Физика эдс формула: Электродвижущая сила – Умскул Учебник

Что такое эдс – формула и применение • Мир электрики

На чтение: 2 минОбновлено: 01.07.2021Рубрика: Основы электротехникиАвтор: admin

Содержание

1. Что такое ЭДС
2. Формулы и расчеты
3. Где применяется

В электротехнике источники питания электрических цепей характеризуются электродвижущей силой (ЭДС).

Что такое ЭДС

Во внешней цепи электрического контура электрические заряды двигаются от плюса источника к минусу и создают электрический ток. Для поддержания его непрерывности в цепи источник должен обладать силой, которая смогла бы перемещать заряды от более низкого к более высокому потенциалу. Такой силой неэлектрического происхождения и является ЭДС источника.

Например, ЭДС гальванического элемента.

В соответствии с этим, ЭДС (E) можно вычислить как:

E=A/q, где:

• A –работа в джоулях;
• q — заряд в кулонах.

Величина ЭДС в системе СИ измеряется в вольтах (В).

Формулы и расчеты

ЭДС представляет собой работу, которую совершают сторонние силы для перемещения единичного заряда по электрической цепи

Схема замкнутой электрической цепи включает внешнюю часть, характеризуемую сопротивлением R, и внутреннюю часть с сопротивлением источника Rвн. Непрерывный ток (Iн) в цепи будет течь в результате действия ЭДС, которая преодолевает как внешнее, так и внутреннее сопротивление цепи.

Ток в цепи определяется по формуле (закон Ома):

Iн= E/(R+Rвн).

При этом напряжение на клеммах источника (U₁₂) будет отличаться от ЭДС на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника.

U₁₂ = E — Iн*Rвн.

Если цепь разомкнута и ток в ней равен 0, то ЭДС источника будет равна напряжению U₁₂.

Разработчики источников питания стараются уменьшать внутренние сопротивление Rвн, так как это может позволить получить от источника больший ток.

Где применяется

В технике применяются различные виды ЭДС:

• Химическая. Используется в батарейках и аккумуляторах.
• Термоэлектрическая. Возникает при нагревании контактов разнородных металлов. Используется в холодильниках, термопарах.
• Индукционная. Образуется при пересечении проводником магнитного поля. Эффект используется в электродвигателях, генераторах, трансформаторах.
• Фотоэлектрическая. Применяется для создания фотоэлементов.
• Пьезоэлектрическая. При растяжении или сжатии материала. Используется для изготовления датчиков, кварцевых генераторов.

Таким образом, ЭДС необходима для поддержания постоянного тока и находит применений в различных видах техники.

Рейтинг

( 2 оценки, среднее 2 из 5 )

0

admin/ автор статьи

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:

Определение эдс неизвестного источника методом компенсации

Работа 17

Цель работы.Ознакомление с методом компенсации и применение его для определения электродвижущей силы неизвестного источника.

Введение

Для определения ЭДС источника методом компенсации используются следующие физические величины: разность по­тенциалов __, ЭДСи напряжениеU.Эти величины по определению, соответственно, равны

гдеE_кул– напряженность электростатического поля;

E_стор– напряженность поля сторонних сил;U_1-2 –напря­жение на участке цепи1-2;__разность потенциа­лов на участке цени1-2;_– ЭДС, действующая на участке цепи1-2.

Разность потенциалов численно равна работе, совершае­мой силами электростатического поля по перемещению еди­ничного положительного заряда. Электродвижущая сила численно равна работе, совершаемой сторонними силами по перемещению единичного положительного заряда. Напряже­ние на данном участке цепи численно равно работе, совершае­мой сторонними и электростатическими силами при переме­щении единичного положительного заряда на зтом участке.

Напряжение на участке цепи равно разности потенциалов только в том случае, еслн на зтом участке нет ЭДС. Такой участок цепи называют однородным или пассивным участком. Если на участке цепи содержится ЭДС, то такой участок цепи называют неоднородным или активным участком.

Закон Ома для замкнутой цепи:

или

(2)

где - ЭДС источника тока;

R– внешнее сопротивление цепи:r –внутреннее сопротивление источника тока;I – си­ла тока.

17

Из формулы (2) видно, что использовать вольтметр для измерения ЭДС источника, подключив его непосредственно к клеммам источника нельзя, так как сам вольтметр при этом образует внешний участок цепи с сопротивлением R, и его показания будут отличаться от ЭДС на величинуIr. Оче­видно, чем выше сопротивление вольтметра по сравнению с сопротивлением источника, тем меньше отличие между пока­занном вольтметраIRиЭДС источника и это различие принципиально нельзя свести к нулю.

Метод непосредственного измерения ЭДС вольтметром обладает еще одним недостатком: многие гальванические элементы из-за явления поляризации электродов при нали­чии тока в цепи изменяют величину своей ЭДС.

Метод компенсации является одним из самых точных методов определения электродвижущей силы, так как в этом случае ток, текущий через источник с неизвестной ЭДС _хкомпенсируется током от какого-либо внешнего источника ЭДСи при этом разность потенциалов на зажимах не­известного источника будет равна его ЭДС.

Метод измерений и описание аппаратуры

Принципиальная схема установки, служащей для измере­ний, изображена на рис. 1. В цепи реохорда АВ создается по­стоянный ток источником питания с электродвижущей силой , которая должна быть заведомо больше электродвижущей силы _х исследуемого источника.

Исследуемый источник ЭДС _х присоединяется через гальванометр G к движку D и концу А реохорда АВ таким образом, чтобы источник питания и исследуемый источник были включены навстречу друг другу. Только в этом случае возможна компенсация плеч AD и DB. Меняя

Подвижной контакт D реохорда АВ позволяет менять сопротивление его положение движка реохорда, добиваются такой величины со­противления

18

R_хплечаAD,при которой ток через исследуе­мый элемент_хбудет равен нулю, на что укажет стрелка гальванометраG. Отсутствие тока в цепи гальванометра возможно только тогда, когда ЭДС исследуемого элемента_хуравновешивается или компенсируется падением потен­циала между точкамиAиД, создаваемым током от элемен­та:

х= IRx.

(3)

Так как сопротивление R_хпропорционально длине плечаl_х,то можно записать

IRx =I a lx=х ,

(4)

где a– коэффициент пропорциональности.

Если ток в цепи гальванометра отсутствует (см. рис. 1),то

х = I(R1+r + R) , х =IRx ,

где R – сопротивление реохордаАВ;R₁ – сопротивление под­водящих проводов контураА_BA,r—внутреннее сопротив­ление источника питания.

Тогда

(5)

Если вместо источника с ЭДС _хвключить в цепь ис­точник с известным значением ЭДС, например, нормальный элемент Вестона с ЭДС_N, по аналогии с уравнением (5) можно написать

(6)

где R_N– сопротивление плеча реохордаADв случае включения в цепь элемента Вестона (или другого эталонного ис­точника).

Нормальный элемент Веетона предпочтительно использу­ется в компенсационных схемах такого типа, так как его ЭДС постоянна н при температуре 20° С равна 1,0183 В.

Разделив равенство (4) на (5), получим

19

(7)

Так как сопротивления R_xиR_Nпропорциональны соот­ветствующим длинам плеч реохордаl_xиl_N(см. (4)), то окончательно получим

(8)

Следовательно, экспериментально определив длины плеч реохорда в двух случаях: в случае включения в компенсаци­онную схему источника с неизвестной ЭДС _xи в случае включения источника с известной ЭДС_Nможно по форму­ле (8) рассчитать ЭДС неизвестного источника_x .

В компенсационном методе роль измерительного прибора, гальванометра G, сводится не к измерению тока, а к установ­лению его отсутствия на участке цепи с источником неизвест­ной ЭДС. Поэтому в компенсационных схемах применяются очень чувствительные гальванометры (так называемые ноль-гальванометры).

Приборы и принадлежности:источник питания (выпрямитель стабилизированный ВС-26), нормальный эле­мент Вестона (или другой эталонный источник), исследуемый источник ЭДС (гальванический элемент или другие источни­ки ЭДС), потенциометр (или реохорд), гальванометр, ключ включения источника питания, ключ успокоения гальваномет­ра, переключатель.

EMF Formula – GeeksforGeeks

Разность потенциалов между клеммами батареи, когда через нее не протекает ток, называется электродвижущей силой. Это количество энергии, выделяемой батареей или элементом на кулон (Q) проходящего через него заряда. Это количество энергии, преобразованной в электрическую энергию на кулон заряда. Разность потенциалов, с другой стороны, представляет собой количество электрической энергии, которая преобразуется в другие виды энергии на кулон заряда. Когда по цепи не протекает ток, величина ЭДС равна V (разность потенциалов) между клеммами ячейки.

 

Формула

Электродвижущая сила обозначается символом ε. Его единица измерения такая же, как и у разности потенциалов, то есть вольты (В). Его размерная формула имеет вид [M ¹ L ² T ^-3 I ^-1 ]. Его формула равна отношению энергии в цепи к величине заряда. Оно также известно как напряжение на клеммах цепи.

ε = E/Q

где,

ε — электродвижущая сила или ЭДС,

E — энергия цепи,

Q — величина заряда.

Для разности потенциалов, силы тока и сопротивления формула выглядит следующим образом:

где,

я – ток, протекающий по цепи,

R – сопротивление нагрузки элемента,

r – внутреннее сопротивление элемента,

В — разность потенциалов на ячейке.

Примеры задач

Задача 1. Рассчитать электродвижущую силу цепи с энергией и зарядом 1200 Дж и 20 Кл соответственно.

Решение:

Имеем,

E = 1200

Q = 20

Используя формулу получаем,

ε = E/Q

= 1200/20

= 60 В

Задача 2. Рассчитать заряд цепи с энергией и напряжением на клеммах 300 Дж и 10 В соответственно.

Решение:

Имеем,

E = 1200

ε = 10

Используя формулу получаем,

ε = E/Q

=> Q = E/ε

= > Q = 300/10

=> Q = 30 Кл

Задача 3. Рассчитать энергию цепи с зарядом и напряжением на клеммах 25 Кл и 15 В соответственно.

Решение:

Имеем,

Q = 25

ε = 15

По формуле получаем

ε = E/Q

=> E = εQ

=> E = 15 (25)

=> E = 375 Дж

Задача 4. Рассчитать электродвижущую сила цепи при разности потенциалов 3 В, при силе тока 0,5 А. Внутреннее сопротивление батареи 1 Ом.

Решение:

Имеем,

V = 3

I = 0,5

r = 1

Используя формулу получаем,

ε = V + Ir

= 3 + 0,5 (1)

= 3 + 0,5

= 3,5 В

Задача 5. Вычислить разность потенциалов цепи с напряжением на клеммах 4 В, с ток 2 А. Внутреннее сопротивление батареи 0,2 Ом. У нас есть получить,

ε = V + Ir

=> V = ε – Ир

=> V = 4 – 2 (0,2)

=> V = 4 – 0,4

=> V = 3,6 В

Задача 6. Рассчитать электродвижущую силу цепи с током 1,5 А и сопротивление нагрузки 2 Ом. Внутреннее сопротивление батареи 1 Ом.

Решение:

Имеем,

I = 1,5

R = 2

r = 1

Используя формулу получаем,

ε = IR + Ir

= 1,5 (2) + 1,5 (1)

= 3 + 1,5

= 4,5 В

Задача 7. Рассчитать сопротивление нагрузки цепи с напряжением на клеммах 7 В и током 3 А. Внутреннее сопротивление аккумулятора равно 2 Ом.

Решение:

Имеем,

I = 3

ε = 7

r = 2

Используя формулу получаем,

ε = IR + Ir

=> IR = ε – Ir

=> 3R = 7 – 3 (2)

=> 3R = 7 – 6

=> R = 1/3

=> R = 0,33 Ом

ЭДС и внутреннее сопротивление

Если вы когда-нибудь задумывались о том, как работают батареи, вы, возможно, слышали термины «ЭДС» и «внутреннее сопротивление». ‘. ЭДС – это разность потенциалов батареи, когда через нее не протекает ток. С другой стороны, внутреннее сопротивление — это сопротивление, с которым сталкивается ток, протекающий через саму батарею. Но как мы на самом деле вычисляем эти значения? Продолжайте читать, чтобы узнать. И помните, понимание ЭДС и внутреннего сопротивления является ключом к пониманию того, как работают батареи!

Что такое ЭДС в электрических цепях?

Проще говоря, источник напряжения создает разность потенциалов. Эта разность потенциалов создает электрическое поле, которое создает силу, позволяющую току течь по цепи с сопротивлением.

Но что такое ЭДС? Несмотря на свое название, это не совсем сила. ЭДС — это уникальный тип разности потенциалов, измеряемый в вольтах (В). Это разность потенциалов источника, когда через него не протекает ток. Мы также можем определить ЭДС как работу, совершаемую на единицу заряда.

В качестве примера возьмем аккумулятор. Когда батарея подает ток, напряжение на ее клеммах меньше, чем ЭДС. По мере разрядки батареи этот уровень напряжения снижается. Как только батарея полностью разряжена и больше не подает ток, напряжение на ее клеммах будет равно ЭДС.

Помните, что все источники напряжения производят ЭДС, и ее понимание имеет решающее значение для понимания того, как работают батареи!

Как рассчитать ЭДС?

Если вам интересно, как рассчитать ЭДС, это можно сделать с помощью приведенного ниже уравнения:

Здесь E означает электрическую энергию в джоулях (Дж), а Q — заряд в кулонах (Кл).

Однако важно отметить, что разность потенциалов называется терминальной разностью потенциалов, и она будет равна ЭДС только при отсутствии внутреннего сопротивления. К сожалению, реальные источники питания всегда имеют некоторое внутреннее сопротивление. Потерянные вольты относятся к энергии, затрачиваемой на кулон при преодолении этого внутреннего сопротивления.

Но не беспокойтесь – даже при наличии внутреннего сопротивления в электрических цепях сохраняется закон сохранения энергии.

‍

Уравнение сохранения энергии с внутренним сопротивлением

‍

Потерянными вольтами называется энергия, затраченная на кулон при преодолении внутреннего сопротивления. Кроме того, обязательно ознакомьтесь с нашим объяснением по энергосбережению.

Что такое внутреннее сопротивление в электрических цепях?

Сопротивление нагрузки — это общее сопротивление компонентов внешней электрической цепи, а внутреннее сопротивление — это сопротивление внутри источника питания, которое сопротивляется протеканию тока. Внутреннее сопротивление может привести к тому, что источник питания будет выделять тепло, так как оно препятствует протеканию тока внутри источника питания. Это противодействие приводит к уменьшению напряжения, а энергия, потерянная из-за противодействия, преобразуется в тепло.

Измерение внутреннего сопротивления

Закон Ома гласит, что V = I * R, где V — напряжение в вольтах, I — сила тока в амперах, а R — внешнее сопротивление в омах. Однако, если мы включим внутреннее сопротивление, общее сопротивление будет равно R+r, где r — внутреннее сопротивление.

В этом случае напряжение можно выразить как ЭДС (ε). Раскрывая скобки, получаем V = I(R+r) = IR + Ir, где IR — разность потенциалов на клеммах в вольтах, а Ir — напряжение в вольтах. VR = ЭДС – Vr, где VR — разность потенциалов на клеммах, а Vr — потерянные вольты.

Это соотношение показывает, что если нет внутреннего сопротивления (и, следовательно, нет потерянных вольт), сопротивление на клеммах будет равно ЭДС. Однако в большинстве реальных ситуаций существует внутреннее сопротивление, из-за которого разность потенциалов на клеммах меньше, чем ЭДС.

‍

 

Схема, показывающая внутреннее сопротивление и сопротивление нагрузки

Вот решения приведенных вами уравнений:

Пример 1:
ЭДС (ε) = 0,28 В 92 * 0,25 Ом
P = 0,05625 Вт

Поскольку мощность — это энергия в секунду, потери энергии в секунду (E) равны мощности:
E = P
E = 0,05625 Дж/с
E = 0,05625 Дж

Следовательно, энергия, затрачиваемая на внутреннее сопротивление в секунду, составляет 0,05625 Дж.

Пример 3:
ЭДС (ε) = 0,35 В
Ток (I) = 0,03 А
Сопротивление нагрузки (R) = 1,2 Ом ):
VR = 0,35 В – (0,03 А * 1,2 Ом)
VR = 0,35 В – 0,036 В
VR = 0,314 В

Используя уравнение R = (ε – VR) / I, мы можем рассчитать внутреннее сопротивление (r):
r = (ε – VR) / I – R
r = (0,35 В – 0,314 В) / 0,03 А – 1,2 Ом
r = 0,036 В / 0,03 А – 1,2 Ом
r = 1,2 Ом

Следовательно, внутреннее сопротивление батареи равно 1,2 Ом.

ЭДС и внутреннее сопротивление — ключевые выводы Электродвижущая сила — это не совсем сила: это уникальный вид разности потенциалов, измеряемый в вольтах. Если тока нет, то напряжение на зажимах источника напряжения будет равно ЭДС. Потерянные вольты — это название энергии, затраченной на кулон при преодолении внутреннего сопротивления. Внутреннее сопротивление — это сопротивление внутри источника питания, которое сопротивляется протеканию тока и обычно заставляет источник питания выделять тепло. Внутреннее сопротивление источника напряжения зависит от множества условий, в том числе от степени его использования, размера источника напряжения, величины и направления тока, протекающего через источник напряжения.

ЭДС и внутреннее сопротивление

Как определить ЭДС и внутреннее сопротивление электрического элемента?

Используя следующее уравнение, вы можете определить ЭДС и внутреннее сопротивление электрического элемента. Уравнение, описывающее связь между ЭДС, напряжением на клеммах и внутренним сопротивлением, имеет вид ε = VR + Vr, где ε — ЭДС в вольтах, VR — напряжение на клеммах в вольтах, I — ток в амперах, а r — внутреннее сопротивление в Ом.

Как рассчитать эффективность с ЭДС и внутренним сопротивлением?

Расчет внутреннего сопротивления источника является важным фактором для достижения оптимального КПД и обеспечения максимальной мощности источника для электрической цепи. Используя следующее уравнение, вы можете рассчитать эффективность с ЭДС и внутренним сопротивлением.