Электродвижущая сила это: ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА • Большая российская энциклопедия

Содержание

что это такое, единица измерения в СИ, формула ЭДС

Содержание:

  • Что такое электродвижущая сила — определение, физический смысл
    • В чем измеряется в системе СИ, как обозначается на схеме
  • Природа ЭДС, какими причинами порождается
  • По какой формуле определяется электродвижущая сила
  • Чему равна электродвижущая сила источника тока

Содержание

  • Что такое электродвижущая сила — определение, физический смысл
    • В чем измеряется в системе СИ, как обозначается на схеме
  • Природа ЭДС, какими причинами порождается
  • По какой формуле определяется электродвижущая сила
  • Чему равна электродвижущая сила источника тока

Что такое электродвижущая сила — определение, физический смысл

Определение

Электродвижущая сила (ЭДС) — физическая величина, описывающая работу любых сил, которые действуют в квазистационарных цепях постоянного или переменного тока, за исключением диссипативных и электростатических сил.

Для определения силы тока Георг Симон Ом использовал принцип крутильных весов Кулона. На длинной тонкой нити подвешено горизонтальное коромысло с заряженным шариком на конце. Второй заряд закреплен на cпицe, пропущенной сквозь крышку весов. При их взаимодействии коромысло поворачивается. Вращение головки в верхней части весов закручивало нить, возвращая коромысло в исходное состояние. По углу закручивания можно рассчитать силу взаимодействия зарядов в зависимости от расстояния между ними.

Ом по величине угла закрутки судил о силе тока I в проводнике, т. е. количестве электричества, перенесенном через поперечное сечение проводника за единицу времени. В качестве основной характеристики источника тока Ом брал величину напряжения \varepsilon на электродах гальванического элемента при разомкнутой цепи. Эту величину \(\varepsilon\) он назвал электродвижущей силой, сокращенно ЭДС.

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления).

Если нет возможности написать самому, закажите тут.

В чем измеряется в системе СИ, как обозначается на схеме

Электродвижущая сила в системе СИ измеряется в вольтах.

На схеме обозначение источника тока с ЭДС — две линии с плюсом и минусом, иногда круг.

   

Природа ЭДС, какими причинами порождается

Определение

Термопара — проволоки из разнородных металлов, соединенные концами.

Изучая термопары, немецкий физик Томас Иоганн Зеебек обнаружил в 1821 году следующую закономерность: когда точки соединения имеют разную температуру, в цепи возникает электродвижущая сила. Это явление назвали

термоэлектрическим эффектом Зеебека. Величина такой электродвижущей силы зависит от температуры и неодинакова для разных пар металлов. Наиболее точных измерений Ом добился в 1826 году, использовав термопару из меди и висмута.

Внутри источника ЭДС электрический ток течет не от «плюса» к «минусу», а в противоположном направлении. Чтобы заставить ток двигаться в направлении, противоположном электростатической силе, которая воздействует на положительные заряды, необходимо приложить

стороннюю силу: силу Лоренца, силу электрохимической природы, центробежную силу и т. п. Диссипативные силы не могут двигать электрические заряды против направления электростатической силы, поэтому к сторонним силам в данном случае не относятся.

По какой формуле определяется электродвижущая сила

В первых опытах Ом подключал к источнику тока проводники из разных материалов — серебра, меди, золота, — но одинакового сечения. Изменяя их длину l, Ом добивался, чтобы получалась одна и та же сила тока I. Обобщив результаты измерений, он вывел отношение:

\(I\;=\;\frac\varepsilon{R_i\;+\;R(l)}\)

Здесь \(R_i\) — некоторая постоянная, характеризующая внутреннее сопротивление гальванического элемента, а \(R(l)\) — величина, названная Омом сопротивлением проводника; она оказалась пропорциональна его длине, т.

е. \(\;R(l)\;\sim\;l.\)

Из этой формулы следует, что найти электродвижущую силу можно, перемножив силу тока и полное сопротивление всей цепи:

\(\varepsilon\;=\;I\;\times\;R_i\;+\;I\;\times\;R(l)\)

Разность потенциалов на концах участка цепи равна падению напряжения на нем. Если в цепь включен источник тока, то ЭДС прибавляется к величине разности потенциалов или вычитается из нее в зависимости от полярности подключения. Когда на участке АВ имеется источник тока с ЭДС \(\varepsilon\), разность потенциалов изменяется на величину \(\triangle U\;=\;\pm\;\varepsilon.\)

Знак выбирается в зависимости от полярности включения источника: по току или против него. Закон Ома в этом случае принимает вид:

\(\varphi_А\;-\;\varphi_В\;\pm\;\varepsilon\;=\;IR\)

При последовательном соединении источников полная электродвижущая сила цепи будет равняться сумме ЭДС отдельных источников. При параллельном соединении только источник с самой большой ЭДС будет источником, остальные окажутся потребителями.

Чему равна электродвижущая сила источника тока

ЭДС источника тока — это работа сторонних сил, нужная для перемещения единичного положительного заряда внутри источника от одного полюса к другому. Эту работу нельзя выразить через разность потенциалов, так как сторонние силы не имеют потенциала, их работа зависит от траектории.

Пример

При перемещении заряда между клеммами источника вне самого источника работа сторонних сил окажется нулевой.

Насколько полезной была для вас статья?

Рейтинг: 3.67 (Голосов: 3)

Выделите текст и нажмите одновременно клавиши «Ctrl» и «Enter»

Поиск по содержимому

Электродвижущая сила (ЭДС): формула расчета и определение

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 такое ЭДС: объяснение простыми словами

Под ЭДС понимается удельная работа сторонних сил по перемещению единичного заряда в контуре электрической цепи. Это понятие в электричестве предполагает множество физических толкований, относящихся к различным областям технических знаний. В электротехнике — это удельная работа сторонних сил, появляющаяся в индуктивных обмотках при наведении в них переменного поля. В химии она означает разность потенциалов, возникающее при электролизе, а также при реакциях, сопровождающихся разделением электрических зарядов.

Что такое фоторезистор.

Читать далее

Маркировка SMD транзисторов.

Читать далее

Как сделать датчик движения своими руками.

Читать далее

В физике она соответствует электродвижущей силе, создаваемой на концах электрической термопары, например. Чтобы объяснить суть ЭДС простыми словами – потребуется рассмотреть каждый из вариантов ее трактовки. Прежде чем перейти к основной части статьи отметим, что ЭДС и напряжение очень близкие по смыслу понятия, но всё же несколько отличаются. Если сказать кратко, то ЭДС — на источнике питания без нагрузки, а когда к нему подключают нагрузку — это уже напряжение. Потому что количество вольт на ИП под нагрузкой почти всегда несколько меньше, чем без неё. Это связано с наличием внутреннего сопротивления таких источников питания, как трансформаторы и гальванические элементы.

Дополнительный материал по теме: Простыми словами о преобразователях напряжения.

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. Если через Eстр обозначить напряжённость поля сторонних сил, то эдс в замкнутом контуре (L) равна , где dl — элемент длины контура. Потенциальные силы электростатического (или стационарного) поля не могут поддерживать постоянный ток в цепи, т. к. работа этих сил на замкнутом пути равна нулю. Прохождение же тока по проводникам сопровождается выделением энергии — нагреванием проводников.

Сторонние силы приводят в движение заряженные частицы внутри источников тока: генераторов, гальванических элементов, аккумуляторов и т. д. Происхождение сторонних сил может быть различным. В генераторах сторонние силы — это силы со стороны вихревого электрического поля, возникающего при изменении магнитного поля со временем, или Лоренца сила, действующая со стороны магнитного поля на электроны в движущемся проводнике; в гальванических элементах и аккумуляторах — это химические силы и т. д. Эдс определяет силу тока в цепи при заданном её сопротивлении (см. Ома закон). Измеряется эдс, как и напряжение, в вольтах.


Что такое ЭДС.

Объясняем суть ЭДС «на пальцах»

Чтобы разобраться в том, что есть что, можно привести пример-аналогию. Представим, что у нас есть водонапорная башня, полностью заполненная водой. Сравним эту башню с батарейкой.


Схема водонапорной башни

Вода оказывает максимальное давление на дно башни, когда башня заполнена полностью. Соответственно, чем меньше воды в башне, тем слабее давление и напор вытекающей из крана воды. Если открыть кран, вода будет постепенно вытекать сначала под сильным напором, а потом все медленнее, пока напор не ослабнет совсем. Здесь напряжение – это то давление, которое вода оказывает на дно. За уровень нулевого напряжения примем само дно башни.


Водокачка

То же самое и с батарейкой. Сначала мы включаем наш источник тока (батарейку) в цепь, замыкая ее. Пусть это будут часы или фонарик. Пока уровень напряжения достаточный и батарейка не разрядилась, фонарик светит ярко, затем постепенно гаснет, пока не потухнет совсем.

Но как сделать так, чтобы напор не иссякал? Иными словами, как поддерживать в башне постоянный уровень воды, а на полюсах источника тока – постоянную разность потенциалов. По примеру башни ЭДС представляется как бы насосом, который обеспечивает приток в башню новой воды.


Советская батарейка

Природа ЭДС

Причина возникновения ЭДС в разных источниках тока разная. По природе возникновения различают следующие типы:

  • Химическая ЭДС. Возникает в батарейках и аккумуляторах вследствие химических реакций.
  • Термо ЭДС. Возникает, когда находящиеся при разных температурах контакты разнородных проводников соединены.
  • ЭДС индукции. Возникает в генераторе при помещении вращающегося проводника в магнитное поле. ЭДС будет наводиться в проводнике, когда проводник пересекает силовые линии постоянного магнитного поля или когда магнитное поле изменяется по величине.
  • Фотоэлектрическая ЭДС. Возникновению этой ЭДС способствует явление внешнего или внутреннего фотоэффекта.
  • Пьезоэлектрическая ЭДС. ЭДС возникает при растяжении или сдавливании веществ.

Будет интересно➡ Правила безопасности при работе с электричеством

Электромагнитная индукция (самоиндукция)

Начнем с электромагнитной индукции. Это явление описывает закон электромагнитной индукции Фарадея. Физический смысл этого явления состоит в способности электромагнитного поля наводить ЭДС в находящемся рядом проводнике. При этом или поле должно изменяться, например, по величине и направлению векторов, или перемещаться относительно проводника, или должен двигаться проводник относительно этого поля. На концах проводника в этом случае возникает разность потенциалов.

Опыт демонстрирует появление ЭДС в катушке при воздействии изменяющегося магнитного поля постоянного магнита. Есть и другое похожее по смыслу явление — взаимоиндукция. Оно заключается в том, что изменение направления и силы тока одной катушки индуцирует ЭДС на выводах расположенной рядом катушки, широко применяется в различных областях техники, включая электрику и электронику. Оно лежит в основе работы трансформаторов, где магнитный поток одной обмотки наводит ток и напряжение во второй.


Что такое самоиндукция.

В электрике физический эффект под названием ЭДС используется при изготовлении специальных преобразователей переменного тока, обеспечивающих получение нужных значений действующих величин (тока и напряжения). Благодаря явлениям индукции и самоиндукции инженерам удалось разработать множество электротехнических устройств: от обычной катушки индуктивности (дросселя) и вплоть до трансформатора. Понятие взаимоиндукции касается только переменного тока, при протекании которого в контуре или проводнике меняется магнитный поток.


Таблица параметров электродвижущей силы индукции.

От электростатики к электрокинетике

Между концом XVIII и началом XIX века работы таких учёных, как Кулон, Лагранж и Пуассон, заложили математические основы определения электростатических величин. Прогресс в понимании электричества на этом историческом этапе очевиден. Франклин уже ввёл понятие «количество электрической субстанции», но пока ещё и он, ни его преемники не смогли его измерить.

Следуя за экспериментами Гальвани, Вольта пытался найти подтверждения того, что «гальванические жидкости» животного были одной природы со статическим электричеством. В поисках истины он обнаружил, что когда два электрода из разных металлов контактируют через электролит, оба заряжаются и остаются заряженными несмотря на замыкание контура нагрузкой. Это явление не соответствовало существующим представлениям об электричестве потому, что электростатические заряды в подобном случае должны были рекомбинировать.

Вольта ввёл новое определение силы, действующей в направлении разделения зарядов и поддержании их в таком состоянии. Он назвал её электродвижущей. Подобное объяснение описания работы батареи не вписывалось в теоретические основы физики того времени. В Кулоновской парадигме первой трети XIX века э. д. с. Вольта определялась способностью одних тел вырабатывать электричество в других.

Важнейший вклад в объяснение работы электрических цепей внёс Ом. Результаты ряда экспериментов привели его к построению теории электропроводности. Он ввёл величину «напряжение» и определил её как разность потенциалов на контактах. Подобно Фурье, который в своей теории различал количество тепла и температуру в теплопередаче, Ом создал модель по аналогии, связывающую количество перемещаемого заряда, напряжение и электропроводность. Закон Ома не противоречил накопленным знаниям об электростатическом электричестве.

Затем, благодаря Максвеллу и Фарадею, пояснительные модели тока получили новую теорию поля. Это позволило разработать связанную с полем концепцию энергии как для статических потенциалов, так и для электродвижущей силы. Основные даты эволюции понятия ЭДС:

  • 1800 г. — создание Вольтой гальванической батареи;
  • 1826 г. — Ом формулирует свой закон для полной цепи;
  • 1831 г. — обнаружение электромагнитной индукции Фарадеем.

ЭДС в быту и единицы измерения

Другие примеры встречаются в практической жизни любого рядового человека. Под эту категорию попадают такие привычные вещи, как малогабаритные батарейки, а также другие миниатюрные элементы питания. В этом случае рабочая ЭДС формируется за счет химических процессов, протекающих внутри источников постоянного напряжения. Когда оно возникает на клеммах (полюсах) батареи вследствие внутренних изменений – элемент полностью готов к работе. Со временем величина ЭДС несколько снижается, а внутреннее сопротивление заметно возрастает.

В результате если вы измеряете напряжение на не подключенной ни к чему пальчиковой батарейке вы видите нормальные для неё 1.5В (или около того), но когда к батарейке подключается нагрузка, допустим, вы установили её в какой-то прибор — он не работает. Почему? Потому что если предположить, что у вольтметра внутреннее сопротивление во много раз выше, чем внутреннее сопротивлении батарейки — то вы измеряли её ЭДС. Когда батарейка начала отдавать ток в нагрузке на её выводах стало не 1.5В, а, допустим, 1.2В — прибору недостаточно ни напряжения, ни тока для нормальной работы.


Расчет ЭДС.

Как раз вот эти 0.3 В и упали на внутреннем сопротивлении гальванического элемента. Если батарейка совсем старая и её электроды разрушены, то на клеммах батареи может не быть вообще никакой электродвижущей силы или напряжения — т.е. ноль. Совсем небольшая по величине электродвижущая сила наводится и в рамках антенны приемника, которая усиливается затем специальными каскадами, и мы получаем наш телевизионный, радио и даже Wi-Fi сигнал.

Материал по теме: Выбираем цифро-аналоговый преобразователь.

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.

Как образуется ЭДС

Идеальный источник ЭДС – генератор, внутреннее сопротивление которого равно нулю, а напряжение на его зажимах не зависит от нагрузки. Мощность идеального источника ЭДС бесконечна. Реальный источник ЭДС, в отличие от идеального, содержит внутреннее сопротивление Ri и его напряжение зависит от нагрузки (рис. 1., б), а мощность источника конечна. Электрическая схема реального генератора ЭДС представляет собой последовательное соединение идеального генератора ЭДС Е и его внутреннего сопротивления Ri.

Будет интересно➡ Что такое триггер в электронике — подробно разбираемся в терминах

На практике для того чтобы приблизить режим работы реального генератора ЭДС к режиму работы идеального, внутреннее сопротивление реального генератора Ri стараются делать как можно меньше, а сопротивление нагрузки Rн необходимо подключать величиной не менее чем в 10 раз большей величины внутреннего сопротивления генератора, т.е. необходимо выполнять условие: Rн >> Ri

Для того чтобы выходное напряжение реального генератора ЭДС не зависело от нагрузки, его стабилизируют применением специальных электронных схем стабилизации напряжения. Поскольку внутреннее сопротивление реального генератора ЭДС не может быть выполнено бесконечно малым, его минимизируют и выполняют стандартным для возможности согласованного подключения к нему потребителей энергии. В радиотехнике величины стандартного выходного сопротивления генераторов ЭДС составляют 50 Ом (промышленный стандарт) и 75 Ом (бытовой стандарт).

Например, все телевизионные приемники имеют входное сопротивление 75 Ом и подключены к антеннам коаксиальным кабелем именно такого волнового сопротивления. Для приближения к идеальным генераторам ЭДС источники питающего напряжения, используемые во всей промышленной и бытовой радиоэлектронной аппаратуре, выполняют с применением специальных электронных схем стабилизации выходного напряжения, которые позволяют выдерживать практически неизменное выходное напряжение источника питания в заданном диапазоне токов, потребляемых от источника ЭДС (иногда его называют источником напряжения).

На электрических схемах источники ЭДС изображаются так: Е — источник постоянной ЭДС, е(t) – источник гармонической (переменной) ЭДС в форме функции времени. Электродвижущая сила Е батареи последовательно соединенных одинаковых элементов равна электродвижущей силе одного элемента Е, умноженной на число элементов n батареи: Е = nЕ.


Постоянный ток и ЭДС.

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!

Источник



Электродвижущая сила (ЭДС) источника энергии

Для поддержания электрического тока в проводнике требуется внешний источник энергии, создающий все время разность потенциалов между концами этого проводника. Такие источники энергии получили название источников электрической энергии (или источников тока). Источники электрической энергии обладают определенной электродвижущей силой (сокращенно ЭДС), которая создает и длительное время поддерживает разность потенциалов между концами проводника.

Комментарий эксперта

Лагутин Виталий Сергеевич

Инженер по специальности «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем», МИФИ, 2005–2010 гг.

Задать вопрос

Иногда говорят, что ЭДС создает электрический ток в цепи. Нужно помнить об условности такого определения, так как выше мы уже установили, что причина возникновения и существования электрического тока — электрическое поле.

Источник электрической энергии производит определенную работу, перемещая электрические заряды по всей замкнутой цепи. За единицу измерения электродвижущей силы принят вольт (сокращенно вольт обозначается буквой В или V — «вэ» латинское). ЭДС источника электрической энергии равна одному вольту, если при перемещении одного кулона электричества по всей замкнутой, цепи источник электрической энергии совершает работу, равную одному джоулю:


Электродвижущая сила (ЭДС) источника энергии.

В практике для измерения ЭДС используются как более крупные, так и более мелкие единицы, а именно:

  • 1 киловольт (кВ, kV), равный 1000 В;
  • 1 милливольт (мВ, mV), равный одной тысячной доле вольта (10-3 В),
  • 1 микровольт (мкВ, μV), равный одной миллионной доле вольта (10-6 В).

Очевидно, что 1 кВ = 1000 В; 1 В = 1000 мВ = 1 000 000 мкВ; 1 мВ= 1000 мкВ.

В настоящее, время существует несколько видов источников электрической энергии. Впервые в качестве источника электрической энергии была использована гальваническая батарея, состоящая из нескольких цинковых и медных кружков, между которыми была проложена кожа, смоченная в подкисленной воде. В гальванической батарее химическая энергия превращалась в электрическую (подробнее об этом будет рассказано в главе XVI). Свое название гальваническая батарея получила по имени итальянского физиолога Луиджи Гальвани (1737—1798), одного из основателей учения об электричестве.

Многочисленные опыты по усовершенствованию и практическому использованию гальванических батарей были проведены русским ученым Василием Владимировичем Петровым. Еще в начале прошлого века он создал самую большую в мире гальваническую батарею и использовал ее для ряда блестящих опытов. Источники электрической энергии, работающие по принципу преобразования химической энергии в электрическую, называются химическими источниками электрической энергии.

Полезно знать: Как рассчитать мощность электрического тока.

Другим основным источником электрической энергий, получившим широкое применение в электротехнике и радиотехнике, является генератор. В генераторах механическая энергия преобразуется в электрическую. У химических источников электрической энергии и у генераторов электродвижущая сила проявляется одинаково, создавая на зажимах источника разность потенциалов и поддерживая ее длительное время.

Эти зажимы называются полюсами источника электрической энергии. Один полюс источника электрической энергии имеет положительный потенциал (недостаток электронов), обозначается знаком плюс ( + ) и называется положительным полюсом.

Другой полюс имеет отрицательный потенциал (избыток электронов), обозначается знаком минус (—) и называется отрицательным полюсом. От источников электрической энергии электрическая энергия передается по проводам к ее потребителям (электрические лампы, электродвигатели, электрические дуги, электронагревательные приборы и т. д.).

Будет интересно➡ Что такое электрическое поле: объяснение простыми словам

Примеры решения задач

К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго:

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫФОРМУЛЫ
Электродвижущая сила
Сила тока
Сопротивление
Разность потенциалов

Решение: Электродвижущая сила гальванического элемента есть величина, численно равная работе 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 перемещения зарядов.

ЭДС определяется по формуле:

Сила тока определяется по формуле:

Сопротивление определяется по формуле:

Разность потенциалов определяется по формуле:

Правильный ответ:

ФИЗИЧЕСКИЕ ВЕЛИЧИНЫФОРМУЛЫ
Электродвижущая сила
Сила тока
Сопротивление
Разность потенциалов

Часто задаваемые вопросы

Что такое электродвижущая сила?

Это отношение работы сторонних сил при перемещении заряда по замкнутому контуру к абсолютной величине этого заряда.

Что такое электрическая цепь?

Набор устройств, которые соединены проводниками, предназначенный для протекания тока.

Как звучит закон Ома для полной цепи?

Сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению.

Сторонние силы и эдс – справочник студента

В разгар учебного года многим ученым деятелям требуется эдс формула для разных расчетов. Эксперименты, связанные с гальваническим элементом, так же нуждаются в информации об электродвижущей силе. Но для начинающих не так-то просто понять, что же это такое.

Формула нахождения эдс

Первым делом разберемся с определением. Что означает эта аббревиатура?

ЭДС или электродвижущая сила – это параметр характеризующий работу любых сил не электрической природы, работающих в цепях где сила тока как постоянного, так и переменного одинакова по всей длине. В сцепленном токопроводящем контуре ЭДС приравнивается работе данных сил по перемещению единого плюсового (положительного) заряда вдоль всего контура.

Ниже на рисунке представлена эдс формула.

  • Аст – означает работу сторонних сил в джоулях.
  • q – это переносимый заряд в кулонах.
  • Сторонние силы – это силы которые выполняют разделение зарядов в источнике и в итоге образуют на его полюсах разность потенциалов.

Для этой силы единицей измерения является вольт. Обозначается в формулах она буквой «E».

Только в момент отсутствия тока в батареи, электродвижущая си-а будет равна напряжению на полюсах.

ЭДС индукции:

ЭДС индукции в контуре, имеющем N витков:

При движении:

Электродвижущая сила индукции в контуре, крутящемся в магнитном поле со скоростью w

:

Таблица значений

Простое объяснение электродвижущей силы

Предположим, что в нашей деревне имеется водонапорная башня. Она полностью наполнена водой. Будем думать, что это обычная батарейка. Башня — это батарейка!

Вся вода будет оказывать сильное давление на дно нашей башенки. Но сильным оно будет только тогда, когда это строение полностью наполнено h3O.

В итоге чем меньше воды, тем слабее будет давление и напор струи будет меньше. Открыв кран, заметим, что каждую минуту дальность струи будет сокращаться.

В результате этого:

  1. Напряжение – это сила с которой вода давит на дно. То есть давление.
  2. Нулевое напряжение — это дно башни.

С батареей все аналогично.

Первым делом подключаем источник с энергией в цепь. И соответственно замыкаем ее. Например, вставляем батарею в фонарик и включаем его. Изначально заметим, что устройство горит ярко. Через некоторое время его яркость заметно понизится. То есть электродвижущая сила уменьшилась (вытекла если сравнивать с водой в башне).

Если брать в пример водонапорную башню, то ЭДС это насос качающие воду в башню постоянно. И она там никогда не заканчивается.

Эдс гальванического элемента – формула

Электродвижущую силу батарейки можно вычислить двумя способами:

  • Выполнить расчет с применением уравнения Нернста. Нужно будет рассчитать электродные потенциалы каждого электрода, входящего в ГЭ. Затем вычислить ЭДС по формуле .
  • Посчитать ЭДС формуле Нернста для суммарной ток образующей реакции, протекающей при работе ГЭ.

Таким образом вооружившись данными формулами рассчитать электродвижущую силу батарейки будет проще.

Где используются разные виды ЭДС?
  1. Пьезоэлектрическая применяется при растяжении или сжатии материала. С помощью нее изготавливают кварцевые генераторы энергии и разные датчики.
  2. Химическая используется в гальванических элементах и аккумуляторах.
  3. Индукционная появляется в момент пересечения проводником магнитного поля.

    Ее свойства применяют в трансформаторах, электрических двигателях, генераторах.

  4. Термоэлектрическая образуется в момент нагрева контактов разнотипных металлов. Свое применение она нашла в холодильных установках и термопарах.
  5. Фото электрическая используется для продуцирования фотоэлементов.

Batareykaa.ru

Источник: https://batareykaa.ru/eds-formula-i-ee-raschety/

ЭДС: определение и формула, в чём измеряется, работа источника электродвижущей силы

От электростатики к электрокинетике

Между концом XVIII и началом XIX века работы таких учёных, как Кулон, Лагранж и Пуассон, заложили математические основы определения электростатических величин. Прогресс в понимании электричества на этом историческом этапе очевиден. Франклин уже ввёл понятие «количество электрической субстанции», но пока ещё и он, ни его преемники не смогли его измерить.

Следуя за экспериментами Гальвани, Вольта пытался найти подтверждения того, что «гальванические жидкости» животного были одной природы со статическим электричеством.

В поисках истины он обнаружил, что когда два электрода из разных металлов контактируют через электролит, оба заряжаются и остаются заряженными несмотря на замыкание контура нагрузкой.

Это явление не соответствовало существующим представлениям об электричестве потому, что электростатические заряды в подобном случае должны были рекомбинировать.

Вольта ввёл новое определение силы, действующей в направлении разделения зарядов и поддержании их в таком состоянии. Он назвал её электродвижущей. Подобное объяснение описания работы батареи не вписывалось в теоретические основы физики того времени. В Кулоновской парадигме первой трети XIX века э. д. с. Вольта определялась способностью одних тел вырабатывать электричество в других.

Важнейший вклад в объяснение работы электрических цепей внёс Ом. Результаты ряда экспериментов привели его к построению теории электропроводности. Он ввёл величину «напряжение» и определил её как разность потенциалов на контактах.

Подобно Фурье, который в своей теории различал количество тепла и температуру в теплопередаче, Ом создал модель по аналогии, связывающую количество перемещаемого заряда, напряжение и электропроводность.

Закон Ома не противоречил накопленным знаниям об электростатическом электричестве.

Затем, благодаря Максвеллу и Фарадею, пояснительные модели тока получили новую теорию поля. Это позволило разработать связанную с полем концепцию энергии как для статических потенциалов, так и для электродвижущей силы. Основные даты эволюции понятия ЭДС:

  • 1800 г. — создание Вольтой гальванической батареи;
  • 1826 г. — Ом формулирует свой закон для полной цепи;
  • 1831 г. — обнаружение электромагнитной индукции Фарадеем.

Определение и физический смысл

В качестве иллюстрации их работы удобно рассматривать замкнутый контур из сопротивления и гальванического источника питания (батареи). Если предположить, что внутри батареи тока нет, то описанная проблема объединения зарядов остаётся неразрешённой. Но в цепи с реальным источником питания электроны перемещаются постоянно. Это происходит благодаря тому, что поток ионов протекает и внутри батареи от отрицательного электрода к положительному. Источник энергии, перемещающий эти заряды в батарее — химические реакции. Такая энергия называется электродвижущей силой.

ЭДС является характеристикой любого источника энергии, способного управлять движением электрических зарядов в цепи. В аналогии с замкнутым гидравлическим контуром работа источника э. д. с. соответствует работе насоса для создания давления воды. Поэтому значок, обозначающий эти устройства, неотличим на гидравлических и электрических схемах.

Несмотря на название, электродвижущая сила на самом деле не является силой и измеряется в вольтах. Её численное значение равно работе по перемещению заряда по замкнутой цепи. ЭДС источника выражается формулой E=A/q, в которой:

  • E — электродвижущая сила в вольтах;
  • A — работа сторонних сил по перемещению заряда в джоулях;
  • q — перемещённый заряд в кулонах.

Из этой формулы ЭДС следует, что электродвижущая сила не является свойством цепи или нагрузки, а есть способность генератора электроэнергии к разделению зарядов.

Сравнение с разностью потенциалов

Электродвижущая сила и разность потенциалов в цепи очень похожие физические величины, так как оба измеряются в вольтах и определяются работой по перемещению заряда. Одно из основных смысловых различий заключается в том, что э. д. с. (E) вызывается путём преобразования какой-либо энергии в электрическую, тогда как разность потенциалов (U) реализует электрическую энергию в другие виды. Другие различия выглядят так:

  • E передаёт энергию всей цепи. U является мерой энергии между двумя точками на схеме.
  • Е является причиной U, но не наоборот.
  • Е индуцируется в электрическом, магнитном и гравитационном поле.
  • Концепция э. д. с. применима только к электрическому полю, в то время как разность потенциалов применима к магнитным, гравитационным и электрическим полям.

Напряжение на клеммах источника питания, как правило, отличается от ЭДС источника. Это происходит из-за наличия внутреннего сопротивления источника (электролита и электродов, обмоток генератора). Связывающая разность потенциалов и ЭДС источника тока формула выглядит как U=E-Ir. В этом выражении:

  • U — напряжение на клеммах источника;
  • r — внутреннее сопротивление источника;
  • I — ток в цепи.

Из этой формулы электродвижущей силы следует, что э. д. с. равна напряжению когда ток в цепи не течёт. Идеальный источник ЭДС создаёт разность потенциалов независимо от нагрузки (протекающего тока) и не обладает внутренним сопротивлением.

В природе не может существовать источника с бесконечной мощностью при замыкании на клеммах, как и материала с бесконечной проводимостью. Идеальный источник используется как абстрактная математическая модель.

Источники электродвижущей силы

Суть источника ЭДС заключается в преобразовании других видов энергии в электрическую с помощью сторонних сил. С точки зрения физики обеспечения э. д. с различают следующие два основных вида источников:

  • гальванические;
  • электромагнитные.

Первые представляют собой электрохимические источники, основанные на вовлечение в химическую реакцию процесса переноса электронов. В обычных условиях химические взаимодействия сопровождаются выделением или поглощением тепла, но существует немало реакций, в результате которых генерируется электрическая энергия.

Электрохимические процессы в большинстве случаев обратимы, поскольку энергия электрического тока может быть использована, чтобы заставить реагировать вещества между собой. Эта возможность позволяет создавать возобновляемые гальванические источники — аккумуляторы.

В генераторах тока э. д. с. создаётся другим способом. Разделение зарядов происходит с помощью явления электромагнитной индукции, которое заключается в том, что изменение величины или направления магнитного поля создаёт ЭДС. Согласно закону Фарадея, нахождение э. д. с. индукции возможно из выражения E=—dФ/dt. В этой формуле:

  • Ф — магнитный поток;
  • t — время.

Вам это будет интересно  Устройство термопары, ее виды и принцип работы

ЭДС индукции измеряется также в вольтах. В зависимости от того, каким способом вызываются изменения магнитного потока, различают:

  • Динамически индуцированную. Когда в стационарном магнитном поле перемещается проводник. Характерен для генераторов.
  • Статически индуцированную. Когда изменения потока возникают из-за изменений магнитного поля вокруг неподвижного проводника. Так работают трансформаторы.

Существуют также источники э. д. с, не основанные на электрохимии или магнитной индукции. К таким устройствам можно отнести полупроводниковые фотоэлементы, контактные потенциалы и пьезокристаллы.

Понятие ЭДС имеет практическое применение прежде всего как параметр выбора источников питания для тех или иных целей. Чтобы получить максимальный эффект от работы устройств в цепи, нужно согласовывать их возможности и характеристики.

Прежде всего внутреннее сопротивление источника ЭДС силы с характеристиками подключаемой нагрузки.

Источник: https://rusenergetics.ru/praktika/istochniki-eds

Инфофиз — мой мир..

Кратковременный ток в проводнике можно получить, если соединить этим проводником два заряженных проводящих тела, которые имеют различный потенциал. Ток в проводнике исчезнет, когда потенциал тел станет одинаковым. Для существования электрического тока в проводнике необходимо создать в нем и длительное время поддерживать электрическое поле.

Постоянный электрический ток может быть создан только в замкнутой цепи, в которой свободные носители заряда циркулируют по замкнутым траекториям. При перемещении электрического заряда в электростатическом поле по замкнутой траектории, работа электрических сил равна нулю.

Поэтому для существования постоянного тока необходимо наличие в электрической цепи устройства, способного создавать и поддерживать разности потенциалов на участках цепи за счет работы сил неэлектростатического происхождения.

 Поле внутри проводников, составляющих замкнутую цепь должен поддерживать источник  электрической энергии.

Устройства, способные создавать и поддерживать разности потенциалов на участках цепи за счет работы сил неэлектростатического происхождения. называются источниками постоянного тока.

Силы неэлектростатического происхождения, действующие на свободные носители заряда со стороны источников тока, называются сторонними силами.

Природа сторонних сил может быть различной.

В гальванических элементах или аккумуляторах они возникают в результате электрохимических процессов, в генераторах постоянного тока сторонние силы возникают при движении проводников в магнитном поле.

Под действием сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля, благодаря чему в замкнутой цепи может поддерживаться постоянный электрический ток.

В цепь включают также потребители электрической энергии, в которых ток выполняет полезную работу. Кроме того, в цепь включают соединительные провода и выключатель (рубильник) для замыкания и размыкания цепи. Простая электрическая цепь состоит из источника тока, потребителя, подводящих проводов и выключателя.

Цепь постоянного тока можно разбить на определенные участки. Те участки, на которых не действуют сторонние силы (то есть участки, не содержащие источников тока), называются однородными. Участки, включающие источники тока, называются неоднородными.

На рисунке изображена замкнутая цепь постоянного тока. Участок цепи (cd) является однородным.

Часть цепи, в которой заряды движутся по направлению действия электрических сил (a-d-c-b)называют внешней, а часть цепи, в которой заряды движутся в сторону действия сторонних сил (a-b), называют внутренней.

Те точки, в которых внешняя цепь граничит с внутренней называют полюсами. У одного из полюсов имеется самый большой потенциал, а у другого самый маленький потенциал по сравнению с другими точками цепи. Полюс с наибольшим потенциалом называют положительным и обозначают знаком «+», а полюс с наименьшим потенциалом называют отрицательным и обозначают знаком «-».

При перемещении единичного положительного заряда по некоторому участку цепи работу совершают как электростатические (кулоновские), так и сторонние силы.

Для существования постоянного тока необходимо наличие в электрической цепи источника постоянного тока — устройства, способного создавать и поддерживать разности потенциалов на участках цепи.

Возникновение разности потенциалов на полюсах любого источника является результатом разделения в нем положительных и отрицательных зарядов. Это разделение происходит благодаря работе, совершаемой сторонними силами.

 При перемещении электрических зарядов по цепи постоянного тока сторонние силы, действующие внутри источников тока, совершают работу.

Физическая величина, равная отношению работы Aст сторонних сил при перемещении заряда q от отрицательного полюса источника тока к положительному к величине этого заряда, называется электродвижущей силой источника (ЭДС):

  • ЭДС определяется работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда.
  • Электродвижущая сила, как и разность потенциалов, измеряется в вольтах [В].
  • Чтобы измерить ЭДС источника, надо присоединить к нему вольтметр при разомкнутой цепи.

Источник тока является проводником и всегда имеет некоторое сопротивление, поэтому ток выделяет в нем тепло. Это сопротивление называют внутренним сопротивлением источникаи обозначают r.

  1. При перемещении единичного положительного заряда по замкнутой цепи постоянного тока работа сторонних сил равна сумме ЭДС, действующих в этой цепи, а работа электростатического поля равна нулю.
  2. Работа сторонних сил по перемещению единичного заряда равна по определению электродвижущей силе ε12, действующей на данном участке. Поэтому полная работа по перемещению единичного заряда равна 
  3. Величину U12 , равную работе по перемещению единичного заряда, принято называть напряжением на участке цепи 1–2.

Если цепь состоит из внешней части сопротивлением R и внутренней сопротивлением r, то,  согласно закону сохранения энергии, ЭДС источника будет равна сумме напряжений на внешнем и внутреннем участках цепи, т. к. при перемещении по замкнутой цепи заряд возвращается в исходное положение , где IR – напряжение на внешнем участке цепи, а Ir — напряжение на внутреннем участке цепи.

  • Таким образом, для участка цепи, содержащего ЭДС:
  • Эта формула выражает закон Ома для полной цеписила тока в полной цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе источника и обратно пропорциональна сумме сопротивлений внешнего и внутреннего участков цепи.
  • На рисунке изображена замкнутая цепь постоянного тока.

Продолжение лекции

Источник: http://infofiz.ru/index.php/mirfiziki/fizst/lkf/140-lk35ft

Сторонние силы, электродвижущая сила и напряжение

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 10Следующая ⇒

Если в цепи на носители тока действуют только силы электростатического поля, то происходит перемещение носителей (они предполагаются положительными) от точек с большим потенциалом к точкам с меньшим потенциалом. Это приведет к выравниванию потенциалов во всех точках цепи и к исчезновению электрического поля.

Поэтому для существования постоянного тока необходимо наличие в цепи устройства, способного создавать и поддерживать разность потенциалов за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Такие устройства называютсяисточниками тока.

Силы неэлектростатического происхождения, действующие на заряды со стороны источников тока, называютсясторонними.

Природа сторонних сил может быть различной. Например, в гальванических элементах они возникают за счет энергии химических реакций между электродами и электролитами; в генераторе — за счет механической энергии вращения ротора генератора и т. п.

Роль источника тока в электрической цепи, образно говоря, такая же, как роль насоса, который необходим для перекачивания жидкости в гидравлической системе.

Под действием создаваемого поля сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля, благодаря чему на концах цепи поддерживается разность потенциалов и в цепи течет постоянный электрический ток.

Сторонние силы совершают работу по перемещению электрических зарядов. Физи­ческая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда, называетсяэлектродвижущей силой (э.д.с.),действующей в цепи:

Сторонняя сила Fст, действующая на заряд Q, может быть выражена как

где Е — напряженность поля сторонних сил. Работа же сторонних сил по перемещению заряда Q0 на замкнутом участке цепи равна

Разделив (97.2) на Q, получим выражение для э. д. с., действующей в цепи:

т. е. э.д.с., действующая в замкнутой цепи, может быть определена как циркуляция вектора напряженности поля сторонних сил. Э.д.с., действующая на участке 12, равна

На заряд Q0 помимо сторонних сил действуют также силы электростатического поля Fe=QE. Таким образом, результирующая сила, действующая в цепи на заряд Q0, равна

Работа, совершаемая результирующей силой над зарядом Q0 на участке 12, равна

Используя выражения (97. 3) и (84.8), можем записать

Напряжением U на участке 12 называется физическая величина, определяемая работой, совершаемой суммарным полем электростатических (кулоновских) и сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда на данном участке цепи. Таким образом, согласно (97.4),

Понятие напряжения является обобщением понятия разности потенциалов: напряжение на концах участка цепи равно разности потенциалов в том случае, если на этом участке не действует Э.д.с., т. е. сторонние силы отсутствуют.

18 Правила Кирхгофа для разветвленных цепей

Первое правило Кирхгофа утверждает, что алгебраическая сумма токов, сходящихся в любом узле цепи равна нулю:

(7.9.1)

В случае установившегося постоянного тока в цепи ни в одной точке проводника, ни на одном из его участков не должны накапливаться электрические заряды (узел – любой участок цепи, где сходятся более двух проводников (рис. 7.8)).

Рис. 7.8

Токи, сходящиеся к узлу, считаются положительными:

Второе правило Кирхгофаявляется обобщением закона Ома для разветвленной цепи.Для произвольного замкнутого контура с произвольным числом разветвлений (рис. 7.9) можно записать для каждого элемента контура:

Рис. 7.9

Складывая эти уравнения получим второе правило Кирхгофа:

(7.9.2)

В любом замкнутом контуре электрической цепи алгебраическая сумма произведения тока на сопротивление равна алгебраической сумме ЭДС, действующих в этом же контуре.

Обход контуров осуществляется по часовой стрелке, если направление обхода совпадает с направлением тока, то ток берется со знаком «плюс».

19. мощность в цепи постоянного тока. Работа выхода — разница между минимальной энергией (обычно измеряемой в электрон-вольтах), которую необходимо сообщить электрону для его «непосредственного» удаления из объёма твёрдого тела, и энергией Ферми.

Здесь «непосредственность» означает то, что электрон удаляется из твёрдого тела через данную поверхность и перемещается в точку, которая расположена достаточно далеко от поверхности по атомным масштабам (чтобы электрон прошёл весь двойной слой), но достаточно близко по сравнению с размерами макроскопических граней кристалла.

При этом пренебрегают дополнительной работой, которую необходимо затратить на преодоление внешних полей, возникающих из-за перераспределения поверхностных зарядов. Таким образом, работа выхода для одного и того же вещества для различных кристаллографических ориентаций поверхности оказывается различной.

При удалении электрона на бесконечность его взаимодействие с зарядами, остающимися внутри твёрдого тела приводит к индуцированию макроскопических поверхностных зарядов (при рассмотрении полубесконечного образца в электростатике это называют «изображением заряда»).

При перемещении электрона в поле индуцированного заряда совершается дополнительная работа, которая определяется диэлектрической проницаемостью вещества, геометрией образца и свойствами других поверхностей.

За счет этого полная работа по перемещению электрона из любой точки образца в любую другую точку (в том числе и точку бесконечности) не зависит от пути перемещения, то есть от того, через какую поверхность был удален электрон. Поэтому в физике твёрдого тела эта работа не учитывается и не входит в работу выхода.

20.работа выхода электрона. термоэлектронная эмиссияТермоэлектро́нная эми́ссия (эффект Ричардсона, эффект Эдисона) — явление испускания электронов нагретыми телами.

Концентрация свободных электронов в металлах достаточно высока, поэтому даже при средних температурах вследствие распределения электронов по скоростям (по энергии) некоторые электроны обладают энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера на границе металла.

С повышением температуры число электронов, кинетическая энергия теплового движения которых больше работы выхода, растет, и явление термоэлектронной эмиссии становится заметным.

Исследование закономерностей термоэлектронной эмиссии можно провести с помощью простейшей двухэлектродной лампы — вакуумного диода, представляющего собой откачанный баллон, содержащий два электрода: катод К и анод А. В простейшем случае катодом служит нить из тугоплавкого металла (например, вольфрама), накаливаемая электрическим током.

Анод чаще всего имеет форму металлического цилиндра, окружающего катод. Если диод включить в цепь, то при накаливании катода и подаче на анод положительного напряжения (относительно катода) в анодной цепи диода возникает ток. Если поменять полярность батареи, то ток прекращается, как бы сильно катод ни накаливали.

Следовательно, катод испускает отрицательные частицы — электроны. Если поддерживать температуру накаленного катода постоянной и снять зависимость анодного тока от анодного напряжения — вольт-амперную характеристику, то оказывается, что она не является линейной, то есть для вакуумного диода закон Ома не выполняется.

Зависимость термоэлектронного тока от анодного напряжения в области малых положительных значений описывается законом трех вторых (установлен русским физиком С. А. Богуславским (1883— 1923) и американским физиком И. Ленгмюром (1881 — 1957)): , где В — коэффициент, зависящий от формы и размеров электродов, а также их взаимного расположения.

При увеличении анодного напряжения ток возрастает до некоторого максимального значения, называемого током насыщения. Это означает, что почти все электроны, покидающие катод, достигают анода, поэтому дальнейшее увеличение напряженности поля не может привести к увеличению термоэлектронного тока.

Следовательно, плотность тока насыщения характеризует эмиссионную способность материала катода. Плотность тока насыщения определяется формулой Ричардсона — Дешмана, выведенной теоретически на основе квантовой статистики: , где А — работа выхода электронов из катода, Т — термодинамическая температура, С — постоянная, теоретически одинаковая для всех металлов (это не подтверждается экспериментом, что, по-видимому, объясняется поверхностными эффектами). Уменьшение работы выхода приводит к резкому увеличению плотности тока насыщения. Поэтому применяются оксидные катоды (например, никель, покрытый оксидом щелочноземельного металла), работа выхода которых равна 1 −1,5 эВ.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Рекомендуемые страницы:

Источник: https://lektsia.com/5x3cdb.html

Электродвижущая сила — Класс!ная физика

«Физика — 10 класс»

Любой источник тока характеризуется электродвижущей силой, или сокращённо ЭДС. Так, на круглой батарейке для карманного фонарика написано: 1,5 В. Что это значит?

Если соединить проводником два разноимённо заряженных шарика, то заряды быстро нейтрализуют друг друга, потенциалы шариков станут одинаковыми, и электрическое поле исчезнет (рис. 15.9, а).

Сторонние силы.

Для того чтобы ток был постоянным, надо поддерживать постоянное напряжение между шариками.

Для этого необходимо устройство (источник тока), которое перемещало бы заряды от одного шарика к другому в направлении, противоположном направлению сил, действующих на эти заряды со стороны электрического поля шариков.

В таком устройстве на заряды, кроме электрических сил, должны действовать силы неэлектростатического происхождения (рис. 15.9, б). Одно лишь электрическое поле заряженных частиц (кулоновское поле) не способно поддерживать постоянный ток в цепи.

Любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением сил электростатического происхождения (т. е. кулоновских), называют сторонними силами.

Вывод о необходимости сторонних сил для поддержания постоянного тока в цепи станет ещё очевиднее, если обратиться к закону сохранения энергии.

Электростатическое поле потенциально. Работа этого поля при перемещении в нём заряженных частиц по замкнутой электрической цепи равна нулю. Прохождение же тока по проводникам сопровождается выделением энергии — проводник нагревается.

Следовательно, в цепи должен быть какой-то источник энергии, поставляющий её в цепь. В нём, помимо кулоновских сил, обязательно должны действовать сторонние, непотенциальные силы.

Работа этих сил вдоль замкнутого контура должна быть отлична от нуля.

Именно в процессе совершения работы этими силами заряженные частицы приобретают внутри источника тока энергию и отдают её затем проводникам электрической цепи.

Сторонние силы приводят в движение заряженные частицы внутри всех источников тока: в генераторах на электростанциях, в гальванических элементах, аккумуляторах и т. д.

При замыкании цепи создаётся электрическое поле во всех проводниках цепи. Внутри источника тока заряды движутся под действием сторонних сил против кулоновских сил (электроны от положительно заряженного электрода к отрицательному), а во внешней цепи их приводит в движение электрическое поле (см. рис. 15.9, б).

Природа сторонних сил.

Природа сторонних сил может быть разнообразной. В генераторах электростанций сторонние силы — это силы, действующие со стороны магнитного поля на электроны в движущемся проводнике.

В гальваническом элементе, например в элементе Вольта, действуют химические силы.

Элемент Вольта состоит из цинкового и медного электродов, помещённых в раствор серной кислоты. Химические силы вызывают растворение цинка в кислоте.

В раствор переходят положительно заряженные ионы цинка, а сам цинковый электрод при этом заряжается отрицательно. (Медь очень мало растворяется в серной кислоте.

) Между цинковым и медным электродами появляется разность потенциалов, которая и обусловливает ток во внешней электрической цепи.

  • Электродвижущая сила.
  • Действие сторонних сил характеризуется важной физической величиной, называемой электродвижущей силой (сокращённо ЭДС).
  • Электродвижущая сила источника тока равна отношению работы сторонних сил при перемещении заряда по замкнутому контуру к абсолютной величине этого заряда:

Электродвижущую силу, как и напряжение, выражают в вольтах.

Разность потенциалов на клеммах батареи при разомкнутой цепи равна электродвижущей силе. ЭДС одного элемента батареи обычно 1—2 В.

Можно говорить также об электродвижущей силе и на любом участке цепи. Это удельная работа сторонних сил (работа по перемещению единичного заряда) не во всём контуре, а только на данном участке.

  1. Электродвижущая сила гальванического элемента есть величина, численно равная работе сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда внутри элемента от одного полюса к другому.
  2. Работа сторонних сил не может быть выражена через разность потенциалов, так как сторонние силы непотенциальны и их работа зависит от формы траектории перемещения зарядов.
  3. Источник: «Физика — 10 класс», 2014, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский

Следующая страница «Закон Ома для полной цепи» Назад в раздел «Физика — 10 класс, учебник Мякишев, Буховцев, Сотский»

Законы постоянного тока — Физика, учебник для 10 класса — Класс!ная физика

Электрический ток. Сила тока — Закон Ома для участка цепи. Сопротивление — Электрические цепи. Последовательное и параллельное соединения проводников — Примеры решения задач по теме «Закон Ома.

Последовательное и параллельное соединения проводников» — Работа и мощность постоянного тока — Электродвижущая сила — Закон Ома для полной цепи — Примеры решения задач по теме «Работа и мощность постоянного тока.

Закон Ома для полной цепи»

Источник: http://class-fizika. ru/10_a164.html

Чем отличается ЭДС от напряжения: простое объяснение на примере

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!

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:

Источник: https://samelectrik.ru/chem-otlichaetsya-eds-ot-napryazheniya-prostoe-obyasnenie-na-primere.html

Сторонние силы. Электродвижущая сила и напряжение

Если в цепи на свободные носители заряда действуют только силы электростатического поля, то происходит перемещение носителей (они предполагаются положительными) от точек с большим потенциалом к точкам с меньшим потенциалом. Это приведет к выравниванию потенциалов во всех точках цепи и к исчезновению электрического поля.

Поэтому для существования постоянного тока в цепи необходимо наличие устройства, способного создавать и поддерживать разность потенциалов за счет работы сил неэлектростатического происхождения. Такие устройства называются источниками тока.

Силы неэлектростатического происхождения, действующие на заряды внутри источника тока, называются сторонними.

Природа сторонних сил может быть различной.

Например, в гальванических элементах они возникают за счет энергии химических реакций между электродами и электролитами, в генераторе — за счет механической энергии вращения ротора генератора и т. п.

Роль источника тока в электрической цепи, образно говоря, такая же, как роль насоса, который необходим для перекачивания жидкости в гидравлической системе.

Под действием сторонних сил электрические заряды движутся внутри источника тока против сил электростатического поля, благодаря чему на концах цепи поддерживается разность потенциалов и в цепи течет постоянный электрический ток.

Сторонние силы совершают работу по перемещению электрических зарядов. Физическая величина, определяемая работой, совершаемой сторонними силами при перемещении единичного положительного заряда, называется электродвижущей силой (ЭДС) «Г,

Эта работа производится за счет энергии, затрачиваемой в источнике тока, поэтому величину W можно также называть электродвижущей силой источника тока, включенного в цепь.

Часто, вместо того чтобы сказать: «В цепи действуют сторонние силы», говорят: «В цепи с ЭДС», т.е. термин «электродвижущая сила» употребляется как характеристика сторонних сил.

ЭДС, как и потенциал, выражается в вольтах (см. формулу (4) п. 1.6 и (1)).

На заряд Q0, помимо сторонних сил, действуют также силы электростатического поля. Работа, совершаемая силами электростатического поля при перемещении заряда Q0 из точки 1 в точку 2 (см. (3) п. 8.6), равна:

Работа, совершаемая результирующей силой над зарядом Q0Ha участке 12, равна:

Если цепь замкнута, то работа электростатических сил равна нулю, и в данном случае

Напряжение на участке 12 — физическая величина, равная работе, совершаемой суммарным полем электростатических (кулоновских) и сторонних сил при перемещении единичного положительного заряда на данном участке цепи:

или, учитывая формулу (3), получим

Понятие напряжения является обобщением понятия разности потенциалов: напряжение на концах участка цепи равно разности потенциалов в том случае, если на этом участке не действует ЭДС, т. е. отсутствуют сторонние силы.

Источник: https://bstudy.net/748089/spravochnik/storonnie_sily_elektrodvizhuschaya_sila_napryazhenie

Электродвижущая сила гальванического элемента

Электродвижущая сила и гальванические элементы

Электродвижущая сила – это сила не электростатического происхождения, которая производит разделение зарядов.

Работа, которая совершается в цепи при прохождении тока, равняется работе сторонних электродвижущих сил (ЭДС).

Распространенными источниками постоянного тока служат гальванические элементы и аккумуляторы.

Электрический ток открыл в конце XVIII века Л. Гальвани, но он не смог дать правильное истолкование своим экспериментам. Это сделал А. Вольта. Однако ряд источников постоянного тока назвали по имени Гальвани.

Разность потенциалов появляется не только тогда, когда контактируют твердые тела, но и твердые тела и жидкости. При таких контактах возможно прохождение химических реакций.

Так, при помещении цинковой пластинки ($Zn$) в раствор серной кислоты ($H_2SO_4$) цинк растворяется. {++}$), в результате раствор заряжается положительно, а пластина из цинка получает отрицательный заряд. В таком случае между раствором и пластиной появляется разность потенциалов. Если достигнуто некоторое значение потенциала металла, по отношению к раствору, который называется электрохимическим, уход ионов из пластинки цинка в раствор заканчивается. Электрохимический потенциал связан со свойствами металла, жидкости и концентрации ионов металла в растворе. Если металл контактирует с водой, то его заряд больше, чем если металл находится в растворе соли, имеющем ионы металла. При большой концентрации ионов металла в растворе, возможен обратный процесс. В таком случае положительные ионы смогут выпадать в осадок на металл, тогда металлическая пластинка зарядится положительно. Получается, что при разных комбинациях металлов, жидкостей и концентраций ионов в растворах могут появляться разные электрохимические потенциалы.

Так как электрохимический потенциал связан с концентрацией ионов металла, принято использовать раствор в котором в одном литре раствора имеется моль ионов металла, деленный на валентность иона. При этом электрохимический потенциал металла в таком растворе называют абсолютным нормальным электрохимическим потенциалом. Для растворов в серной кислоте данный потенциал:

  • для цинка равен -0,5 В;
  • для меди равен +0,6 В.

При погружении двух разных металлов в раствор между ними появляется разность потенциалов, которая равна разности их электрохимических потенциалов.

Определение 1

Систему из двух металлов в растворе называют гальваническим элементом. Разность потенциалов между металлами называют электродвижущей силой элемента.

Элемент Вольта

Данный гальванический элемент составлен из медной и цинковой пластинок, которые размещают в растворе серной кислоты (рис.1). Электрохимические потенциалы цинка и меди указаны выше, получим ЭДС элемента Вольта равна:

$Ɛ=0,6-(-0,5)=1,1 (В).$

Рисунок 1. Элемент Вольта. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Область действия сторонних ЭДС

Не следует считать, что сторонние ЭДС занимают все пространство между пластинами. В элементе Вольта возникают две сторонние ЭДС, которые распространены в поверхностных слоях, где соприкасаются пластинки с раствором кислоты. Данные слои имеют толщину около диаметра молекулы. Во всем остальном объеме раствора сторонних ЭДС нет.

Если соединить пластины элемента при помощи проводника, то в нем возникнет электрический ток, направленный от медной пластины (положительного электрода) к пластине из цинка (отрицательному электроду).

В растворе в пространстве между электродами, ток направлен от цинка к меди. Получается, что линии постоянного тока замкнуты.

Определим, каково изменение потенциала в цепи с током. В направлении течения тока потенциал уменьшается на сопротивлении проводника. Рассмотрим рис.2, который отражает изменение потенциала в замкнутом контуре, который имеет в качестве источника ЭДС элемент Вольта. Точки $A$ и $B$ соответствуют поверхностным контактам медного и цинкового электродов с растворами, в которых работают сторонние электродвижущие силы. Разность этих сил равна сторонней ЭДС элемента. Эта ЭДС равняется суммарному падению потенциала на сопротивлении внешней цепи на участке $AGB$ и на сопротивлении электролита на участке $BDA$. Сопротивление электролита называют внутренним сопротивлением элемента.

Закон Ома для всей цепи запишем как:

$Ɛ_{st}=I(R+r) (1)$,

где:

  • $Ɛ_{st}$ – сторонняя ЭДС элемента;
  • $R$ – сопротивление внешней цепи;
  • $r$ – внутреннее сопротивление элемента.

Сторонняя ЭДС элемента определена свойствами элемента и не связана с силой тока в цепи. Формула (1) показывает, что падение напряжения на внешней цепи ($U=IR$) не равно ЭДС элемента, а всегда меньше ее:

$IR= Ɛ_{st}-Ir$(2).

$U$ – напряжение между клеммами работающего элемента, при течении тока в цепи. Из выражения (2) следует, что если сила тока увеличивается, то напряжение во внешней цепи становится меньше. Причем, это уменьшение тем больше, чем больше внутреннее сопротивления элемента.

При применении гальванического элемента желательно, чтобы напряжение во внешней цепи было наименее зависимым от нагрузки (от силы тока).

Значимой характеристикой элемента является его внутреннее сопротивление. Чем меньше внутреннее сопротивление элемента при прочих равных условиях, тем выше качество источника ЭДС.

Закон сохранения энергии для цепи с током с источником ЭДС гальваническим элементом

Рассмотрим закон сохранения энергии в цепи с током для цепи рис.2.

Рисунок 2. Цепь с током и гальваническим элементом. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Пусть $A_1$ – работа электрического поля при перемещении заряда $q$ по замкнутой цепи; $A_2$ – работа сторонних ЭДС. Электрическое поле совершает работу на участках, где потенциал падает от $\varphi_{1}$ до $\varphi_{2}$ (внешняя цепь) и от $\varphi_{3}$ до $\varphi_{4}$ ( за счет сопротивления раствора току внутри элемента).

$A_{1}=\left( \varphi_{1}-\varphi_{2} \right)q+\left( \varphi_{3}-\varphi_{4} \right)q\left( 3 \right)$.

Работа сторонних сил в слоях толщины диаметра молекулы ведет к увеличению потенциалов от $\varphi_{4}$ до $\varphi_{1}$ на пластинке из меди и от $\varphi_{2}$ до $\varphi_{3}$ на пластинке из цикла.

Работа сторонних ЭДС равна:

$ A_{2}=\left( \varphi_{1}-\varphi_{4} \right)q+\left( \varphi_{3}-\varphi_{2} \right)q=\left( \varphi_{1}-\varphi_{2} \right)q+\left( \varphi_{3}-\varphi_{4} \right)q\left( 4 \right)$.

Выражения (3) и (4) показывают, что:

$A_1=A_2 (5),$

работа, которая совершается в цепи при течении тока, равна работе сторонних ЭДС.

Электродвижущая сила — Вики

У этого термина существуют и другие значения, см. Сила (значения).

Классическая электродинамика
Электричество · Магнетизм
См. также: Портал:Физика

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

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

Несмотря на наличие слова «сила» в наименовании понятия, электродвижущая сила не является одной из сил в физике и не имеет размерности силы.

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.

Содержание

  • 1 ЭДС и закон Ома
  • 2 ЭДС источника тока
  • 3 ЭДС индукции
  • 4 Неэлектростатический характер ЭДС
  • 5 Сторонние силы
  • 6 См. также
  • 7 Примечания

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 указанную поверхность. 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

  • Правила Кирхгофа

Примечания

  1. 1 2 3 4 Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М.: Физматлит, МФТИ, 2004. — Т. III. Электричество. — С. 193—194. — 656 с. — ISBN 5-9221-0227-3.
  2. Калашников С. Г. Общий курс физики. — М.: Гостехтеориздат, 1956. — Т. II. Электричество. — С. 146, 153. — 664 с.
  3. Кабардин О. Ф. Физика. – М., Просвещение, 1985. – Тираж 754 000 экз. – с. 131

В статье не хватает ссылок на источники (см. также рекомендации по поиску).

Информация должна быть проверяема, иначе она может быть удалена. Вы можете отредактировать статью, добавив ссылки на авторитетные источники в виде сносок. (19 июня 2018)

Физика Электродвижущая сила.

Закон Ома для полной цепи

Материалы к уроку

Конспект урока

Соединим проводником два металлических шарика, несущих заряды противоположных знаков. Под влиянием электрического поля этих зарядов в проводнике возникает электрический ток. Но этот ток будет кратковременным. Заряды быстро нейтрализуются, потенциалы шариков станут одинаковыми, и электрическое поле исчезнет. Для того чтобы ток был постоянным, надо поддерживать постоянное напряжение между шариками. Для этого необходимо устройство (источник тока), которое перемещало бы заряды от одного шарика к другому в направлении противоположном направлению сил, действующих на эти заряды со стороны электрического поля шариков. 
В таком устройстве на заряды, кроме электрических сил должны действовать силы и неэлектрического происхождения. Одно лишь электрическое поле заряженных частиц (кулоновское поле) не способно поддерживать постоянный ток в цепи. Любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением сил электростатического происхождения (т.е. кулоновских), называют сторонними силами. Сторонние силы приводят в движение заряженные частицы внутри всех источников тока: в генераторах на электростанциях, в гальванических элементах, аккумуляторах.
При замыкании цепи создается электрическое поле во всех проводниках цепи. Внутри источника тока заряды движутся под действием сторонних сил против кулоновских сил (электроны от положительно заряженного электрода к отрицательному), а во всей остальной цепи их приводит в движение электрическое поле.
Природа сторонних сил может быть разнообразной. В генераторах электростанций сторонняя сила – эта сила, действующая со стороны магнитного поля на электроны в движущемся проводнике.
В гальваническом элементе, например, в элементе Вольта, действуют химические силы. Элемент Вольта состоит из цинкового и медного электродов, помещенных в раствор серной кислоты. Химические силы вызывают растворение цинка в кислоте. В раствор переходят положительно заряженные ионы цинка, а сам цинковый электрод при этом заряжается отрицательно. Между цинковым и медным электродами появляется разность потенциалов, которая обусловливает ток в замкнутой электрической цепи.
Первая электрическая батарея появилась в 1799 году. Её изобрел итальянский физик Алессандро ВОльта (1745 – 1827) — итальянский физик, химик и физиолог, изобретатель источника постоянного электрического тока. Его первый источник тока – «вольтов столб» был построен в точном соответствии с его теорией «металлического» электричества. Вольта положил друг на друга попеременно несколько десятков небольших цинковых и серебряных кружочков, проложив меж ними бумагу, смоченную подсоленной водой. 
Гальванический элемент- химический источник тока, в котором электрическая энергия вырабатывается в результате прямого преобразования химической энергии окислительно-восстановительной реакцией.
До конца XVIII века все технические источники тока были основаны на электризации трением. Наиболее эффективным из этих источников стала электрофорная машина (диски машины приводятся во вращение в противоположных направлениях. В результате трения щеток о диски на кондукторах машины накапливаются заряды противоположного знака) Сторонние  силы  возникают  в  результате  трения.
Прибор фотоэлемент.
При освещении некоторых веществ светом в них появляется ток, световая энергия превращается в электрическую. 
В данном приборе заряды разделяются под действием света. Фотоэлементы применяются в солнечных батареях, световых датчиках, калькуляторах, видеокамерах.
Сторонние  силы  возникают  под  действием  света.
Прибор термоэлемент.
Если две проволоки из разных металлов спаять с одного края, а затем нагреть место спая, то в них возникнет ток – заряды при нагревании спая разделяются. Термоэлементы применяются в термодатчиках и на геотермальных электростанциях в качестве датчика температуры.
Сторонние  силы  возникают  под  действием тепла.  
Действие сторонних сил характеризуется важной физической величиной электродвижущей силой (сокращенно ЭДС). Электродвижущая сила в замкнутом контуре представляет собой отношение работы сторонних сил при перемещении заряда вдоль контура к заряду. Электродвижущую силу выражают в вольтах. Это удельная работа сторонних сил не во всем контуре, а только на данном участке, т.е. работа по перемещению единичного заряда.
Если на батарейке написано 1,5 вольт, то это означает, что сторонние силы (химические в данном случае) совершают работу 1,5 Джоулей при перемещении заряда в 1 Кулон от одного полюса батарейки к другому. Постоянный ток не может существовать в замкнутой цепи, если в ней не действуют сторонние силы, т.е нет ЭДС.
Электродвижущая сила определяет силу тока в замкнутой электрической цепи с известным сопротивлением. Рассмотрим простейшую полную (замкнутую) цепь, состоящую из источника тока (гальванического элемента, аккумулятора или генератора) и резистора сопротивлением (эр большое) R . Источник тока имеет ЭДС и сопротивление (эр малое) r . Сопротивление источника часто называют внутренним сопротивлением, в отличие от внешнего сопротивления (эр большое) R цепи. Закон Ома для замкнутой цепи связывает силу тока в цепи, ЭДС и полное сопротивление цепи: Сила тока в полной цепи равна отношению ЭДС цепи к ее полному сопротивлению. 
Пример. ЭДС батареи 6,0 В, ее внутреннее сопротивление 0,5 Ом, сопротивление внешней цепи 11,5 Ом. Найдите силу тока в цепи, напряжение на зажимах батареи и падение напряжения внутри батареи.
Запишем данные: ЭДС равен 6 Вольт, сопротивление источника тока-0,5 Ом, сопротивление внешнего участка цепи составляет 0,5 Ом. 
Пусть R (эр большое) – сопротивление внешнего участка цепи, r (эр малое) – внутреннее сопротивление батареи.
Тогда по закону Ома для замкнутой цепи (формула), где ε(эпсилон) – ЭДС батареи, I (и)- сила тока в цепи. Так как сила тока I одинакова как для внешнего, так и для внутреннего участков цепи, то напряжение на зажимах батареи, т. е. на внешнем участке цепи с сопротивлением R , по закону Ома для этого однородного участка есть формула.
Аналогично, для внутреннего участка цепи, имеющего сопротивление r (эр малое), можно записать как произведение силы тока на внутреннее сопротивление. Учитывая формулу силы тока, имеем для U r (у эр малое).
Подставляем значения и проводим расчеты.
Получаем ответ: сила тока в цепи равна 0,5 А; напряжение на зажимах батареи 5,75 В; падение напряжения на внутреннем сопротивлении 0,25В.
Внутреннее сопротивление источника тока не оказывает заметного влияния на силу тока, если оно мало по сравнению с сопротивлением внешней части цепи (R>>r). При этом напряжение на зажимах источника приблизительно равно ЭДС.
При коротком замыкании, сила тока в цепи определяется именно внутренним сопротивлением источника и при электродвижущей силе в несколько вольт может оказаться очень большим, если r мало. Провода могут расплавиться, а сам источник выйти из строя.
Для защиты от короткого замыкания принимают специальные меры.
Устанавливают токоограничивающие электрические реакторы, применяют распараллеливание электрических цепей, т.е. отключение секционных и шиносоединительных выключателей, используют понижающие трансформаторы с расщепленной обмоткой низкого напряжения; используют отключающее оборудование – быстродействующие коммутационные аппараты с функцией ограничения тока короткого замыкания – плавкие предохранители и автоматические выключатели; применяют устройства релейной защиты для отключения поврежденных участков цепи.
Если цепь содержит несколько последовательно соединенных элементов с ЭДС, то полная ЭДС цепи равна алгебраической сумме ЭДС отдельных элементов.
 Знак ЭДС определяется произвольно  по  выбранному   направлению обхода контура. Если при обходе переходим от отрицательного полюса к положительному, то ЭДС будет положительной. 
Как вы думаете, какое напряжение может представлять опасность для жизни человека?
Опасная для жизни человека сила тока равна 0,05 ампер. Сопротивление человеческого тела между его руками изменяется в зависимости от его самочувствия, опускаясь до 800 Ом. Следовательно, человек может погибнуть при напряжении уже в 40 вольт! С током лучше не шутить/

Остались вопросы по теме? Наши репетиторы готовы помочь!

  • Подготовим к ЕГЭ, ОГЭ и другим экзаменам

  • Найдём слабые места по предмету и разберём ошибки

  • Повысим успеваемость по школьным предметам

  • Поможем подготовиться к поступлению в любой ВУЗ

Выбрать репетитора

Электродвижущая сила. Определение и значение.

Сохрани это слово!

См. синонимы слова «электродвижущая сила» на Thesaurus.com

Показывает уровень обучения в зависимости от сложности слова.


сущ. Электричество.

энергия, доступная для преобразования из неэлектрической формы в электрическую или наоборот, на единицу заряда, проходящего через источник энергии; разность потенциалов между клеммами источника электрической энергии: выражается в вольтах. Сокращения: ЭДС, ЭДС, ЭДС, ЭДС.

ВИКТОРИНА

ЭТА ВИКТОРИНА ПО СИНИМ ПРОТИВОПОЛОЖНОСТЯМ ОБЯЗАТЕЛЬНО ВЫБЕРЕТ ВАС “СИНИЙ”

Как вы думаете, что является противоположностью синего? Посмотрите, как много вы знаете о множестве способов, которыми мы можем описать противоположность синего.

Вопрос 1 из 6

Что символизирует шафран в индуистских традициях?

Также называется давлением.

Происхождение электродвижущей силы

Впервые записано в 1825–1835 гг. Полный Основано на словаре Random House Unabridged Dictionary, © Random House, Inc., 2022 г.

Слова, относящиеся к электродвижущей силе

движущая сила, кинетическая энергия, передвижение, движение, первичный двигатель, толчок

Как использовать электродвижущую силу в предложении , сила для грамотности и расширения прав и возможностей.

Как криминальное чтиво спасло литературу|Венди Смит|8 января 2015 г.|DAILY BEAST

  • Вскоре после рассвета произошла еще одна вспышка смертоносной силы.

    Франция скорбит и охотится|Нико Хайнс, Кристофер Дикки|8 января 2015 г.|DAILY BEAST

  • И оценщики ВВС первыми говорят, что такое изображение никогда не рассказывает всей истории.

    Пентагон не знает, сколько людей было убито в войне с ИГИЛ|Нэнси А. Юссеф|7 января 2015 г.|DAILY BEAST

  • Детективы с оперативной группой беглецов поймали Поланко и его друга на улице Бронкса в первой половине дня.

    Сбит во время замедления полиции Нью-Йорка|Майкл Дейли|7 января 2015 г.|DAILY BEAST

    • Пентагон сообщил, что Фаал служил в ВВС семь лет, за это время он стал гражданином США.

      Темный ветеран США, который пытался свергнуть страну|Джейкоб Сигел|6 января 2015 г.|DAILY BEAST

    • Голиаф не ответил; Дублин сказал, что силы уходят, и мы вообще не можем связаться с солдатами.

      Дневник Галлиполи, том I|Иэн Гамильтон

    • Для такого использования голоса в особой службе силы воли или движущей силы необходимо сначала проверить его свободу.

      Выразительный голос Культура|Джесси Элдридж Саутвик

    • Но вы ошибаетесь, думая, что силы запада состоят из всей Меррилл Хорс.

      Курьер Озарков|Байрон А. Данн

    • Она и ее младшая сестра Джанет много ссорились по злополучной привычке.

      Пробуждение и избранные рассказы|Кейт Шопен

    • Во время разрушения они изольют свою силу и умилостивят гнев того, кто их сотворил.

      Библия, Версия Дуэ-Реймса|Разные

    Определение электродвижущей силы в Британском словаре

    электродвижущая сила


    существительное

    физика

    0 физика

    900 или устройство
  • скорость, с которой энергия извлекается из этого источника, когда единичный ток протекает через цепь или устройство, измеряется в вольтах. Сокращение: ЭДС, ЭДС Символ: E Сравнить разность потенциалов
  • Английский словарь Коллинза – полное и полное цифровое издание 2012 г. © William Collins Sons & Co. Ltd., 1979, 1986 © HarperCollins Publishers 1998, 2000, 2003, 2005, 2006, 2007, 2009, 2012

    Медицинские определения электродвижущей силы

    электродвижущая сила

    Энергия на единицу заряда, которая обратимо преобразуется из химической или других форм энергии в электрическую энергию в батарее.

    Медицинский словарь Стедмана The American Heritage® Copyright © 2002, 2001, 1995, компания Houghton Mifflin. Опубликовано компанией Houghton Mifflin.

    Научные определения электродвижущей силы

    электродвижущая сила


    Электрический потенциал или напряжение. Электродвижущая сила на самом деле не сила, а мера того, какая работа будет совершена при перемещении электрического заряда.

    Научный словарь American Heritage® Авторские права © 2011. Опубликовано издательством Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Все права защищены.

    электромагнетизм – Что такое Электродвижущая сила (ЭДС)? Как это связано с разностью потенциалов?

    спросил

    Изменено 1 год, 2 месяца назад

    Просмотрено 40 тысяч раз

    $\begingroup$

    Что такое электродвижущая сила (ЭДС)? Как это связано с разностью потенциалов? Создается ли она разностью потенциалов в каком-либо проводнике? Это процесс? Почему это называется силой?

    Имеет ли значение запись ЭДС вместо напряжения в цепях переменного тока? (Изучая переменный ток, я обнаружил, что в одних книгах используется ЭДС, а в других — напряжение. )

    электромагнетизм электрические цепи терминология напряжение аккумуляторы

    $\endgroup$

    2

    $\begingroup$

    Электродвижущая сила, сокращенно ЭДС и обозначаемая $\varepsilon$, не является силой. Он определяется как энергия, используемая для накопления заряда на электроде батареи, когда цепь разомкнута. Проще говоря, это работа, выполняемая на единицу заряда, которая представляет собой разность потенциалов между электродами батареи, измеренную в вольтах. Математически $\textbf{V} = \frac{\textbf{W}}{\textbf{q}}$.

    Изначально энергия доступна в виде химической энергии. Эта энергия используется для переноса заряда, скажем $+q$, на анод путем преодоления электростатической силы притяжения из-за отрицательных зарядов на катоде и электростатической силы отталкивания из-за положительных зарядов на аноде. Затем химическая энергия преобразуется в электростатическую потенциальную энергию, присутствующую в электрическом поле между электродами батареи.

    $\endgroup$

    $\begingroup$

    Мне не нравится термин ЭДС (электродвижущая сила), поскольку он очень сбивает с толку.

    Электродвижущая сила, также называемая ЭДС (обозначается $\mathcal{E}$ и измеряется в вольтах), представляет собой напряжение, развиваемое любым источником электроэнергии, таким как батарея или динамо-машина.

    Это означает, что все ЭДС являются напряжениями, но не все напряжения являются ЭДС. Напряжение является ЭДС только в том случае, если оно является источником энергии.

    Что-то вроде различия между люминесцентным светом (от лампочки) и отраженным светом (от вашего стола), если вы измерите его, то нет никакой физической измеримой разницы. Единственная разница в том, что один является источником, а другой нет.

    $\endgroup$

    1

    $\begingroup$

    Ссылка, которую вы предоставили, отвечает почти на все ваши ответы, но все же я процитирую и поясню немного больше.

    Первый Слово «сила» в данном случае используется для обозначения не механической силы, измеряемой в ньютонах, а потенциала, или энергии на единицу заряда, измеряемой в вольтах.

    Это не создание потенциала, это не процесс и даже не сила. Это стало известно как сила, потому что неправильная интерпретация в прошлом создавала впечатление, что сила от батареи толкает частицы в цепи. От этого анализа, очевидно, позже отказались, но превалирует название!

    В электрических цепях ЭДС и потенциал имеют существенную разницу. В то время как ЭДС — это разность потенциалов между клеммами источника в разомкнутой цепи, потенциал — это разность потенциалов между клеммами в замкнутой.

    Потенциал определяется как $ V = \epsilon – Ir $. Здесь $\epsilon$ — ЭДС источника, а $Ir$ — потенциальное падение внутреннего сопротивления. Совершенно очевидно, что замена потенциала на ЭДС в любой цепи не очень разумное решение, однако иногда падение потенциала внутреннего сопротивления незначительно.

    $\endgroup$

    $\begingroup$

    Ничего не создается, но можно предположить, что цепь создает напряжение, когда мощность, комбинация этого напряжения и любого тока, который будет протекать от нее, были получены «вне цепи» – например, через химические процессы (батареи) или электромагнитные процессы (динамо, преобразующее механическую энергию в электрическую). Это очень конкретное напряжение является вашей электродвижущей силой в ваших цепях, например, обратной ЭДС обмоток двигателя. Это понятие существует также в магнитных цепях (для общей картины), см. магнитодвижущая сила.

    $\endgroup$

    $\begingroup$

    Можно отметить, что слово «электродвижущая сила» является неправильным. Он не представляет силы для носителей электричества. Вместо этого он представляет собой разность потенциалов между двумя полюсами в разомкнутой цепи (когда из ячейки не поступает ток).

    $\endgroup$

    $\begingroup$

    Связь между ЭДС и потенциалом точно такая же, как связь между работой и потенциальной энергией. ЭДС элемента цепи — это работа на единицу заряда, совершаемая над зарядами в системе. Часто эта ЭДС связана с разницей потенциалов (потенциальная энергия на единицу заряда), и в этом случае они взаимозаменяемы. Оба могут быть измерены в единицах вольт, поэтому их можно назвать «напряжением». Резистор прикладывает ЭДС -IR к зарядам, которые проходят через него, поэтому разность потенциалов на резисторе равна IR (в частности, сбросить ИК, если следовать текущему).

    Одним из случаев, когда ЭДС НЕ связана с разностью потенциалов, является случай, когда она индуцируется изменением магнитного потока. В цепи с индуцированным током, если вы суммируете разности потенциалов вокруг цепи, вы не получите ноль, даже если вы закончите в том же месте, где начали. Это связано с тем, что изменяющийся магнитный поток в цепи совершает работу (на единицу заряда) извне, но в цепи нет двух точек, к которым можно было бы приложить вольтметр, чтобы измерить это напрямую. ЭДС индукции все еще можно измерить в вольтах, поэтому ее иногда называют «напряжением контура», но это напряжение без разницы! 😉

    $\endgroup$

    $\begingroup$

    Все ЭДС являются напряжениями, но не все напряжения являются ЭДС. Позволь мне объяснить.

    Если напряжение создается неэлектрическим источником, мы называем такое напряжение ЭДС, иначе, если источник чисто электрический, мы называем напряжение самим напряжением, а не ЭДС.
    Например, батарея преобразует химическую энергию в электрическую. Здесь источник напряжения является химическим (неэлектрическим), поэтому напряжение на батарее можно назвать ЭДС. То же самое с генераторами, источник механический, следовательно, ЭДС, то же самое с катушками индуктивности, источник магнитный, следовательно, ЭДС. Но напряжение на заряженном конденсаторе нельзя назвать ЭДС, потому что источником являются электрические заряды, которые являются чисто электрическими.

    Вот похожее объяснение из Википедии:

    В электромагнетизме и электронике электродвижущая сила или ЭДС (измеряемая в вольтах) представляет собой электрическое воздействие, производимое неэлектрическим источником. Устройства (известные как преобразователи) создают ЭДС путем преобразования других форм энергии в электрическую, таких как батареи (преобразующие химическую энергию) или генераторы (преобразующие механическую энергию). Иногда для описания электродвижущей силы используется аналогия с давлением воды. (Слово «сила» в данном случае не употребляется для обозначения сил взаимодействия между телами).
    В электромагнитной индукции ЭДС можно определить вокруг замкнутого контура проводника как электромагнитную работу, которую совершил бы электрический заряд (в данном случае электрон), если бы он прошел один раз по контуру

    Подводя итог, вот определение ЭДС:

    Напряжение, создаваемое неэлектрическим источником, называется ЭДС.

    $\endgroup$

    $\begingroup$

    ЭДС источника может быть определена как работа по переносу единичного положительного заряда от меньшей (отрицательный электрод) к большей (положительный электрод) электродвижущей силы

    $\endgroup$

    1

    Видео с вопросами: Электродвижущая сила и внутреннее сопротивление

    Стенограмма видео

    Какое из следующих утверждений является правильным описанием электродвижущей силы, ЭДС, батареи? а) ЭДС батареи – это напряжение, которое он прикладывает к цепи, к которой он подключен. б) ЭДС батареи – это напряжение, необходимое для преодоления его внутреннего сопротивления. в) ЭДС батареи – это ток внутри аккумулятора. А (D) ЭДС батареи равна разность потенциалов на его клеммах, когда он не производит ток.

    Итак, мы начали вычислять какой из этих четырех вариантов является правильным описанием электродвигателя сила или ЭДС батареи, давайте освободим немного места в верхней части нашего экрана. Теперь, когда мы говорим о батарее, иногда этот термин относится к отдельной единице, или к отдельной ячейке, подобной этой, или к другому раз это может относиться к нескольким ячейкам, расположенным встык. Для простоты будем ссылаться к этому единственному блоку в качестве батареи. И мы хотим определить правильный описание ЭДС этой батареи. Батарейка, как мы помним, это устройство, преобразующее химическую энергию в электрическую. Он делает это химически отделяя электрические заряды, посылая отрицательные заряды к одному концу батарея называется отрицательной клеммой. И это оставляет обилие положительные заряды на другой клемме.

    Мы видим, что эта батарея, как то есть не является частью электрической цепи. Это означает, что нет заряда течет через аккумулятор. В этих условиях, если бы мы для измерения электрического потенциала на положительном конце батареи, положительный терминале, а также произвести измерение электрического потенциала на отрицательном Терминал. Мы могли бы назвать потенциал в положительная клемма 𝑉 саб плюс и потенциал на отрицательной клемме 𝑉 саб минус. Тогда ЭДС нашей батареи равна равно величине разности этих двух потенциалов. Другими словами, ЭДС представляет собой потенциал разница. Просматривая наши варианты ответов, мы видим, что это совпадает с вариантом (D). Но давайте посмотрим на другой варианты ответов, чтобы понять, почему они неверны.

    Вариант (А) говорит о том, что ЭДС Батарея – это напряжение, которое она прикладывает к цепи, к которой она подключена. связано. Итак, возвращаясь к нашей батарее, скажем, что мы соединили его так, что теперь он является частью электрической цепи, такой как это. Вариант (А) говорит о том, что ЭДС батареи — это напряжение, которое она прикладывает к цепи, к которой она подключена. связано. Другими словами, это потенциал разницу, создаваемую батареей в этой внешней части цепи, мы могли бы назови это. Проблема с этим определением заключается в том, он игнорирует тот факт, что сама батарея может иметь внутреннее сопротивление. Мы часто представляем это внутреннее сопротивление со строчной 𝑟. И это внутреннее сопротивление, в сочетании с током внутри батареи уменьшает ЭДС так, что напряжение батарея распространяется на остальную часть цепи на самом деле меньше, чем э.д.с.

    Если ток в этой цепи равен капиталу 𝐼, то этот ток, умноженный на внутреннее сопротивление 𝑟, должен быть добавлено к напряжению, которое мы обычно называем 𝑉, чтобы добавить к ЭДС созданный батареей. Вариант ответа (А) описывает напряжение, которое прикладывается к остальной части цепи, к которой подключен аккумулятор. связано. Это напряжение представлено этим заглавная 𝑉 здесь. И мы видим, что это отличается от э.д.с. Единственный способ, которым 𝑉 будет равен ЭДС, если бы внутреннее сопротивление нашей батареи было равно нулю. Хотя практически это это не так. И поэтому вариант ответа (А) не будет нашим выбором.

    Переходим к варианту ответа (Б), это говорит о том, что ЭДС батареи — это напряжение, необходимое для преодоления ее внутренней сопротивление. Ну, это правда, что ЭДС напряжение, что может показаться удивительным, учитывая, что его название — сила. Но оглядываясь назад на наше уравнение для ЭДС мы могли бы сказать, что напряжение, необходимое для преодоления внутренней сопротивление равно 𝐼 умноженному на строчную букву 𝑟, это значение внутреннего сопротивления. Однако мы видим, что это не вся история, когда дело доходит до ЭДС. ЭДС также включает в себя напряжение, подаваемое на остальная часть цепи. Когда мы рассматриваем только один из этих два термина в нашем описании ЭДС, это описание является неполным. Мы не выберем вариант (Б) либо.

    Вариант (С) сообщает нам, что ЭДС батарея – это ток внутри батареи. Но мы уже видели, что ЭДС напряжение, поэтому называть его током также не может быть правильным описанием. По этой причине мы не будем выбирать вариант (С). Это подтверждает наш выбор варианта (D), что ЭДС батареи представляет собой разность потенциалов на ее клеммах, когда он не производит никакого тока. И это согласуется с нашим уравнением для ЭДС, потому что если мы установим ток 𝐼 равным нулю, то ЭДС будет равна 𝑉.

    Электродвижущая сила и огромное магнитосопротивление в магнитных туннельных переходах

    Abstract

    Электродвижущая сила (ЭДС), предсказанная законом Фарадея, отражает силы, действующие на заряд, – e электрона, движущегося через устройство или цепь, и пропорциональна производной магнитного поля по времени. Эта обычная э.д.с. обычно отсутствует для стационарных цепей и статических магнитных полей. Существуют также силы, действующие на спин электрона; недавно было предсказано 1,2 что для цепей, частично состоящих из ферромагнитных материалов, возникает Э.Д.С. спинового происхождения даже для постоянного магнитного поля. Эта эдс может быть связано с изменяющейся во времени намагниченностью основного материала, такой как движение магнитных доменов в постоянном магнитном поле, и отражает преобразование магнитной энергии в электрическую. Здесь мы показываем, что такая э.д.с. действительно может быть вызвано постоянным магнитным полем в магнитных туннельных переходах, содержащих квантовые наномагниты MnAs со структурой цинковой обманки. Наблюдаемая э.д.с. работает в масштабе времени примерно 10 2 –10 3 секунд и является результатом преобразования магнитной энергии суперпарамагнитных наномагнетиков MnAs в электрическую энергию, когда эти магниты подвергаются магнитному квантовому туннелированию. Как следствие, при определенных напряжениях смещения наблюдается огромное магнитосопротивление, достигающее 100 000%. Наши результаты убедительно подтверждают утверждение о том, что в магнитных наноструктурах закон индукции Фарадея должен быть обобщен для учета сил чисто спинового происхождения. Огромное магнитосопротивление и э.д.с. могут найти потенциальное применение в высокочувствительных магнитных датчиках, а также в новых активных устройствах, таких как «спиновые батареи».

    Это предварительный просмотр содержимого подписки, доступ через ваше учреждение

    Соответствующие статьи

    Статьи открытого доступа со ссылками на эту статью.

    • Рекордная термоЭДС обнаружена в спинтронном стеке на основе IrMn

      • Сб Вт
      • , Тимоти Зиман
      •  … Хайминг Ю

      Связь с природой Открытый доступ 24 апреля 2020 г.

    • Генерация электроэнергии за счет вращения при комнатной температуре

      • К. Катко
      • , Э. Урбен
      •  … М. Боуэн

      Физика коммуникаций Открытый доступ 25 сентября 2019 г.

    • Электрически перестраиваемое магнитосопротивление выпрямления при комнатной температуре в устройствах Шоттки на основе Ge

      • Ци-кун Хуан
      • , И Ян
      •  … Ю-фэн Тянь

      Научные отчеты Открытый доступ 23 ноября 2016 г.

    Варианты доступа

    Подписаться на журнал

    Получить полный доступ к журналу на 1 год

    199,00 €

    всего 3,90 € за выпуск

    Подписаться

    Расчет налогов будет завершен во время оформления заказа.

    Купить статью

    Получите ограниченный по времени или полный доступ к статье на ReadCube.

    32,00 $

    Купить

    Все цены указаны без учета стоимости.

    Рисунок 1: Структура устройства. Рис. 2: Транспортные характеристики MTJ. Рис. 3: Огромное магнитосопротивление. Рисунок 4: Магнитная энергия.

    Ссылки

    1. Барнс, С. Э. и Маекава, С. Обобщение закона Фарадея с учетом неконсервативных сил вращения. Физ. Преподобный Летт. 98 , 246601 (2007)

      АДС КАС Статья Google ученый

    2. Барнс, С.Э. Спиновые движущие силы, «измерения» и спиновые клапаны. Дж. Магн. Магн. Матер. 310 , 2035–2037 (2007)

      АДС КАС Статья Google ученый

    3. Фултон, Т. А. и Долан, Г. Дж. Наблюдение эффектов зарядки одного электрона в небольших туннельных переходах. Физ. Преподобный Летт. 59 , 109–112 (1987)

      АДС КАС Статья Google ученый

    4. Санвито, С. и Хилл, А. Н. Основное состояние полуметаллической цинковой обманки MnAs. Физ. B 62 , 15553–15560 (2000)

      ADS КАС Статья Google ученый

    5. Сато, К., Катаяма-Йошида, Х. и Дедерихс, П. Х. Высокая температура Кюри и наноразмерная фаза спинодального распада в разбавленных магнитных полупроводниках. Япония. Дж. Заявл. физ. 44 , L948–L951 (2005)

      КАС Статья Google ученый

    6. Морено, М., Трамперт, А., Дженихен, Б., Давериц, Л. и Плуг, К. Х. Корреляция структуры и магнетизма в GaAs с внедренными магнитными нанокластерами Mn(Ga)As. J. Appl. физ. 92 , 4672–4677 (2002)

      АДС КАС Статья Google ученый

    7. Йокояма, М., Ямагути, Х., Огава, Т. и Танака, М. Нанокластеры MnAs типа цинковой обманки, встроенные в GaAs. J. Appl. физ. 97 , 10D317 (2005)

      Артикул Google ученый

    8. Квятковски, А. и др. Структура и магнетизм нанокристаллов MnAs, встроенных в GaAs, в зависимости от температуры послеростового отжига. J. Appl. физ. 101 , 113912 (2007)

      АДС Статья Google ученый

    9. Бинаш Г., Грюнберг П., Зауренбах Ф. и Зинн В. Повышенное магнитосопротивление в слоистых магнитных структурах с антиферромагнитным межслоевым обменом. Физ. B 39 , 4828–4830 (1989)

      ADS КАС Статья Google ученый

    10. Байбич М.Н. и др. Гигантское магнитосопротивление магнитных сверхрешеток (001)Fe/(001)Cr. Физ. Преподобный Летт. 61 , 2472–2475 (1988)

      АДС КАС Статья Google ученый

    11. Мудера, Дж. С., Киндер, Л. Р., Вонг, Т. М. и Месерви, Р. Большое магнитосопротивление при комнатной температуре в ферромагнитных тонкопленочных туннельных переходах. Физ. Преподобный Летт. 74 , 3273–3276 (1995)

      АДС КАС Статья Google ученый

    12. Миядзаки Т. и Тэдзука Н. Гигантский магнитный туннельный эффект в соединении Fe/Al2O3/Fe. Дж. Магн. Магн. Матер. 139 , L231–L234 (1995)

      ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Статья Google ученый

    13. Паркин С.С.П. Гигантское туннельное магнитосопротивление при комнатной температуре с туннельными барьерами MgO (100). Природа Матери. 3 , 862–867 (2004)

      АДС КАС Статья Google ученый

    14. Юаса С., Нагахама Т., Фукусима А., Судзуки Ю. и Андо К. Гигантское магнитосопротивление при комнатной температуре в монокристаллических магнитных туннельных переходах Fe/MgO/Fe. Материя Природы. 3 , 868–871 (2004)

      АДС КАС Статья Google ученый

    15. Джин, С. и др. Тысячекратное изменение удельного сопротивления магниторезистивных пленок La-Ca-Mn-O. Наука 264 , 413–415 (1994)

      АДС КАС Статья Google ученый

    16. Токура, Ю. (ред.) Достижения в науке о конденсированных средах Vol. 2, Оксиды колоссального магнитосопротивления (Gordon & Breach, 2000)

      Google ученый

    17. Барнс С.Э., Иеда Дж. и Маэкава С. Магнитная память и устройства усиления тока с использованием движущихся доменных стенок. Заяв. физ. лат. 89 , 122507 (2006)

      АДС Статья Google ученый

    18. Барнс, С.Э. и Маэкава, С. Токи, вызванные движением доменных стенок в тонких ферромагнитных проводах. Препринт на 〈http://arxiv.org/abs/cond-mat/0410021v1〉 (2004)

    19. Барбара Б. и др. Мезоскопическое квантовое туннелирование намагниченности. Дж. Магн. Магн. Матер. 140–144 , 1825–1828 (2002)

      Google ученый

    20. Танака, М. и др. Эпитаксиальная ориентация и магнитные свойства тонких пленок MnAs, выращенных на (001) GaAs: матричные эффекты. Заяв. физ. лат. 65 , 1964–1966 (1994)

      АДС КАС Статья Google ученый

    21. Танака М. Гибридные структуры ферромагнетик (MnAs)/полупроводник III-V. Полуконд. науч. Технол. 17 , 327–341 (2002)

      ОБЪЯВЛЕНИЯ КАС Статья Google ученый

    Ссылки для скачивания

    Благодарности

    Эта работа была частично поддержана грантом в поддержку научных исследований № 18106007, № 118 и № 20686002, Специальными программами координации содействия развитию науки и техники и НИОКР для Информационные технологии нового поколения от MEXT, PRESTO of JST и EPSRC (Великобритания). Мы благодарим Б.-Х. Ю за помощь в проведении транспортных замеров. П.Н.Х. отмечает исследовательскую стипендию JSPS для молодых ученых и Глобальную программу COE (CO4).

    Вклад авторов P.N.H. разработал эксперимент, изготовил образцы, собрал большую часть данных и провел анализ данных; ТАК. устанавливал измерительные приборы и давал советы по экспериментам; М.Т. руководил и планировал исследование и руководил экспериментом; и С.Э.Б. и С.М. разработал теоретическое объяснение эксперимента. Все авторы обсудили результаты и прокомментировали рукопись.

    Информация об авторе

    Авторы и организации

    1. Факультет электротехники и информационных систем Токийского университета, 7-3-1 Хонго, Бункё-ку, Токио 113-8656, Япония,

      Фам Нам Хай, Синобу Ойя и Масааки Танака

    2. Японское агентство науки и технологий, 4-1-8 Хончо, Кавагути-ши 332-0012, Япония,

      Шинобу Ойя и Масааки Танака

    3. Факультет физики Университета Майами, Корал-Гейблс, Флорида 33124, США,

      Stewart E. Barnes

    4. TCM, Кавендишская лаборатория, Кембриджский университет, Кембридж CB3 0HE, UK

      Stewart E. Barnes

    5. Институт исследования материалов, Университет Тохоку, Япония 9018, 950, Сендай 9018, 950 Садамичи Маэкава

    6. CREST, Японское агентство по науке и технологиям, Токио 100-0075, Япония

      Садамичи Маэкава

    Авторы

    1. Фам Нам Хай
    2. 0019

      Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

    3. Shinobu Ohya

      Посмотреть публикации автора

      Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

    4. Масааки Танака

      Просмотр публикаций автора

      Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

    5. Stewart E. Barnes

      Просмотр публикаций автора

      Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Академия

    6. Sadamichi Maekawa

      Посмотреть публикации автора

      Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

    Автор, ответственный за корреспонденцию

    Масааки Танака.

    Дополнительная информация

    Дополнительная информация

    Этот файл содержит дополнительные примечания, дополнительные рисунки S1-S5 с легендами и дополнительными ссылками (PDF, 835 кб)

    Слайды PowerPoint

    Слайд PowerPoint для рис. 1

    PowerPoint Slide для рис. 2

    Powerpoint Slide для рис. 3

    Powerpoint Slide для рис. 4

    Powerpoint Slide для фиг. 4

    Powerpoint Slide для рис. 4

    .

    Об этой статье

    Дополнительная литература

    • Рекордная термоЭДС обнаружена в спинтронном стеке на основе IrMn

      • Сб Вт
      • Тимоти Зиман
      • Хаймин Ю

      Связь с природой (2020)

    • Генерация электроэнергии за счет вращения при комнатной температуре

      • К. Кацко
      • Э. Урбен
      • М. Боуэн

      Физика коммуникаций (2019)

    • Электрически перестраиваемое магнитосопротивление выпрямления при комнатной температуре в устройствах Шоттки на основе Ge

      • Ци-кун Хуан
      • Йи Ян
      • Ю-фэн Тянь

      Научные отчеты (2016)

    • СТАТЬЯ ОТМЕНЕНА: Стабильные на воздухе суперпарамагнитные металлические наночастицы, захваченные матрицей оксида графена

      • Йиржи Тучек
      • Зденек Софер
      • Радек Зборжил

      Nature Communications (2016)

    • Влияние внешнего магнитного поля на проводимость широкозонного полимера

      • Воробьева Н. В.
      • Лачинов А.Н.
      • Ю.В. И. Латыпова

      Журнал сверхпроводимости и нового магнетизма (2015)

    Комментарии

    Отправляя комментарий, вы соглашаетесь соблюдать наши Условия и Правила сообщества. Если вы обнаружите что-то оскорбительное или не соответствующее нашим условиям или правилам, отметьте это как неприемлемое.

    Разница между электродвижущей силой и разницей потенциалов со сравнительной таблицей

    Разность потенциалов и электродвижущая сила (ЭДС) являются формой энергии. Одно из основных различий между ЭДС и разностью потенциалов заключается в том, что ЭДС вызывается преобразованием другой формы энергии в электрическую энергию, тогда как в разности потенциалов электрическая энергия преобразуется в другие формы энергии. Некоторые другие различия между ними объясняются ниже в виде сравнительной таблицы.

    Содержание: Электродвижущая сила В/с Разность потенциалов

    1. Сравнительная таблица
    2. Определение
    3. Ключевые отличия
    4. Памятка

    Сравнительная таблица

    Основание для сравнения Электродвижущая сила Разность потенциалов
    Определение Количество энергии, подводимой к одному кулону заряда. Количество энергии, используемой одним кулонов заряда при перемещении из одной точки в другую. 908:50
    Блок Вольт Вольт
    Символ ε В
    Источник
    Динамо или аккумулятор Аккумулятор
    Сопротивление Независимо от сопротивления цепи Пропорционально сопротивлению цепи.
    Ток Передает ток по цепи. : Он передает ток между любыми двумя точками.
    Величина Больше разности потенциалов между любыми двумя точками Всегда меньше максимального значения ЭДС, когда батарея
    полностью заряжена.
    Изменение Остается постоянным Не остается постоянным.
    Связь Причина Следствие
    Нет тока Не ноль Ноль
    Напряжение Это максимальное напряжение, которое может передать батарея. Это меньше максимального напряжения, которое может обеспечить элемент.
    Поле Причины в магнитном, гравитационном и электрическом поле. Индуцирует только в электрическом поле
    Энергия Прирост энергии Потеря энергии
    Измерительный прибор
    Измеритель ЭДС Вольтметр

    Определение разности потенциалов

    Разность потенциалов определяется как количество энергии, используемой зарядом в один кулон при перемещении из одной точки в другую. Он измеряется в вольтах и ​​обозначается символом V. Разность потенциалов измеряется вольтметром.

    Разность потенциалов между двумя точечными зарядами выражается приведенной ниже формулой.

    Пример – Рассмотрим схему, показанную на рисунке ниже.

    Питание 12 В подается через сопротивление цепи. Разность потенциалов между любыми двумя точками, скажем, А и В, представляет собой энергию, которую использует один кулон заряда при перемещении из одной точки (А) в другую (В). Таким образом, разность потенциалов между точками А и В составляет 7 вольт.

    Определение электродвижущей силы

    Электродвижущая сила – это полное напряжение, индуцируемое источником. Другими словами, это количество энергии, подаваемой источником на каждый кулон заряда. Он измеряется в вольтах и ​​обозначается символом ε (эпсилон).

    ЭДС — это максимальное напряжение, которое может быть достигнуто цепью. Естественно, он генерируется при флуктуациях магнитного поля. ЭДС выражается формулой, приведенной ниже:

    Электродвижущая сила — это тип энергии, который заставляет единицу положительного заряда перемещаться от положительного к отрицательному выводу источника. Он отделяет два заряда друг от друга.

    Пример – Рассмотрим схему, показанную на рисунке ниже.

    Батарея имеет ЭДС 12 В; это означает, что батарея отдает 12 джоулей энергии на каждый кулон заряда. Заряд проходит от положительной клеммы к отрицательной через внешнюю цепь; он дает всю энергию, первоначально поставляемую батареей.

    Ключевые различия между электродвижущей силой и разницей потенциалов.

    1. Электродвижущая сила — это мера энергии, которую она дает каждому кулону заряда, тогда как разность потенциалов — это количество энергии, используемой одним кулонов заряда.
    2. Электродвижущая сила представлена ​​символом ε, тогда как символ V представляет разность потенциалов.
    3. Электродвижущая сила не зависит от внутреннего сопротивления цепи, тогда как разность потенциалов прямо пропорциональна сопротивлению цепи.
    4. Электродвижущая сила передает энергию по всей цепи. Разность потенциалов является мерой энергии между любыми двумя точками цепи.
    5. Величина электродвижущей силы всегда больше разности потенциалов, когда цепь неизменна, но когда цепь полностью заряжена, величина разности потенциалов равна ЭДС цепи.
    6. Величина ЭДС всегда оставалась постоянной, тогда как величина разности потенциалов меняется.
    7. Электродвижущая сила является причиной разности потенциалов, тогда как разность потенциалов является следствием разности потенциалов.
    8. ЭДС существует в цепи, даже когда ток не течет в цепи, тогда как разность потенциалов не существует в цепи, когда величина тока остается равной нулю.
    9. ЭДС — это максимальное напряжение, которое может выдать батарея, тогда как величина разности потенциалов всегда меньше максимально возможного значения ЭДС.
    10. ЭДС увеличивает электрическую энергию в цепи, тогда как разность потенциалов теряет электрическую энергию в цепи.
    11. Электродвижущая сила индуцируется в электрическом, магнитном и гравитационном полях, тогда как разность потенциалов генерируется только в электрическом поле.
    12. Измеритель ЭДС используется для измерения электродвижущей силы, тогда как вольтметр используется для измерения разности потенциалов.

    Памятка

    На первый взгляд, название ЭДС подразумевает, что это сила, которая заставляет электроны (заряженные частицы, то есть ток) течь по цепи. На самом деле это не сила, а энергия, подводимая каким-либо активным источником, например батареей, с зарядом в один кулон.

    Определение, единица измерения, размеры, формула и примечания

    Электродвижущая сила (ЭДС) в электромагнетизме определяется как количество электричества, проходящего через электрический источник, такой как генератор, который преобразуется в выполненную работу. Эта работа, выполненная при преобразовании (или преобразовании) энергии , характерна для любого источника энергии, способного перемещать электрических зарядов по цепи . Электродвижущая сила равна , измеренная в Вольтах, или эквивалентна 1 Кулону электрического заряда , и обозначается символом ε (или Е).

    ЭДС генерируется, когда магнитных колебаний возникают на поверхности. В случае электрических генераторов , электромагнитная индукция вызывает электрическое поле внутри генератора. Между клеммами генератора создаются потенциальные разности. Движение электронов от одной клеммы к другой вызывает разделение зарядов в цепи. Это вызывает противодействие электрического напряжения . Таким образом, подключение нагрузки помогает пропускать электрический ток по цепи.

    Ключевые термины: Электродвижущая сила, ЭДС, электрическая цепь, разность потенциалов, напряжение на клеммах, электрический заряд

    Что такое электродвижущая сила?

    [Щелкните здесь, чтобы просмотреть примеры вопросов]

    Электродвижущая сила или ЭДС – это максимальная разность потенциалов между двумя электродами ячейки, когда ток из ячейки не поступает. Заряды движутся в электрической цепи и нам нужно приложить внешнюю силу к данной электрической цепи для движения зарядов в этой данной электрической цепи.

    Источником внешней силы может быть батарея или любое другое устройство, создающее разность потенциалов. Внешний электрический источник прикладывает силу, которая придает ускорение зарядам, и она известна как электродвижущая сила.

    Электродвижущая сила

    Важные наблюдения сверху Диаграмма

    • Аккумулятор показан как двухконтактное устройство , которое поддерживает потенциал одной клеммы выше, чем другой.
    • Верхний потенциал – это положительная клемма , которая обычно помечается знаком +.
    • Клемма с более низким потенциалом — это отрицательная клемма , помеченная цифрой 9.0980 – знак , это считается источником ЭМП.
    • Когда вы отключаете источник напряжения от лампы, суммарный поток зарядов внутри источника ЭДС становится равным нулю .
    • При повторном подключении батареи заряды снова проходят через одну клемму батареи на лампу.
    • Этот заставляет лампу светиться , а затем заряды возвращаются к противоположной клемме батареи.
    • При рассмотрении обычного положительного течет ток , положительные заряды сначала покидают положительную клемму , затем проходят через лампу и входят в отрицательную клемму батареи (источник ЭДС).
    • Источник ЭДС обычно настраивается этим методом.

    Символ электродвижущей силы

    Символ ЭДС E или иногда ε.

    Может ли электродвижущая сила быть отрицательной?

    Да, это правда, что (ЭДС) электродвижущая сила может быть отрицательным. Давайте рассмотрим пример, когда ЭДС генерируется катушкой индуктивности таким образом, что она противодействует поступающей мощности. Тогда создаваемая ЭДС считается отрицательной, так как направление потока противоположно реальной мощности. Следовательно, утверждение об отрицательности электроотрицательной силы верно.

    Подробнее:


    Формула электродвижущей силы

    [Нажмите здесь, чтобы просмотреть примеры вопросов]

    Рассматривая формулу для электродвижущей силы как,

    ε = V + Ir

    Где

    • Напряжение элемента равно В.
    • Ток в цепи равен I. электродвижущая сила равна ε.

    Подробнее:  Разница между ЭДС и напряжением

    0 90 не используется для бытовых цепей?
  • n одинаковых лампочек, каждая из которых рассчитана на получение мощности P от определенного источника напряжения, соединены последовательно через этот источник. Общая мощность, которую они будут рисовать, равна?
  • Две лампы имеют номиналы (P1, В) и (P2, В). Если они подключены (i) последовательно и (ii) параллельно к источнику питания V. Найдите мощность, рассеиваемую в этих двух комбинациях, через P1 и P2.
  • Батарея с ЭДС 10 В и внутренним сопротивлением 3 Ом подключена к резистору. Ток в цепи 0,5А. Напряжение на клеммах аккумулятора при замкнутой цепи равно?
  • Напишите две разницы между ЭДС и разностью потенциалов.
  • Как потенциометр измеряет ЭДС?
  • Последовательное соединение двух аккумуляторов с одинаковой ЭДС 10 Ом, но разным внутренним сопротивлением 20 Ом и 5 Ом…?
  • Что объясняет закон Кирхгофа?
  • Если две батареи с одинаковой ЭДС соединены параллельно. Рассчитайте новое сопротивление.
  • В потенциометрическом устройстве, если ячейка заменена новой ячейкой, какова ЭДС новой ячейки.
  • Найдите градиент потенциала, когда гальванометр не показывает отклонения.
  • Рассчитайте разность потенциалов на катушке индуктивности.
  • Важные вопросы: Почему


    Единицы электродвижущей силы

    [Нажмите здесь, чтобы просмотреть вопросы за предыдущий год]

    • единица измерения электродвижущей силы выражается в вольтах.
    • Электродвижущая сила (ЭДС) называется общим количеством джоулей энергии, подаваемой источником, которое делится на каждые кулонов , чтобы позволить единице электрического заряда двигаться по цепи. Математически это определяется как:

    ЭДС = джоули-кулоны ⇒ ε = джоули-кулоны

    Также читайте: Ток Электричество Важные вопросы0044

    [Нажмите здесь, чтобы просмотреть примеры вопросов]

    ЭДС выражается как отношение работы, выполненной на единицу заряда, и представляется как:

    ЭДС = Джоули-кулоны

    Таким образом, размерность ЭДС равна  M 1 L 2 T 3 I I

    I

    I I I I .

    Вывод

    Электродвижущая сила, ЭДС (ε) = выполненная работа (w.d) × [заряд] -1 . . . . (1)

    Мы знаем, что Выполненная работа = Сила × перемещение

    = Масса × ускорение × перемещение = [M] × [M L T -2 ] × [L]

    Итак , размерная формула выполненной работы = M 1 L 2 T -2 . . . . (2)

    А, Заряд = ток × время

    ∴ Размерная формула заряда = I T 1  . . . . (3)

    Подставляя уравнения (2) и (3) в уравнение (1), получаем,

    Электродвижная сила = работа выполнена × [заряд] -1

    или, ε = [M 1 L 2 T -2 ] × [I 1 T 1 ] 99999.19999.1 -9999999.1] ] 9039-19.19.1999.1] ] ] ] ] ] ] ] ×  = [M 1  L 2  T -3  I -1 ].

    Следовательно, размерная формула Электродвижущей Силы или ЭДС равна [M 1 L 2 T -3 I -1 ].

    Подробнее:  Решения NCERT для электроснабжения класса 12


    Разница между электроэнергией и различие в потенциалах

    [Нажмите здесь для вопросов предыдущего года]

    Разница между электродвижением силы , а потенциальная разница в таблице ниже:

    999

    399

    3999

    39999

    .
    Определяется как работа, выполненная за единицу заряда. Определяется как энергия, которая рассеивается при прохождении единичного заряда через компоненты
    Зависит от сопротивления между двумя точками во время измерения гравитационное поле вызвано ЭДС. Единственное электрическое поле создается разностью потенциалов.
    Обозначается буквой E или ε It is represented by V.


    Difference between Electromotive Force and Terminal Voltage

    The difference between EMF and Terminal Voltage is listed below:

    EMF Terminal Voltage
    It определяется как максимальная разность потенциалов, которую обеспечивает батарея при отсутствии тока. Напряжение на клеммах определяется как разность потенциалов на клеммах нагрузки, когда цепь включена.
    Измеряется потенциометром. Измеряется вольтметром.


    Примечания об электромагнитной индукции

    [Нажмите здесь, чтобы просмотреть примеры вопросов]

     Ниже приведены некоторые важные примечания об электромагнитной индукции.


    Что следует помнить

    [Нажмите здесь, чтобы просмотреть примеры вопросов]

    • Электродвижущая сила – это максимальная разность потенциалов между двумя электродами ячейки, при этом ток из ячейки не поступает.
    • Формула для электродвижущей силы как ε = V + Ir.
    • Единицей измерения электродвижущей силы является вольт .
    • ЭДС математически выражается как отношение работы, выполненной на единицу заряда.
    • Математически это ЭДС = Джоули-кулоны ⇒ ε = Джоули-кулоны.
    • Размерность ЭДС получается M 1 L 2 Т 3 I -1 .
    • Разность потенциалов – это энергия, которая рассеивается при прохождении единичного заряда через компоненты.
    • Напряжение на клеммах — это разность потенциалов на клеммах нагрузки, когда цепь включена.

    Вопросы предыдущего года

    1. в металле при нормальных условиях порядка….  [NEET 1991]
    2. Ток в следующей цепи равен.. .[NEET 1997]
    3. Первый закон Кирхгофа касается…. [NEET 1997]
    4. Определите часть, соответствующую отрицательному сопротивлению. вершины треугольника равны… [JEE Main 2019]
    5. Однородный провод длиной l и радиусом r имеет сопротивление….
    6. В эксперименте с потенциометром, когда три ячейки A, B и C соединены последовательно….. [KEAM]
    7. Когда два резистора R1 и R2 соединены последовательно, они потребляют 12 Вт мощности…. [KEAM]
    8. Нихром используется в качестве электрического нагревательного элемента из-за его… [KEAM]
    9. потенциометр с длиной провода ll, ячейка ЭДС V уравновешена на… [КЕАМ]
    10. Электрическая и магнитная проницаемости свободного пространства равны​…  [ДУЭТ 2003]
    11. Сразу после нажатия клавиши K для замыкания цепи показания будут  …. [ KEAM 1999 ]
    12. Сопротивление между любыми двумя клеммами при соединении треугольником составляет…. [ NEET 1993 ]

    Подробнее:

    Примеры вопросов

    Вопросы. Что является мерой электродвижущей силы? (1 балл)

    Ответ: Измеряется в вольтах и ​​обозначается V.

    Вопрос. Почему разность потенциалов всегда меньше электродвижущей силы? (2 балла)

    Ответ: Когда элемент заряжается, его положительный электрод подключается к положительному выводу зарядного устройства, а отрицательный — к отрицательному. В этом процессе ток течет от положительного электрода к отрицательному внутри ячейки, и разность потенциалов становится больше, чем ЭДС ячейки.

    Вопрос. Почему электродвижущая сила скалярна? (1 балл)

    Ответ: Это скаляр, потому что на самом деле это разность потенциалов, выраженная в вольтах. На самом деле это не сила, а напряжение, создаваемое источником электрической энергии, например батареей. Это количество энергии на единицу заряда, и поскольку энергия является скаляром, поэтому ЭДС также является скаляром.

    Вопрос. Что такое противоэлектродвижущая сила? (1 балл)

    Ответ: Когда проводник движется через магнитное поле, внутри проводника генерируются токи, и эти токи генерируют второе магнитное поле. Второе поле противоположно первому полю. Эта сила равна Противодействующая электродвижущая сила .

    Вопрос. Как температура влияет на электродвижущую силу? (1 балл)

    Ответ: При повышении температуры сопротивление провода увеличивается, и согласно закону Ома сопротивление прямо пропорционально электродвижущей силе в вольтах.

    Таким образом, когда температура увеличивается, сопротивление также увеличивается, и, следовательно, увеличивается ЭДС.

    Вопрос. Укажите разницу между разностью потенциалов и электродвижущей силой. (5 баллов)

    Ответ. Различия:

    Электродвижущая сила Разность потенциалов
    Электродвижущая сила — это работа, совершаемая на единицу заряда. Разность потенциалов — это энергия, которая рассеивается при прохождении единичного заряда через компоненты
    Она остается постоянной Она является переменной
    Электродвижущая сила не зависит от сопротивления цепи Разность потенциалов зависит от сопротивления между двумя точками во время измерения
    Электрическое, магнитное и гравитационное поля вызваны ЭДС. Единственное электрическое поле создается разностью потенциалов.
    Обозначается E или ε Обозначается V.

    Ques. Может ли ЭДС быть отрицательной? (1 балл)

    Отв. ЭДС или электродвижущая сила могут быть отрицательными. ЭДС генерируется катушкой индуктивности таким образом, что она противодействует поступающей мощности. Создаваемая ЭДС считается отрицательной, так как направление потока противоположно реальной мощности. Следовательно, утверждение об отрицательности электроотрицательной силы верно.

    Вопрос. Дайте определение электродвижущей силе. (3 балла)

    Отв. Движение магнита создает индуцированную разность потенциалов относительно катушки. Эта индуцированная разность потенциалов известна как электродвижущая сила, которая создает индуцированный электрический ток в цепи. Движение магнита относительно катушки создает индуцированную разность потенциалов.

    Вопрос. В каких единицах измеряется ЭДС? (2 балла)

    Отв. Электродвижущая сила   обозначается аббревиатурой E в международной метрической системе, но также, в народе, как эдс. Несмотря на свое название, электродвижущая сила на самом деле не является силой, ее обычно измеряют в вольтах, что в системе метр-килограмм-секунда эквивалентно одному джоулю на кулон электрического заряда.

    Вопрос. ЭДС напряжения или тока? (2 балла)

    Ответ.  ЭДС – это напряжение, возникающее между двумя клеммами батареи или источника при отсутствии электрического тока. Напряжение определяется как разность потенциалов, возникающая между потенциалами двух электродов батареи при любых условиях.

    Вопрос. Что такое ЭДС в разомкнутой цепи? (2 балла)

    Отв. Напряжение холостого хода также считается электродвижущей силой (ЭДС), которая представляет собой максимальную разность потенциалов при отсутствии тока и незамкнутой цепи. Противоположностью разомкнутой цепи является «короткое замыкание».

    Вопрос. Катушка, имеющая n витков и площадь А, первоначально помещена плоскостью, перпендикулярной магнитному полю В. Затем она поворачивается на 180° за 0,2 с. Найти ЭДС индукции на концах катушек. (2 балла)

    Ответ. Общее изменение потока = ΔΦ = 2 nAB

    Общее время изменения = Δt = 0,2 с

    Следовательно, индуцированная ЭДС = ΔΦ/Δt = 10 nAB

    Вопрос. Прямолинейный проводник длиной 0,4 м движется со скоростью 7 мс -1 перпендикулярно магнитному полю напряженностью 0,9wbm -2 Найти ЭДС индукции на проводнике. (2 балла)

    Отв. ЭДС индукции на проводнике E= Blv

    = 0,98 × 0,4 × 7 = 2,52 В

    Вопрос. Два проводящих кольца радиусами r и 2r движутся в противоположных направлениях со скоростями 2v и v соответственно по проводящей поверхности S. Перпендикулярно плоскости колец имеется однородное магнитное поле величины B. Вычислите разность потенциалов между самыми высокими точками двух колец. (2 балла)

    Отв. Заменить ЭДС в кольцах с ячейками.

    E 1 = B2r(2V) = 4Brv

    E = B(4r)v  = 4Brv

    V –  V = 8Brv

    Вопрос. Металлическое колесо с 20 металлическими спицами длиной 1 м каждая вращается со скоростью 180 об/мин в плоскости, перпендикулярной земному полю. в том месте. Если величина поля равна 0,40 Гс, вычислить ЭДС между осью и ободом колеса. (5 баллов)

    Отв. Решение выглядит следующим образом:

    • ЭДС движения: ЭДС, вызванная движением относительно магнитного поля, называется ЭДС движения.
    • Рассмотрим прямой проводник PQ, движущийся перпендикулярно однородному магнитному полю B.
    • Предположим, что движение стержня является равномерным с постоянной скоростью (v м/с).
    • Прямоугольник PQRS образует замкнутую цепь, охватывающую изменяющуюся площадь за счет движения стержня PQ.
    • Магнитный поток ϕ, заключенный в петле PQRS, может быть определен как: ⇒ ϕ = B × площадь = B × (l.x)
    • Поскольку проводник движется, скорость перемещения площади изменяется. Это вызывает скорость изменения потока, которая вызывает ЭДС.
    • Эта ЭДС индукции определяется как: \(⇒ \epsilon =\frac{-dϕ }{dt}=\frac{-d}{dt}(Blx) =-Bl\frac{dx}{dt}=Blv \)

    Где \(-\frac{\mathrm{d} x}{\mathrm{d} t}=v\) – скорость проводника PQ : количество спиц, n = 20, длина спиц, l = радиус (r) = 1 м, магнитное поле (B) = 0,4 гаусса = 0,4 × 10 -4  Тесла и частота (f) = 180 об/мин = 3 об/с.

    • Связь линейной скорости и угловой скорости определяется выражением,

    ⇒ v = rω

    Где ω — угловая скорость

    Линейная скорость спицы на оси = 0, а линейная скорость на конце обода = rω .

    • Итак, средняя скорость лайнера определяется как

    ω = 2πf = 2π × 3 = 6π

    • ЭДС между осью и ободом колеса.

      Оставить комментарий