Эдс источник тока: Страница не найдена

Содержание

1.3. Источники ЭДС и тока

К активным элементам электрических цепей относятся источники ЭДС и источники тока.

Электродвижущая сила (ЭДС) – это количество энергии, затраченное сторонними силами на перенос единичного положительного заряда от меньшего потенциала к большему

За положительное направление э.д.с. принимается направление возрастания потенциала (рис. 1.6).

Таким образом, положительные направления ЭДС и напряжения всегда противоположны.

Численно ЭДС равна разности потенциалов между выводами источника при разомкнутой цепи.

Если внутри источника ЭДС не содержится пассивных элементов, то его внутреннее сопротивление r₀ равно нулю. Такой источник является идеальным.

На практике обычно приходится иметь дело с реальными источниками ЭДС, обладающими некоторым внутренним сопротивлением (рис. 1.7).

В таких источниках напряжение на зажимах зависит от тока в нагрузке.

Напряжение на зажимах реального источника в работающей цепи определяется соотношением

Это выражение называют внешней характеристикой источника ЭДС.

Анализируя внешнюю характеристику источника, можно сделать вывод, что напряжение на зажимах источника в режиме нагрузки всегда меньше ЭДС на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника. Зависимость напряжения от тока нагрузки показана на рис. 1.8 пунктирной линией. В свою очередь величина тока нагрузки зависит от сопротивления внешней цепи, поэтому можно считать, что напряжение на зажимах реального источника зависит от сопротивления внешней цепи.

В случае идеального источника внутренне сопротивление равно нулю. Напряжение на зажимах такого источника не зависит от тока нагрузки и равно ЭДС источника U = E. Зависимость напряжения от тока в идеальном источнике показана на рис. 1.8 сплошной линией.

Источники тока

Идеализированный источник тока – это активный элемент, ток которого не зависит от напряжения на его зажимах.

Считается, что внутреннее сопротивление идеального источника бесконечно велико, поэтому параметры внешней цепи не будут оказывать влияния на ток в источнике тока. На электрических схемах источник тока обозначается так, как показано на рис. 1.9.

Реальный источник тока обладает конечным внутренним сопротивлением или отличной от нуля проводимостью. Схема реального источника представлена на рис. 1.10. Ток реального источника определяется разностью тока идеального источника J и внутреннего тока I₀:

где U – напряжение, приложенное к зажимам источника. Полученное выражение называют внешней характеристикой источника тока.

Зависимость тока источника от напряжения на его зажимах показано на рис. 1.11. В случае идеального источника внутренняя проводимость равна нулю и, исходя из уравнения внешней характеристики, можно заключить, что ток, идущий от источника равен току короткого замыкания источника. Эта зависимость показана на рис. 1.11 сплошной линией.

В случае реального источника g₀≠ 0 и часть тока будет ответвляться через внутреннюю проводимость. Чем больше напряжение, приложенное к источнику, тем больший ток ответвляется и тем меньший ток поступает в нагрузку. Вольт-амперная характеристика реального источника показана на рис. 1.11 пунктирной линией. Источник тока – это теоретическое понятие, но оно часто применяется для расчета электрических цепей. Примером источника тока может служить пентод.

Эквивалентное преобразование источников конечной мощности

Преобразование какого-либо участка цепи по отношению к внешним зажимам называют эквивалентным, если напряжение u и ток i на внешних зажимах при этом не изменяются.

Рассмотрим условие эквивалентности реальных источников напряжения и тока, представленных на рис. 1.12, а,б. Воспользуемся уравнением внешней характеристики источника ЭДС

Поделим почленно это уравнение на r₀

Здесь I – ток, протекающий через нагрузку;

Jкз = E/r0 – ток короткого замыкания источника ЭДС;

I0 = U/r0 – ток, протекающий через внутреннее сопротивление.

Отсюда можно заключить, что I0 = Jкз — I или I = Jкз — I0, то есть получили внешнюю характеристику источника тока.

Следовательно, схему источника ЭДС можно заменить схемой источника тока при условии, что ток короткого замыкания источника и внутренняя проводимость определятся выражениями:

В свою очередь, схему источника тока можно заменить схемой источника ЭДС при условии, что внутреннее сопротивление и э.д.с. источника определятся выражениями:

Мощность источника ЭДС определяется произведением электродвижущей силы источника и тока в нагрузке

Мощность источника тока определяется произведением тока короткого замыкания и напряжения на зажимах источника:

Два источника ЭДС часто встречаются в электротехнических схемах.

Рассмотрим электрическую цепь, в которой включены два источника ЭДС, например, два аккумулятора.

На рисунке изображена электрическая цепь с двумя источниками ЭДС.
По общефизическому принципу наложения ток в такой цепи равен алгебраической сумме токов, создаваемых в ней каждой из ЭДС, действующих отдельно друг от друга при неизменных сопротивлениях всех участков цепи.
Рассмотрим случай, когда имеем два источника эдс с внутренним сопротивлением r₀₁ + r₀₂. Положим сначала, что в цепи действует только источник с ЭДС E₁. В этом случае получается простейшая цепь, и ток
I₁ = E₁ / r₀₁ + r₀₂ + r
будет направлен ту же сторону, что и ЭДС Е₁. Затем находим ток, который возникнет, если будет действовать ЭДС Е₂;
I₂ = E₂ / r₀₁ + r₀₂ + r
Этот ток будет совпадать по направлению с Е₂.
Результирующий ток в цепи при совместном действии E₁ и E₂ при одинаковом их направлении равен сумме токов I₁ и I₂,
I = I₁ + I₂ = E₁ + E₂ / r₀₁ + r₀₂ + r
При встречном направлении E₁ и E₂ общий ток будет равен разности токов I₁ и I₂, т. е.
I = I₁ — I₂ = E₁ — E₂ / r₀₁ + r₀₂ + r
В последнем случае электрический ток возникает при условии, если E₁ не равен E₂ И будет направлен в сторону действия большей э. д. с. Пусть E₁ больше E₂, В таком случае ток в цепи будет совпадать по направлению с E₁ и окажется направленным навстречу E₂ (направление тока для этого случая показано на рисунке выше).
Электродвижущая сила, направленная противоположно току, называется встречной или противоэлектродвижущей силой.

Преобразуя формулу I = I₁ — I₂ = E₁ — E₂ / r₀₁ + r₀₂ + r, находим:
E₁ — E₂ = Ir₀₁ + Ir₀₂ + Ir
откуда следует, что
E₁ = E₂ + Ir₀₁ + Ir₀₂ + Ir
Источник с ЭДС E₁ развивает полную мощность
Р’ = E₁I
и отдает во внешний для него участок цепи мощность
P₁ = P’ — P₀₁ = E₁I — I²r₀₁
так как работает в режиме генератора.
Напряжение на зажимах (БА) источника, работающего в генераторном режиме,
U _БА = E₁ — Ir₀₁ = E₂ + Ir₀₂ + Ir
Произведение Ir есть напряжение U _БВ между точками Б и В электрической цепи на зажимах сопротивления r.
Мощность этого участка
Р = I²r.
Сумма E₂ + Ir₀₂ выражает напряжение U _БА между точками В и А, т. е. на зажимах источника со встречной ЭДС. Таким образом,
U _БА = E₂ + Ir₀₂,
а мощность
Р₂ = E₂I + I²r₀₂ = Р» + Р₀₂
где
Р» = E₂I.
По закону сохранения энергии
P₁ = P + Р₂.
В участке ВА, где действует встречная э. д. с. E₂, электрические силы преодолевают химические или механические силы, и происходит преобразование электрической энергии не только в тепловую, но также в химическую или механическую в зависимости от устройства источника с э. д. с. E₂ (аккумулятор, который в этом случае заряжается, или машина постоянного тока, которая в этом случае работает в режиме электродвигателя).
Таким образом, источник с э. д. с. E₂ является потребителем электрической энергии.
Итак, в общем случае источник э. д. с. может работать генератором или потребителем электрической энергии, а напряжение на его зажимах соответственно будет:
U = Е + (-) Ir₀.

Списывай 😉

Источник тока в электрической цепи.

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.

Формулы и подробности…тут

ЭДС источника тока

Электрический ток возникает в замкнутой цепи под действием источника электрической энергии (источника тока).

Источник электрической энергии представляет собой прибор, преобразующий какой-либо вид энергии в электрическую. Он создает и поддерживает на своих зажимах разность потенциалов. Таким образом в проводящей среде создается электрическое поле, которое и вызывает упорядоченное, направленное движение носителей электрических зарядов, т. е. электрический ток.

Происхождение электрического тока сопровождается непрерывным расходованием энергии на преодоление сопротивления. Эту энергию доставляет источник электрической энергии, в котором происходит процесс преобразования механической, химической, тепловой или других видов энергии в электрическую.

Способность источника электрической энергии создавать и поддерживать на своих зажимах определенную разность потенциалов называется электродвижущей силой, сокращенно э. д. с.

Численно электродвижущая сила измеряется работой, совершаемой источником электрической энергии при переносе единичного положительного заряда по всей замкнутой цепи.

Если источник энергии, совершая работу A, обеспечивает перенос по всей замкнутой цепи заряда q, то его электродвижущая сила (Е) будет равна

За единицу измерения электродвижущей силы в системе СИ принимается вольт (в).

Источник электрической энергии обладает эдс в 1 вольт, если при перемещении по всей замкнутой цепи заряда в 1 кулон совершается работа, равная 1 джоулю.

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

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

От электростатики к электрокинетике

Между концом XVIII и началом XIX века работы таких учёных, как Кулон, Лагранж и Пуассон, заложили математические основы определения электростатических величин. Прогресс в понимании электричества на этом историческом этапе очевиден. Франклин уже ввёл понятие «количество электрической субстанции», но пока ещё и он, ни его преемники не смогли его измерить.

Следуя за экспериментами Гальвани, Вольта пытался найти подтверждения того, что «гальванические жидкости» животного были одной природы со статическим электричеством. В поисках истины он обнаружил, что когда два электрода из разных металлов контактируют через электролит, оба заряжаются и остаются заряженными несмотря на замыкание контура нагрузкой. Это явление не соответствовало существующим представлениям об электричестве потому, что электростатические заряды в подобном случае должны были рекомбинировать.

Вольта ввёл новое определение силы, действующей в направлении разделения зарядов и поддержании их в таком состоянии. Он назвал её электродвижущей. Подобное объяснение описания работы батареи не вписывалось в теоретические основы физики того времени. В Кулоновской парадигме первой трети XIX века э. д. с. Вольта определялась способностью одних тел вырабатывать электричество в других.

Важнейший вклад в объяснение работы электрических цепей внёс Ом. Результаты ряда экспериментов привели его к построению теории электропроводности. Он ввёл величину «напряжение» и определил её как разность потенциалов на контактах. Подобно Фурье, который в своей теории различал количество тепла и температуру в теплопередаче, Ом создал модель по аналогии, связывающую количество перемещаемого заряда, напряжение и электропроводность. Закон Ома не противоречил накопленным знаниям об электростатическом электричестве.

Затем, благодаря Максвеллу и Фарадею, пояснительные модели тока получили новую теорию поля. Это позволило разработать связанную с полем концепцию энергии как для статических потенциалов, так и для электродвижущей силы. Основные даты эволюции понятия ЭДС:

1800 г. — создание Вольтой гальванической батареи;
1826 г. — Ом формулирует свой закон для полной цепи;
1831 г. — обнаружение электромагнитной индукции Фарадеем.

Определение и физический смысл

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

В качестве иллюстрации их работы удобно рассматривать замкнутый контур из сопротивления и гальванического источника питания (батареи). Если предположить, что внутри батареи тока нет, то описанная проблема объединения зарядов остаётся неразрешённой. Но в цепи с реальным источником питания электроны перемещаются постоянно. Это происходит благодаря тому, что поток ионов протекает и внутри батареи от отрицательного электрода к положительному. Источник энергии, перемещающий эти заряды в батарее — химические реакции. Такая энергия называется электродвижущей силой.

ЭДС является характеристикой любого источника энергии, способного управлять движением электрических зарядов в цепи. В аналогии с замкнутым гидравлическим контуром работа источника э. д. с. соответствует работе насоса для создания давления воды. Поэтому значок, обозначающий эти устройства, неотличим на гидравлических и электрических схемах.

Несмотря на название, электродвижущая сила на самом деле не является силой и измеряется в вольтах. Её численное значение равно работе по перемещению заряда по замкнутой цепи. ЭДС источника выражается формулой E=A/q, в которой:

E — электродвижущая сила в вольтах;
A — работа сторонних сил по перемещению заряда в джоулях;
q — перемещённый заряд в кулонах.

Из этой формулы ЭДС следует, что электродвижущая сила не является свойством цепи или нагрузки, а есть способность генератора электроэнергии к разделению зарядов.

Сравнение с разностью потенциалов

Электродвижущая сила и разность потенциалов в цепи очень похожие физические величины, так как оба измеряются в вольтах и определяются работой по перемещению заряда. Одно из основных смысловых различий заключается в том, что э. д. с. (E) вызывается путём преобразования какой-либо энергии в электрическую, тогда как разность потенциалов (U) реализует электрическую энергию в другие виды. Другие различия выглядят так:

E передаёт энергию всей цепи. U является мерой энергии между двумя точками на схеме.
Е является причиной U, но не наоборот.
Е индуцируется в электрическом, магнитном и гравитационном поле.
Концепция э. д. с. применима только к электрическому полю, в то время как разность потенциалов применима к магнитным, гравитационным и электрическим полям.

Напряжение на клеммах источника питания, как правило, отличается от ЭДС источника. Это происходит из-за наличия внутреннего сопротивления источника (электролита и электродов, обмоток генератора). Связывающая разность потенциалов и ЭДС источника тока формула выглядит как U=E-Ir. В этом выражении:

U — напряжение на клеммах источника;
r — внутреннее сопротивление источника;
I — ток в цепи.

Из этой формулы электродвижущей силы следует, что э. д. с. равна напряжению когда ток в цепи не течёт. Идеальный источник ЭДС создаёт разность потенциалов независимо от нагрузки (протекающего тока) и не обладает внутренним сопротивлением.

В природе не может существовать источника с бесконечной мощностью при замыкании на клеммах, как и материала с бесконечной проводимостью. Идеальный источник используется как абстрактная математическая модель.

Источники электродвижущей силы

Суть источника ЭДС заключается в преобразовании других видов энергии в электрическую с помощью сторонних сил. С точки зрения физики обеспечения э. д. с различают следующие два основных вида источников:

гальванические;
электромагнитные.

Первые представляют собой электрохимические источники, основанные на вовлечение в химическую реакцию процесса переноса электронов. В обычных условиях химические взаимодействия сопровождаются выделением или поглощением тепла, но существует немало реакций, в результате которых генерируется электрическая энергия.

Электрохимические процессы в большинстве случаев обратимы, поскольку энергия электрического тока может быть использована, чтобы заставить реагировать вещества между собой. Эта возможность позволяет создавать возобновляемые гальванические источники — аккумуляторы.

В генераторах тока э. д. с. создаётся другим способом. Разделение зарядов происходит с помощью явления электромагнитной индукции, которое заключается в том, что изменение величины или направления магнитного поля создаёт ЭДС. Согласно закону Фарадея, нахождение э. д. с. индукции возможно из выражения E=—dФ/dt. В этой формуле:

Ф — магнитный поток;
t — время.

ЭДС индукции измеряется также в вольтах. В зависимости от того, каким способом вызываются изменения магнитного потока, различают:

Динамически индуцированную. Когда в стационарном магнитном поле перемещается проводник. Характерен для генераторов.
Статически индуцированную. Когда изменения потока возникают из-за изменений магнитного поля вокруг неподвижного проводника. Так работают трансформаторы.

Существуют также источники э. д. с, не основанные на электрохимии или магнитной индукции. К таким устройствам можно отнести полупроводниковые фотоэлементы, контактные потенциалы и пьезокристаллы. Понятие ЭДС имеет практическое применение прежде всего как параметр выбора источников питания для тех или иных целей. Чтобы получить максимальный эффект от работы устройств в цепи, нужно согласовывать их возможности и характеристики. Прежде всего внутреннее сопротивление источника ЭДС силы с характеристиками подключаемой нагрузки.

Электродвижущая сила источника тока | Физика. Закон, формула, лекция, шпаргалка, шпора, доклад, ГДЗ, решебник, конспект, кратко

Тема:

Электричество

За счет любых видов энергии сторонние силы выполняют работу по разделению заряженных частиц. Для характеристики этой работы вводится понятие электродвижущей силы (ЭДС) источника.

Электродвижущая сила источника определяется работой сторонних сил в источнике при разделении заряженных частиц с суммарным зарядом в одну единицу:

Ɛ = A_ст. / q; [Дж/Кл = В].

Электродвижущая сила является характеристикой источника и не зависит от того, какая внешняя нагрузка присоединяется к его полюсам.

Если к полюсам источника присоединить нагрузку, например проводник с сопротивлением R, то в замкнутой цепи установится определенной силы ток.

Рис. 5.18. Замкнутая электрическая цепь с источником тока

Проследим за движением положительно заряженной частицы в замкнутой цепи (рис. 5.18), поскольку в качестве направления тока принимается направление движения именно положительно заряженных частиц. Материал с сайта http://worldofschool.ru

Во внешней части цепи (проводник R) эта частица движется вдоль линий напряженности электрического поля в проводнике и под действием этого поля. Внутри же источника эта частица движется от полюса B к полюсу A против напряженности электрического поля — под действием сторонних сил.

Действие источника электрического тока в замкнутой цепи аналогично роли насоса в замкнутой цепи жидкости — источник «перекачивает» заряженные частицы от полюса с низшим потенциалом к полюсу с высшим потенциалом.

На этой странице материал по темам:

Источники электродвижущей силы? краткий ответ
Электродвижущая сила краткий конспект
Конспект электродв жущая сила
Электродвижущая сила конспект

Вопросы по этому материалу:

Что такое электродвижущая сила источника тока?

Как и почему движутся заряженные частицы в замкнутой цепи, в которую входят источник тока и нагрузка?

ЭДС и внутреннее сопротивление

ЭДС и внутреннее сопротивление

Далее: резисторов последовательно и
Up: Электрический ток
Предыдущее: Сопротивление и удельное сопротивление

Теперь настоящие батареи изготавливаются из материалов с ненулевым удельным сопротивлением.
Отсюда следует, что настоящие батареи — это не просто источники чистого напряжения. Они также обладают
внутренние сопротивления .
Между прочим, чистое напряжение
Источник обычно обозначается как ЭДС (что означает электродвижущую силу ).Конечно,
ЭДС измеряется в вольтах.
Аккумулятор можно смоделировать как ЭДС, включенную последовательно с резистором.
, который представляет собой его внутреннее сопротивление. Предположим, что такие
батарея используется для управления током через внешний нагрузочный резистор, так как
показано на рис.17.
Обратите внимание, что на принципиальных схемах ЭДС представлена в виде двух близко расположенных параллельных
линии неравной длины. Электрический потенциал более длинной линии больше, чем
тот из более коротких по вольтам. Резистор представлен как
зигзагообразная линия.

**Рисунок 17:**
Батарея ЭДС и внутреннего сопротивления подключена
к нагрузочному резистору сопротивления.

Рассмотрим аккумулятор на рисунке. Напряжение аккумулятора равно
определяется как разница в электрическом потенциале между его положительным и
отрицательные клеммы: т.е. , точки и соответственно. Когда мы переходим от к
, электрический потенциал увеличивается на вольт, когда мы пересекаем
ЭДС, но затем уменьшается на вольт, когда мы пересекаем внутренний резистор.Падение напряжения на резисторе следует из закона Ома, из которого следует, что
падение напряжения на резисторе, несущем ток
, находится в том направлении, в котором
текущие потоки. Таким образом, напряжение аккумулятора связано с его ЭДС.
и внутреннее сопротивление через

(133)

Обычно мы думаем об ЭДС батареи как о практически постоянной (поскольку она
зависит только от химической реакции, происходящей внутри батареи, которая преобразует
химическая энергия в электрическую), поэтому мы должны заключить, что напряжение
батарея на самом деле уменьшается по мере увеличения тока, потребляемого от нее. Фактически, напряжение равно только
ЭДС при пренебрежимо малом токе. Текущий розыгрыш
от аккумулятора обычно не может превышать критическое значение

(134)

поскольку
напряжение становится отрицательным (что может произойти только
если резистор нагрузки также отрицательный: это практически невозможно).
Отсюда следует, что если мы закоротим аккумулятор, подключив его
положительные и отрицательные клеммы вместе с использованием проводящего провода с незначительным сопротивлением,
ток, потребляемый батареей, ограничен ее внутренним сопротивлением.Фактически в этом случае сила тока равна максимально возможной.
Текущий
.

Настоящая батарея обычно характеризуется
его ЭДС (, т.е. , его
напряжение при нулевом токе) и максимальный ток, который он может подавать.
Например, стандартный сухой элемент (, т. Е. , своего рода
аккумулятор, используемый для питания калькуляторов и фонарей) обычно рассчитан на
и скажи) . Таким образом, ничего действительно катастрофического не произойдет.
произойдет, если мы закоротим сухой элемент.Мы разрядим аккумулятор через
сравнительно короткий промежуток времени, но опасно большой ток не будет
поток. С другой стороны, автомобильный аккумулятор обычно рассчитывается на
и что-то вроде (такой ток нужен для
запустить стартер). Понятно, что автомобильный аккумулятор должен иметь много
более низкое внутреннее сопротивление, чем у сухого элемента. Отсюда следует, что если
мы были достаточно глупы, чтобы замкнуть автомобильный аккумулятор, в результате
довольно катастрофически (представьте себе всю энергию, необходимую для запуска двигателя
автомобиль собирается тонким проводом, соединяющим клеммы аккумулятора вместе).

Далее: резисторов последовательно и
Up: Электрический ток
Предыдущее: Сопротивление и удельное сопротивление

Ричард Фицпатрик
2007-07-14

Напряжение электродвижущей силы — элементы схемы
Электродвижущая сила (ЭДС) — это разность потенциалов источника при отсутствии тока. Напряжение на клеммах — это выходное напряжение устройства, измеренное на его клеммах.
Разность электрических потенциалов создает электрическое поле , которое воздействует на заряды, вызывая ток .Мы называем эту разность потенциалов электродвижущей силой (ЭДС). ЭДС — это вообще не сила; это особый тип разности потенциалов источника при отсутствии тока. ЭДС напрямую связана с источником разности потенциалов, например с конкретной комбинацией химических веществ в батарее. Единицы измерения ЭДС — вольты.
Все источники напряжения создают разность потенциалов и могут подавать ток, если подключены к сопротивлению . Однако при протекании тока ЭДС отличается от выходного сигнала и выходного сигнала устройства.Напряжение на выводах батареи, например, меньше, чем ЭДС, когда батарея подает ток , и оно снижается дальше, когда батарея разряжается или разряжается. Однако, если выходное напряжение устройства можно измерить без потребления тока, то выходное напряжение будет равно ЭДС (даже для сильно разряженной батареи).
Выходное напряжение устройства измеряется на его клеммах и называется его напряжением на клеммах V. Напряжение на клеммах определяется уравнением:
В = E — Ir,
— E означает ЭДС.
— r — внутреннее сопротивление;
— I — ток, протекающий во время измерения.
I является положительным, если ток течет от положительного вывода. Чем больше ток, тем меньше напряжение на клеммах. Точно так же верно, что чем больше внутреннее сопротивление, тем меньше напряжение на клеммах.

Практические вопросы
Академия Хана
Лечение электрическим полем и электропорация
Официальная подготовка MCAT (AAMC)
Physics online Flashcards Вопрос 6
Практический экзамен 1 Раздел C / P Отрывок 3 Вопрос 14

Ключевые точки
• ЭДС — это разность потенциалов источника при отсутствии тока.
• Напряжение на клеммах: выходное напряжение устройства измеряется на его клеммах V = E — Ir.
• Единица измерения ЭДС и напряжения — Вольт (В)

Ключевые термины
Электрический потенциал: количество работы, необходимое для перемещения единицы заряда из опорной точки в определенную точку внутри поля без ускорения
Электрическое поле : область вокруг заряженной частицы или объекта, внутри которой сила будет действовать на другие заряженные частицы или объекты.
Ток : количество заряда, перемещающегося через поперечное сечение за период времени.
Напряжение : разность электрических потенциалов, выраженная в вольтах
Сопротивление : Сопротивление — это мера сопротивления току в электрической цепи.
ЭДС и напряжение на клеммах
Когда вы забываете выключить автомобильные фары, они медленно тускнеют по мере разрядки аккумулятора. Почему они просто не мигают, когда батарея разряжена? Их постепенное затемнение означает, что выходное напряжение батареи уменьшается по мере разряда батареи.Причина снижения выходного напряжения для разряженных или перегруженных батарей заключается в том, что все источники напряжения состоят из двух основных частей — источника электрической энергии и внутреннего сопротивления.
Электродвижущая сила
Все источники напряжения создают разность потенциалов и могут подавать ток, если подключены к сопротивлению. В небольшом масштабе разность потенциалов создает электрическое поле, которое воздействует на заряды, вызывая ток. Мы называем эту разность потенциалов электродвижущей силой (сокращенно ЭДС).ЭДС — это вообще не сила; это особый тип разности потенциалов источника при отсутствии тока. Единицы измерения ЭДС — вольты.
Электродвижущая сила напрямую связана с источником разности потенциалов, например с конкретной комбинацией химических веществ в батарее. Однако при протекании тока ЭДС отличается от выходного напряжения устройства. Напряжение на выводах батареи, например, меньше, чем ЭДС, когда батарея подает ток, и оно падает дальше, когда батарея разряжается или разряжается.Однако, если выходное напряжение устройства можно измерить без потребления тока, то выходное напряжение будет равно ЭДС (даже для сильно разряженной батареи).
Напряжение на клеммах
представляет собой схематическое изображение источника напряжения. Выходное напряжение устройства измеряется на его выводах и называется напряжением на выводах В . Напряжение на клеммах определяется уравнением:
Схематическое изображение источника напряжения
Любой источник напряжения (в данном случае сухой углерод-цинковый элемент) имеет ЭДС, связанную с источником разности потенциалов, и внутреннее сопротивление r, связанное с его конструкцией.(Обратите внимание, что сценарий E означает ЭДС.) Также показаны выходные клеммы, на которых измеряется напряжение на клеммах V. Поскольку V = ЭДС-Ir, напряжение на клеммах равно ЭДС, только если ток не течет.
$ V = ЭДС — Ir $,
где r — внутреннее сопротивление, а I — ток, протекающий во время измерения.
I — положительный, если ток течет от положительного вывода. Чем больше ток, тем меньше напряжение на клеммах. Точно так же верно, что чем больше внутреннее сопротивление, тем меньше напряжение на клеммах.
Методы производства напряжения — Электроэнергетика
Если имеется избыток электронов на одном конце проводника и недостаток на другом конце, течет ток. Некоторые устройства создают эту разницу в заряде, поэтому ток течет. Эти устройства являются источниками электродвижущей силы.
EMF определяется как:
Энергия, передаваемая на единицу при преобразовании одного вида энергии в электрическую.
Потенциальная разница — это еще один термин, который почти такой же, но имеет небольшую разницу.
Разница потенциалов определяется как:
Энергия, передаваемая на единицу при преобразовании электрической энергии в другой вид энергии.
Мы обсудим это более подробно чуть позже.
Шесть наиболее распространенных типов ЭДС:
Трение
Химическая промышленность
Давление
Тепло
Свет
Магнетизм
ЭДС трения
Когда два разнородных материала трутся друг о друга, один материал может передавать часть своих электронов другому.
Это трибоэлектрический эффект, который подобен тому, что мы обсуждали в главе о структуре атома, когда переносятся электроны, в результате чего один объект становится отрицательно заряженным (избыток электронов), а другой — положительно заряженным (недостаток электронов). Эта ситуация может привести к электростатическому разряду, когда сила притяжения становится настолько большой, что электроны притягиваются к положительно заряженному объекту.
Это притяжение создает дугу, наиболее часто наблюдаемую при молнии.Облака накапливают заряд по мере движения капель воды. Затем заряд притягивается к положительно заряженной земле и ЗАП!
Рисунок 4. Изображение молнии от Griffenstorm. Распространяется по международной лицензии Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0.
Конечно, гораздо веселее положить кошку в коробку с пенополистиролом и смотреть, как они прилипают.
Рисунок 5. Изображение статического электричества Cat, сделанное Шоном МакГратом. Распространяется по лицензии Creative Commons CC-BY 2.0.
Химическая ЭДС
Это принцип работы батарей.
Рисунок 6. Батареи
Если не углубляться в химию, в основном, батареи работают в процессе ионизации.
Что такое ион? Это частица, к которой добавлен или удален электрон (положительный или отрицательный).
При ионизации добавляются химические вещества, которые имеют частицы с отрицательным зарядом и частицы с положительным зарядом. Добавлены металлические пластины, которые принимают на себя эти заряды. Это допускает разницу и создает ЭДС.
ЭДС давления
Этот процесс также известен как пьезоэлектричество.
Рис. 7. Ignitor
Пьезоэлектричество — это электрический заряд, который накапливается в определенных твердых материалах в ответ на приложенное механическое напряжение. Слово пьезоэлектричество означает электричество, возникающее в результате давления.
Когда к некоторым объектам прилагается давление, давление смещает положительные и отрицательные заряды в нейтральном в остальном объекте.
Самым известным применением является электрическая прикуриватель: нажатие на кнопку заставляет подпружиненный молоток ударять по пьезоэлектрическому кристаллу, создавая электрический ток достаточно высокого напряжения, который течет через небольшой искровой промежуток, тем самым нагревая и воспламеняя газ.Переносные источники зажигания, используемые для зажигания газовых плит, работают таким же образом, и многие типы газовых горелок теперь имеют встроенные пьезоэлектрические системы зажигания.
Другое применение — звукосниматель для микрофона или гитары. Звук попадает в кристалл и генерирует напряжение.
Тепловая ЭДС
Этот процесс известен как термоэлектрический эффект.
Рисунок 8. Термопара
Подводя итог, можно сказать, что когда два разнородных металла находятся при разных температурах и соприкасаются, они создают ЭДС.
Это потому, что электроны с горячей стороны (отрицательной) хотят перейти на холодную сторону (положительную).
Очень распространенное использование этого принципа — термопара в вашей печи
Когда контрольная лампа горит, она генерирует напряжение на термопаре. Это напряжение позволяет реле включаться и пропускать газ, когда этого требует печь. Если контрольная лампа не горит, напряжение отсутствует. Следовательно, реле не будет включаться, и печь может запросить газ, но не получит его.
Свет ЭДС
Это фотоэлектрический эффект. Фотоэлементы (фотоэлементы) используются в качестве источников ЭМП.
Рис. 9. Солнечные панели
Фотоэлектрические элементы сделаны из специальных материалов, называемых полупроводниками, таких как кремний, который в настоящее время используется наиболее часто.
Сколько валентных электронов в полупроводнике? Четыре.
Добавлена примесь, чтобы получить свободный электрон.
В основном, когда свет попадает на элемент, определенная его часть поглощается полупроводниковым материалом.
Это означает, что энергия поглощенного света передается полупроводнику.
Энергия высвобождает электроны, позволяя им свободно течь.
В наши дни мы видим, что эта технология используется повсеместно, поскольку для получения энергии не требуется ископаемое топливо.
ЭДС магнетизма
Отсюда большая часть нашей энергии. Магниты создают линии магнитного потока. Когда эти силовые линии перерезаются проводником, возникает ЭДС.Паровые турбины, когенерационные установки, ветряные мельницы и плотины гидроэлектростанций используют эту технологию.
Ниже приведен пример плотины гидроэлектростанции.
Все шесть этих источников ЭДС достигают одного и того же:
Передают энергию электронам.
Подтолкните электроны к электростатическому полю.
Вызывает избыток электронов на одном выводе источника и недостаток электронов на другом выводе.
Это похоже на сжатие пружины.Энергия, запасенная в сжатой пружине, может быть использована позже для выполнения работы. То же самое и с отдельными зарядами: они накапливают энергию, которую потом можно использовать для работы.
Видео о методах генерации напряжения
Хотя это видео может быть немного старым, это фантастическое объяснение различных методов генерации напряжения.

Атрибуции
Видео
Electricity-Voltage от PublicResourceOrg находится под лицензией Creative Commons Attribution License.
Электродвижущая сила — обзор
4.2.3 Измерения электродвижущей силы
Электродвижущая сила (ЭДС), генерируемая электрохимическими ячейками, может использоваться для измерения парциальных энергий Гиббса, что, как и измерения давления пара, отличает эти методы от других методов измерения интегральных термодинамические величины. Следуя Мозеру (1979), типичная ячейка, используемая для получения результатов по Zn-In-Pb, представлена следующим образом:
Zn (Liq) | ZnCl2 в (LiCl-KCl) Eut | Zn-In-Pb (Liq).
В этом случае плавленый солевой электролит, включающий ZnCl ₂, растворенный в эвтектической смеси LiCl и KCl, используется для определения градиента активности между чистым жидким Zn и тройным сплавом Zn-In-Pb, также в жидкости. государство. ЭДС возникает из-за потенциала между чистым Zn при единичной активности и Zn в сплаве, где активность имеет значение a ₁. Тогда правящее уравнение становится
(4.3) G¯1 − G¯0 = −nFE = RTlogea1
где n — заряд, F — постоянная Фарадея, а остальные символы имеют свое обычное значение.Для многих сплавов связь между ЭДС и температурой является линейной, и в простейшем случае изменения парциальной энтальпии и энтропии можно легко рассчитать по следующим уравнениям:
(4.4) ΔH¯ = nF (dEdT − E)
и
(4. 5) ΔS¯1 = nFdEdT.
Эти частичные величины могут быть использованы напрямую или преобразованы с помощью уравнения Гиббса-Дюгема при общей оценке рассматриваемой системы (Moser 1979).
Принцип метода прост, но необходимо учитывать множество факторов, прежде чем данная клетка даст воспроизводимые и точные результаты (Kubaschewski et al. 1993, Комарек 1973, Комарек и Ипсер 1984). К ним относятся выбор и подготовка электролита, материалы, из которых изготовлен элемент, а также скрупулезное внимание к организации экспериментов. Прежде всего, основные уравнения справедливы только для обратимых ячеек и предполагают, что единственный механизм проводимости в электролите осуществляется через одну ионную разновидность. Лучшим тестом на обратимость и правильное функционирование рабочей ячейки является проверка того, что одинаковые значения ЭДС получены как для увеличения, так и для уменьшения в нескольких повторяющихся прогонах температуры и / или путем помещения одних и тех же материалов в обе полуячейки для получения нулевой результат. Однако при высоких температурах большинство электролитов обычно также обладают элементом электронной проводимости, поэтому необходимо ввести число переноса ( t _ion) в уравнение. (4.3), иначе измеренная ЭДС будет завышать ионную составляющую. Чтобы учесть электроды сравнения, активности которых не равны единице, это уравнение следует расширить до
(4.6) G¯2 − G¯1 = −nEF = RTtionlogea2a2.
Некоторые общие принципы позволяют определить наилучший рабочий диапазон для твердых электролитов.Проводимость типа n связана с низким давлением кислорода, за которым при более высоких давлениях следует режим ионной проводимости с почти идеальными числами переноса, в то время как при еще более высоких давлениях общая картина проводимости все больше ассоциируется с дырочной проводимостью. Кроме того, область ионной проводимости является наиболее доминирующей при высоком коэффициенте диффузии кислорода. Таким образом, оптимальный выбор электролита может быть адаптирован к условиям исследования. В некоторых элементах используется ряд электролитов, контактирующих друг с другом, чтобы справиться с широким диапазоном активности кислорода и минимизировать реакции на соответствующих электродах, но затем необходимо добавить дополнительные термины, чтобы учесть потенциалы перехода (Kubaschewski et al. . 1993).
Могут использоваться как жидкие, так и твердые электролиты, от расплавленных галогенидов, таких как эвтектическая смесь LiCl и KCl, до очень сложных твердотельных электролитов, таких как оксид циркония, стабилизированный кальцием или оксидом иттрия, CSZ, YSZ, которые являются проводниками кислорода. ионы.
Pt | CaO − ZrO2 | Pt.
Клетки этого типа были впервые введены Киукколой и Вагнером (1957). β-оксид алюминия все чаще используется, в основном в связи с диффузией ионов натрия, но его также можно использовать для изучения диффузии Ag и Cu.Флорид кальция, насыщенный сульфидом кальция, и другие комбинации, включая сульфид иттрия, были предложены для измерения потенциала серы в окислительных средах выше 500 ° C (Kleykamp 1983). Новый класс электролита, который проводит S или C и работает при температуре выше 1000 ° C, был разработан Alcock и Li (1990) с использованием дисперсной фазы, в которой градиент фтора может быть измерен косвенно, после предыдущей работы по трехфазной среде. равновесия (Джейкоб, Ивасе, 1982).
Общая точность методов ЭДС требует, чтобы измерение напряжения проводилось без прохождения тока через элемент.Следовательно, либо измерительная цепь должна иметь как можно более высокое сопротивление, либо измерения можно проводить в других условиях и экстраполировать на нулевой ток (Rose et al. 1948). Также очень важно избегать любых паразитных напряжений, таких как те, которые могут возникнуть из-за термоэлектрических эффектов, возникающих из-за температурных градиентов (Кубашевский и др. 1993). Другими факторами, влияющими на воспроизводимость результатов, являются необходимость обеспечения того, чтобы электролит оставался незагрязненным в результате реакции с материалами, используемыми для конструкции ячейки, включая электроды. Чтобы избежать реакций смещения, металл, выступающий в качестве электрода сравнения, должен быть менее благородным, чем другие компоненты исследуемого сплава. Другие проблемы, которых следует избегать, — это реакция с атмосферой или водяным паром и любые изменения концентрации из-за высокого давления пара в температурном диапазоне измерений.
Если принять во внимание все эти факторы, то можно будет проводить измерения с точностью до 1 мВ (Charette and Flengas 1968). Точность снижается при очень низких парциальных давлениях кислорода, когда вклад электронов играет более значительную роль, и проблемы при проектировании значительно возрастают.Денч и Кубащевски (1969) успешно усовершенствовали свою экспериментальную систему и получили точность 0,2 мВ, используя твердотельную ячейку.
Pt | Co, CoO | ZrO2-CaO | Ni, NiO | Pt.
Бергман и Агрен (1984) использовали аналогичную ячейку для изучения свойств MnO-NiO, а также провели подробный анализ стандартного отклонения измеренных ЭДС в зависимости от состава, показав, что оно может существенно варьироваться в зависимости от системы.
Если требуются результаты при очень высоких температурах, как в экспериментах, связанных с производством стали, даже кратковременная выживаемость предъявляет серьезные требования к конструкции электролизера (Комарек и Ипсер, 1984).Однако ячейки для определения концентрации кислорода использовались с расплавленными ионными шлаками для определения термодинамики образования оксидов в железе между 1500–1600 ° C (Kay, 1979). Другие приложения включают использование YSZ для исследования полупроводниковых систем (Sears and Anderson 1989, Lee et al. 1992).
В заключение, метод ЭДС может обеспечить хорошую точность определения активности и коэффициентов активности и, следовательно, предлагает полезную альтернативу измерениям давления пара (Jacob et al. 1973). Однако значения энтальпии и энтропии, рассчитанные по наклонам d E / dT , могут быть связаны с гораздо более высокими ошибками (Moser 1979). Поэтому очень желательно объединить информацию из измерений ЭДС с другими данными, такими как калориметрическая информация, чтобы получить надежные энтропии. Такое сочетание результатов ЭДС и калориметрии может полностью изменить результаты для некоторых систем. Например, исследования жидкой системы Mg-In дали положительные значения
ΔS¯Mgxs при расчете только с использованием данных ЭДС, но в сочетании с калориметрическими исследованиями дало отрицательные значения
ΔS¯Mgxs.
Портал | Источники ЭМП
EMF-Portal | Источники ЭМП
×
Прочтите о наиболее важных свойствах технологических источников электромагнитных полей, встречающихся в повседневной жизни, и используйте эту информацию для сравнения различных источников поля.
Частотные диапазоны:
520–1620 кГц
Частотные диапазоны:
1.25–1,26 ГГц,
1,34–1,35 ГГц,
1,35–2,79 ГГц
Частотные диапазоны:
2,4–2,4835 ГГц,
5,15–5,35 ГГц,
5,47–5,725 ГГц
Частотные диапазоны:
40–50 Гц,
20–135 кГц
Частотные диапазоны:
50–60 Гц
Частотные диапазоны:
50–60 Гц
Частотные диапазоны:
1. 25–1,26 ГГц,
1,34–1,35 ГГц,
1,35–2,79 ГГц
Частотные диапазоны:
1,25–1,26 ГГц,
1,34–1,35 ГГц,
1,35–2,79 ГГц
Частотные диапазоны:
3.5–29,7 МГц
Частотные диапазоны:
50–60 Гц
Частотные диапазоны:
50–60 Гц
Частотные диапазоны:
10 Гц – 20 кГц,
58–134 кГц,
4.9 МГц,
…
Частотные диапазоны:
0 Гц,
30 Гц – 20 кГц
Этот веб-сайт использует файлы cookie, чтобы обеспечить вам удобство просмотра. Продолжая использовать этот сайт, вы соглашаетесь с использованием файлов cookie.
Источники постоянного тока
Модель 100 и Модель 101
Модели 100 и 101 представляют собой источники постоянного тока с батарейным питанием, которые обеспечивают очень стабильный выходной ток без шума, обычно присущего приборам с питанием от сети переменного тока.Они хорошо подходят для технического обслуживания в полевых условиях и периодического контроля датчиков, а также для работы в очень чувствительной к шуму среде.
Основное различие между 100 и 101 заключается в их согласованном напряжении: модель 100 с допустимым напряжением 2,5 В хорошо подходит для кремниевых диодов, включая диоды Lake Shore DT-470 и 670. Модель 101 имеет согласованное напряжение 5 В, которое требуется для использования с GaAlAs-диодами Lake Shore TG-120 или если пользователь желает подключить два кремниевых диодных датчика последовательно.Хотя выходной ток обоих модулей предварительно установлен на уровне 10 мкА, пользователь может перепрограммировать устройство на любое значение от 1 мкА до 1 мА, изменив внутренний программный резистор.
Модель 102, модель 110CS и модель 120CS
Модели 102, 110CS и 120CS представляют собой прецизионные источники постоянного тока, подходящие для настольного использования. Они обладают более высокими выходными токами и согласованными напряжениями, чем их аналоги с батарейным питанием.
Модель 102 обеспечивает отличную производительность при невысокой стоимости. Выходной ток предварительно установлен на 10 мкА, но устройство можно перепрограммировать на любое значение от 1 мкА до 1 мА, заменив программный резистор внутри прибора. Соответствующее напряжение составляет 8 В. Питание устройства осуществляется от внешнего настенного источника переменного тока. Тип источника питания должен соответствовать доступному сетевому напряжению переменного тока и должен быть указан при заказе.
Модель 110CS обеспечивает более высокое соответствие 11 В. Выходной ток может быть изменен извне на любое значение от 1 мкА до 10 мА, подключив программирующий резистор к клеммной колодке на задней панели устройства.Напряжение сети переменного тока выбирается перемычкой внутри блока. Желаемое сетевое напряжение должно быть указано при заказе, но настройка может быть изменена в любое время пользователем.
В модели 120CS выходной ток выбирается поворотным переключателем на передней панели. Одиннадцать фиксированных значений охватывают диапазон от 1 мкА до 100 мА и допустимое напряжение 11 В. Переключаемые приращения 1 × и 3 × соответствуют приблизительным декадным изменениям мощности с резистивной нагрузкой. Для нечетных значений тока резистор программирования может быть подключен к клеммной колодке на задней панели устройства.Этот источник идеально подходит для использования с датчиками сопротивления, где сопротивление может изменяться в зависимости от температуры на целых 6 порядков. Реверсивный переключатель тока позволяет компенсировать термо-ЭДС, что важно при измерении резисторов при низком напряжении. Напряжение сети переменного тока выбирается перемычкой внутри блока. Желаемое сетевое напряжение должно быть указано при заказе, но настройка может быть изменена в любое время пользователем.
.