Понятие эдс: Электродвижущая сила – Умскул Учебник

ЭДС и напряжение источника электрической энергии

 

Для того чтобы разобраться что такое электродвижущая сила источника электрической энергии, необходимо вспомнить, что представляет собой электрический ток и за счёт чего происходит его движение в электрической цепи.

Известно, электрический ток движется в цепи за счёт разницы потенциалов. Для того чтобы движение тока не прекращалось, нужно непрерывно обеспечивать эту разницу потенциалов между полюсами источника напряжения, к которому подключена цепь.

Подобное явление можно сравнить с трубкой, которая соединена с двумя резервуарами с водой. Если в этих резервуарах будет разный уровень воды, то она непременно начнёт перетекать через трубку из одного сосуда в другой и наоборот; так если разница в уровне воды между сосудами будет постоянной, то и движение воды не прекратиться.

Данный пример помогает понять, что происходит в электрической цепи. Электрическая энергия, действующая внутри источника, постоянно поддерживает электрический ток. Таким образом, обеспечивается непрерывная работа.

Понятие «Электродвижущая сила»

В данном случае, электродвижущая сила (ЭДС) – это сила, которая поддерживает разницу потенциалов на разных полюсах источника энергии, она вызывает и поддерживает движение тока, а также преодолевает внутренне сопротивление проводника и т. д.

Ток может протекать по проводнику столь же долго, сколь существует разница потенциалов. Свободные электроны приходят в постоянное движение между телами, которые соединены в электрическую цепь.

Электродвижущая сила – величина физическая, т. е., её можно измерить и использовать как одну из характеристик электрической цепи. В источниках постоянного, либо переменного тока ЭДС характеризует работу непотенциальных сил. Это работа сторонних или непотенциальных сил в замкнутом контуре, когда они перемещают одиночный электрический заряд вдоль всего контура.

Возникновение электродвижущей силы

Существует различные виды источников электрической энергии. Каждый из них можно охарактеризовать по-разному, у каждого вида свои принципиальные особенности. Эти особенности влияют на возникновение электродвижущей силы, причины данного явления весьма специфичны, т. е. зависят от вида источника.

В чём же главная суть различий? К примеру, если мы берём химические источники электрической энергии, такие как аккумуляторы, другие гальванические элементы, то электродвижущая сила становится результатом химической реакции. Если рассмотреть генераторы, то здесь причиной является электромагнитная индукция, а в различных термических элементах основой является тепловая энергия. От этого возникает электрический ток.

Измерение электродвижущей силы

Электродвижущая сила измеряется в вольтах, также как и напряжение. Эти величины связаны между собой. Однако ЭДС можно измерять на отдельном участке электрической цепи, тогда будут измеряться работы не всех сил, действующих на этом контуре, а только те, которые есть на отдельно взятом участке цепи.

Разность потенциалов, являющуюся причиной возникновения и прохождения тока по цепи, также можно назвать напряжением. Однако, если ЭДС – работа сторонних сил, которая совершается при перемещении единичного заряда, то она не может быть охарактеризована с помощью разницы потенциалов, т. е., напряжения, так как работа зависит от траектории движения заряда, эти силы непотенциальны. В этом различие таких понятий как напряжение и электродвижущая сила.

Данная особенность учитывается при измерении ЭДС и напряжения. В обоих случаях используют вольтметры. Для того чтобы измерить ЭДС нужно при разомкнутой внешней цепи подключить вольтметр к концам источника энергии. Если требуется измерить напряжение на выбранном участке электрической цепи, то вольтметр должен быть подключён параллельно к концам конкретного участка.

ЭДС и напряжение источника электрической энергии могут быть независимо от величины электрического тока в цепи; в разомкнутой цепи ток равен нулю. Однако если генератор или аккумулятор будут работать, то они возбуждают ЭДС, а значит, между концами возникает напряжение.

PhysBook:Электронный учебник физики — PhysBook

Содержание

• 1 Учебники
• 2 Механика
  • 2.1 Кинематика
  • 2.2 Динамика
  • 2.3 Законы сохранения
  • 2.4 Статика
  • 2.5 Механические колебания и волны
• 3 Термодинамика и МКТ
  • 3.1 МКТ
  • 3. 2 Термодинамика
• 4 Электродинамика
  • 4.1 Электростатика
  • 4.2 Электрический ток
  • 4.3 Магнетизм
  • 4.4 Электромагнитные колебания и волны
• 5 Оптика. СТО
  • 5.1 Геометрическая оптика
  • 5.2 Волновая оптика
  • 5. 3 Фотометрия
  • 5.4 Квантовая оптика
  • 5.5 Излучение и спектры
  • 5.6 СТО
• 6 Атомная и ядерная
  • 6.1 Атомная физика. Квантовая теория
  • 6.2 Ядерная физика
• 7 Общие темы
• 8 Новые страницы

Здесь размещена информация по школьной физике:

1. материалы из учебников, лекций, рефератов, журналов;
2. разработки уроков, тем;
3. flash-анимации, фотографии, рисунки различных физических процессов;
4. ссылки на другие сайты

и многое другое.

Каждый зарегистрированный пользователь сайта имеет возможность выкладывать свои материалы (см. справку), обсуждать уже созданные.

Учебники

Формулы по физике – 7 класс – 8 класс – 9 класс – 10 класс – 11 класс –

Механика

Кинематика

Основные понятия кинематики – Прямолинейное движение – Криволинейное движение – Движение в пространстве

Динамика

Законы Ньютона – Силы в механике – Движение под действием нескольких сил

Законы сохранения

Закон сохранения импульса – Закон сохранения энергии

Статика

Статика твердых тел – Динамика твердых тел – Гидростатика – Гидродинамика

Механические колебания и волны

Механические колебания – Механические волны

---

Термодинамика и МКТ

МКТ

Основы МКТ – Газовые законы – МКТ идеального газа

Термодинамика

Первый закон термодинамики – Второй закон термодинамики – Жидкость-газ – Поверхностное натяжение – Твердые тела – Тепловое расширение

---

Электродинамика

Электростатика

Электрическое поле и его параметры – Электроемкость

Электрический ток

Постоянный электрический ток – Электрический ток в металлах – Электрический ток в жидкостях – Электрический ток в газах – Электрический ток в вакууме – Электрический ток в полупроводниках

Магнетизм

Магнитное поле – Электромагнитная индукция

Электромагнитные колебания и волны

Электромагнитные колебания – Производство и передача электроэнергии – Электромагнитные волны

---

Оптика.

СТО

Геометрическая оптика

Прямолинейное распространение света. Отражение света – Преломление света – Линзы

Волновая оптика

Свет как электромагнитная волна – Интерференция света – Дифракция света

Фотометрия

Фотометрия

Квантовая оптика

Квантовая оптика

Излучение и спектры

Излучение и спектры

СТО

СТО

---

Атомная и ядерная

Атомная физика. Квантовая теория

Строение атома – Квантовая теория – Излучение атома

Ядерная физика

Атомное ядро – Радиоактивность – Ядерные реакции – Элементарные частицы

---

Общие темы

Измерения – Методы решения – Развитие науки- Статья- Как писать введение в реферате- Подготовка к ЕГЭ – Репетитор по физике

Новые страницы

Запрос не дал результатов.

23.3 ЭДС движения – Физика колледжа 2e

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Расчет ЭДС, силы, магнитного поля и работы, связанной с движением объекта в магнитном поле.

Как мы видели, любое изменение магнитного потока индуцирует противодействующую этому изменению ЭДС — процесс, известный как индукция. Движение является одной из основных причин индукции. Например, магнит, перемещаемый по направлению к катушке, создает ЭДС, а катушка, перемещаемая по направлению к магниту, создает аналогичную ЭДС. В этом разделе мы сконцентрируемся на движении в магнитном поле, стационарном относительно Земли, производя то, что условно называется

ЭДС движения .

Одна из ситуаций, когда возникает ЭДС движения, известна как эффект Холла и уже исследовалась. На заряды, движущиеся в магнитном поле, действует магнитная сила F=qvBsinθF=qvBsinθ, которая перемещает противоположные заряды в противоположных направлениях и создает ЭДС=Bℓvemf=Bℓv. Мы видели, что эффект Холла имеет приложения, включая измерения BB и vv. Теперь мы увидим, что эффект Холла является одним из аспектов более широкого явления индукции, и обнаружим, что ЭДС движения можно использовать в качестве источника энергии.

Рассмотрим ситуацию, показанную на рис. 23.10. Стержень движется со скоростью вв по паре проводящих рельсов, разделенных расстоянием ℓℓ в однородном магнитном поле BB. Рельсы неподвижны относительно ВВ и подключены к неподвижному резистору RR. Резистор может быть любым, от лампочки до вольтметра. Рассмотрим область, окруженную движущимся стержнем, рельсами и резистором. BB перпендикулярен этой области, и площадь увеличивается по мере движения стержня. Таким образом, магнитный поток, заключенный между рельсами, стержнем и резистором, увеличивается. При изменении потока индуцируется ЭДС в соответствии с законом индукции Фарадея.

Рисунок 23.10 (a) ЭДС движения=Bℓvemf=Bℓv индуцируется между рельсами, когда этот стержень движется вправо в однородном магнитном поле. Магнитное поле ВВ направлено внутрь страницы, перпендикулярно движущимся стержню и рельсам и, следовательно, ограниченной ими области. (b) Закон Ленца дает направления индуцированного поля и тока, а также полярность индуцированной ЭДС. Поскольку поток увеличивается, индуцированное поле направлено в противоположном направлении или выходит за пределы страницы. RHR-2 дает показанное направление тока, и полярность стержня будет управлять таким током. RHR-1 также указывает на ту же полярность стержня. (Обратите внимание, что буквенный символ E, используемый в эквивалентной схеме в нижней части части (b), представляет ЭДС.)

Чтобы найти величину ЭДС, индуцированной вдоль движущегося стержня, воспользуемся законом индукции Фарадея без знака:

ЭДС=NΔΦΔt.ЭДС=NΔΦΔt.

23,7

Здесь и далее под «ЭДС» подразумевается величина ЭДС. В этом уравнении N=1N=1 и поток Φ=BAcosθΦ=BAcosθ. Имеем θ=0ºθ=0º и cosθ=1cosθ=1, так как BB перпендикулярна AA. Теперь ΔΦ=Δ(BA)=BΔAΔΦ=Δ(BA)=BΔA, так как BB однородна. Обратите внимание, что площадь, заметаемая стержнем, равна ΔA=ℓΔxΔA=ℓΔx. Ввод этих величин в выражение для ЭДС дает

ЭДС=BΔAΔt=BℓΔxΔt. ЭДС=BΔAΔt=BℓΔxΔt.

23,8

Наконец, обратите внимание, что Δx/Δt=vΔx/Δt=v, скорость стержня. Ввод этого в последнее выражение показывает, что

ЭДС = Bℓv (B, ℓ, и v перпендикулярно) ЭДС = Bℓv (B, ℓ, и v перпендикулярно)

23,9

— ЭДС движения. Это то же самое выражение, которое было дано ранее для эффекта Холла.

Установление связей: объединение сил

Существует много связей между электрической и магнитной силами. Тот факт, что движущееся электрическое поле создает магнитное поле и, наоборот, движущееся магнитное поле создает электрическое поле, является частью того, почему электрические и магнитные силы теперь считаются разными проявлениями одной и той же силы. Это классическое объединение электрических и магнитных сил в то, что называется электромагнитной силой, является источником вдохновения для современных усилий по объединению других основных сил.

Чтобы найти направление индуцируемого поля, направление тока и полярность индуктируемой ЭДС, мы применяем закон Ленца, как описано в Законе Фарадея об индукции: закон Ленца.

(См. рис. 23.10(b).) Поток увеличивается, так как площадь охвата увеличивается. Таким образом, индуцированное поле должно противостоять существующему и быть за пределами страницы. И поэтому RHR-2 требует, чтобы I было против часовой стрелки, что, в свою очередь, означает, что вершина стержня положительна, как показано.

ЭДС движения также возникает, если магнитное поле движется, а стержень (или другой объект) неподвижен относительно Земли (или какого-либо наблюдателя). Мы видели пример этого в ситуации, когда движущийся магнит индуцирует ЭДС в неподвижной катушке. Важно относительное движение. В этих наблюдениях проявляется связь между магнитными и электрическими полями. Движущееся магнитное поле создает электрическое поле за счет ЭДС индукции. Мы уже видели, что движущееся электрическое поле создает магнитное поле — движущийся заряд подразумевает движущееся электрическое поле, а движущийся заряд создает магнитное поле.

ЭДС движения в слабом магнитном поле Земли обычно не очень велики, иначе мы заметили бы напряжение вдоль металлических стержней, таких как отвертка, при обычных движениях. Например, простой расчет ЭДС движения 1-метрового стержня, движущегося со скоростью 3,0 м/с перпендикулярно полю Земли, дает ЭДС=Bℓv=(5,0×10-5T)(1,0 м)(3,0 м/с)=150 мкВЭДС=Bℓv=(5,0×10-5T)(1,0 м)(3,0 м/с)=150 мкВ. Это небольшое значение соответствует опыту. Однако есть эффектное исключение. В 1992 и 19 гг.96, с помощью космического корабля “Шаттл” были предприняты попытки создать большие ЭДС движения. Привязанный спутник должен был быть выпущен по проводу длиной 20 км, как показано на рис. 23.11, для создания ЭДС 5 кВ за счет движения с орбитальной скоростью через поле Земли. Эту ЭДС можно было бы использовать для преобразования части кинетической и потенциальной энергии шаттла в электрическую энергию, если бы удалось создать полную цепь. Чтобы завершить цепь, неподвижная ионосфера должна была обеспечить обратный путь для протекания тока. (Ионосфера — это разреженная и частично ионизированная атмосфера на орбитальных высотах. Она проводит ток из-за ионизации. Ионосфера выполняет ту же функцию, что и неподвижные рельсы и соединительный резистор на рис. 23.10, без которых не было бы полной цепи.) Перетащите на ток в кабеле за счет магнитной силы F=IℓBsinθF=IℓBsinθ совершает работу, которая уменьшает кинетическую и потенциальную энергию челнока и позволяет преобразовать ее в электрическую энергию. Оба испытания оказались неудачными. В первом кабель болтался и его можно было протянуть только на пару сотен метров; во втором трос оборвался при почти полном вытягивании. Пример 23.2 указывает на принципиальную возможность.

Пример 23,2

Расчет большой ЭДС движения объекта на орбите

Рисунок 23.11 ЭДС движения как преобразование электроэнергии для космического челнока является мотивом для эксперимента с привязанным спутником. Было предсказано, что ЭДС 5 кВ будет индуцироваться в тросе длиной 20 км при движении с орбитальной скоростью в магнитном поле Земли. Цепь завершается обратным путем через стационарную ионосферу.

Рассчитайте ЭДС движения вдоль проводника длиной 20,0 км, движущегося с орбитальной скоростью 7,80 км/с перпендикулярно магнитному полю Земли 5,00×10−5T5,00×10−5T.

Стратегия

Это прямое применение выражения для ЭДС движения — ЭДС=Bℓvemf=Bℓv.

Решение

Ввод данных значений в ЭДС=Bℓvemf=Bℓv дает

ЭДС=Bℓv=(5,00×10−5T)(2,0×104м)(7,80×103м/с)=7,80×103В.ЭДС=Bℓv= (5,00×10-5T)(2,0×104м)(7,80×103м/с)=7,80×103В.

23.10

Обсуждение

Полученное значение превышает измеренное напряжение 5 кВ для эксперимента с челноком, поскольку фактическое орбитальное движение троса не перпендикулярно полю Земли. Значение 7,80 кВ — это максимальная ЭДС, полученная при θ=9.0ºθ=90º и sinθ=1sinθ=1.

Электродвижущая сила (ЭДС): определение, пример и уравнение

Что такое электродвижущая сила (ЭДС)

Электродвижущая сила или ЭДС – это энергия, необходимая для перемещения единичного электрического заряда с помощью источника энергии, такого как батарея, ячейка или генератор. Он определяется как разность потенциалов на клеммах, через которые не проходит ток, т. Е. Разомкнутая цепь с одним положительным концом, а другим отрицательным.

В действительности электродвижущая сила — это не сила, а мера энергии. Источник преобразует одну форму энергии в электрическую энергию. Например, батарея преобразует химическую энергию, а генератор преобразует механическую энергию.

Электродвижущая сила ЭДС

Термин электродвижущая сила был введен итальянским физиком и химиком Алессандро Вольта, который изобрел электрическую батарею в 1800 году.

Электродвижущая сила (ЭДС) Уравнение

Предположим, цепь состоит из батареи и резистора. Электродвижущую силу можно рассчитать по закону напряжения Кирхгофа. Следующая формула дает его значение.

ε = IR + Ir

Где,

I : Ток, проходящий через цепь

R : Сопротивление резистора

r : Внутреннее сопротивление батареи 0091 В = ИК

Поэтому ,

ε = V + Ir

Вольтметр используется для измерения ЭДС.