тока.

 

Краткий обзор электродвижущей силы (ЭДС)

В физике электродвижущая сила, сокращенно ЭДС, представляет собой электрическую активность, создаваемую неэлектрическим источником. Несколько устройств могут производить ЭДС путем преобразования энергии одного вида в электрическую энергию. Этими устройствами могут быть фотодиоды, солнечные элементы, батареи, термоэлектрические устройства или трансформаторы, и это лишь некоторые из них. Когда вариации магнитного поля проходят через поверхность, возникает ЭДС. Например, во время геомагнитной бури движение магнитного поля Земли порождает токи в энергосистеме. Это связано с тем, что силовые линии магнитного поля смещаются и проходят поперек проводников.

Наибольшая разность электрических потенциалов, создаваемая любым источником электроэнергии, таким как батарея, генератор или солнечный элемент, известна как электродвижущая сила.

Напряжение может поступать от различных устройств. При подключении к цепи эти устройства создают разность потенциалов, тем самым генерируя ток. Электродвижущая сила представляет собой особый вид разности потенциалов (ЭДС). Алессандро Вольта придумал этот термин, когда он разработал самую первую батарею, также называемую гальваническим столбом, в 1800-х годах. Символ электродвижущей силы – Е. 

Объяснение ЭДС

Рассмотрим простую цепь, включающую лампу и батарею на 12 вольт. Аккумулятор можно рассматривать как двухконтактное устройство. Здесь одна клемма поддерживается при большем электрическом потенциале, чем другая. Положительную клемму, имеющую знак +, иногда называют более высоким электрическим потенциалом. Отрицательную клемму, которая обозначается знаком минус, часто называют клеммой с более низким потенциалом. Это источник электродвижущей силы.

Электрический заряд не течет внутри батареи, когда она не прикреплена к лампочке. Однако, когда лампочка прикреплена, заряды переходят с одного конца ячейки на другой. Этот чистый поток заряда пересекает лампочку между ними и освещает ее. Если мы рассмотрим традиционный положительный поток тока, заряды покидают положительный полюс, пересекают колбу и входят в отрицательный конец элемента. Но в случае резисторов и металлических проводов электроны вносят максимальный вклад в генерацию тока. Поэтому рассмотрение подвижности электронов для анализа цепей более реалистично. Таким образом, электроны перетекают от отрицательной клеммы к положительной клемме батареи после прохождения через лампочку.

Электроны должны транспортироваться от положительной клеммы к отрицательной клемме батареи. Это позволит источнику ЭДС сохранить потенциал между обеими клеммами. Чтобы сохранить разность потенциалов, источник электродвижущей силы служит зарядовым насосом, переносящим заряды от отрицательного полюса к положительному. Это увеличивает потенциальную энергию заряда и, как следствие, электрический потенциал заряда.

Необходимо выполнить работу по транспортировке отрицательных зарядов к отрицательному терминалу. Это требует использования энергии, которая получается в результате химических реакций батареи (источника ЭДС). Эта энергия или электродвижущая сила отвечает за поток электронов от одного терминала к другому, генерируя ток. Чтобы сохранить разность потенциалов между клеммами аккумулятора, потенциал положительной клеммы поддерживается высоким, а потенциал отрицательной клеммы поддерживается низким.

Единица электродвижущей силы

Вольт — единица измерения электродвижущей силы в системе СИ. Он выражается как работа, совершаемая над единицей заряда для создания электрического потенциала или напряжения. Поскольку единицей выполненной работы является джоуль (Дж), а единицей заряда — кулон (Кл), электродвижущая сила (Е) выражается как джоуль/кулон, то есть вольт.

E= J/C.

Формула электродвижущей силы

Формула электродвижущей силы дается как

ЭДС= Напряжение батареи + (внутреннее сопротивление батареи X ток в цепи)

т.е. E = V+ Ir

Где, E = электродвижущая сила

V= напряжение батареи

I = ток в цепи

r= внутреннее сопротивление батареи.

Размер электродвижущей силы

Электродвижущая сила, E = проделанная работа/заряд.

Размерность выполненной работы представлена ​​как M1 L2 T-2

Размерность заряда представлена ​​как I1 T1, 

, где M=масса, L= длина, T= время и I= ток.

Следовательно, величина электродвижущей силы определяется как M1 L2 T -2 / I1 T1

= M1 L2 T-3 I-1

Заключение

Электродвижущая сила является важной темой в физике и электронике. Электрический потенциал, создаваемый гальваническим элементом или изменяющимся магнитным полем, известен как электродвижущая сила. В качестве источника электродвижущей силы могут выступать несколько устройств. Этими устройствами могут быть солнечные батареи, фотодиоды, батареи или термопары. В приведенной выше статье приводится определение электродвижущей силы, а также ее единица измерения, формула и размерность.

Что такое EMRS? Elexana LLC

Сертифицированный Институт строительной биологии® EMRS, профессиональный специалист по электромагнитному излучению измеряет, анализирует и идентифицирует источники неионизирующего излучения на вашем объекте и обучен консультировать вас по наиболее подходящим решениям на основе физических наук. Уникально важно, что EMRS является консультантом, обученным устранять пробелы в общении между вами и вашим электриком, инженерным персоналом, строительным подрядчиком, архитектором и медицинскими работниками.

Сертификация EMRS является единственным признанным сертификатом CEU в Америке для тестирования неионизирующего электромагнитного излучения. Учебная программа EMR охватывает науку об электромагнетизме от магнитных полей постоянного тока Земли до дозиметрии ядерного излучения. Учебная программа включает в себя тестирование ЭМП и стратегии смягчения его последствий, а также изучение научно доказанных и рецензируемых последствий для здоровья и симптомов как краткосрочного, так и долгосрочного воздействия ЭМИ. Строительная физика также изучается как основное требование учебной программы. Выпускные экзамены требуются после каждого курса, и есть финальный проект под руководством назначенного наставника. Сертификационная программа EMRS предлагается только Институтом строительной биологии®, расположенным в Санта-Фе, штат Нью-Мексико.

  «Награда EMRS — это самая желанная и престижная сертификация EMF Testing Certification в Северной Америке».

«Сертификация EMRS Института строительной биологии® стала общепризнанной в качестве единственного критерия для найма эксперта по ЭМП. До тех пор, пока широкая общественность не будет настаивать на этом стандарте компетентности, Residential EMF Testing and Consulting Services будет очень трудно продвигаться вперед в качестве выявленной НЕОБХОДИМОСТИ, а не ХОЧЕТСЯ». – Джеймс Финн

• Институт строительной биологии® является зарегистрированным в CEU поставщиком непрерывного образования.

• BBI предлагает единственную аккредитованную программу обучения EMF в США и Канаде.

• В BBI инженеры-электрики ходят, чтобы узнать об испытаниях электромагнитных полей и пройти сертификацию.

• Менее 40 человек в США и Канаде могут претендовать на звание сертифицированного специалиста по электромагнитному излучению™ (EMRS)

Каждый специалист по электромагнитному излучению Института строительной биологии®® обучен и обучен работе и деталям электросети от электростанции до настенной розетки, а также обучен выявлению ошибок проводки, вызывающих электромагнитное излучение. излучения, а также проинструктировать электрика, как исправить эти ошибки. Мы находимся в авангарде всех научно обоснованных методов и материалов для смягчения последствий и восстановления. Это веские причины, по которым мы являемся лучшим выбором для всех ваших потребностей в консультационных услугах и услугах по восстановлению EMF. Прочтите: Почему выявление ошибок в электропроводке необходимо для тестирования ЭДС?

Ни одна электротехническая школа или программа инспекции домов не может сравниться по уровню и глубине с программой EMRS Института строительной биологии®. Курсовая работа включает в себя последние научные открытия и текущие исследования ЭМП, влияние ЭМП на здоровье, механику электромагнетизма, физику электромагнетизма от магнитных полей постоянного тока Земли до всех типов ионизирующего ядерного излучения и электромагнитных помех. Обучение включает в себя навыки тестирования и практические методы использования ручных измерителей ЭДС, мониторов и анализаторов, осциллографов, спектроскопов, анализа спектра, анализа формы сигнала, компьютерной регистрации данных с отметкой времени, методов восстановления, спецификаций и возможностей экранирования новейших Материалы по смягчению ЭМП и их применение, электросеть от электростанции до вашего дома, домашние электрические системы, выявление и исправление ошибок электропроводки, последние знания об интеллектуальных счетчиках, тестирование интеллектуальных счетчиков для местных органов власти, сеть 5G и многое другое.