Чем ЭДС отличается от напряжения в цепи?

Эдс и напряжение 2020

ЭДС (электродвижущая сила) — это напряжение на концах источника, когда ток отсутствует. Когда цепь закрыта и ток течет, то на концах источника есть напряжение, которое меньше, чем ЭДС. Это является следствием внутреннего сопротивления самого источника, что приводит к этому падению напряжения.

Что такое EMF?

Электрически заряженные тела могут быть получены путем отделения электронов от атомов путем потребления какой-либо другой энергии, например. механический, легкий или химический. Такое разделение существует в электрических источниках. Из-за энергетической активности в источнике генерируется ЭДС, что дополнительно вызывает избыток отрицательного заряда (отрицательный полюс) и отсутствие отрицательного заряда (положительный полюс).

В электротехнике понятие ЭДС определяет работу, требуемую для разделения носителей заряда в источнике электрического тока, в котором сила, действующая на заряды на концах источника, не является прямым следствием поля. EMF определяется как количество выполненных работ (A) в преобразовании энергии и количество электричества (Q), которое проходит через генератор E = A / Q. Устройство такое же, как и для напряжения (V-вольт).

Устройство, которое подает электрическую цепь и производит электродвижущую силу, называется источником электродвижущей силы или более короткой EMS (электродвижущим источником).

Что такое напряжение?

Существует разница в электрических состояниях на полюсах (клеммах) источника. На отрицательном полюсе имеется избыток электронов и нехватка электронов на положительном. В замкнутой цепи тока электроны движутся от отрицательной половины к положительной половине через проводники и приборы. Разность электрических потенциалов называется электрическим напряжением [U]. Электрическое напряжение равно количеству работ, выполняемых электрической силой при перемещении заряда из одной точки поля в другую и этой зарядке. Электрическое напряжение измеряется вольтах [V]. Измеритель напряжения называется вольтметром.

Разница между ЭДС и напряжением

Электродвижущая сила обозначает выработанное напряжение внутри электрических источников. Напряжение определяется как разность электрического потенциала между двумя точками, и эта разница на полюсах электрического источника получается путем удаления электронов из одной части источника и передачи их в другую.

Электродвижущая сила источника равна работе, которую необходимо сделать некоторой внешней силе, чтобы переместить блок заряда с одного полюса источника на другой, но через источник. Напряжение во внешней части схемы очень равно работе, которая должна выполняться электрической силой для перемещения блока заряда с одного полюса источника на другой, но через провод.

Электродвижущая сила рассчитывается следующим образом: E = I * (R + r). Напряжение рассчитывается V = I * R (I — ток, R — сопротивление нагрузки, r — внутреннее сопротивление).

Напряжение — это работа электрической (кулоновской) силы в движении заряда и является результатом сокращения энергии в круге, в то время как электродвижущая сила определяется неэлектрической (не кулоновской) операцией и отвечает за увеличение энергии в цепи.

Разность потенциалов (напряжение) может быть измерена между любыми заданными точками схемы, в то время как электродвижущая сила существует только между двумя концами источника. Также электродвижущая сила измеряется с помощью счетчика ЭДС, а напряжение — вольтметром.

ЭДС может возникать в электрическом, гравитационном или магнитном поле, а напряжение возникает только в электрическом поле.

Резюме

• Количество, адекватно представляющее генератор как элемент электрической цепи и количественно характеризующее его способность поддерживать ток в цепи и преобразовывать другие формы энергии в электрическую, называется электродвижущей силой. Для того чтобы источник имел разность потенциалов полюса, электроны должны «перемещаться» от одного полюса к другому, т. Е. Требуется операция разделения заряда. Работа, выполняемая на блоке заряда внешней силой путем деления зарядов на источнике электрического тока, называется электродвижущей силой. Электродвижущая сила (ЭДС) имеет размер напряжения (единица напряжения) и также называется внутренним напряжением источника (U0). Электродвижущая сила того же размера, что и разность потенциалов между положительным и отрицательным соединениями генератора, когда он находится в режиме ожидания.
• Разность потенциалов между двумя точками электрического поля называется напряжением, а единица также равна напряжению. Электрическое напряжение является причиной потока электронов в электрической цепи на (-) отрицательный полюс с избытком электронов на (+) положительный полюс с электронным дефектом — электроны движутся от (-) половины до (+) полюса ,

Источник: https://ru.esdifferent.com/difference-between-emf-and-voltage

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

Электрический ток не протекает в медном проводе по той же причине, по которой остаётся неподвижной вода в горизонтальной трубе. Если один конец трубы соединить с резервуаром таким образом, чтобы образовалась разность давлений, жидкость будет вытекать из одного конца. Аналогичным образом, для поддержания постоянного тока необходимо внешнее воздействие, перемещающее заряды. Это воздействие называется электродвижущая сила или ЭДС.

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

Приложение некоторой разности потенциалов между двумя концами проводника создаст перетекание электронов от одного конца к другому. Но этого недостаточно для поддержания потока зарядов в проводнике. Дрейф электронов приводит к уменьшению потенциала до момента его уравновешивания (прекращение тока). Таким образом, для создания постоянного тока необходимы механизмы, непрерывно возвращающие описанную систему в первоначальную конфигурацию, то есть, препятствующие агрегации зарядов в результате их движения. Для этой цели используются специальные устройства, называемые источники питания.

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, принцип работы и применение ионистора

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

эдс | Электроника как хобби

Это практический урок по теме «напряжение»  в котором мы узнали каким образом появляется сама напряжённость.

Нам понадобится: 3 резистора на 25 Ом и 1 на 50 Ом, мультиметр и две батарейки типа АА.

И так, ЭДС создаёт напряжённость на участках цепи в зависимости от их сопротивления. Чем больше сопротивление участка тем большее напряжение достанется ему от ЭДС.

Значит, если в цепи все участки имеют равное сопротивление, то и их напряжённость будет равна.

схема 1 Равная напряженность

Как видите все резисторы имеют номинал в 25 Ом и следовательно ЭДС должно создать на них одинаковую напряжённость.

Измерьте напряжение на каждом резисторе, оно должно быть одинаковым с учетом погрешности резисторов сопротивление которых не всегда идеально его номиналу.

2. Замените R3 на резистор в 50 Ом и измерьте напряжение на нём и на остальных резисторах. И тут уже более наглядно видна зависимость напряжённости участка от его сопротивления.

схема 2 Разная напряжённость участков цепи

3. Уберите из цепи один резистор в 25 Ом и измерьте напряжение на оставшихся резисторах. Так как резистор в 50 Ом вдвое больше по сопротивлению чем 25 Ом то и на нем будет вдвое больше напряжение.

схема 3 зависимость напряжения от сопротивления участка цепи

Вывод: ЭДС распределяется по цепи в зависимости от сопротивления её участков, чем большее сопротивление участка относительно других участков тем большее напряжение будет на нём.

Все источники тока имеют внутреннее сопротивление, его обозначают тоже буквойr как и сопротивление только маленькой.  В большинстве случаев внутренним сопротивлением можно пренебречь так как правило оно очень мало и в дальнейших наших уроках навряд ли  нам придётся встретиться ещё раз с ним как и с законом Ома для полной цепи, но всё же это знать нужно для общего развития так сказать.

И так, источник тока можно представить на схеме с резистором внутри (рис 1) и этот «внутренний резистор» забирает на себя часть ЭДС источника.

рис 1

Помните, в уроке про напряжение мы узнали, что ЭДС распределяется по цепи (рис 2) и чем больше сопротивление участка тем больше напряжение на нем, а так как внутреннее сопротивление источника мало на нем оседает совсем маленькое напряжение.

Например: Если, подключить к двум пальчиковым батарейкам соединенным последовательно (что даст нам около 3-х вольт) сопротивление в 25 Ом то оно просядет макс на 0.1 вольта это уменьшение происходит из за того что часть ЭДС останется на внутреннем сопротивлении источника тока (рис3)

Рис 3 Распределение ЭДС

Относительно других, более больших источников тока батарейки имеют большое внутреннее сопротивление например если сопротивление батареек в нашем примере составляет 0.83 Ом, то у автомобильного аккумулятора оно составляет около 0.01 Ом.

Внутреннее сопротивление есть  у всех источников тока.

Внутренним сопротивлением источника тока являются:

• Сопротивление его клемм
• Сопротивление электролита если это аккумулятор
• Сопротивление химических элементов в батарейках
• Сопротивление обмоток генератора и тд.

Внутреннее сопротивление влияет на токоотдачу источника тока.

Например, наши две пальчиковые батарейки могут выдать максимальный ток         3В/0.83 Ом=3.6 А, а вот аккумулятор авто способен выдать 12в/0.01 Ом=1200А в режиме КЗ (короткого замыкания) такие большие токи ему нужны для прокрутки стартером двигателя для его заведения и ток для этого необходим порядка 250А. Допустим у автомобильного аккумулятора будет r=0.83 Ом как у наших батареек то I=12/0.83=14.4 А будет не достаточно для стартера, поэтому производители аккумуляторов стараются уменьшить внутреннее сопротивление.

Вывод: Внутреннее сопротивление забирает на себя часть ЭДС источника тока и ограничивает токоотдачу, но по большому счету, в большинстве случаев им можно пренебречь так как его сопротивление очень мало

В следующем уроке мы научимся определять внутреннее сопротивление.

Контрольные вопросы

Какой буквой обозначается внутреннее сопротивление?

Где проседает ЭДС при подключении нагрузки?

На внутреннем сопротивлении

Как внутреннее сопротивление влияет на ток который может выдать источник?

Чем больше внутреннее сопротивление тем меньший ток источник сможет выдать и соответственно наоборот

Замер ЭДС

Цели эксперимента: Научиться замерять ЭДС и увеличивать его с помощью дополнительных батареек.

Нам понадобится: Мультиметер, батарейки, лампочка.

1. Замеряем ЭДС батареек, выставив мультиметр его в режим измерения напряжения (V) DC означает постоянное напряжение AC переменное нас интересует DC. У пальчиковой должно получиться ЭДС около 1.5 вольта, а у кроны в районе 9 вольт.
2. Соберите простую схемку.

-Замеряйте ЭДС при выключенной лампе и включённой лампе. С лампой ЭДС (правильнее будет сказать напряжение) должно уменьшиться.

1. Соедините две пальчиковых батарейки последовательно, плюс к минусу, для этого можно использовать бокс для батареек. ЭДС батареек при таком соединении плюсуется.

Вывод: ЭДС уменьшается при подключении нагрузки, ЭДС можно увеличить соединяя гальванические элементы последовательно.

Более правильный замер ЭДС,а точнее его расчет мы разберем в будущем после того как научимся определять внутреннее сопротивление источника энергии и познакомимся с законом Ома.

Напряжение– это часть ЭДС от источника энергии, которая достаётся участку цепи.

То есть сумма всех напряжений на участках цепи будет равна ЭДС источника энергии.

Напряжение как и ЭДС измеряется в вольтах.

Напряжение на участках цепи образуется из за разности потенциалов и чем больше сопротивление участка тем больше эта разность потенциалов в следствии чего, напряженность участка увеличивается.

Откуда образуется разность потенциалов, на участке цепи?

Образуется она за счет более медленного движения зарядов перед нагрузкой.

Так, стоп! В прошлом уроке говорилось, что ток в последовательной цепи на всём ее протяжении одинаков, а тут говорится каком-то медленном движении зарядов перед нагрузкой…

Все верно ток одинаков во всей последовательной цепи, а вот скорость движения зарядов по цепи разная на участках с маленьким сопротивлением заряды движутся медленнее, но большим потоком, а вот на нагрузке они движутся быстро и меньшим потоком(количеством) и так получается, что на участке с маленьким и большим сопротивлением проходит одинаковое количество зарядов в секунду. Ускорение зарядов на нагрузке происходит из за более большой разности потенциалов между точками до и после нагрузки.

Выше приведенная «фишка» с делением напряжения которая так и называется делитель напряжения. Нагрузка на выходе делителя должна быть не большой, с потреблением измеряемом в единицах миллиампер.

В общем:

ЭДС- это разность потенциалов на источнике энергии.

Напряжение – это разность потенциалов на нагрузке или участке цепи , и чем больше сопротивление участка или нагрузки тем больше ЭДС отдаст напряжения этому участку.

Контрольные вопросы.

1. 1. В чём измеряется напряжение? 
   2. Различие ЭДС и напряжения?

      ЭДС указывает на работоспособность зарядов источника энергии ,а напряжение указывает на разность потенциалов на участке цепи.

   3. От чего зависит напряжение на участке цепи?

      От сопротивления участка цепи, чем оно больше тем большая часть ЭДС источника энергии достанется этому участку и чем больше ЭДС источника энергии и тем будет большая напряженность его участков цепи.

Закон омарассказывает о зависимости напряжения, тока и сопротивления между собой.

Вот собственно и сам закон Ома : Ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален сопротивлению цепи.

• Чем больше напряжение, тем больше ток.
• Чем больше сопротивление тем меньше ток.

Так, если вы не поняли выше изложенное перечитайте ещё пару раз повнимательней, а если так и не чего не «дошло» тогда вам поможет язык математики или практика.

Закон ома для участка цепи.

Контрольные вопросы будут после экспериментов .

Сопротивление проводника электрическому току измеряется в Омах.

Ом – это произвольная величина и она получается так, если ЭДС 1 вольт и в проводнике идёт ток а 1 ампер, то сопротивление этого проводника составит 1 Ом. Если при такой же ЭДС ток меньше значит сопротивление уже больше чем 1 Ом, а вот если ток больше 1 ампера, то соответственно сопротивление меньше чем 1 Ом.

Например, при условии, что ЭДС 1 вольт, а ток в проводнике 5 ампер, то значит сопротивление проводника в пять раз меньше чем 1 Ом, то есть составляет 0.2 Ома, а если при такой же ЭДС ток будет 0.1 ампера, то сопротивление составит 10 Ом.

В общем основная задача сопротивления ограничивать ток в проводнике.

Чем больше сопротивление тем меньше ток.

В уроке «Закон Ома» мы рассмотрим более конкретно как зависит ток от сопротивления .

В эксперименте, где мы замеряли ток, было видно как влияет сопротивление на ток в цепи.

Контрольные вопросы.

1. В чём измеряется сопротивление?
2. Что ограничивает сопротивление ?

   Сопротивление ограничивает ток.

Вольт – единица изменения электродвижущей силы или иначе, вольт указывает на силу заряда.

Один вольт это такая электродвижущая сила, при которой каждый кулон пройдя по цепи совершит работы в один джоуль, что сопоставимо с поднятием половины стакана с водой (без веса стакана) на метровую высоту.

Вольт =Джоуль/Кулон

У батарейки типа крона ЭДС составляет около 9 вольт, а это значит, что каждый кулон зарядов, которые эта батарейка протолкнёт по цепи, может выполнить работу в девять джоулей, что сопоставимо уже с девятью поднятиями на половину полных стаканов с водой на метровую высоту.

Далее мы еще вернемся к вольтам, когда будет проходить тему «напряжение».

Контрольные вопросы.

1. В чем измеряется ЭДС?
2. Сколько энергии (джоулей) будет в одном кулоне при ЭДС в 7 вольт?

   7 Джоулей в одном кулоне.

ЭДС— Указывает на работоспособность зарядов вырабатываемых генератором (источником энергии).

Вспомним из предыдущих уроков (что такое плюс и минус) что, на клеммах (выходах) генератора скапливаются положительные (положительные ионы) и отрицательные (электроны) заряды, так вспомним еще одно свойство зарядов то, что одноименные заряды отталкиваются друг от друга а разноименные притягиваются из этого можно сделать вывод, что чем больше будет одноименных зарядов на клемме генератора тем сложнее туда будет «впихнуть» генератору еще один электрон если это касается минуса и забрать электрон из плюса для создания избытка положительных ионов на клемме.

Обратите внимание на рисунок (рис.

20) на нём изображена «борьба» зарядов на минусе мы видим как генератор  пытается «впихнуть» на клемму ещё электронов, а ему не дают это сделать те электроны которые уже там находятся за счет отталкивания одноименных зарядов, а вот на плюсе генератор старается наоборот забрать электроны у атомов, а ему это не дают сделать положительные ионы, так как они притягивают к себе эти электроны и чем больше генератор заберет электронов с плюса тем сложнее ему это будет даваться забирать последующие электроны так как количество положительных ионов увеличится, что в свою очередь увеличит их притяжение к себе электронов.

Чем больше зарядов сможет накопить генератор на клеммах преодолев притяжение и отталкивание тех зарядов которые там находятся тем сильнее будут его заряды, так как электроны с минуса будут более сильно выталкивать электроны в цепь, а положительные ионы на плюсе будут с большей силой тянуть эти электроны к себе.

Вольт — единица измерения ЭДС.

ЭДС на практике

После знакомства с законом Ома, мы еще вернемся к ЭДС и научимся рассчитывать его.

Контрольные вопросы:

1.Расшифруйте аббревиатуру ЭДС.

Электродвижущая сила

2.От чего зависит ЭДС генератора.

От способности генератора накапливать заряды на своих клеммах.

ЭДС измеряется в вольтах, но об этом далее.

Источник: https://volt-amp.com/tag/%D1%8D%D0%B4%D1%81/

Чем отличается источник ЭДС от источника тока?

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.

https://www.youtube.com/watch?v=VJ51LyhYP3g

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

Источник Э.Д.С. и источник тока

ИсточникЭДС

Рисунок1 — Обозначение на схемах источникаЭДС (слева) и реального источниканапряжения (справа)

ИсточникЭДС (идеальныйисточник напряжения) — двухполюсник, напряжение назажимах которого постоянно (не зависитот тока в цепи). Напряжение может бытьзадано как константа, как функциявремени, либо как внешнее управляющеевоздействие.

Впростейшем случае напряжение определенокак константа, то есть напряжениеисточника ЭДС постоянно.

Реальныеисточники напряжения

Рисунок2

Рисунок3 — Нагрузочная характеристика

Идеальныйисточник напряжения (источник ЭДС)является физической абстракцией, тоесть подобное устройство не можетсуществовать. Если допустить существованиетакого устройства, то электрическийток I,протекающий через него, стремился бы кбесконечности при подключениинагрузки,сопротивление RH которойстремится к нулю. Но при этом получается,что мощность источникаЭДС также стремится к бесконечности,так как .Но это невозможно, по той причине, чтомощность любого источника энергииконечна.

Вреальности, любой источник напряженияобладает внутренним сопротивлением r,которое имеет обратную зависимость отмощности источника. То есть, чем большемощность, тем меньше сопротивление (призаданном неизменном напряжении источника)и наоборот.

Источник: https://aspenergo.ru/chem-otlichaetsya-istochnik-eds-ot-istochnika-toka/

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 ЭДС (электродвижущая сила)

Электродвижущая сила, в народе ЭДС, также как и напряжение измеряется в вольтах, но носит совсем иной характер.

Эдс с точки зрения гидравлики

Думаю, вам уже знакома водонапорная башня из прошлой статьи про напряжение

Допустим, что башня полностью заполнена водой. Снизу башни мы просверлили отверстие и врезали туда трубу, по которой вода бежит к вам домой.

Сосед захотел полить огурцы, вы решили помыть автомобиль, мать затеяла стирку и вуаля! Поток воды стал меньше и меньше, и вскоре совсем иссяк… Что случилось? Закончилась вода в башне…

Время, которое потребуется, чтобы опустошить башню, зависит от емкости самой башни, а также от того, сколько потребителей будут пользоваться водой.

Все то же самое можно сказать и про радиоэлемент конденсатор:

Допустим мы его зарядили от батарейки 1,5 вольта и он принял заряд.  Нарисуем заряженный конденсатор вот так:

Но как только мы цепляем к нему нагрузку (пусть нагрузкой будет светодиод) с помощью замыкания ключа S, в первые доли секунд светодиод будет светиться ярко, а потом тихонько угасать… и пока полностью не потухнет. Время угасания светодиода будет зависеть от емкости конденсатора, а также от того, какую нагрузку мы цепляем к  заряженному конденсатору.

Как я уже сказал, это равносильно простой наполненной башне и потребителям, которые пользуются водой.

Как только башня полностью наполнится водой, насос выключается. В наших водобашнях насос всегда поддерживает максимальный уровень воды.

Итак, давайте вспомним, что  такое напряжение? По аналогии с гидравликой – это уровень воды в водобашне. Полная башня – это максимальный уровень воды, значит максимальное напряжение. Нет в башне воды – напряжение ноль.

Эдс электрического тока

Как вы помните из прошлых статей, молекулы воды – это “электроны”. Для возникновения электрического тока, электроны должны двигаться в одном направлении. Но чтобы они двигались в одном направлении, должно быть напряжение и какая-нибудь нагрузка. То есть вода в башне – это напряжение, а люди, которые тратят воду для своих нужд – это нагрузка, так как они создают поток воды из трубы, которая находится у подножия водобашни. А поток – это не что иное, как сила тока.

Также должно соблюдаться условие, что вода должна всегда быть на максимальной отметке, независимо от того, сколько людей тратит ее для своих нужд одновременно, иначе башня опустошится. Для водобашни этим спасительным средством является водонасос. А для электрического тока?

Для электрического тока должна быть какая-то сила, которая бы толкала электроны в одном направлении в течение продолжительного времени. То есть эта сила должна двигать электроны! Электродвижущая сила! Да, именно так! ЭЛЕКТРОДВИЖУЩАЯ СИЛА!  Можно назвать ее сокращенно ЭДС – Электро Движущая Сила. Измеряется она в вольтах, как и напряжение, и обозначается в основном буквой E.

Значит, в наших батарейках тоже есть такой “насос”? Есть, и правильней было бы его назвать “насос подачи электронов”). Но, конечно, так никто не говорит.  Говорят просто  – ЭДС. Интересно, а где спрятан этот насос в батарейке? Это просто-напросто электрохимическая реакция, из-за которой держится “уровень воды” в батарейке, но потом все-таки этот насос изнашивается и напряжение в батарейке начинает проседать, потому как “насос” не успевает качать воду. В конце концов он полностью ломается и напряжение на батарейке стает практически ноль.

Реальный источник ЭДС

Источник электрической энергии  – это источник ЭДС с внутренним сопротивлением Rвн. Это могут быть какие-либо химические элементы питания, наподобие  батареек и аккумуляторов

Их внутреннее строение с точки зрения ЭДС выглядит примерно вот так:

Где E – это ЭДС, а Rвн  – это внутреннее сопротивление батарейки

Итак, какие выводы можно сделать из этого?

Если к батарейке не цепляется никакая нагрузка, типа лампы накаливания и тд, то в результате сила тока в такой цепи будет равняться нулю. Упрощенная схема будет такой:

Но если мы все-таки присоединим к нашей батарейке лампочку накаливания, то у нас цепь станет замкнутой и в цепи будет течь ток:

В результате у нас в цепи побежит электрический ток, а на внутреннем сопротивлении упадет какое-то напряжение, так как в результате у нас получился делитель напряжения, так как нить лампы накаливания также имеет какое-то свое сопротивление. По закону Ома, чем больше сила тока в цепи, тем больше будет падение напряжения на внутреннем сопротивлении Rвн. Более подробно об этом эффекте можно прочитать в статье закон Ома для полной цепи, а также про входное и выходное сопротивление.

Если начертить график зависимости силы в цепи тока от напряжения на батарейке, то он будет выглядеть вот так:

Какой напрашивается вывод? Для того, чтобы замерить ЭДС батарейки, нам достаточно просто взять хороший мультиметр с высоким входным сопротивлением и замерять напряжение на клеммах батарейки.

То есть мы увидим, чем больше сила тока в цепи, то тем меньше напряжение на клеммах батарейки. Об этом более подробно я говорил в статье закон Ома для полной цепи.

Идеальный источник ЭДС

Допустим, пусть наша батарейка обладает нулевым внутренним сопротивлением, тогда получается, что Rвн=0.

Нетрудно догадаться, что в этом случае падение напряжение на нулевом сопротивлении также будет равняться нулю. В результате, наш график примет вот такой вид:

В результате мы получили просто источник ЭДС.  Следовательно, источник ЭДС – это идеальный источник питания, у которого напряжение на клеммах не зависит от силы тока в цепи. То есть, какую нагрузку мы бы не цепляли на такой источник ЭДС, у нас он  все равно будет выдавать положенное напряжение без просадки. Сам источник ЭДС обозначается вот так:

На практике идеального источника ЭДС не существует.

Типы ЭДС

– электрохимическая  (ЭДС батареек и аккумуляторов)

– фотоэффекта (получение электрического тока от солнечной энергии)

– индукции (генераторы, использующие принцип электромагнитной индукции)

– Эффект Зеебека или термоЭДС (возникновение электрического тока в замкнутой цепи, состоящей из последовательно соединённых разнородных проводников, контакты между которыми находятся при различных температурах)

– пьезоЭДС (получение ЭДС от пьезоэлектриков)

Источник: https://www.RusElectronic.com/eds-elektrodvizhushchaya-sila/

Электродвижущая сила и его напряжение. Эдс и напряжение: что это и в чем разница. Главные отличия ЭДС от напряжения

Чем отличается ЭДС (электродвижущая сила) от напряжения? Рассмотрим сразу на конкретном примере. Берем батарейку, на которой написано 1,5 вольт. Подключаем к ней вольтметр, как показано на рисунке 1, чтобы проверить, действительно ли батарейка исправна.

Рисунок 1

Вольтметр показывает 1,5 В. Значит, батарейка исправна. Подключаем ее к маленькой лампочке. Лампочка светится. Теперь параллельно лампочке подключаем вольтметр, чтобы проверить: действительно ли на лампочку приходится 1,5 В. Получается схема, показанная на рисунке 2.

Другие различия между ними объясняются ниже в сравнительной таблице. Напряжение определяется как энергия требует переместить единицу заряда из одной точки в другую. Напряжение вызвано электрическим и магнитным полем. Напряжение развивается между концами источника. Потенциал положительной конечной точки источника выше по сравнению с отрицательными точками. Когда напряжение развивается по пассивному элементу, оно называется падением напряжения.

Главные отличия ЭДС от напряжения

Другими словами, это источник энергии от какого-либо активного источника, такого как батарея, к единичному кулоновскому заряду. Он измеряется в вольтах и ​​обозначается символом ε. В третьем законе Ньютона говорится о сохранении энергии. В электромагнитном мире это лучше всего проявляется в виде закона Ленца, который гласит: «Индуцированная электродвижущая сила всегда порождает ток, магнитное поле которого противостоит первоначальному изменению магнитного потока».

Рисунок 2

И тут оказывается, что вольтметр показывает, например, 1 В. Куда потрачены 0,5 В (которые разность между 1,5 В и 1 В)?

Дело в том, что любой реальный источник питания имеет внутреннее сопротивление (обозначается буквой r). Оно во многих случаях снижает характеристики источников питания, но изготовить источник питания вообще без внутреннего сопротивления невозможно. Поэтому нашу батарейку можно представить как идеальный источник питания и резистор, сопротивление которого соответствует внутреннему сопротивлению батарейки (рисунок 3).

Чтобы понять это простыми словами, провод на диаграмме испытывает направленную вниз силу, потому что магнитное поле постоянного магнита реагирует с магнитным полем, создаваемым током, протекающим в проводе. Если бы вы изменили направление потока тока в проводе, провод будет двигаться вверх. Это также называется моторным эффектом, так как это то, как работают двигатели.

Провод испытывает крутящий момент, потому что ток, текущий в двух плечах петли, не находится в одном направлении, заставляя силы на проводе находиться в противоположных направлениях. Крутящий момент превращает проволочную петлю. Имея много таких проволочных шлейфов в своем роторе, двигатель способен переворачивать тяжелые нагрузки.

Рисунок 3

Так вот, ЭДС в данном примере — это 1,5 В, Напряжение источника питания — 1 В, а разница 0,5 В была рассеяна на внутреннем сопротивлении источника питания.

ЭДС — это максимальное количество вольт, которое источник питания может выдать в цепь. Это постоянная для исправного источника питания величина. А напряжение источника питания зависит от того, что к нему подключено. (Здесь мы говорим только о тех типах источников питания, которые изучаются в рамках школьной программы).

Поскольку при вращении двигателя действуют два противоположных магнитных поля, скорость двигателя регулируется балансом между ними. Реле или соленоид состоит из катушки или большого количества витков провода на железном сердечнике. Одним из свойств такой компоновки является то, что катушка хранит энергию, когда ток проходит через нее. Это само по себе не о чем беспокоиться, если ток внезапно не прекратится. Здесь вы можете снова прочитать закон Ленца.

Когда переключатель разомкнут, ток от аккумулятора перестанет течь мгновенно. Однако энергия в реле или соленоиде «противодействует первоначальному изменению магнитного потока», который сейчас пытается рухнуть. Катушка может сделать это только путем поддержания тока, протекающего через зазор в переключателе. Дуга поддерживается до тех пор, пока энергия в индукторе не рассеивается.

И тогда напряжение на лампочке равно

Получается, чем больше сопротивление лампочки, тем больше вольт приходится на нее, и тем меньше вольт бесполезно теряется в батарейке. Это касается не только лампочки и батарейки, но и любой цепи, состоящей из источника питания и нагрузки. Чем больше сопротивление нагрузки, тем меньше разница между напряжением и ЭДС. Если сопротивление нагрузки очень большое, то напряжение практически равно ЭДС. Сопротивление вольтметра всегда очень большое, поэтому в схеме на рисунке 1 он показал значение 1,5 В.

Теперь дуги в любой форме опасны, и лучший способ их обработки — как можно быстрее их погасить. При нормальной работе полупроводниковый переключатель, такой как транзистор, заменяет показанный резистор и переключатель и включается или выключается для управления реле. Дуга может взорвать или повредить транзистор за долю секунды.

Решение довольно простое. Обратный диод подключен через соленоид. Когда переключатель закрыт, диод остается обратным и неактивным. Двигателями и генераторами являются электромагнитные устройства. Они имеют токопроводящие петли, которые вращаются в магнитных полях. Это быстро меняющееся магнитное поле создает электродвижущие силы, называемые ЭДС или напряжения. Электродвигатели и генераторы противоположны друг другу. Электродвигатели преобразуют электрическую энергию в механическую энергию, а электрические генераторы преобразуют механическую энергию в электрическую.

Пониманию смысла ЭДС мешает то, что в быту мы этот термин практически не употребляем. Мы говорим в магазине: «Дайте мне батарейку с напряжением 1,5 вольта», хотя правильно говорить: «Дайте мне батарейку с ЭДС 1,5 вольта». Но так уж повелось…

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.

Электродвигатели и генераторы имеют токопроводящие петли, которые непрерывно вращаются в магнитном поле. Петли обернуты вокруг железного сердечника, называемого арматурой, что делает магнитное поле внутри них сильнее. Ток в петлях меняет направление, заставляя арматуру и, следовательно, петли постоянно вращаться. Изменение направления петель вызывает генерирование индуцированной э.д.с.

Эмф не хватает для электродвижущей силы. Это не сила, а разность потенциалов между терминалами устройства, которые меняют одну форму энергии на электрическую. Например, батарея преобразует химическую энергию в электрическую, а также является источником ЭДС. Разность потенциалов — это напряжение.

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.

Наведенная э.д.с. создаваемая движением петель, становится больше, чем быстрее изменяется магнитное поле. Это закон индукции Фарадея, названный в честь его первооткрывателя, знаменитого физика Михаила Фарадея. Механическая энергия используется для вращения петель в магнитном поле, а генерированная ЭДС — синусоидальная волна, которая изменяется во времени. Паровые из горения ископаемого топлива, такие как уголь, нефть и природный газ, являются общим источником в таких странах, как Соединенные Штаты.

В Европе ядерное деление используется для создания пара. В некоторых гидроэлектростанциях, например, в Ниагарском водопаде, для вращения турбин используется давление воды. Турбины — это роторы с лопастями или лопастями. Ветер и вода обычно не используются в качестве ископаемых видов топлива для механических источников энергии, поскольку они не столь эффективны и являются более дорогостоящими.

Что собой представляет ЭДС и почему его часто путают с напряжением?

ЭДС, или электродвижущая сила, как ее принято называть во многих учебниках, представляет собой такую физическую величину, которая характеризует работу каких-либо сторонних сил, присутствующих в источниках постоянного, либо-же переменного тока.

Если говорить об замкнутом проводящем контуре, то следовало бы отметить то, что в случае с ним, ЭДС будет равняться работе сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль вышеупомянутого контура. Путают электродвижущую силу и напряжение — не просто так. Как известно, два этих понятия, на сегодняшний день, измеряются в вольтах.

При этом, об ЭДС мы можем говорить на любом участке цели, ведь по сути дела — это удельная работа сторонних сил, которые действуют не во всем контуре, а только на каком-то, определенном участке.

Для вращения петель в магнитном поле используется переменный ток. Электромагнит вызывает магнитное поле и использует то же напряжение, что и катушки.
Коммутатор прикреплен к электрическим контактам, называемым щетками. Изменение направления тока через коммутатор приводит к тому, что арматура и, следовательно, петли вращаются. Магнитное поле, в которое вращается якорь, может быть постоянным магнитом или электромагнитом.

Отдельного внимания с вашей стороны, заслуживает то, что у ЭДС гальванического элемента, предусматривается работа сторонних сил, работающих во время перемещения единичного положительного заряда от одного полюса к совершенно другому.

Работа этих сторонних сил, напрямую зависит от формы траектории, но не может быть выражена через разность потенциалов. Последнее обуславливается тем, что сторонние силы — не являются потенциальными.

ЭДС в генераторе увеличивает свою эффективность, но э.д.с. в двигателе способствует энергоотдаче и неэффективности его работы. Обратная э.д.с. — сопротивление изменению магнитного поля. Он уменьшает ток в контуре и становится больше по мере увеличения скорости двигателя.