Чем источник эдс отличается от источника тока: Чем различаются ЭДС и напряжение источника питания

Содержание

Чем различаются ЭДС и напряжение источника питания

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.

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).

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).

В нашем примере лампочка с сопротивлением R и резистор соединены последовательно, поэтому ток в цепи можно найти по формуле

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.

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…

Похожая статья: чем отличается напряжение от потенциала.

—

Понравилась статья? Размести ссылку на сайт в социальных сетях

Идеальный источник напряжения — это… Что такое Идеальный источник напряжения?

Идеальный источник напряжения

Рисунок 1 — Обозначение источника ЭДС схемах

Источник ЭДС (точнее, идеальный источник ЭДС) — источник питания, напряжение на зажимах которого постоянно (не зависит от тока). Напряжение может быть задано как константа, как функция времени, либо как внешнее управляющее воздействие.

В простейшем случае напряжение определено как константа, то есть напряжение источника ЭДС постоянно.

Реальные источники ЭДС

Рисунок 2

Рисунок 3 — Нагрузочная характеристика

Идеальный источник ЭДС является физической абстракцией, то есть подобное устройство не может существовать. Если допустить существование такого устройства, то ток I, протекающий через него, стремился бы к бесконечности при подключении нагрузки, сопротивление R_H которой стремится к нулю. Но при этом получается, что мощность источника ЭДС также стремится к бесконечности, так как P = EI. Но это не возможно, по той причине, что мощность любого источника энергии конечна.

В реальности, любой источник ЭДС обладает внутренним сопротивлением r, которое имеет обратную зависимость от мощности источника. То есть, чем больше мощность, тем меньше сопротивление. И наоборот. Наличие внутренненого сопротивления отличает реальный источник ЭДС от идеального. Следует отметить, что внутреннее сопротивление — это исключительно конструктивное свойство источника энергии. Эквивалентная схема реального источника ЭДС представляет собой последовательное подключение идеального источника ЭДС Е и внутреннего сопротивления r.

На рисунке 3 приведены нагрузочные характеристики идеального (синяя линия) и реального (красная линия) источников ЭДС.

где

— падение напряжения на внутреннем сопротивлении;

U = IR_H — падение напряжения на нагрузке.

При коротком замыкании (R_H = 0) , т.е. вся мощность источника энергии рассеивается на его внутреннем сопротивлении. В этом случае ток I_КЗ будет максимальным для данного источника ЭДС. Зная ток короткого замыкания, можно вычислить внутреннее сопротивление:

См.

также

Литература

Электротехника: Учеб. для вузов/А. С. Касаткин, М. В. Немцов.— 7-е изд., стер.— М.: Высш. шк., 2003.— 542 с.: ил. ISBN 5-06-003595-6
Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. — М.: Гардарики, 2002. — 638 с. — ISBN 5-8297-0026-3

Wikimedia Foundation.
2010.

Идеальный Мужчина (Фильм)
Идеальный мат

Полезное

Смотреть что такое «Идеальный источник напряжения» в других словарях:

идеальный источник напряжения — Источник электрической энергии, электрическое напряжение на выводах которого не зависит от электрического тока в нем. [ГОСТ Р 52002 2003] Тематики источники и системы электропитанияэлектротехника, основные понятия Синонимы идеальный источник… … Справочник технического переводчика
идеальный источник тока — Источник электрической энергии, электрический ток которого не зависит от напряжения на его выводах. [ГОСТ Р 52002 2003] Тематики источники и системы электропитанияэлектротехника, основные понятия Синонимы идеальный источник электрического тока … Справочник технического переводчика
Источник напряжения — Рисунок 1 Обозначение источника ЭДС схемах Источник ЭДС (точнее, идеальный источник ЭДС) источник питания, напряжение на зажимах которого постоянно (не зависит от тока). Напряжение может быть задано как константа, как функция времени, либо как… … Википедия
идеальный источник (электрического) напряжения — 123 идеальный источник (электрического) напряжения Источник электрической энергии, электрическое напряжение на выводах которого не зависит от электрического тока в нем Источник: ГОСТ Р 52002 2003: Электротехника. Термины и определения основных… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
идеальный источник (электрического) тока — 125 идеальный источник (электрического) тока Источник электрической энергии, электрический ток которого не зависит от напряжения на его выводах Источник: ГОСТ Р 52002 2003: Электротехника. Термины и определения основных понятий оригинал докуме … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Идеальный источник (электрического) напряжения — 1. Источник электрической энергии, электрическое напряжение на выводах которого не зависит от электрического тока в нем Употребляется в документе: ГОСТ Р 52002 2003 Электротехника. Термины и определения основных понятий … Телекоммуникационный словарь
Идеальный источник (электрического) тока — 1. Источник электрической энергии, электрический ток которого не зависит от напряжения на его выводах Употребляется в документе: ГОСТ Р 52002 2003 Электротехника. Термины и определения основных понятий … Телекоммуникационный словарь
Источник ЭДС — Рисунок 1 Обозначение на схемах источника ЭДС (слева) и реального источника напряжения (справа) Источник ЭДС (идеальный источник напряжения) двухполюсник, нап … Википедия
Источник опорного напряжения — Источник, или генератор, опорного напряжения (ИОН) базовый электронный узел, поддерживающий на своём выходе высокостабильное постоянное электрическое напряжение. ИОН применяются для задания величины выходного напряжения стабилизированных… … Википедия
Источник электрического напряжения идеальный — источник электрической энергии, электрическое напряжение на выводах которого не зависит от электрического тока в нем… Источник: ЭЛЕКТРОТЕХНИКА . ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПОНЯТИЙ. ГОСТ Р 52002 2003 (утв. Постановлением Госстандарта РФ от… … Официальная терминология

Источник ЭДС — это… Что такое Источник ЭДС?

Рисунок 1 — Обозначение на схемах источника ЭДС (слева) и реального источника напряжения (справа)

Источник ЭДС (идеальный источник напряжения) — двухполюсник, напряжение на зажимах которого постоянно (не зависит от тока в цепи). Напряжение может быть задано как константа, как функция времени, либо как внешнее управляющее воздействие.

В простейшем случае напряжение определено как константа, то есть напряжение источника ЭДС постоянно.

Реальные источники напряжения

Рисунок 2

Рисунок 3 — Нагрузочная характеристика

Идеальный источник напряжения (источник ЭДС) является физической абстракцией, то есть подобное устройство не может существовать. Если допустить существование такого устройства, то ток I, протекающий через него, стремился бы к бесконечности при подключении нагрузки, сопротивление R_H которой стремится к нулю. Но при этом получается, что мощность источника ЭДС также стремится к бесконечности, так как . Но это невозможно, по той причине, что мощность любого источника энергии конечна.

В реальности, любой источник напряжения обладает внутренним сопротивлением r, которое имеет обратную зависимость от мощности источника. То есть, чем больше мощность, тем меньше сопротивление (при заданном неизменном напряжении источника) и наоборот. Наличие внутреннего сопротивления отличает реальный источник напряжения от идеального. Следует отметить, что внутреннее сопротивление — это исключительно конструктивное свойство источника энергии. Эквивалентная схема реального источника напряжения представляет собой последовательное включение источника ЭДС — Е (идеального источника напряжения) и внутреннего сопротивления — r.

На рисунке 3 приведены нагрузочные характеристики идеального источника напряжения (источника ЭДС) (синяя линия) и реального источника напряжения (красная линия).

где

— падение напряжения на внутреннем сопротивлении;

— падение напряжения на нагрузке.

При коротком замыкании () , то есть вся мощность источника энергии рассеивается на его внутреннем сопротивлении. В этом случае ток будет максимальным для данного источника ЭДС. Зная напряжение холостого хода и ток короткого замыкания, можно вычислить внутреннее сопротивление источника напряжения:

См. также

Литература

Электротехника: Учеб. для вузов/А. С. Касаткин, М. В. Немцов.— 7-е изд., стер.— М.: Высш. шк., 2003.— 542 с.: ил. ISBN 5-06-003595-6
Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. — М.: Гардарики, 2002. — 638 с. — ISBN 5-8297-0026-3

ЭДС и напряжение в электрической цепи

Многие люди (в то числе и некоторые электрики) путают понятие электродвижущей силы (ЭДС) и напряжения. Хотя эти понятия имеют отличия. Несмотря на то, что они незначительные, не специалисту сложно в них разобраться. Не маловажную роль в этом играет единица измерения. Напряжение и ЭДС измеряются в одних единицах – Вольтах. На этом отличия не заканчиваются, подробно обо всем мы рассказали в статье!

Что такое электродвижущая сила

Подробно этот вопрос мы рассмотрели в отдельной статье: https://samelectrik.ru/chto-takoe-eds-obyasnenie-prostymi-slovami.html

Под ЭДС понимается физическая величина, характеризующая работу каких-либо сторонних сил, находящихся в источниках питания постоянного или переменного тока. При этом, если имеется замкнутый контур, то можно сказать, что ЭДС равна работе сил по перемещению положительного заряда к отрицательному по замкнутой цепи. Или простыми словами, ЭДС источника тока представляет работу, необходимую для перемещения единичного заряда между полюсами.

При этом если источник тока имеющего бесконечную мощность, а внутреннее сопротивление будет отсутствовать (позиция А на рисунке), то ЭДС можно рассчитать по закону Ома для участка цепи, т. к. напряжение и электродвижущая сила в этом случае равны.

I=U/R,

где U – напряжение, а в рассмотренном примере — ЭДС.

Однако, реальный источник питания имеет конечное внутреннее сопротивление. Поэтому такой расчет нельзя применять на практике. В этом случае для определения ЭДС пользуются формулой для полной цепи.

I=E/(R+r),

где E (также обозначается как «ԑ») — ЭДС; R – сопротивление нагрузки, r – внутреннее сопротивление источника электропитания, I – ток в цепи.

Однако, эта формула не учитывает сопротивление проводников цепи. При этом необходимо понимать, что внутри источника постоянного тока и во внешней цепи, ток течет в разных направлениях. Разница заключается в том, что внутри элемента он течет от минуса к плюсу, то во внешней цепи от плюса к минусу.

Это наглядно представлено на ниже приведенном рисунке:

При этом электродвижущая сила измеряется вольтметром, в случае, когда нет нагрузки, т.е. источник питания работает в режиме холостого хода.

Чтобы найти ЭДС через напряжение и сопротивление нагрузки нужно найти внутреннее сопротивление источника питания, для этого измеряют напряжение дважды при разных токах нагрузки, после чего находят внутреннее сопротивление. Ниже приведен порядок вычисления по формулам, далее R1, R2 — сопротивление нагрузки для первого и второго измерения соответственно, остальные величины аналогично, U1, U2 – напряжения источника на его зажимах под нагрузкой.

Итак, нам известен ток, тогда он равен:

I1=E/(R1+r)

I2=E/(R2+r)

При этом:

R1=U1/I1

R2=U2/I2

Если подставить в первые уравнения, то:

I1=E/( (U1/I1)+r)

I2=E/( (U2/I2)+r)

Теперь разделим левые и правые части друг на друга:

(I1/I2)= [E/( (U1/I1)+r)]/[E/( (U2/I2)+r)]

После вычисления относительно сопротивления источника тока получим:

r=(U1-U2)/(I1-I2)

Внутреннее сопротивление r:

r= (U1+U2)/I,

где U1, U2 — напряжение на зажимах источника при разном токе нагрузки, I — ток в цепи.

Тогда ЭДС равно:

E=I*(R+r) или E=U1+I1*r

Что такое напряжение

Электрическое напряжение (обозначается как U) – это физическая величина, которая отражает количественную характеристику работы электрического поля по переносу заряда из точки А в точку В. Соответственно напряжение может быть между двумя точками цепи, но в отличии от ЭДС оно может быть между двумя выводами какого-то из элементов цепи. Напомним, что ЭДС характеризует работу, выполненную сторонними силами, то есть работу самого источника тока или ЭДС по переносу заряда через всю цепь, а не на конкретном элементе.

Это определение можно выразить простым языком. Напряжение источников постоянного тока – это сила, которая перемещает свободные электроны от одного атома к другому в определенном направлении.

Для переменного тока используют следующие понятия:

мгновенное напряжение — это разность потенциалов между точками в данный промежуток времени;
амплитудное значение – представляет максимальную величину по модулю мгновенного значения напряжения за промежуток времени;
среднее значение – постоянная составляющая напряжения;
среднеквадратичное и средневыпрямленное.

Напряжение участка цепи зависит от материала проводника, сопротивления нагрузки и температуры. Так же как и электродвижущая сила измеряется в Вольтах.

Часто для понимания физического смысла напряжения, его сравнивают с водонапорной башней. Столб воды отождествляют с напряжением, а поток с током.

При этом столб воды в башне постепенно уменьшается, что характеризует понижение напряжения и уменьшения силы тока.

Так в чем же отличие

Для лучшего понимания, в чем состоит разница электродвижущей силы от напряжения, рассмотрим пример. Имеется источник электрической энергии бесконечной мощности, в котором отсутствует внутреннее сопротивление. В электрической цепи смонтирована нагрузка. В этом случае будет справедливо утверждение, что ЭДС и напряжение тождественно равны, т.е между этими понятиями отсутствует разница.

Однако, это идеальные условия, которые в реальной жизни не встречаются. Эти условия используют исключительно при расчетах. В реальной жизни учитывается внутреннее сопротивление источника питания. В этом случае ЭДС и напряжение имеют отличия.

На рисунке представлено, какая разница будет в значениях электродвижущей силы и напряжении в реальных условиях. Вышеприведенная формула закона Ома для полной цепи описывает все процессы. При разомкнутой цепи на клеммах батарейки будет значение 1,5 Вольта. Это значение ЭДС. Подключив нагрузку, в данном случае это лампочка, на ней будет напряжение 1 вольт.

Разница от идеального источника заключается в наличии внутреннего сопротивления источника питания. На этом сопротивлении и происходит падение напряжения. Эти процессы описывает закон Ома для полной цепи.

Если измерительный прибор на зажимах источника электроэнергии показывает значение 1,5 Вольта, это будет электродвижущая сила, но повторим, при условии отсутствия нагрузки.

При подключении нагрузки на клеммах будет заведомо меньшее значение. Это и есть напряжение.

Вывод

Из вышесказанного можно сделать вывод, что основная разница между ЭДС и напряжением состоит:

Электродвижущая сила зависит от источника питания, а напряжение зависит от подключенной нагрузки и тока, протекающего по цепи.
Электродвижущая сила это физическая величина, характеризующая работу сторонних сил неэлектрического происхождения, происходящих в цепях постоянного и переменного тока.
Напряжение и ЭДС имеет единую единицу измерения – Вольт.
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:

Источники электрической энергии в теоретических основах электротехники

Источники электрической энергии

Любой источник электрической энергии (источник питания) можно представить в виде источника напряжения или источника тока.

Идеальный источник напряжении (источник ЭДС) представляет собой идеализированный источник электрической энергии, напряжение на зажимах (выходное напряжение) которого равно ЭДС, и не зависит от протекающего через него тока.

Принято считать, что выходное сопротивление источника ЭДС равно нулю. Важнейшей характеристикой источника напряжения является внешняя характеристика , представляющая собой зависимость напряжения на зажимах нагруженного источника от тока в электрической цепи.

Условное графическое обозначение источника постоянной ЭДС приведено на рис. 1.6,а. Стрелка внутри кружка указывает положительное направление ЭДС, т. е. направление возрастания потенциала, а именно от вывода «-» к выводу «+».

Если к зажимам источника ЭДС подключить сопротивление нагрузки (рис 1.6,б), то ток . Уменьшение сопротивления вызывает неограниченное увеличение этого тока, но выходное напряжение источника ЭДС не изменится и останется равным ЭДС источника, т.е. . Мощность источника и равная ей мощность нагрузки стремятся к бесконечности.

Внешней характеристикой идеального источника постоянного напряжения является прямая линия, параллельная оси токов (рис. 1.7, а).

Реальный источник напряжения (источник напряжения). Схема замещения реального источника напряжения может быть представлена источником ЭДС и соединенным последовательно с ним внутренним сопротивлением источника (рис. 1.6,в). Значение невелико по сравнению с сопротивлением нагрузки .

Зависимость напряжения на зажимах источника напряжения от тока, протекающего через внешние зажимы, определяется уравнением . Это уравнение и определяет внешнюю характеристику реального источника постоянного напряжения (рис. 1.7,6).

Она пересекает ось напряжения при работе источника в режиме холостого хода (точка 1 на рис. 1.7,б), когда и выходное напряжение источника (напряжение холостого хода) равно ЭДС, т.е. .

В режиме короткого замыкания (точка 4 на рис. 1.7,6) и ток источника (ток короткого замыкания) определяется его внутренним сопротивлением . Для большинства источников режим короткого замыкания является аварийным. Поэтому их защищают от короткого замыкания с помощью предохранителей, автоматических выключателей.

Кроме предельных режимов (холостой ход, короткое замыкание), источники могут работать в номинальном и согласованном режимах. Номинальным называют режим, па который рассчитан и изготовлен источник. В данном режиме источник работает долговременно с достаточно высоким коэффициентом полезного действия. Обычно . Поминальному режиму соответствует точка 2 на рис. 1.7, б.

Согласованным называют режим, при котором от источника в нагрузку передастся максимальная мощность . Этот режим выполняется, когда сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению источника, . При этом в источнике теряется 50% мощности.

Согласованный режим в основном применяется в маломощных цепях, когда определяющим условием является получение максимальной мощности в нагрузке, а не высокий КПД. Для силовых цепей характерен режим при обеспечивающий высокий КПД.

Идеальный источник тока (генератор тока) — это идеализированный источник электрической энергии, ток которого не зависит от напряжения на его зажимах (от сопротивления нагрузки). Принято считать, что выходное сопротивление идеального источника тока равно бесконечности.

Важнейшей характеристикой источника тока является внешняя характеристика , представляющая собой зависимость тока нагруженного источника от напряжения на его зажимах. Условное графическое обозначение генератора постоянного тока приведено на рис. 1.8,я. Двойная стрелка внутри кружка показывает положительное направление тока внутри источника.

Если к внешним выводам источника тока подключить сопротивление нагрузки , то напряжение на сопротивлении нагрузки . При увеличении напряжения на нем возрастает, а ток идеального источника тока не изменяется. Внешняя характеристикой генератора тока — прямая линия, параллельная оси напряжений (рис. 1.9,а).

Реальный источник тока. Схема замещения реального источника тока может быть представлена идеальным источником тока и соединенным параллельно с ним внутренним сопротивлением (рис. 1.8, в). Значение велико по сравнению с сопротивлением нагрузки .

Ток сопротивления нагрузки . Увеличение сопротивления вызывает уменьшение за счет увеличения тока .

Чем больше сопротивление нагрузки по сравнению с внутренним сопротивлением источника, тем больше ток нагрузки отличается от тока источника. Только в режиме короткого замыкания .

Внешняя характеристика реального источника тока приведена на рис. 1.9, б.

Эта теория взята со страницы помощи с заданиями по электротехнике:

Помощь по электротехнике

Возможно эти страницы вам будут полезны:

Чем отличается ЭДС от напряжения | Энергофиксик

Интересно многие сразу поняли, в чем разница между ЭДС и напряжением? И никого не поправлял учитель (учительница) по физике, когда на практических занятиях говорил (-ла) о том, что мы подключаем именно источник ЭДС, а не напряжения? В большинстве случаев мы с вами путались, потому что и ЭДС, и напряжение измеряется в Вольтах. Так давайте все-таки разберемся, чем принципиально отличается ЭДС от напряжения.

Что такое ЭДС

Итак, для начала давайте разберемся, что такое ЭДС. Электродвижущая сила (ЭДС) — это такая физическая величина, которая характеризует работу сторонних (не потенциальных) сил в источниках переменного либо же постоянного тока.

В замкнутой цепи ЭДС — это работа сил, совершаемая для перемещения единичного заряда вдоль всего контура.

Из выше представленного определения вытекает следующее: источниками ЭДС являются силы, которые не имеют прямое отношение к электростатике, но при этом они являются силами, которые создают движение заряда в замкнутой электрической цепочке.

yandex.ru

Например, при механическом вращении обмотки ротора в электромагнитном поле, в ней будет формироваться индукционная ЭДС. При этом формирование ЭДС будет проходить в каждом витке отдельно, но при этом электродвижущая сила соседних витков будет складываться, и на выходе мы будем иметь сумму ЭДС всех витков.

Если посмотреть на аккумуляторные батареи, то в них источником ЭДС является химическая реакция.

Кроме этого источниками могут выступать так называемые элементы Пельтье, в которых ЭДС образуется при термическом нагреве.

Пьезоэффект (когда при механическом воздействии на материал на его концах образуется разность потенциалов) также относится к источникам ЭДС. Впрочем, как и фотоэффект.

yandex.ru

Из выше представленных примеров видно, что, применяя различные материалы и способы их взаимодействия, можно получить ЭДС, способную организовать упорядоченное движение заряженных частиц в замкнутом контуре.

Условно принято считать, что ЭДС — это работа в 1 Джоуль, совершаемая при перемещении заряда в 1 Кулон и измеряется в Вольтах.

ЭДС = 1Джоуль/1Кулон= 1 Вольт.

Ну а теперь давайте переключим свое внимание на напряжение.

Что такое напряжение

Итак, напряжение измеряется в аналогичных величинах, то есть в Вольтах. И напряжение — это разница потенциалов между двумя точками цепочки. Причем данные потенциалы рассматриваются только в электростатическом поле.

Получается, если мы с вами будем перемещать заряд величиной в 1 Кулон и точку №1 в точку №2, мы так же будем совершать работу в 1 Джоуль, при том условии, что разница потенциалов между точками будет равна 1 Вольт.

Вроде одно и то же, но в случае с напряжением обязательным условием является наличие электростатического поля. А откуда оно взялось? Так вот источником этого поля и является подключенный к цепи источник ЭДС.

Если провести аналогию с водонапорной башней, то можно представить следующую картинку:

yandex.ru

На картинке наглядно продемонстрирована разница между ЭДС и напряжением. В правой части жидкость перемещается за счет давления (напряжения), а в левой части за счет работы сторонних сил (электродвижущей силы).

Получается, если мы с вами возьмем любой гальванический элемент, например, батарейку и измерим с помощью мультиметра его напряжение без подключенной нагрузки, то таким образом мы получим величину ЭДС.

Если же мы с вами создадим замкнутую цепь, в которую будет включена любая нагрузка, то, измеряя напряжение на тех же выводах батарейки, мы с вами увидим уже напряжение, и оно будет несколько меньше чем величина ЭДС.

Это связано с тем, что внутри любого источника ЭДС присутствует внутреннее сопротивление и когда мы подключаем нагрузку, происходит падение напряжения не только на концах нагрузки, но и на самом внутреннем сопротивлении источника ЭДС.

Если вам понравилась статья, тогда оцените ее лайком и спасибо, что уделили свое внимание.

Чем ЭДС отличается от напряжения | Инженерные знания

При изучении физики мы встречаемся с такими понятиями как ЭДС, которое является аббревиатурой от ЭлектроДвижущая Сила и напряжение. Обе величины измеряются в Вольтах, что наводит в голове путаницу. Ведь если величины имеют одинаковую единицу измерения, то и сами величины по логике должны быть одинаковыми.

Тут ЭДС или напряжение :)?

На практике понятия ЭДС и напряжение приравнивают. Действие это не совсем правильное с физической точки зрения и если в некоторых случаях оно спасает и позволяет решить задачку, то в других станет проблемой и приведет к ошибочному восприятию. ЭДС можно приравнивать к напряжению, но не в физическом смысле.

Для понимания этих различий следует предварительно вспомнить определения рассматриваемых понятий.

Определение, которое даёт напряжению учебник, да и википедия тоже, звучит так:

Электрическое напряжение — это скалярная физическая величина, значение которой равно работе эффективного электрического поля, совершаемой при переносе единичного пробного электрического заряда из точки A в точку B.

Высказывание мало понятно человеку, который или всё уже подзабыл, или только изучает основы теории. На практике для объяснения что такое напряжение лучше подойдет картинка:

Что такое напряжение наглядно

Если сравнить проводник с трубой, по которой течет вода, то напряжение — это тот самый напор воды. В одной и той же трубе может протекать много воды или мало воды. Когда воды мало — напряжение низкое. Воды много — напряжение высокое. А вот количество воды — это уже ток. Выводим из этих рассуждений, что напряжение можно сравнивать с давлением в точке на стенку трубы.

Теперь про определение ЭДС. Оно тоже не очень-то «юзерфрендли».

Википедия и учебники формулируют его примерно так:

Электродвижущая сила (ЭДС) — скалярная физическая величина, характеризующая работу сторонних сил действующих в квазистационарных цепях постоянного или переменного тока. В замкнутом проводящем контуре ЭДС равна работе этих сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль всего контура.

Из сложного определения не совсем ясно, что речь идёт о замкнутой электрической цепи, в которой есть источник тока. Но зато прослеживается различие. В одном случае это работа электрического поля по переносу пробного заряда (напряжение), а в другом — работа сторонних СИЛ по перемещение заряда вдоль всего контура (ЭДС).

Как работают сторонние силы

Сторонние силы — это силы не электростатического происхождения. Они могут быть самые различные. Например, в батарейке они возникают за счет энергии химических реакций между электродами и электролитами, а в генераторе из-за механической энергии вращения ротора генератора. Скажем, потерли мы расческу о шерстяную кофту. Вот факт потирания и был фактом проявления работы сторонних сил. Ну а в результате сформировался заряд. Логика такая же.

Для упрощения можно было бы сказать, что ЭДС есть способность источника тока создавать в цепи разность потенциалов.

Электрический ток, как вы наверное уже поняли исходя из логики определения напряжения, часто сравнивают с водопроводной системой. Прибегнем к сравнению вновь.

Для того, чтобы вода циркулировала по трубопроводу, эквивалентному нашей цепи, нужен насос. Этот насос является источником тока, а ЭДС — это способность такого насоса создавать в трубопроводе давление. Есть такая штука, которая называется напор воды. Вот именно она лучше всего и подходит для этого сравнения.

Возвращаясь к сравнению напряжения с водой выше, напряжение будет давлением на трубу, а напор воды, который обеспечивает это давление — будет ЭДС.

Насос создает напор воды, который формирует давление. А источник тока в цепи, создает разность потенциалов, которая обеспечивает напряжение. Способность создать напряжение — это и есть электродвижущая сила. Или можно сказать так, что причиной появления напряжения является электродвижущая сила. Без ЭДС нет электрического тока, а значит не может быть и напряжения.

Получается, что прямое приравнивание ЭДС и напряжения является некорректным приемом. Ведь разница между электродвижущей силой и напряжением заключается в том, что напряжение является «следствием работы» электродвижущей силы.

разница между напряжением и ЭДС?

Принципиальная разница между ЭДС и напряжением?

Что такое напряжение?

Необходимое количество энергии для перемещения единичного заряда из одной точки в другую известно как напряжение. Другими словами, напряжение определяется как разница между электрическими потенциалами. Он представлен символом заглавной буквы «V» и измеряется в вольтах, обозначается буквой «V» и измеряется вольтметром.

Один вольт — это разность электрического положения, равная одному амперу тока, который рассеивает один ватт мощности между двумя токопроводящими точками.

или

Вольт — это разность потенциалов, которая перемещает один джоуль энергии на кулоновский заряд между двумя точками.

В = J / C = W / A… в вольтах

Где:

В = напряжение в вольтах
Дж = энергия в джоулях
C = заряд в Колумбусе
W = Работа в джоулях
A = ток в амперах

Что такое ЭДС?

ЭДС или электродвижущая сила — это подача энергии на заряд аккумуляторной батареей.Другими словами, ЭДС создает и поддерживает напряжение внутри активной ячейки и подает энергию в джоулях на каждую единицу кулоновского заряда. Он обозначается буквой «ε», а единица измерения такая же, как напряжение, то есть вольт.

ЭДС — максимальная разность потенциалов между двумя точками батареи при отсутствии тока от источника в случае разомкнутой цепи. Короче говоря, ЭДС является причиной, а напряжение или разность потенциалов — следствием.

E или ε = W / Q … в вольтах

Где:

E или ε = энергия электродвижущей силы в вольтах
W = Выполненная работа в Джоулях
Q = Заряд в Колумбусе

Связанное сообщение: Разница между реальной землей и виртуальной землей

Таблица сравнения напряжения и ЭДС.

Характеристики	Напряжение	ЭДС
Обозначение	В	E или ε
Определение	Напряжение — это разность потенциалов между двумя точками, по которой протекает ток. Это количество энергии на единицу заряда при перемещении между двумя точками.	ЭДС или электродвижущая сила — это количество энергии, подаваемой на заряд аккумуляторным элементом.Он вырабатывает напряжение внутри активных источников батареи и подает энергию в джоулях на каждый кулон заряда.
Выражение	Разница потенциалов или напряжение вызывает протекание тока между двумя точками.	ЭДС поддерживает разность потенциалов между двумя электродами.
Формулы	В = ИК Где В = напряжение в вольтах I = ток в амперах R = Сопротивление в Ом	E = I (R + r) E = W / Q Где: E или ε = ЭДС в вольтах Вт = выполненная энергия в Джоулях Q = Заряд в кулонах r = внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи в омах
Выполненные работы	Работа, выполняемая по перемещению заряда из одной точки в другую по проводнику.	В источнике действуют внешние силы, перемещающие заряд из одной точки в другую.
Источники	Электрическое поле и магнитное поле.	Активные устройства, такие как аккумуляторные элементы, солнечные элементы, трансформаторы, электрические генераторы и динамо-машины, фотодиоды и т. Д.
Интенсивность	Сила напряжения ниже ЭДС и непостоянна.	ЭДС имеет постоянную интенсивность с большей величиной.
Сопротивление	Напряжение зависит от сопротивления цепи.	ЭДС не зависит от сопротивления цепи.
Силовая операция	Напряжение не является действием кулоновской силы.	ЭДС — это действие кулоновской силы.
Причина / следствие	Напряжение — это эффект ЭДС.	ЭДС является причиной напряжения.
Измерение	Напряжение можно измерить между любыми двумя точками. Его можно измерить с помощью вольтметра.	ЭДС можно измерить между концевыми выводами, когда через них не протекает ток.Его можно измерить с помощью измерителя ЭДС.

Основные различия между ЭДС и напряжением

Ниже приведены основные различия между напряжением и ЭДС.

Название EMF на первый взгляд подразумевает, что это сила, которая заставляет ток течь. Но это неверно, потому что это не сила, а энергия, поставляемая для зарядки некоторым активным устройством, например, аккумулятором.
ЭДС поддерживает разность потенциалов (P.D или напряжение), в то время как разность потенциалов вызывает протекание тока.
Когда мы говорим, что ЭДС устройства (например, элемента) составляет 2 В, это означает, что устройство передает энергию в 2 джоуля на каждый кулон заряда. Когда мы говорим, что разность потенциалов между точками A и B цепи (предположим, что точка A имеет более высокий потенциал) составляет 2 В, это означает, что каждый кулон заряда будет отдавать энергию в 2 джоуля при перемещении из точки A в B.

Похожие сообщения:

Электродвижущая сила — Университетская физика, том 2

Цели обучения

По окончании раздела вы сможете:

Опишите электродвижущую силу (ЭДС) и внутреннее сопротивление аккумулятора
Объясните, как работает аккумулятор

Если вы забудете выключить автомобильные фары, они будут постепенно тускнеть по мере разрядки аккумулятора. Почему они не мигают внезапно, когда разрядился аккумулятор? Их постепенное затемнение означает, что выходное напряжение батареи уменьшается по мере разряда батареи. Причина снижения выходного напряжения для разряженных батарей заключается в том, что все источники напряжения состоят из двух основных частей — источника электрической энергии и внутреннего сопротивления. В этом разделе мы исследуем источник энергии и внутреннее сопротивление.

Введение в электродвижущую силу

Voltage имеет множество источников, некоторые из которых показаны на (Рисунок).Все такие устройства создают разность потенциалов и могут подавать ток, если подключены к цепи. Особый тип разности потенциалов известен как электродвижущая сила (ЭДС). ЭДС — это вовсе не сила, но термин «электродвижущая сила» используется по историческим причинам. Он был изобретен Алессандро Вольта в 1800-х годах, когда он изобрел первую батарею, также известную как гальваническая батарея. Поскольку электродвижущая сила не является силой, принято называть эти источники просто источниками ЭДС (произносимых буквами «э-э-э-эфф»), а не источниками электродвижущей силы.

Разнообразные источники напряжения. а) ветряная электростанция Бразос в Флуванна, штат Техас; (б) Красноярская плотина в России; (c) солнечная ферма; (d) группа никель-металлогидридных батарей. Выходное напряжение каждого устройства зависит от его конструкции и нагрузки. Выходное напряжение равно ЭДС только при отсутствии нагрузки. (кредит а: модификация работы Стига Найгаарда; кредит b: модификация работы «vadimpl» / Wikimedia Commons; кредит c: модификация работы «The tdog» / Wikimedia Commons; кредит d: модификация работы «Itrados» / Wikimedia Commons)

Если электродвижущая сила вовсе не сила, то что такое ЭДС и что является источником ЭДС? Чтобы ответить на эти вопросы, рассмотрим простую схему лампы 12 В, подключенной к батарее 12 В, как показано на (Рисунок).Батарею можно смоделировать как устройство с двумя выводами, которое поддерживает один вывод с более высоким электрическим потенциалом, чем второй вывод. Более высокий электрический потенциал иногда называют положительной клеммой и обозначают знаком плюс. Клемму с более низким потенциалом иногда называют отрицательной клеммой и обозначают знаком минус. Это источник ЭДС.

Источник ЭДС поддерживает на одном выводе более высокий электрический потенциал, чем на другом выводе, действуя как источник тока в цепи.

Когда источник ЭДС не подключен к лампе, нет чистого потока заряда внутри источника ЭДС. Как только батарея подключена к лампе, заряды текут от одной клеммы батареи через лампу (в результате чего лампа загорается) и обратно к другой клемме батареи. Если мы рассмотрим протекание положительного (обычного) тока, положительные заряды покидают положительный вывод, проходят через лампу и попадают в отрицательный вывод.

Положительный поток тока полезен для большей части анализа схем в этой главе, но в металлических проводах и резисторах наибольший вклад в ток вносят электроны, протекающие в направлении, противоположном положительному потоку тока.Поэтому более реалистично рассмотреть движение электронов для анализа схемы на (рисунок). Электроны покидают отрицательную клемму, проходят через лампу и возвращаются к положительной клемме. Чтобы источник ЭДС поддерживал разность потенциалов между двумя выводами, отрицательные заряды (электроны) должны перемещаться с положительного вывода на отрицательный. Источник ЭДС действует как накачка заряда, перемещая отрицательные заряды от положительного вывода к отрицательному для поддержания разности потенциалов.Это увеличивает потенциальную энергию зарядов и, следовательно, электрический потенциал зарядов.

Сила, действующая на отрицательный заряд от электрического поля, действует в направлении, противоположном электрическому полю, как показано на (Рисунок). Чтобы отрицательные заряды переместились на отрицательную клемму, необходимо провести работу с отрицательными зарядами. Для этого требуется энергия, которая возникает в результате химических реакций в батарее. Потенциал поддерживается высоким на положительной клемме и низким на отрицательной клемме, чтобы поддерживать разность потенциалов между двумя клеммами. ЭДС равна работе, производимой с зарядом на единицу заряда при отсутствии тока. Поскольку единицей измерения работы является джоуль, а единицей заряда — кулон, единицей измерения ЭДС является вольт

Напряжение на клеммах аккумулятора — это напряжение, измеренное на клеммах аккумулятора, когда к клемме не подключена нагрузка. Идеальная батарея — это источник ЭДС, который поддерживает постоянное напряжение на клеммах, независимо от тока между двумя клеммами. Идеальная батарея не имеет внутреннего сопротивления, а напряжение на клеммах равно ЭДС батареи.В следующем разделе мы покажем, что у реальной батареи действительно есть внутреннее сопротивление, а напряжение на клеммах всегда меньше, чем ЭДС батареи.

Источник потенциала аккумуляторной батареи

ЭДС батареи определяется комбинацией химических веществ и составом выводов батареи. Свинцово-кислотные аккумуляторы, используемые в автомобилях и других транспортных средствах, представляют собой одну из наиболее распространенных комбинаций химических веществ. (Рисунок) показывает одну ячейку (одну из шести) этой батареи. Катодная (положительная) клемма ячейки соединена с пластиной из оксида свинца, а анодная (отрицательная) клемма подключена к свинцовой пластине.Обе пластины погружены в серную кислоту, электролит для системы.

Химические реакции в свинцово-кислотном элементе разделяют заряд, отправляя отрицательный заряд на анод, который соединен со свинцовыми пластинами. Пластины из оксида свинца подключаются к положительному или катодному выводу ячейки. Серная кислота проводит заряд, а также участвует в химической реакции.

Немногое о том, как взаимодействуют химические вещества в свинцово-кислотной батарее, помогает понять потенциал, создаваемый батареей.(Рисунок) показывает результат единственной химической реакции. На аноде помещаются два электрона, что делает его отрицательным, при условии, что катод питает два электрона. Это оставляет катод положительно заряженным, потому что он потерял два электрона. Короче говоря, разделение заряда было вызвано химической реакцией.

Обратите внимание, что реакция не происходит, если нет полной цепи, позволяющей подавать два электрона на катод. Во многих случаях эти электроны выходят из анода, проходят через сопротивление и возвращаются на катод.Также обратите внимание, что, поскольку в химических реакциях участвуют вещества, обладающие сопротивлением, невозможно создать ЭДС без внутреннего сопротивления.

В свинцово-кислотной батарее два электрона принудительно направляются на анод элемента, а два электрона удаляются с катода элемента. В результате химической реакции в свинцово-кислотной батарее два электрона помещаются на анод и два электрона удаляются с катода. Для продолжения требуется замкнутая цепь, так как два электрона должны быть доставлены на катод.

Внутреннее сопротивление и напряжение на клеммах

Величина сопротивления прохождению тока внутри источника напряжения называется внутренним сопротивлением. Внутреннее сопротивление r батареи может вести себя сложным образом. Обычно она увеличивается по мере разряда батареи из-за окисления пластин или снижения кислотности электролита. Однако внутреннее сопротивление также может зависеть от величины и направления тока через источник напряжения, его температуры и даже его предыстории.Например, внутреннее сопротивление перезаряжаемых никель-кадмиевых элементов зависит от того, сколько раз и насколько глубоко они были разряжены. Простая модель батареи состоит из идеализированного источника ЭДС и внутреннего сопротивления r ((рисунок)).

Батарею можно смоделировать как идеализированную ЭДС с внутренним сопротивлением ( r ). Напряжение на клеммах аккумулятора составляет.

Предположим, что внешний резистор, известный как сопротивление нагрузки R , подключен к источнику напряжения, например к батарее, как показано на (Рисунок).На рисунке показана модель батареи с ЭДС, внутренним сопротивлением R и нагрузочным резистором R , подключенным к ее клеммам. При обычном протекании тока положительные заряды покидают положительную клемму батареи, проходят через резистор и возвращаются к отрицательной клемме батареи. Напряжение на клеммах аккумулятора зависит от ЭДС, внутреннего сопротивления и силы тока и равно

При заданной ЭДС и внутреннем сопротивлении напряжение на клеммах уменьшается по мере увеличения тока из-за падения потенциала Ir внутреннего сопротивления.

Схема источника напряжения и его нагрузочного резистора R . Поскольку внутреннее сопротивление r включено последовательно с нагрузкой, оно может существенно повлиять на напряжение на клеммах и ток, подаваемый на нагрузку.

График разности потенциалов на каждом элементе цепи показан на (рисунок). По цепи проходит ток I , а падение потенциала на внутреннем резисторе равно Ir . Напряжение на клеммах равно падению потенциала на нагрузочном резисторе. Как и в случае с потенциальной энергией, важно изменение напряжения. Когда используется термин «напряжение», мы предполагаем, что это на самом деле изменение потенциала, или. Однако для удобства часто опускается.

График зависимости напряжения через цепь батареи и сопротивления нагрузки. Электрический потенциал увеличивает ЭДС батареи из-за химических реакций, выполняющих работу с зарядами. В аккумуляторе происходит снижение электрического потенциала из-за внутреннего сопротивления.Потенциал уменьшается из-за внутреннего сопротивления, в результате чего напряжение на клеммах аккумулятора равно. Затем напряжение уменьшается на ( IR ). Сила тока равна

Ток через нагрузочный резистор составляет. Из этого выражения видно, что чем меньше внутреннее сопротивление r , тем больший ток подает источник напряжения на свою нагрузку R . По мере разряда аккумуляторов увеличивается r . Если r становится значительной частью сопротивления нагрузки, то ток значительно снижается, как показано в следующем примере.

Анализ цепи с батареей и нагрузкой У данной батареи есть ЭДС 12,00 В и внутреннее сопротивление. (a) Рассчитайте напряжение на его клеммах при подключении к нагрузке. (b) Какое напряжение на клеммах при подключении к нагрузке? (c) Какая мощность рассеивает нагрузка? (d) Если внутреннее сопротивление увеличивается до, найдите ток, напряжение на клеммах и мощность, рассеиваемую нагрузкой.

Стратегия

Приведенный выше анализ дал выражение для тока с учетом внутреннего сопротивления.Как только ток будет найден, можно рассчитать напряжение на клеммах, используя уравнение. Как только ток будет найден, мы также сможем найти мощность, рассеиваемую резистором.

Решение

Если ввести данные значения ЭДС, сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления в выражение выше, получим
Введите известные значения в уравнение, чтобы получить напряжение на клеммах:
Напряжение на клеммах здесь лишь немного ниже, чем ЭДС, что означает, что ток, потребляемый этой легкой нагрузкой, не имеет значения.
Аналогично с, ток
Напряжение на клеммах теперь
Напряжение на клеммах значительно снизилось по сравнению с ЭДС, что означает большую нагрузку на эту батарею. «Сильная нагрузка» означает большее потребление тока от источника, но не большее сопротивление.
Мощность, рассеиваемая нагрузкой, можно найти по формуле. Ввод известных значений дает
Обратите внимание, что эту мощность также можно получить с помощью выражения, где В — это напряжение на клеммах (10.0 В в данном случае).
Здесь внутреннее сопротивление увеличилось, возможно, из-за разряда батареи, до точки, где оно равно сопротивлению нагрузки. Как и раньше, мы сначала находим ток, вводя известные значения в выражение, что дает
Теперь напряжение на клеммах
, а мощность, рассеиваемая нагрузкой, составляет
Мы видим, что увеличившееся внутреннее сопротивление значительно снизило напряжение на клеммах, ток и мощность, подаваемую на нагрузку.

Значение Внутреннее сопротивление батареи может увеличиваться по многим причинам. Например, внутреннее сопротивление перезаряжаемой батареи увеличивается с увеличением количества раз, когда батарея перезаряжается. Повышенное внутреннее сопротивление может иметь двоякое влияние на аккумулятор. Сначала снизится напряжение на клеммах. Во-вторых, аккумулятор может перегреться из-за повышенной мощности, рассеиваемой внутренним сопротивлением.

Проверьте свое понимание Если вы поместите провод прямо через две клеммы батареи, эффективно закоротив клеммы, батарея начнет нагреваться.Как вы думаете, почему это происходит?

Если к клеммам подсоединен провод, сопротивление нагрузки близко к нулю или, по крайней мере, значительно меньше внутреннего сопротивления батареи. Поскольку внутреннее сопротивление невелико, ток в цепи будет большим. Большой ток вызывает рассеяние большой мощности на внутреннем сопротивлении. Мощность рассеивается в виде тепла.

Тестеры батарей

, такие как показанные на (Рисунок), используют малые нагрузочные резисторы, чтобы намеренно потреблять ток, чтобы определить, падает ли потенциал клемм ниже допустимого уровня.Хотя измерить внутреннее сопротивление батареи сложно, тестеры батареи могут обеспечить измерение внутреннего сопротивления батареи. Если внутреннее сопротивление велико, батарея разряжена, о чем свидетельствует низкое напряжение на клеммах.

Тестеры аккумуляторов измеряют напряжение на клеммах под нагрузкой, чтобы определить состояние аккумулятора. (a) Техник-электронщик ВМС США использует тестер аккумуляторов для проверки больших аккумуляторов на борту авианосца USS Nimitz .Тестер батарей, который она использует, имеет небольшое сопротивление, которое может рассеивать большое количество энергии. (b) Показанное небольшое устройство используется на небольших батареях и имеет цифровой дисплей для индикации допустимого напряжения на клеммах. (кредит А: модификация работы Джейсона А. Джонстона; кредит б: модификация работы Кейта Уильямсона)

Некоторые батареи можно заряжать, пропуская через них ток в направлении, противоположном току, который они подают в прибор. Это обычно делается в автомобилях и батареях для небольших электроприборов и электронных устройств ((рисунок)).Выходное напряжение зарядного устройства должно быть больше, чем ЭДС аккумулятора, чтобы ток через него реверсировал. Это приводит к тому, что напряжение на клеммах аккумулятора становится больше, чем ЭДС, так как и I теперь отрицательны.

Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора меняет нормальное направление тока через аккумулятор, обращая вспять его химическую реакцию и восполняя ее химический потенциал.

Важно понимать последствия внутреннего сопротивления источников ЭДС, таких как батареи и солнечные элементы, но часто анализ цепей выполняется с помощью напряжения на клеммах батареи, как мы делали в предыдущих разделах. Напряжение на клеммах обозначается просто как В, , без индекса «клемма». Это связано с тем, что внутреннее сопротивление батареи трудно измерить напрямую и может со временем измениться.

Сводка

Все источники напряжения состоят из двух основных частей: источника электроэнергии с характеристической электродвижущей силой (ЭДС) и внутреннего сопротивления r . ЭДС — это работа, совершаемая за один заряд для поддержания постоянной разности потенциалов источника.ЭДС равна разности потенциалов на клеммах при отсутствии тока. Внутреннее сопротивление — источника напряжения влияет на выходное напряжение при протекании тока.
Выходное напряжение устройства называется напряжением на его клеммах и выражается выражением, где I, — электрический ток, положительный, когда он течет от положительного вывода источника напряжения, а r — внутреннее сопротивление.

Концептуальные вопросы

Как внутреннее сопротивление перезаряжаемой батареи повлияет на энергию, используемую для зарядки батареи?

Часть энергии, используемой для перезарядки аккумулятора, будет рассеиваться в виде тепла за счет внутреннего сопротивления.

Батарея с внутренним сопротивлением r и эдс 10,00 В подключена к нагрузочному резистору. По мере старения батареи внутреннее сопротивление увеличивается втрое. Насколько уменьшен ток через нагрузочный резистор?

Покажите, что мощность, рассеиваемая нагрузочным резистором, максимальна, когда сопротивление нагрузочного резистора равно внутреннему сопротивлению батареи.

Проблемы

Автомобильный аккумулятор с ЭДС 12 В и внутренним сопротивлением 50 мА заряжается током 60 А.Обратите внимание, что в этом процессе аккумулятор заряжается. а) Какова разность потенциалов на его выводах? (б) С какой скоростью рассеивается тепловая энергия в батарее? (c) С какой скоростью электрическая энергия преобразуется в химическую энергию?

Наклейка на радио с батарейным питанием рекомендует использовать никель-кадмиевый аккумулятор (никель), хотя он имеет ЭДС 1,25 В, тогда как щелочной элемент имеет ЭДС 1,58 В. У радио есть сопротивление. (а) Нарисуйте принципиальную схему радиоприемника и его батареи.Теперь рассчитайте мощность, подаваемую на радио (б) при использовании никадовых элементов, каждый из которых имеет внутреннее сопротивление, и (в) при использовании щелочных элементов, имеющих внутреннее сопротивление. (d) Кажется ли эта разница значительной, учитывая, что эффективное сопротивление радиоприемника уменьшается при увеличении громкости?

а.

г. 0,476 Вт; c. 0,691 Вт; d. При понижении разность мощностей уменьшается; следовательно, при более высоких объемах существенной разницы нет.

Автомобильный стартер имеет эквивалентное сопротивление и питается от батареи 12,0 В с внутренним сопротивлением. а) Какой ток у двигателя? б) Какое напряжение приложено к нему? (c) Какая мощность подается на двигатель? (d) Повторите эти расчеты для случая, когда соединения батареи корродируют, и добавьте в цепь. (Существенные проблемы возникают из-за даже небольшого количества нежелательного сопротивления в низковольтных и сильноточных приложениях. )

(a) Каково внутреннее сопротивление источника напряжения, если его потенциал на клеммах падает на 2?00 В при увеличении подаваемого тока на 5,00 А? (b) Можно ли определить ЭДС источника напряжения с помощью предоставленной информации?

а. ; б. Нет, существует только одно независимое уравнение, поэтому можно найти только r .

Человек с сопротивлением тела между руками или руками случайно схватился за клеммы источника питания 20,0 кВ. (НЕ делайте этого!) (A) Нарисуйте принципиальную схему, чтобы представить ситуацию. б) Если внутреннее сопротивление источника питания равно, то какой ток через его тело? в) Какая сила рассеивается в его теле? (d) Если источник питания должен быть безопасным за счет увеличения его внутреннего сопротивления, каким должно быть внутреннее сопротивление, чтобы максимальный ток в этой ситуации был равен 1.00 мА или меньше? (e) Не повлияет ли эта модификация на эффективность источника питания для управления устройствами с низким сопротивлением? Объясните свои рассуждения.

Автомобильный аккумулятор с ЭДС 12,0 В имеет напряжение на клеммах 16,0 В при зарядке током 10,0 А. а) Каково внутреннее сопротивление аккумулятора? (б) Какая мощность рассеивается внутри батареи? (c) С какой скоростью (in) его температура будет увеличиваться, если его масса составляет 20,0 кг, а его удельная теплоемкость равна, при условии, что тепло не уходит?

а.; б. 40,0 Вт; c.

Глоссарий

электродвижущая сила (ЭДС): энергии, производимой на единицу заряда, полученной из источника, производящего электрический ток

внутреннее сопротивление: величина сопротивления прохождению тока внутри источника напряжения

разность потенциалов: Разница электрического потенциала между двумя точками в электрической цепи, измеренная в вольтах

падение потенциала: Потеря электрической потенциальной энергии при прохождении тока через резистор, провод или другой компонент

напряжение на клеммах: разность потенциалов, измеренная на клеммах источника при отсутствии нагрузки

Физика — Электродвижущая сила — Бирмингемский университет

Электродвижущая сила (ЭДС) равна конечной разности потенциалов при отсутствии тока. ЭДС и разность потенциалов на клеммах ( В, ) измеряются в вольтах, но это не одно и то же. ЭДС ( ϵ ) — это количество энергии ( E ), обеспечиваемое батареей на каждый кулон заряда ( Q ), проходящий через нее.

Как рассчитать ЭДС?

ЭДС можно записать через внутреннее сопротивление батареи ( r ) где: ϵ = I (r + R )

Что из закона Ома, мы можем затем изменить это в терминах оконечного сопротивления: ϵ = В + Ir

ЭДС ячейки может быть определена путем измерения напряжения на ячейке с помощью вольтметра и тока в цепи с помощью амперметра для различных сопротивлений.Затем мы можем настроить схему для определения ЭДС, как показано ниже.

ЭДС и внутреннее сопротивление электрических элементов и батарей

Исследование ЭМП

Как закон Фарадея соотносится с ЭМП?

Закон Фарадея гласит, что любое изменение магнитного поля катушки будет индуцировать в катушке ЭДС (а следовательно, и ток). Он пропорционален минус скорости изменения магнитного потока ( ϕ ) (примечание N — это количество витков в катушке).

Согласно закону Фарадея, общество извлекло выгоду из таких важных технологий, как трансформаторы, которые используются для передачи электроэнергии в национальной энергосистеме Великобритании, которая теперь является необходимостью в наших домах. Также он используется в электрических генераторах и двигателях, таких как плотины гидроэлектростанций, которые производят электричество, которое сейчас является неотъемлемой частью наших современных технологических потребностей. Текущий исследовательский проект MAG-DRIVE в Бирмингеме направлен на поиск способов разработки и улучшения материалов с постоянными магнитами, которые могут быть использованы в электромобилях следующего поколения.ЭМП также генерируется солнечными батареями, поэтому это важно при исследованиях в области возобновляемых источников энергии.

Лабораторные признания

В подкасте «Лаборатория исповеди» исследователи рассказывают о своем лабораторном опыте в контексте практических экзаменов A Level. Эпизоды, посвященные правильному использованию цифровых инструментов (простое гармоническое движение), правильному построению принципиальных схем (удельное сопротивление в проводе) и использованию источников питания постоянного тока (конденсаторов), имеют отношение к эксперименту по ЭДС, ниже вы можете услышать удельное сопротивление. в проводном подкасте.

Как мы интерпретируем наши данные?

По мере увеличения сопротивления переменного резистора величина тока будет уменьшаться. График зависимости напряжения от тока должен давать линейную зависимость, где градиент линии дает отрицательное внутреннее сопротивление ячейки ( -r ), а точка пересечения дает ЭДС (напряжение, при котором ток равен 0).

Выполнение нескольких измерений при разных значениях сопротивления даст больше точек на графике V-I, что сделает подгонку более надежной.Также рекомендуется повторить измерения, так как ячейка будет постепенно стекать, что повлияет на показания. Во избежание разряда элемента / батареи ее следует отключать между измерениями. В качестве альтернативы в схему можно включить выключатель. Также не рекомендуется использовать аккумуляторные батареи, так как они имеют низкое внутреннее сопротивление.

Хотя этот эксперимент довольно прост, он поможет вам отличить конечную разницу от ЭДС, что может быть сложной концепцией для понимания учащимися.Поскольку люди становятся все более зависимыми от электричества, исследования, связанные с ЭМП, важны для развития и технического прогресса электричества.

Следующие шаги

Эти ссылки предоставлены только для удобства и в информационных целях; они не означают одобрения или одобрения Бирмингемским университетом какой-либо информации, содержащейся на внешнем веб-сайте. Бирмингемский университет не несет ответственности за точность, законность или содержание внешнего сайта или последующих ссылок.Пожалуйста, свяжитесь с внешним сайтом для получения ответов на вопросы относительно его содержания.

Источники электродвижущей силы (ЭДС)

Текущее электричество

Текущее электричество определяется как электрический заряд в движении. Поток тока состоит из потока отрицательных электронных зарядов от атома к атому, как показано на Рис. 1 .

Рисунок 1 Текущая электроэнергия.

Внешняя сила, которая вызывает поток электронов, называется электродвижущей силой (ЭДС) или напряжением , которое создается аккумулятором.Отрицательная клемма батареи имеет избыток электронов, а положительная клемма имеет недостаток электронов. Поскольку на положительной клемме батареи не хватает электронов, она притягивает электроны из проводника. Точно так же отрицательный вывод с избытком электронов отталкивает электроны в проводник.

Классификация электрического тока

Текущее электричество классифицируется как постоянный (DC) или переменный (AC) ток в зависимости от источника напряжения.

Напряжение постоянного тока создает поток электронов только в одном направлении. Напряжение переменного тока создает поток электронов, который изменяется как по направлению, так и по величине.

Типичные символы и формы сигналов для источников постоянного и переменного напряжения показаны на Рисунок 2 . Батарея является обычным источником постоянного напряжения, а электрическая розетка — наиболее распространенным источником переменного напряжения.

Все источники напряжения имеют общую характеристику избытка электронов на одном выводе и недостатка на другом выводе.Это приводит к разнице электрического потенциала между двумя выводами.

Рисунок 2 Электроэнергия постоянного и переменного тока.

Идентификация полярности (+ или -) — это один из способов отличить источник напряжения. Полярность можно определить в цепях постоянного тока, но в цепях переменного тока ток постоянно меняет направление; следовательно, полярность не может быть идентифицирована.

Источники электродвижущей силы

Для движения электронов должен быть источник электродвижущей силы (ЭДС) или напряжения. Этот источник напряжения может быть получен из множества различных источников первичной энергии. Эти первичные источники поставляют энергию в одной форме, которая затем преобразуется в электрическую.

Первичные источники электродвижущей силы включают трение, свет, химические реакции, тепло, давление и механико-магнитное действие.

Свет

Солнечная фотоэлектрическая система питания преобразует солнечный свет непосредственно в электрическую энергию с помощью солнечных или фотоэлектрических элементов . Они сделаны из полупроводникового, светочувствительного материала, который делает доступными электроны при воздействии световой энергии ( Рисунок 3 ).

Солнечные элементы работают на фотоэлектрическом эффекте, который возникает, когда свет, падающий на двухслойный полупроводниковый материал, создает постоянное напряжение между двумя слоями. Выходное напряжение прямо пропорционально количеству световой энергии, падающей на поверхность элемента. Один из лучших солнечных элементов — кремниевый.

Отдельный элемент может производить до 400 мВ (милливольт) с током в миллиамперном диапазоне и может использоваться при создании более крупных солнечных панелей. Малогабаритные солнечные элементы часто используются в качестве датчиков в системах автоматического управления и для питания электронных устройств, таких как калькуляторы.

Рис. 3 Производство электроэнергии за счет солнечного света.

Солнечный модуль или панель состоит из солнечных элементов, электрически соединенных между собой и герметизированных, как показано на Рис. 4 . Солнечные панели обычно имеют лист стекла на стороне, обращенной к солнцу, и полупрозрачный полимерный барьер, позволяющий проходить свету, защищая полупроводник от дождя, снега и града. Солнечные панели можно сгруппировать вместе, чтобы сформировать массив, способный передавать большое количество электроэнергии.

Рисунок 4 Солнечный модуль или панель.

A Солнечная система с привязкой к сети соединяет вашу солнечную энергосистему с электросетью. Это позволяет вам отправлять любую излишнюю мощность, которую вы производите, обратно в электрическую компанию по плану, известному как чистые измерения.

Ночью или в пасмурные дни вы просто возвращаетесь к покупке электроэнергии у коммунальной компании. При установленной солнечной системе этого типа вырабатываемая вами электроэнергия либо компенсирует ваше использование, либо, если вы производите больше, чем потребляете, возвращается в электрическую сеть, пополняя ваш счет за коммунальные услуги.

Следует помнить один ключевой момент: фотоэлектрическая система, подключенная к сети, должна быть отключена при отключении электроэнергии от коммунальной компании. Это в первую очередь требование безопасности, чтобы гарантировать, что мощность не будет подаваться обратно в сеть, пока обслуживающий персонал восстанавливает ее.

На Рисунке 5 показаны части типичной сетевой фотоэлектрической системы. В этих системах используются солнечные модули вместе с преобразователем постоянного тока в переменный. Инвертор преобразует постоянный ток в переменный и синхронизирует мощность, вырабатываемую солнечными модулями, с электричеством, поступающим от коммунальной компании.

Операция проста. Когда солнце светит, солнечная батарея вырабатывает постоянное напряжение. Инвертор автоматически подключается к электросети и подает в сеть переменный ток.

Рис. 5 Энергосистема PV.

Автономные фотоэлектрические солнечные системы используются в тех случаях, когда инженерные сети недоступны, нежелательны или слишком дороги для ввода. Автономные солнечные системы используют солнечные панели для производства электроэнергии постоянного тока, которая затем сохраняется в батарее банк ( рисунок 6 ).

Инвертор преобразует мощность постоянного тока, хранящуюся в батареях, в мощность переменного тока, которая используется в жилых или коммерческих учреждениях. Обычно автономные системы включают в себя резервный генератор энергии для зарядки батарей, если они становятся слишком низкими, и контроллер заряда для регулирования мощности, поступающей от фотоэлектрической панели в аккумуляторную батарею.

Рисунок 6 Автономная фотоэлектрическая система.

Химическая реакция

Батарея или гальванический элемент преобразует химическую энергию непосредственно в электрическую ( Рисунок 7 ).По сути, батарея состоит из двух электродов и раствора электролита. Один электрод подключается к (+) или положительной клемме, а другой — к (-) или отрицательной клемме.

Рисунок 7 Аккумулятор преобразует химическую энергию непосредственно в электрическую.

Когда аккумулятор подключается к замкнутой электрической цепи, химическая энергия преобразуется в электрическую. Химическое воздействие внутри ячейки заставляет раствор электролита реагировать с двумя электродами. В результате электроны переносятся с одного электрода на другой. Это создает положительный заряд на электроде, который теряет электроны, и отрицательный заряд на электроде, который набирает электроны. Хотя аккумулятор является популярным портативным источником постоянного тока низкого напряжения, его относительно высокая стоимость энергии ограничивает возможности его применения.

Тепло

Тепловая энергия может быть напрямую преобразована в электрическую с помощью устройства, называемого термопарой. Термопары работают по принципу, согласно которому при соединении двух разнородных металлов создается прогнозируемое постоянное напряжение, которое связано с разницей температур между горячим и холодным спаями (, рис. 8, ).

Когда к горячему спайу прикладывается тепло, электроны перемещаются от одного металла к другому, создавая отрицательный заряд на одном и положительный — на другом. Термопара часто используется в качестве датчика температуры для устройств измерения температуры. Вольтметр , откалиброванный в градусах, подключен к выводам внешней термопары для индикации температуры.

Рисунок 8 Термопара преобразует тепловую энергию в электрическую.

Пьезоэлектрический эффект

Пьезоэлектрическое вещество — это вещество, которое производит электрический заряд при приложении механического давления.Некоторые кристаллы, например кварц, являются пьезоэлектрическими. Это означает, что при сжатии или ударе они генерируют электрический заряд.

Одно из распространенных применений пьезоэлектричества — пьезоэлектрический газовый воспламенитель, показанный на рис. 9 . Когда вы нажимаете кнопку, от поверхности пьезокристалла поднимается небольшой пружинный молоток. Когда молот достигает вершины, он ударяет по кристаллу, создавая высокое напряжение. Это напряжение достаточно велико, чтобы вызвать искру, воспламеняющую газ.Пьезоэлектрические воспламенители используются в большинстве газовых печей и плит.

Рисунок 9 Пьезоэлектрический газовый запальник.

Механико-магнитный

Большая часть электроэнергии, которую мы используем, вырабатывается с помощью электрогенератора , который преобразует магнитно-механическую энергию в электрическую. Основные компоненты и принцип работы генератора переменного тока показаны на рисунке 10.

Когда якорь вращается в магнитном поле, в обмотке якоря индуцируется напряжение.К якорю прикреплены контактные кольца, которые вращаются вместе с ним. Угольные щетки скользят по контактным кольцам, проводя ток от якоря.

Якорь — это любое количество проводящих проводов, намотанных в петли, которые вращаются под действием магнитного поля. Для простоты показан один цикл. Хотя этот генератор вырабатывает электроэнергию переменного тока, он может быть разработан для производства электроэнергии переменного или постоянного тока.

Рисунок 10 Генератор переменного тока .

Каждый генератор должен приводиться в действие турбиной, дизельным двигателем или какой-либо другой машиной, вырабатывающей механическую энергию.Первичный двигатель — это термин, используемый для обозначения механического устройства, приводящего в действие генератор.

Чтобы получить больше электроэнергии от генератора, первичный двигатель должен подавать больше механической энергии. Например, ветряных генераторов устанавливаются в местах с сильным продолжительным ветром ( Рисунок 11 ). Ветер толкает лопасти вентилятора ветряной турбины, вращая вентилятор и вал, который приводит в действие генератор, вырабатывающий электричество. Электричество либо используется, либо хранится в батареях.

Рисунок 11 Ветрогенератор.

Контрольные вопросы

Определите электрический ток .
Какая внешняя сила вызывает поток электронов?
В каком направлении текут электроны относительно полярности приложенного напряжения?
Сравните электрический ток в цепи постоянного и переменного тока.
Почему полярность обычно определяется на источниках постоянного, а не переменного напряжения?
Как фотоэлектрический элемент вырабатывает электричество?
Сравните работу сетевых и автономных фотоэлектрических солнечных систем.
Какова функция инвертора в солнечной энергетической системе?
Назовите три основных компонента аккумулятора.
Как термопара вырабатывает электричество?
Как пьезоэлектрическое вещество производит электричество?
Как электрогенератор производит электричество?
Какой тип первичного двигателя используется в составе ветряного генератора?

Ответы

Электрический ток — это поток электронов.
Внешняя сила, вызывающая поток электронов, называется электродвижущей силой или напряжением.
Электроны текут с отрицательной полярности на положительную.
В цепи постоянного тока ток течет только в одном направлении. В цепи переменного тока ток меняет направление.
Полярность обычно определяется в цепи постоянного тока, потому что она не меняется. Полярность в цепи переменного тока обычно не определяется, потому что она постоянно меняется.
Фотоэлектрический элемент вырабатывает электричество путем преобразования световой энергии в постоянное напряжение.
ФЭ-система, подключенная к сети, подключена к электросети и позволяет продавать энергию обратно электроэнергетической компании. Внесетевые фотоэлектрические системы работают отдельно от линий электроснабжения.
Инвертор преобразует постоянное напряжение системы в переменный ток, необходимый для работы системы или подключения к линиям энергоснабжения.
Батарея состоит из двух электродов и раствора электролита.
Термопара вырабатывает электричество постоянного тока из тепловой энергии, когда есть разница в температуре между двумя термопарами (которые представляют собой соединение двух разнородных металлов. )
Пьезоэлектрическое вещество производит электричество постоянного тока путем преобразования механической силы в электричество.
Электрический генератор вырабатывает электричество из механической энергии, которая вызывает вращение катушек проводов через магнитное поле, которое создает ток в катушках.
Основным двигателем ветрогенератора является ветер.

6.1 Электродвижущая сила — Введение в электричество, магнетизм и электрические схемы

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

К концу раздела вы сможете:

Опишите электродвижущую силу (ЭДС) и внутреннее сопротивление аккумулятора
Объясните, как работает аккумулятор

Если вы забудете выключить автомобильные фары, они будут постепенно тускнеть по мере разрядки аккумулятора.Почему они не мигают внезапно, когда разрядился аккумулятор? Их постепенное затемнение означает, что выходное напряжение батареи уменьшается по мере разряда батареи. Причина снижения выходного напряжения для разряженных батарей заключается в том, что все источники напряжения состоят из двух основных частей — источника электрической энергии и внутреннего сопротивления. В этом разделе мы исследуем источник энергии и внутреннее сопротивление.

Введение в электродвижущую силу

Voltage имеет множество источников, некоторые из которых показаны на рисунке 6.1.1. Все такие устройства создают разности потенциалов и могут подавать ток, если подключены к цепи. Особый тип разности потенциалов известен как электродвижущая сила (ЭДС). ЭДС — это вовсе не сила, но термин «электродвижущая сила» используется по историческим причинам. Он был изобретен Алессандро Вольта в 1800-х годах, когда он изобрел первую батарею, также известную как вольтовую батарею . Поскольку электродвижущая сила не является силой, принято называть эти источники просто источниками ЭДС (произносимых буквами «э-э-э-эфф»), а не источниками электродвижущей силы.

(рисунок 6.1.1)

Рисунок 6.1.1 Различные источники напряжения. а) ветряная электростанция Бразос в Флуванна, штат Техас; (б) Красноярская плотина в России; (c) солнечная ферма; (d) группа никель-металлогидридных батарей. Выходное напряжение каждого устройства зависит от его конструкции и нагрузки. Выходное напряжение равно ЭДС только при отсутствии нагрузки. (кредит a: модификация работы «Leaflet» / Wikimedia Commons; кредит b: модификация работы Алекса Полежаева; кредит c: модификация работы Министерства энергетики США; кредит d: модификация работы Тиаа Монто)

Если электродвижущая сила вовсе не сила, то что такое ЭДС и что является источником ЭДС? Чтобы ответить на эти вопросы, рассмотрим простую схему лампы, подключенной к батарее, как показано на рисунке 6.1.2. Батарея может быть смоделирована как устройство с двумя выводами, которое поддерживает один вывод с более высоким электрическим потенциалом, чем второй вывод. Более высокий электрический потенциал иногда называют положительной клеммой и обозначают знаком плюс. Клемму с более низким потенциалом иногда называют отрицательной клеммой и обозначают знаком минус. Это источник ЭДС.

(рисунок 6.1.2)

Рисунок 6. 1.2 Источник ЭДС поддерживает на одном выводе более высокий электрический потенциал, чем на другом выводе, действуя как источник тока в цепи.

Положительный поток тока полезен для большей части анализа схем в этой главе, но в металлических проводах и резисторах наибольший вклад в ток вносят электроны, протекающие в направлении, противоположном положительному потоку тока.Поэтому более реалистично рассмотреть движение электронов для анализа схемы на рисунке 6.1.2. Электроны покидают отрицательную клемму, проходят через лампу и возвращаются к положительной клемме. Чтобы источник ЭДС поддерживал разность потенциалов между двумя выводами, отрицательные заряды (электроны) должны перемещаться с положительного вывода на отрицательный. Источник ЭДС действует как накачка заряда, перемещая отрицательные заряды от положительного вывода к отрицательному для поддержания разности потенциалов.Это увеличивает потенциальную энергию зарядов и, следовательно, электрический потенциал зарядов.

Сила, действующая на отрицательный заряд от электрического поля, действует в направлении, противоположном электрическому полю, как показано на рисунке 6.1.2. Чтобы отрицательные заряды переместились на отрицательную клемму, необходимо провести работу с отрицательными зарядами. Для этого требуется энергия, которая возникает в результате химических реакций в батарее. Потенциал поддерживается высоким на положительной клемме и низким на отрицательной клемме, чтобы поддерживать разность потенциалов между двумя клеммами.ЭДС равна работе, выполняемой над зарядом на единицу заряда () при отсутствии тока. Поскольку единицей измерения работы является джоуль, а единицей заряда — кулон, единицей измерения ЭДС является вольт ().

Напряжение на клеммах батареи — это напряжение, измеренное на клеммах батареи, когда к клемме не подключена нагрузка. Идеальная батарея — это источник ЭДС, который поддерживает постоянное напряжение на клеммах, независимо от тока между двумя клеммами.Идеальная батарея не имеет внутреннего сопротивления, а напряжение на клеммах равно ЭДС батареи. В следующем разделе мы покажем, что у реальной батареи действительно есть внутреннее сопротивление, а напряжение на клеммах всегда меньше, чем ЭДС батареи.

Источник потенциала батареи

ЭДС батареи определяется комбинацией химических веществ и составом выводов батареи. Свинцово-кислотный аккумулятор , используемый в автомобилях и других транспортных средствах, является одним из наиболее распространенных сочетаний химических веществ.На рисунке 6.1.3 показан один элемент (один из шести) этой батареи. Катодная (положительная) клемма ячейки соединена с пластиной из оксида свинца, а анодная (отрицательная) клемма подключена к свинцовой пластине. Обе пластины погружены в серную кислоту, электролит для системы.

(рисунок 6.1.3)

Рисунок 6.1.3 Химические реакции в свинцово-кислотном элементе разделяют заряд, отправляя отрицательный заряд на анод, который соединен со свинцовыми пластинами. Пластины из оксида свинца подключаются к положительному или катодному выводу ячейки.Серная кислота проводит заряд, а также участвует в химической реакции.

Немногое о том, как взаимодействуют химические вещества в свинцово-кислотной батарее, помогает понять потенциал, создаваемый батареей. На рисунке 6.1.4 показан результат одной химической реакции. Два электрона помещаются на анод , что делает его отрицательным, при условии, что катод снабжает два электрона. Это оставляет катод положительно заряженным, потому что он потерял два электрона. Короче говоря, разделение заряда было вызвано химической реакцией.

Обратите внимание, что реакция не происходит, если нет полной цепи, позволяющей подавать два электрона на катод. Во многих случаях эти электроны выходят из анода, проходят через сопротивление и возвращаются на катод. Также обратите внимание, что, поскольку в химических реакциях участвуют вещества, обладающие сопротивлением, невозможно создать ЭДС без внутреннего сопротивления.

(рисунок 6.1,4)

Рис. 6.1.4 В свинцово-кислотной батарее два электрона принудительно направляются на анод элемента, а два электрона удаляются с катода элемента. В результате химической реакции в свинцово-кислотной батарее два электрона помещаются на анод и два электрона удаляются с катода. Для продолжения требуется замкнутая цепь, так как два электрона должны быть доставлены на катод.

Внутреннее сопротивление и напряжение на клеммах

Величина сопротивления прохождению тока внутри источника напряжения называется внутренним сопротивлением . Внутреннее сопротивление батареи может вести себя сложным образом. Обычно она увеличивается по мере разряда батареи из-за окисления пластин или снижения кислотности электролита. Однако внутреннее сопротивление также может зависеть от величины и направления тока через источник напряжения, его температуры и даже его предыстории. Например, внутреннее сопротивление перезаряжаемых никель-кадмиевых элементов зависит от того, сколько раз и насколько глубоко они были разряжены. Простая модель батареи состоит из идеализированного источника ЭДС и внутреннего сопротивления (рисунок 6.1.5).

(рисунок 6.1.5)

Рисунок 6.1.5 Батарею можно смоделировать как идеализированную ЭДС () с внутренним сопротивлением (). Напряжение на клеммах аккумулятора составляет.

Предположим, что внешний резистор, известный как сопротивление нагрузки, подключен к источнику напряжения, например, к батарее, как показано на рисунке 6.1.6. На рисунке показана модель батареи с ЭДС, внутренним сопротивлением и нагрузочным резистором, подключенным к ее клеммам. При обычном протекании тока положительные заряды покидают положительную клемму батареи, проходят через резистор и возвращаются к отрицательной клемме батареи.Напряжение на клеммах аккумулятора зависит от ЭДС, внутреннего сопротивления и силы тока и равно

(6.1.1)

При заданной ЭДС и внутреннем сопротивлении напряжение на клеммах уменьшается по мере увеличения тока из-за падения потенциала внутреннего сопротивления.

(рисунок 6.1.6)

Рисунок 6.1.6 Схема источника напряжения и его нагрузочного резистора. Поскольку внутреннее сопротивление последовательно с нагрузкой, оно может существенно повлиять на напряжение на клеммах и ток, подаваемый на нагрузку.

График разности потенциалов на каждом элементе цепи показан на рисунке 6.1.7. По цепи проходит ток, и падение потенциала на внутреннем резисторе равно. Напряжение на клеммах равно, что равно падению потенциала на нагрузочном резисторе. Как и в случае с потенциальной энергией, важно изменение напряжения. Когда используется термин «напряжение», мы предполагаем, что это на самом деле изменение потенциала, или. Однако для удобства часто опускается.

(рисунок 6.1.7)

Ток через нагрузочный резистор составляет. Из этого выражения видно, что чем меньше внутреннее сопротивление, тем больше ток, подаваемый источником напряжения на свою нагрузку. По мере разряда аккумуляторов увеличивается. Если становится значительной частью сопротивления нагрузки, то ток значительно снижается, как показано в следующем примере.

ПРИМЕР 6.1.1

Анализ цепи с аккумулятором и нагрузкой

Данная батарея имеет ЭДС и внутреннее сопротивление.(a) Рассчитайте напряжение на его клеммах при подключении к нагрузке. (b) Какое напряжение на клеммах при подключении к нагрузке? (c) Какая мощность рассеивает нагрузка? (d) Если внутреннее сопротивление увеличивается до, найдите ток, напряжение на клеммах и мощность, рассеиваемую нагрузкой.

Стратегия

Приведенный выше анализ дает выражение для тока с учетом внутреннего сопротивления. Как только ток будет найден, можно рассчитать напряжение на клеммах, используя уравнение. Как только ток будет найден, мы также сможем найти мощность, рассеиваемую резистором.

Решение

а. Ввод данных значений ЭДС, сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления в выражение выше дает

Введите известные значения в уравнение, чтобы получить напряжение на клеммах:

Напряжение на клеммах здесь лишь немного ниже, чем ЭДС, что означает, что ток, потребляемый этой легкой нагрузкой, не имеет значения.

г. Аналогично с током

Напряжение на клеммах теперь

Напряжение на клеммах значительно снизилось по сравнению с ЭДС, что означает большую нагрузку на эту батарею.«Сильная нагрузка» означает большее потребление тока от источника, но не большее сопротивление.

г. Мощность, рассеиваемую нагрузкой, можно найти по формуле. Ввод известных значений дает

Обратите внимание, что эту мощность также можно получить с помощью выражения или, где — напряжение на клеммах (в данном случае).

г. Здесь внутреннее сопротивление увеличилось, возможно, из-за разряда батареи, до точки, в которой оно равно сопротивлению нагрузки.Как и раньше, мы сначала находим ток, вводя известные значения в выражение, что дает

Теперь напряжение на клеммах

, а мощность, рассеиваемая нагрузкой, равна

Мы видим, что увеличившееся внутреннее сопротивление значительно снизило напряжение на клеммах, ток и мощность, подаваемую на нагрузку.

Значение

Внутреннее сопротивление батареи может увеличиваться по многим причинам.Например, внутреннее сопротивление перезаряжаемой батареи увеличивается с увеличением количества раз, когда батарея перезаряжается. Повышенное внутреннее сопротивление может иметь двоякое влияние на аккумулятор. Сначала снизится напряжение на клеммах. Во-вторых, аккумулятор может перегреться из-за повышенной мощности, рассеиваемой внутренним сопротивлением.

ПРОВЕРЬТЕ ПОНИМАНИЕ 6.1

Если вы поместите провод прямо через две клеммы батареи, эффективно закоротив клеммы, батарея начнет нагреваться. Как вы думаете, почему это происходит?

Тестеры аккумуляторов

Тестеры батарей , такие как показанные на рис. 6.1.8, используют малые нагрузочные резисторы, чтобы намеренно потреблять ток, чтобы определить, падает ли потенциал клемм ниже допустимого уровня. Хотя измерить внутреннее сопротивление батареи сложно, тестеры батареи могут обеспечить измерение внутреннего сопротивления батареи. Если внутреннее сопротивление велико, батарея разряжена, о чем свидетельствует низкое напряжение на клеммах.

(рисунок 6.1.8)

Рисунок 6.1.8 Тестеры батарей измеряют напряжение на клеммах под нагрузкой, чтобы определить состояние батареи. (a) Техник-электронщик ВМС США использует тестер аккумуляторов для проверки больших аккумуляторов на борту авианосца USS Nimitz . Тестер батарей, который она использует, имеет небольшое сопротивление, которое может рассеивать большое количество энергии. (b) Показанное небольшое устройство используется на небольших батареях и имеет цифровой дисплей для индикации допустимого напряжения на клеммах. (кредит А: модификация работы Джейсона А. Джонстона; кредит б: модификация работы Кейта Уильямсона)

Некоторые батареи можно заряжать, пропуская через них ток в направлении, противоположном току, который они подают в прибор. Это обычно делается в автомобилях и батареях для небольших электроприборов и электронных устройств (рис. 6.1.9). Выходное напряжение зарядного устройства должно быть больше, чем ЭДС аккумулятора, чтобы ток через него реверсировал. Это приводит к тому, что напряжение на клеммах аккумулятора становится больше, чем ЭДС, так как и теперь отрицательны.

(рисунок 6.1.9)

Рисунок 6.1.9 Зарядное устройство для автомобильного аккумулятора меняет нормальное направление тока через аккумулятор, обращая вспять его химическую реакцию и пополняя ее химический потенциал.

Важно понимать последствия внутреннего сопротивления источников ЭДС, таких как батареи и солнечные элементы, но часто анализ цепей выполняется с помощью напряжения на клеммах батареи, как мы делали в предыдущих разделах. Напряжение на клеммах обозначается просто, без индекса «клемма».Это связано с тем, что внутреннее сопротивление батареи трудно измерить напрямую, и оно может со временем измениться.

Кандела Цитаты

Лицензионный контент

CC, особая атрибуция

Загрузите бесплатно по адресу http://cnx.org/contents/[email protected]. Получено с : http://cnx.org/contents/[email protected]. Лицензия : CC BY: Attribution

10.1 Электродвижущая сила — Университетская физика, том 2

Задачи обучения

К концу раздела вы сможете:

Опишите электродвижущую силу (ЭДС) и внутреннее сопротивление аккумулятора
Объясните, как работает аккумулятор

Введение в электродвижущую силу

Voltage имеет множество источников, некоторые из которых показаны на рисунке 10.2. Все такие устройства создают разность потенциалов и могут подавать ток, если подключены к цепи. Особый тип разности потенциалов известен как электродвижущая сила (ЭДС).ЭДС — это вовсе не сила, но термин «электродвижущая сила» используется по историческим причинам. Он был изобретен Алессандро Вольта в 1800-х годах, когда он изобрел первую батарею, также известную как гальваническая батарея. Поскольку электродвижущая сила не является силой, принято называть эти источники просто источниками ЭДС (произносимых буквами «э-э-э-эфф»), а не источниками электродвижущей силы.

Фигура
10.2

Разнообразные источники напряжения. а) ветряная электростанция Бразос в Флуванна, штат Техас; (б) Красноярская плотина в России; (c) солнечная ферма; (d) группа никель-металлогидридных батарей.Выходное напряжение каждого устройства зависит от его конструкции и нагрузки. Выходное напряжение равно ЭДС только при отсутствии нагрузки. (кредит a: модификация работы Стига Найгаарда; кредит b: модификация работы «vadimpl» / Wikimedia Commons; кредит c: модификация работы «The tdog» / Wikimedia Commons; кредит d: модификация работы «Itrados» / Wikimedia Commons)

Если электродвижущая сила вовсе не сила, то что такое ЭДС и что является источником ЭДС? Чтобы ответить на эти вопросы, рассмотрим простую схему лампы 12 В, подключенной к батарее 12 В, как показано на рисунке 10.3. Батарею можно смоделировать как устройство с двумя выводами, которое поддерживает на одном выводе более высокий электрический потенциал, чем на втором выводе. Более высокий электрический потенциал иногда называют положительной клеммой и обозначают знаком плюс. Клемму с более низким потенциалом иногда называют отрицательной клеммой и обозначают знаком минус. Это источник ЭДС.

Фигура
10,3

Положительный поток тока полезен для большей части анализа схем в этой главе, но в металлических проводах и резисторах наибольший вклад в ток вносят электроны, протекающие в направлении, противоположном положительному потоку тока.Поэтому более реалистично рассмотреть движение электронов для анализа схемы на рисунке 10. 3. Электроны покидают отрицательную клемму, проходят через лампу и возвращаются к положительной клемме. Чтобы источник ЭДС поддерживал разность потенциалов между двумя выводами, отрицательные заряды (электроны) должны перемещаться с положительного вывода на отрицательный. Источник ЭДС действует как накачка заряда, перемещая отрицательные заряды от положительного вывода к отрицательному для поддержания разности потенциалов.Это увеличивает потенциальную энергию зарядов и, следовательно, электрический потенциал зарядов.

Сила, действующая на отрицательный заряд со стороны электрического поля, действует в направлении, противоположном электрическому полю, как показано на рисунке 10.3. Чтобы отрицательные заряды переместились на отрицательную клемму, необходимо провести работу с отрицательными зарядами. Для этого требуется энергия, которая возникает в результате химических реакций в батарее. Потенциал поддерживается высоким на положительной клемме и низким на отрицательной клемме, чтобы поддерживать разность потенциалов между двумя клеммами. ЭДС равна работе, совершаемой над зарядом на единицу заряда (ε = dWdq) (ε = dWdq) при отсутствии тока. Поскольку единицей измерения работы является джоуль, а единицей заряда — кулон, единицей измерения ЭДС является вольт (1 В = 1 Дж / Кл) (1 В = 1 Дж / Кл).

Напряжение на клеммах VterminalVterminal батареи — это напряжение, измеренное на клеммах батареи. Идеальная батарея — это источник ЭДС, который поддерживает постоянное напряжение на клеммах, независимо от тока между двумя клеммами. Идеальная батарея не имеет внутреннего сопротивления, а напряжение на клеммах равно ЭДС батареи.В следующем разделе мы покажем, что у реальной батареи действительно есть внутреннее сопротивление, а напряжение на клеммах всегда меньше, чем ЭДС батареи.

Источник потенциала аккумуляторной батареи

ЭДС батареи определяется комбинацией химических веществ и составом выводов батареи. Свинцово-кислотные аккумуляторы, используемые в автомобилях и других транспортных средствах, представляют собой одну из наиболее распространенных комбинаций химических веществ. На рис. 10.4 показан один элемент (один из шести) этой батареи. Катодная (положительная) клемма ячейки соединена с пластиной из оксида свинца, а анодная (отрицательная) клемма подключена к свинцовой пластине.Обе пластины погружены в серную кислоту, электролит для системы.

Фигура
10,4

Немногое о том, как взаимодействуют химические вещества в свинцово-кислотной батарее, помогает понять потенциал, создаваемый батареей.На рис. 10.5 показан результат одной химической реакции. На аноде помещаются два электрона, что делает его отрицательным, при условии, что катод питает два электрона. Это оставляет катод положительно заряженным, потому что он потерял два электрона. Короче говоря, разделение заряда было вызвано химической реакцией.

Фигура
10,5

В свинцово-кислотной батарее два электрона вытесняются на анод элемента, а два электрона удаляются с катода элемента. В результате химической реакции в свинцово-кислотной батарее два электрона помещаются на анод и два электрона удаляются с катода. Для продолжения требуется замкнутая цепь, так как два электрона должны быть доставлены на катод.

Внутреннее сопротивление и напряжение на клеммах

Величина сопротивления прохождению тока внутри источника напряжения называется внутренним сопротивлением. Внутреннее сопротивление r батареи может вести себя сложным образом. Обычно она увеличивается по мере разряда батареи из-за окисления пластин или снижения кислотности электролита. Однако внутреннее сопротивление также может зависеть от величины и направления тока через источник напряжения, его температуры и даже его предыстории.Например, внутреннее сопротивление перезаряжаемых никель-кадмиевых элементов зависит от того, сколько раз и насколько глубоко они были разряжены. Простая модель батареи состоит из идеализированного источника ЭДС εε и внутреннего сопротивления r (рисунок 10.6).

Фигура
10,6

Батарею можно смоделировать как идеализированную ЭДС (ε) (ε) с внутренним сопротивлением ( r ). Напряжение на клеммах аккумулятора равно Vterminal = ε − IrVterminal = ε − Ir.

Предположим, что внешний резистор, известный как сопротивление нагрузки R , подключен к источнику напряжения, например к батарее, как на рисунке 10. 7. На рисунке показана модель батареи с ЭДС εε, внутренним сопротивлением R и нагрузочным резистором R , подключенным к ее клеммам. При обычном протекании тока положительные заряды покидают положительную клемму батареи, проходят через резистор и возвращаются к отрицательной клемме батареи. Напряжение на клеммах аккумулятора зависит от ЭДС, внутреннего сопротивления и силы тока и равно

Vterminal = ε − Ir.Vterminal = ε − Ir.

10.1

Фигура
10,7

График разности потенциалов на каждом элементе цепи показан на рисунке 10.8. По цепи проходит ток I , а падение потенциала на внутреннем резисторе равно Ir . Напряжение на клеммах равно ε − Irε − Ir, что равно падению потенциала на нагрузочном резисторе IR = ε − IrIR = ε − Ir. Как и в случае с потенциальной энергией, важно изменение напряжения. Когда используется термин «напряжение», мы предполагаем, что это фактически изменение потенциала, или ΔVΔV. Однако ΔΔ часто для удобства опускается.

Фигура
10.8

График зависимости напряжения через цепь батареи и сопротивления нагрузки. Электрический потенциал увеличивает ЭДС батареи из-за химических реакций, выполняющих работу с зарядами. В аккумуляторе происходит снижение электрического потенциала из-за внутреннего сопротивления. Потенциал уменьшается из-за внутреннего сопротивления (-Ir) (-Ir), в результате чего напряжение на клеммах аккумулятора равно (ε-Ir) (ε-Ir). Затем напряжение уменьшается на ( IR ). Ток равен I = εr + R.Я = εr + R.

Ток через нагрузочный резистор равен I = εr + RI = εr + R. Из этого выражения видно, что чем меньше внутреннее сопротивление r , тем больший ток подает источник напряжения на свою нагрузку R . По мере разряда аккумуляторов увеличивается r . Если r становится значительной частью сопротивления нагрузки, то ток значительно снижается, как показано в следующем примере.

Пример
10.1

Анализ цепи с аккумулятором и нагрузкой

У данной батареи есть 12.00-В ЭДС и внутреннее сопротивление 0,100 Ом 0,100 Ом. (a) Рассчитайте напряжение на его клеммах при подключении к нагрузке 10,00 Ом и 10,00 Ом. (b) Какое напряжение на клеммах при подключении к нагрузке 0,500 Ом и 0,500 Ом? (c) Какую мощность рассеивает нагрузка 0,500 Ом и 0,500 Ом? (d) Если внутреннее сопротивление увеличивается до 0,500 Ом 0,500 Ом, найдите ток, напряжение на клеммах и мощность, рассеиваемую нагрузкой 0,500 Ом 0,500 Ом.

Стратегия

Приведенный выше анализ дал выражение для тока с учетом внутреннего сопротивления.Как только ток найден, напряжение на клеммах может быть вычислено с использованием уравнения Vterminal = ε-IrVterminal = ε-Ir. Как только ток будет найден, мы также сможем найти мощность, рассеиваемую резистором.

Решение

Ввод заданных значений ЭДС, сопротивления нагрузки и внутреннего сопротивления в выражение выше дает
I = εR + r = 12,00 В 10,10 Ом = 1,188 А. I = εR + r = 12,00 В 10,10 Ом = 1,188 А.
Введите известные значения в уравнение Vterminal = ε − IrVterminal = ε − Ir, чтобы получить напряжение на клеммах:
Vтерминал = ε − Ir = 12.00V- (1,188A) (0,100Ω) = 11,90V. V терминал = ε-Ir = 12,00V- (1,188A) (0,100Ω) = 11,90V.
Напряжение на клеммах здесь лишь немного ниже, чем ЭДС, что означает, что ток, потребляемый этой легкой нагрузкой, не является значительным.
Аналогично, при Rload = 0,500 Ом, Rload = 0,500 Ом, ток равен
I = εR + r = 12,00 В 0,600 Ом = 20,00 А. I = εR + r = 12,00 В 0,600 Ом = 20,00 А.
Напряжение на клеммах нет
V терминал = ε − Ir = 12,00 В- (20,00 A) (0,100 Ом) = 10,00 В. Терминал V = ε-Ir = 12,00 В- (20,00 A) (0,100 Ом) = 10,00 В.
Напряжение на клеммах демонстрирует более значительное снижение по сравнению с ЭДС, что означает 0.500 Ом — 0,500 Ом — большая нагрузка для этой батареи. «Сильная нагрузка» означает большее потребление тока от источника, но не большее сопротивление.
Мощность, рассеиваемая нагрузкой 0,500 Ом и 0,500 Ом, может быть найдена по формуле P = I2RP = I2R. Ввод известных значений дает
P = I2R = (20,0 A) 2 (0,500 Ом) = 2,00 × 102 Вт. P = I2R = (20,0 A) 2 (0,500 Ом) = 2,00 × 102 Вт.
Обратите внимание, что эту мощность также можно получить с помощью выражения V2RorIVV2RorIV, где В, — это напряжение на клеммах (в данном случае 10,0 В).
Здесь внутреннее сопротивление увеличилось, возможно, из-за разряда батареи, до точки, где оно равно сопротивлению нагрузки. Как и раньше, мы сначала находим ток, вводя известные значения в выражение, что дает
I = εR + r = 12.00V1.00Ω = 12.00A.I = εR + r = 12.00V1.00Ω = 12.00A.
Теперь напряжение на клеммах равно
Vterminal = ε − Ir = 12.00V− (12.00A) (0.500Ω) = 6.00V, Vterminal = ε − Ir = 12.00V− (12.00A) (0.500Ω) = 6.00V,
а мощность, рассеиваемая нагрузкой, равна
P = I2R = (12,00 A) 2 (0,500 Ом) = 72,00 Вт. P = I2R = (12,00 A) 2 (0,500 Ом) = 72,00 Вт.
Мы видим, что повышенное внутреннее сопротивление значительно снизило напряжение на клеммах, ток и мощность, подаваемую на нагрузку.

Значение

Внутреннее сопротивление батареи может увеличиваться по многим причинам. Например, внутреннее сопротивление перезаряжаемой батареи увеличивается с увеличением количества раз, когда батарея перезаряжается. Повышенное внутреннее сопротивление может иметь двоякое влияние на аккумулятор. Сначала снизится напряжение на клеммах. Во-вторых, аккумулятор может перегреться из-за повышенной мощности, рассеиваемой внутренним сопротивлением.

Проверьте свое понимание
10.1

Тестеры батарей

, такие как показанные на рис. 10.9, используют малые нагрузочные резисторы, чтобы намеренно потреблять ток, чтобы определить, падает ли потенциал клемм ниже допустимого уровня. Хотя измерить внутреннее сопротивление батареи сложно, тестеры батареи могут обеспечить измерение внутреннего сопротивления батареи. Если внутреннее сопротивление велико, батарея разряжена, о чем свидетельствует низкое напряжение на клеммах.

Фигура
10.9

Тестеры аккумуляторов измеряют напряжение на клеммах под нагрузкой, чтобы определить состояние аккумулятора. (a) Техник-электронщик ВМС США использует тестер аккумуляторов для проверки больших аккумуляторов на борту авианосца USS Nimitz . Тестер батарей, который она использует, имеет небольшое сопротивление, которое может рассеивать большое количество энергии. (b) Показанное небольшое устройство используется на небольших батареях и имеет цифровой дисплей для индикации допустимого напряжения на клеммах.(кредит А: модификация работы Джейсона А. Джонстона; кредит б: модификация работы Кейта Уильямсона)

Некоторые батареи можно заряжать, пропуская через них ток в направлении, противоположном току, который они подают в прибор. Это обычно делается в автомобилях и батареях для небольших электроприборов и электронных устройств (рис. 10.10). Выходное напряжение зарядного устройства должно быть больше, чем ЭДС аккумулятора, чтобы ток через него реверсировал. Это приводит к тому, что напряжение на клеммах батареи становится больше, чем ЭДС, поскольку V = ε-IrV = ε-Ir и I теперь отрицательное.

Фигура
10.10

Важно понимать последствия внутреннего сопротивления источников ЭДС, таких как батареи и солнечные элементы, но часто анализ цепей выполняется с помощью напряжения на клеммах батареи, как мы делали в предыдущих разделах. Напряжение на клеммах обозначается просто как В, , без индекса «клемма».Это связано с тем, что внутреннее сопротивление батареи трудно измерить напрямую, и оно может со временем измениться.

Электрические и магнитные поля от линий электропередачи

Факты о радиации

Научные исследования четко не показали, увеличивает ли воздействие ЭМП риск рака.

Электрические и магнитные поля, также известные как электромагнитные поля (ЭМП), состоят из волн электрической и магнитной энергии, движущихся вместе. Эти энергетические поля окружают нас все время.Научные исследования четко не показали, увеличивает ли воздействие ЭМП риск рака. Несколько исследований связали ЭМП и воздействие на здоровье, но повторить их не удалось. Это означает, что они неубедительны. Ученые продолжают исследования по этому поводу.

На этой странице:

Об электрических и магнитных полях от линий электропередачи

Электромагнитное излучение (ЭМИ)

Это изображение травяного поля с окружающими деревьями; в центре изображения — линии электропередач и их опоры.

Электромагнитное излучение (ЭМИ) состоит из волн электрической и магнитной энергии, движущихся вместе в пространстве. Примером электромагнитного излучения является видимый свет. Электромагнитное излучение может варьироваться от низкой до высокой частоты, которая измеряется в герцах, и может варьироваться от низкой до высокой энергии, которая измеряется в электрон-вольтах. Длина волны, еще один термин, связанный с электромагнитным излучением, — это расстояние от пика одной волны до другой.

Существует два основных вида электромагнитного излучения: ионизирующее излучение и неионизирующее излучение.Ионизирующее излучение достаточно мощно, чтобы сбить электроны с орбиты вокруг атома. Этот процесс называется ионизацией и может повредить клетки организма. Неионизирующее излучение обладает достаточной энергией, чтобы перемещать атомы в молекуле и заставлять их вибрировать, что приводит к нагреванию атома, но недостаточно для удаления электронов из атомов.

Электромагнитные поля (ЭМП)

Электромагнитные поля, связанные с электричеством, представляют собой тип низкочастотного неионизирующего излучения, и они могут исходить как от естественных, так и от искусственных источников.Например, молния во время грозы создает электромагнитное излучение, потому что она создает ток между небом и землей. Этот ток окружает электромагнитное поле. Одним из примеров является магнитное поле Земли. Мы всегда находимся в магнитном поле Земли, которое генерируется ядром Земли. Это магнитное поле заставляет работать компасы, а также используется голубями и рыбами для навигации. На изображении ниже показан диапазон частот для различных форм электромагнитного излучения, присутствующих в электромагнитном спектре.

Волны от линий электропередач и электрических устройств имеют гораздо более низкую частоту, чем другие типы ЭМИ, такие как микроволны, радиоволны или гамма-лучи. Однако низкочастотная волна не обязательно означает низкую энергию; зарядный кабель для телефона создает низкочастотное электромагнитное поле с низкой энергией, в то время как линия электропередачи высокого напряжения может создавать электромагнитное поле с гораздо большей энергией, которое по-прежнему имеет низкую частоту.

ЭМИ, связанное с линиями электропередач, представляет собой тип низкочастотного неионизирующего излучения.Электрические поля создаются электрическими зарядами, а магнитные поля создаются потоком электрического тока через провода или электрические устройства. Из-за этого низкочастотное ЭМИ обнаруживается в непосредственной близости от источников электричества, таких как линии электропередач. Когда ток проходит по линии электропередачи, он создает магнитное поле, называемое электромагнитным полем. Сила ЭДС пропорциональна количеству электрического тока, проходящего через линию электропередачи, и уменьшается по мере удаления от вас.Из-за этого свойства воздействие электромагнитного поля, которое вы получаете от линии электропередачи, уменьшается с расстоянием.

Что вы можете сделать

Если вас беспокоит возможный риск для здоровья от электрических и магнитных полей, вы можете:

Увеличьте расстояние между собой и источником. Чем больше расстояние между вами и источником ЭДС, тем меньше ваша экспозиция.
Ограничьте время, проводимое рядом с источником. Чем меньше времени вы проводите рядом с ЭМП, тем меньше ваша экспозиция.

Чем различаются ЭДС и напряжение источника питания

Идеальный источник напряжения — это… Что такое Идеальный источник напряжения?

Реальные источники ЭДС

См.

Литература

Полезное

Смотреть что такое «Идеальный источник напряжения» в других словарях:

Источник ЭДС — это… Что такое Источник ЭДС?

Реальные источники напряжения

См. также

Литература

ЭДС и напряжение в электрической цепи

Что такое электродвижущая сила

Что такое напряжение

Так в чем же отличие

Вывод

Источники электрической энергии в теоретических основах электротехники

Чем отличается ЭДС от напряжения | Энергофиксик

Что такое напряжение

Чем ЭДС отличается от напряжения | Инженерные знания

разница между напряжением и ЭДС?

Электродвижущая сила — Университетская физика, том 2

Цели обучения

Введение в электродвижущую силу

Источник потенциала аккумуляторной батареи

Внутреннее сопротивление и напряжение на клеммах

Тестеры батарей

Сводка

Концептуальные вопросы

Проблемы

Глоссарий

Физика — Электродвижущая сила — Бирмингемский университет

Как рассчитать ЭДС?

ЭДС и внутреннее сопротивление электрических элементов и батарей

Как закон Фарадея соотносится с ЭМП?

Лабораторные признания

Как мы интерпретируем наши данные?

Следующие шаги

Источники электродвижущей силы (ЭДС)

6.1 Электродвижущая сила — Введение в электричество, магнетизм и электрические схемы

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

Введение в электродвижущую силу

Источник потенциала батареи

Внутреннее сопротивление и напряжение на клеммах

ПРИМЕР 6.1.1

Анализ цепи с аккумулятором и нагрузкой

Стратегия

Решение

Значение

ПРОВЕРЬТЕ ПОНИМАНИЕ 6.1

Тестеры аккумуляторов

Кандела Цитаты

10.1 Электродвижущая сила — Университетская физика, том 2

Задачи обучения

Введение в электродвижущую силу

Источник потенциала аккумуляторной батареи

Внутреннее сопротивление и напряжение на клеммах

Пример 10.1

Анализ цепи с аккумулятором и нагрузкой

Стратегия

Решение

Значение

Проверьте свое понимание 10.1

Тестеры батарей

Электрические и магнитные поля от линий электропередачи

Об электрических и магнитных полях от линий электропередачи

Электромагнитное излучение (ЭМИ)

Электромагнитные поля (ЭМП)

Что вы можете сделать

alexxlab

Вам также может понравиться

Функционирует автоматизированная система: Тема 6. Автоматизированные системы — КиберПедия

Охранная зона подстанций и других электротехнических сооружений: Охранная зона трансформаторной подстанции

Повышающий трансформатор как работает: Повышающий трансформатор – история создания знакового устройства и пошаговая инструкция.

Добавить комментарий Отменить ответ

Пример
10.1

Проверьте свое понимание
10.1