Электродвижущая сила равна: электродвижущая сила | это… Что такое электродвижущая сила?

электродвижущая сила | это… Что такое электродвижущая сила?

электродви́жущая си́ла

(эдс), величина, характеризующая источник энергии неэлектростатической природы в электрической цепи, необходимый для поддержания в ней электрического тока. Эдс численно равна работе по перемещению единичного положительного заряда вдоль замкнутой цепи. Полная эдс в цепи постоянного тока равна разности потенциалов на концах разомкнутой цепи. Эдс индукции создаётся вихревым электрическим полем, порождаемым переменным магнитным полем. В СИ измеряется в вольтах.

* * *

ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА

ЭЛЕКТРОДВИ́ЖУЩАЯ СИ́ЛА (эдс; e) — величина, характеризующая источник энергии неэлектростатической природы в электрической цепи, необходимый для поддержания в ней электрического тока (см. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК). Потенциальные силы электростатического (или стационарного) поля не могут поддерживать постоянный ток в цепи. Для поддержания в цепи непрерывного тока необходим источник тока (см. ИСТОЧНИКИ ТОКА), или генератор (см.

ГЕНЕРАТОР) электрического тока, обеспечивающий действие сторонних сил (см. СТОРОННИЕ СИЛЫ). Сторонние силы имеют неэлектростатическое происхождение и действуют внутри источников тока, (генераторов, гальванических элементов, аккумуляторов и т. д.), создавая разность потенциалов между концами остальной части цепи и приводя в движение заряженные частицы внутри источников тока.
Так как при перемещении электрического заряда по замкнутой цепи работа, совершаемая электростатическими силами, равна нулю, то заряд перемещается лишь под действием сторонних сил. Поэтому электродвижущая сила источника тока будет численно равна работе сторонних сил А в источниках постоянного или переменного тока по перемещению единичного положительного заряда Q вдоль замкнутой цепи. ЭДС, действующая в цепи, определяется как циркуляция вектора напряженности сторонних сил.

Происхождение сторонних сил может быть различным. В качестве меры электродвижущей силы, действующей в генераторе, принимают разность потенциалов, создаваемую на зажимах разомкнутого генератора. Один и тот же источник тока, в зависимости от силы отбираемого тока, может обладать различным напряжением на электродах. Источники тока — аккумуляторы, термоэлементы, электрические генераторы – одновременно замыкают электрическую цепь. Ток течет по внешней части цепи — проводнику и по внутренней — источнику тока. Источник тока имеет два полюса: положительный (с более высоким потенциалом) и отрицательный (с более низким потенциалом). Сторонние силы, природа которых может быть различной (химической, механической, тепловой), разделяют заряды в источнике тока. Полная ЭДС в цепи постоянного тока (максимальное из этих напряжений, существующее при разомкнутой цепи), равна разности потенциалов на концах разомкнутой цепи и показывает ЭДС источника.
ЭДС определяет силу тока в цепи при заданном ее сопротивлении (Ома закон (см. ОМА ЗАКОН)). Измеряется ЭДС, как и напряжение, в вольтах (см. ВОЛЬТ). Для поддержания непрерывного электрического тока используются генераторы, являющиеся источником электродвижущей силы. В генераторах сторонние силы — это силы со стороны вихревого электрического поля, возникающего при изменении магнитного поля со временем, или Лоренца сила (см. ЛОРЕНЦА СИЛА), действующая со стороны магнитного поля на электроны в движущемся проводнике; в гальванических элементах (см. ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ) и аккумуляторах — это химические силы.

Что такое электродвижущая сила (ЭДС)

Неотъемлемым элементом любой самодостаточной электрической цепи является источник (генератор) тока. Он разделяет электрические заряды, благодаря чему напряжение поддерживается в приемлемом диапазоне значений. Без этого электрический ток с точно заданными характеристиками в цепи существовать не может. Если мы поставим в цепь, например, конденсатор (пусть даже очень ёмкий), ток в ней возникнет, но через некоторое, как правило, очень непродолжительное время, он закончится. Электрическое поле переместит все имеющиеся свободные заряды, и конденсатор разрядится.

Электродвижущая сила

Определение

Электродвижущей силой источника тока называют силы не электростатического происхождения, действующие внутри указанных устройств и перемещающие электрические заряды против электростатического поля, которое создаёт необходимую разность потенциалов.

Природа у электродвижущих сил может быть самой разной. В гальванических источниках электрического тока они возникают благодаря энергии, высвобождающейся в химических реакциях между веществом электродов и электролитов. В генераторах постоянного тока они создаются энергией магнитного поля и механической энергией вращения якоря.

Формула расчета ЭДС в электрических цепях, состоящих из замкнутых контуров

Работа электростатических сил равна нулю, ведь заряды (электроны) приходят практически в то же место откуда вышли. Не равна нулю только результирующая работа электродвижущих сил цепи. 

Её величина определяется формулой электродвижущей силы:

Формула

Формула ЭДС:

\[\varepsilon=\frac{A}{q}\].

Именно этому равна электродвижущая сила. A – работа сторонних сил, т. е. ЭДС.

Обратите внимание, направлением ЭДС считается направление, в котором внутри источника перемещаются именно положительные заряды. Часто оно противоположно направлению перемещения реальных носителей заряда, в качестве которых в подавляющем большинстве случаев выполняют электроны.

Если источник тока только один, то направление ЭДС в цепи такое же, как у него.

Размерность электродвижущей силы не равна размерности силы или работы. В системе СИ величина ЭДС измеряется в вольтах. Это мера разности потенциалов, которая создаётся на зажимах при разомкнутом генераторе.

Электродвижущая сила цепи и напряжение

Представим электрическое поле. Рассмотрим в нём произвольную кривую, соединяющую между собой точки A и B. Для дальнейшего объяснения на выбранной линии следует указать положительное направление.

Напряжение на этой кривой будет равняться:

\[U=\int_{l} E d l\]

Под напряжённостью поля, как известно, понимают силу, действующую на помещённый в него единичный положительный заряд. Интеграл в данном случае – работа по перемещению заряда по кривой.

Значение напряжения станет равно разности потенциалов на концах нашей линии: U = φ1 – φ2.

Какую форму имеет кривая, совершенно безразлично. Важны лишь её начальные и конечные точки. {B} E d l=\varphi 1-\varphi 2=\varphi 2-\varphi 1=0\]

Из этого легко сделать вывод, что циркуляция вектора напряжённости по контуру, если он замкнут, равняется нулю. E и dl – векторные величины.

Определение

Электродвижущей силой в теории электричества принято считать циркуляцию вектора напряжённости по произвольному замкнутому контуру.

\[\varepsilon=\oint_{L} E d l=0\]

Если поле электростатическое, то ЭДС замкнутого контура (каким бы он ни был) равна нулю.

Закон Ома для участка цепи с электродвижущей силой тока

Рассмотрим один из самых простых случаев – электрическую цепь с химическим источником ЭДС, элементом Вольта. Он состоит из двух электродов (медного и цинкового), погружённых в раствор кислоты.

Электродвижущая сила в этом случае создаётся следующим образом: цинк при растворении в кислоте теряет положительно заряженные атомы, приобретая тем самым отрицательный потенциал, а медь становится положительно заряженной. В результате возникает сторонняя ЭДС. Находится она в очень тонком слое, отделяющем электролит от цинкового и медного электродов. Когда цепь замыкают, на сопротивлениях двух частей цепи (внешней и внутренней) возникает разность потенциалов и начинает течь ток I.

Для простоты расчётов будем исходить из того, что сопротивления на всех участках цепи распределены равномерно по всему контуру L.

Из закона сохранения энергии следует, что работа, совершаемая электрическим полем при движении заряда q по внешней цепи и в электролите будет равняться

A_q = (φ1 – φ2)*q + (φ3 – φ4)*q 

Общую работу сторонних сил можно записать как

 Ɛ_q= A_st = (φ3 – φ2)*q + (φ1 – φ4)*q

Приравняв обе части двух предыдущих выражений, получим

A_q= A_st

Формула явно указывает на то, что работа сторонних сил и работа электрического поля равны между собой.

Из закона Ома следует, что

φ1 – φ2 = I*R, а φ3 – φ4 = I*r 

От сюда следующий вид закона Ома с электродвижущей силой.

Ɛ = I*(R + r)

Справедлив он только для замкнутой цепи.

О втором правиле Кирхгофа

Полученная формула говорит, что электродвижущая сила равна сложенным друг с другом произведениям силы тока на все сопротивления, составляющих замкнутую цепь.

Ɛ = I*R + I*r

Это очень важное утверждение. Часто его именуют Вторым правилом Кирхгофа. Оно относится ко всем замкнутым цепям, какими бы они ни были.

Важно

По-другому это правило можно сформулировать так – в любом электрическом замкнутом контуре алгебраическая сумма произведений сил токов на сопротивления, через которые они протекают равняется ЭДС в указанном контуре.

Сопротивления могут считаться не только положительными, но и отрицательными. Если направление тока совпадает с выбранным направлением обхода контура, то сопротивление признают положительным. Если не совпадает – отрицательным.

Электродвижущая сила тока считается положительной, в том случае, если в его источнике произошёл переход от отрицательного полюса к положительному. {N} I m R m\].

N – число участков, на которые мы разбили контур.

Данная формула позволяет очень легко рассчитывать достаточно сложные цепи, т. к. получаем систему независимых уравнений, легко решаемую с математической точки зрения. То что самостоятельно, на листе бумаги расчёты будут громоздкими – не проблема. Даже простейший не очень мощный компьютер с вычислениями может справиться весьма быстро.

Формула

Количество независимых контуров определяется по формуле:

\[n2 = p – m + 1\].

p – общее количество ветвей в цепи, m – общее количество узлов в цепи.

Что такое ЭДС или электродвижущая сила? Определение, символ, единица измерения, формула » ElectroDuino

12 августа 2021 8 сентября 2021 admin 0 комментариев Электрический заряд, электрический ток, электродвижущая сила, ЭДС, напряжение

Привет, друзья! Добро пожаловать в ElectroDuino. Этот блог основан на EMF или Electromotive Force . Здесь мы обсудим, что такое ЭДС или электродвижущая сила, определение, символ, единица измерения,   Измерение и формула.

. Что такое ЭДС или электродвижущая сила?

Определение: Электродвижущая сила определяется как максимальная разность электрических потенциалов, развиваемая любым источником электроэнергии, таким как батарея, генератор или фотогальванический элемент.

Как следует из названия электродвижущей силы, мы думаем, что слово «сила» означает, что это один вид силы, но это несколько вводит в заблуждение, потому что ЭДС — это не сила, а работа, которая передает энергию. Другими словами, электродвижущая сила (ЭДС) определяется как количество работы, выполненной при преобразовании или преобразовании энергии из одной энергии в другую, и количество электричества, которое проходит через источник электричества, такой как батарея или генератор.

Описать электродвижущую силу или ЭДС

Например, когда батарея подключена к проводнику, электроны перетекают от отрицательной клеммы к положительной клемме батареи через проводник, что передает некоторую электрическую энергию проводнику. Батарея представляет собой гальваническую ячейку, поэтому работа, совершаемая батареей, преобразует химическую энергию внутри нее в электрическую энергию.

Электродвижущая сила элемента

Мы знаем, что батарея состоит из электролитов и электродов, химическая реакция которых приводит к переносу положительных и отрицательных ионов. Предположим, что сила, действующая на ионы, равна Fc, а расстояние между двумя терминалами равно D, поэтому проделанная работа равна F _c D.

Проделанная работа = F _c D

Мы также знаем, что эта химическая сила внутри батареи уравновешивается электрической силой Fe, равной Fc.

F _c =F _e

Следовательно, проделанная работа также равна F _e d.

Проделанная работа = F _e D

Теперь ЭДС определяется как работа, выполненная на единицу заряда. Поэтому в этом случае ЭДС будет равно FeD/q.

ЭДС = FeD/q

Электродвижущая сила химического элемента или батареи

Символ электродвижущей силы

Электродвижущая сила или ЭДС обозначается (E), а также символом ε.

  Единица электродвижущей силы или ЭДС

Если электрический заряд Q проходит через устройство (устройство без внутреннего сопротивления) и получает энергию W. Тогда чистой электродвижущей силой или ЭДС для этого устройства является энергия, полученная на единичный заряд. Итак, мы можем написать

ЭДС = получаемая энергия (Вт) / единица заряда (Q)

            = джоули / кулоны = вольт на кулон.

  Размерность электродвижущей силы

Электродвижущая сила, ЭДС (ε) = проделанная работа / заряд

Мы знаем, что размерная формула проделанной работы = M ^{1 L T -2 and for charge = I 1 T 1}

  So, the dimensional formula of Electromotive Force = M ¹ L ² T ^-2 / I ¹ T ¹

= M ¹ L ² T ^-3 I ^-1

Где, M = Mass, I = Current, l = Lengr

  Формула для электродвижущей силы

Формула для электродвижущей силы или ЭДС представлена ​​как

ЭДС (ε) = напряжение элемента + (ток в цепи x внутреннее сопротивление элемента)

         ε = V + Ir

Где,

• В = напряжение элемента
• I = ток в цепи
• r = внутреннее сопротивление элемента
• ε = электродвижущая сила

 

Краткий обзор электродвижущей силы (ЭДС)

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

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

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

Объяснение ЭДС

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

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

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

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

Единица электродвижущей силы

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

Э= Дж/К.

Формула электродвижущей силы

Формула электродвижущей силы дается как

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

т.е. E = V+ Ir

Где, E = электродвижущая сила

V= напряжение батареи

I = ток в цепи

r= внутреннее сопротивление батареи.

Размер электродвижущей силы

Электродвижущая сила, E = проделанная работа/заряд.

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

Размерность заряда представлена ​​как I1 T1, 

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