Эдс источник тока: Страница не найдена | ElectroFAQ

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.

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

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

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