В батарейке эдс или напряжение

Чем отличается ЭДС от напряжения

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

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.

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).

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…

Понравилась статья? Размести ссылку на сайт в социальных сетях

Источник

Чем отличается ЭДС от напряжения

В чем разница между электродвижущей силой (ЭДС) и напряжением

Напряжение — это следствие прохождения электрического тока по цепи. Оно возникает на участках с сопротивлением на пути у электрического тока. Любая материя имеет сопротивление (кроме сверхпроводников), поэтому на всем пути у электрического тока есть напряжение, которое его толкает по цепи. Где-то оно больше, где-то меньше, это зависит от сопротивления конкретного участка.

Электродвижущая сила (ЭДС) — это сила, которая перемещает заряды по замкнутой цепи.

Давайте разберем пример по аналогии с замкнутой цепью.

Подадим через трубу воду. Она будет создавать давление на стенках труб. А от чего идет это давление? От воды? Нет. Это давление является частью напора, которая двигает воду через трубу. И напор — это и есть ЭДС. Напряжение же в этом примере — это давление на стенках труб. То есть, вода сама по себе не пойдет по трубе, если не будет напора. И давление не возникнет в трубе, если не будет напора. Конечно, в этом примере не все так точно, но он помогает намного проще разобраться в сути.

Сумма всех напряжений на цепи = ЭДС. Это второй закон Кирхгофа. Электродвижущая сила — это и есть причина движения электронов по цепи.

У ЭДС сторонние силы (химические реакции, солнечная энергия, механическая работа и т.п.) выполняют работу по перемещению заряда по замкнутой цепи от своего отрицательного потенциала к положительному. Проще говоря, ЭДС — это завод по производству электрического тока.

А напряжение — это часть ЭДС на участках замкнутой цепи. Напряжение, в отличие от ЭДС, выполняет электрическую работу по перемещению зарядов по цепи. Например, при последовательном соединении оно может быть везде разным. И оно появляется из-за того, что у электронов возникают препятствия на своем пути. И чем сильнее это препятствие, тем больше полю нужно потратить энергии для перемещения заряда.

То есть, именно от электрического тока и сопротивления зависит то, какое падение напряжения (часть ЭДС) будет на нагрузке: U=RI.

А ЭДС в свою очередь — это источник всех напряжений в цепи. Без ЭДС нет и электрического тока. Как и напряжения.

Грубо говоря, ЭДС плавно размазывается по всей электрической цепи в виде напряжения, когда цепь замкнута. Когда цепь не замкнута — в ней нет напряжения. Напряжение выполняет только электрическую работу по перемещению зарядов по цепи. Но без замыкания цепи нет и напряжения.

Напряжение само по себе невозможно померить без замыкания цепи. Вы не сможете измерить вольтметром или мультиметром не замкнутый источник. Просто потому, что измерительный прибор замыкает цепь и измеряет проходящий через него ток. Этот ток перемножается с выбранным шунтом (сопротивлением) и получается измеренное напряжение.

Здесь нет никакого противоречия. Разница потенциалов источника (ЭДС) делает работу по перемещению зарядов по цепи. Эта работа распределяется по всем участкам цепи, в зависимости от сопротивлений. И только когда цепь замкнута и электроны могут идти по цепи (им есть куда идти) — возникает напряжение. Поэтому измерить напряжение без замыкания цепи невозможно. И невозможно даже в теории посчитать напряжение без замыкания цепи. Чтобы узнать напряжение, нужно знать или мощность или силу тока. Данные о силе тока или о мощности можно узнать только после замыкании цепи. пусть даже и в теории.

Практически нулевое сопротивление может быть только у сверхпроводников.

Эта путаница в понятиях часто вводит в заблуждение, такие как «Если напряжение — это следствие прохождение тока, то почему напряжение — это причина движения зарядов?». Причина прохождения электрического тока в цепи это ЭДС. Следствие прохождения тока по цепи на отельных участках — это возникновение напряжения. Напряжение всей цепи равно ЭДС.

Например, электродвижущая сила какого-нибудь аккумулятора равна 4,88 В, а напряжение на его клеммах 4,85 В. Стоит ли использовать значения электродвижущей силы, если несколько процентов вольт все равно останутся на клеммах источника?

В бытовом плане не принято использовать термин ЭДС, в этом нет особой необходимости. Но если вы рассчитываете схемы, собираете их или паяете, то сопротивление источника питания — очень важный параметр. Согласование сопротивлений влияет на всю работу схемы. И это касается не только источников питания, но и всей аналоговой и цифровой техники.

Теория относительности и напряжение

Один из них заряжен на +15В, второй на +5В, а третий — 0. Кто из них будет положительнее, а кто отрицательнее? Вся материя состоит из молекул. Молекулы в свою очередь состоят из атомов.

Третий шарик, который нейтрален (у него протоны и электроны скомпенсированы) будет отрицательным по отношению к первым двум. Потому, что относительно тех шариков, у этого шарика больше электронов. Положительные стремятся заполучить их и притягиваются к нему. А что насчет двух положительных шариков? Тот, кто менее положительный — становится отрицательным. Если вычесть значение второго шарика из остальных, то получится следующая ситуация: у первого шарика +10В, у второго 0В, а у третьего -5В.

Относительно первого шарика остальные два стали отрицательными, и разница потенциалов увеличилась. Поэтому, если два каких-либо тела оба положительно (или отрицательно) заряжены с разницей, они могут быть относительно друг друга разноименными.

Это не противоречит закону Кулона. Два положительных (или отрицательных) шарика будут отталкиваться друг от друга, когда они одинаково заряжены. То есть, если есть два шарика +5В и +5В они начнут отталкиваться, но если они будут +4В и +5В — начнут притягиваться, пока не компенсируют заряды друг друга до одного значения (+4,5 В). Относительно 0 они все так же остаются положительно заряженными телами.

Источник

—> Сайт Георгия Таненгольца —> Главная | —> Мой профиль | —> Регистрация | —> Выход | —> Вход | RSS

—> —>Категории раздела —>

—> —>Статистика —>

Каталог статей

Попробую вариант «Незнайкин» и «Любознайкин»

Этот вариант разъяснения использовали многие авторы в 60 годы, например Айсберг, автор великолепной книги «Транзистор — это очень просто» и других полезных книг.

Несколько лет пытаюсь написать разъяснения что такое «ЭДС» и что такое «напряжение», каждый раз заканчиваю и чувствую, что что то не то, как было непонятно, так и осталось непонятно.

Умные, которые понимают, что такое ЭДС, обычно удивляются как, мол, можно это не понимать. Тем, кто не понимают, мол, им не надо это понимать.

С этим я согласен, но все же есть любопытные, их немного, они хотят понять, вот им и хочется помочь. Хотя, гораздо полезнее, открыть книгу, и напрячь мозги самому.

Мои герои студенты Знаев и Любопытов

Любопытов: — Почему когда я слышу Вольт, речь идет иногда о напряжении, а иногда об ЭДС?

Ведь Вольты, это, насколько я понимаю, разность потенциалов, которая заставляет проходить ток в электрической цепи,

Знаев: — Давай сначала коротко ответим для тех кому «много букв» и читать дальше они не будут.

ЭДС это вольты которые рождает источник, а напряжение это вольты, которые получаются на приемнике.

Или можно сказать так — ЭДС это «напряжение» которое может создавать источник, а напряжение это то что действует на приемнике (на нагрузке) когда его подключают к источнику.

Знаев: — Теперь вернемся к электрической цепи, состоит она, как ты помнишь, из источника электрической энергии и приемника, которые соединяются проводами

ЭДС это вольты которые рождает источник, а напряжение это вольты, которые получаются на приемнике. Давай вспомним, какие бывают источники электроэнергии — генератор, аккумулятор, батарейка, термопара, фотодиод

а приемники, которые получают энергию от источника — это лампочки, нагреватели, различные моторчики, инструмент, электроника и т. п.

Любопытов: — Значит, на клеммах источника действует ЭДС и чтобы узнать сколько это Вольт, надо подсоединить вольтметр к клеммам источника.

Знаев: — Правильно. Но только если в этот момент к источнику ничего не подключено. Вольтметр покажет, что, например, на аккумуляторе действует 12,6 Вольта, а на батарейке 1,5 Вольта. Эти Вольты и есть ЭДС.
Будь внимателен — ЭДС можно измерить только на источнике, отключенном от нагрузки.

Любопытов: — А почему?, какая разница, ведь ЭДС неотъемлемое свойство источника и она есть независимо от того, подключено что нибудь или нет.

Знаев: — дело в том, что как только подключается внешняя цепь, на клеммах уже действует только часть ЭДС, которую мы и называем «напряжение». Давай разбираться.

Любопытов:- Сейчас, я подумаю.

Источник нужен для того чтобы создавать ЭДС. ЭДС — это разность потенциалов + и -, если подключить к источнику например лампочку, ЭДС заставит протекать в ней ток.

Знаев: -Все верно. Если коротко, то источник нужен для того, чтобы создать ток через приемник. Напряжение на приемнике появляется потому, что он сопротивляется протеканию тока. Если сопротивления току нет, то и напрягаться не нужно,.

Напряжение появляется на сопротивлении приемника, чтобы заставить ток преодолеть это сопротивление.

Любопытов:-Почему же от источника действует ЭДС, а на лампочке действует напряжение, вроде бы это одно и тоже?

Знаев: -Одно, да ни одно. Если лампочку отключить, никакого напряжения на ней не будет, а на источнике ЭДС как была, так и останется. Можешь проверить вольтметром.

Напряжение на приемнике есть только тогда, когда ЭДС создает ток в цепи через приемник.

Любопытов:- Понятно, источник создает Вольты, а приемник им подчиняется.

Так, повторим: Вольты созданные источником это ЭДС, а Вольты, которые действуют на приемнике это напряжение.

Любопытов:- Я думаю, что напряжение, которое появляется на приемнике получается равным ЭДС источника.

Знаев: — А вот это очень важное заблуждение, и если мы разберемся в чем оно, многое станет понятно.

Напряжение, которое действует на приемнике всегда меньше ЭДС.

ЭДС не может создать на приемнике напряжение равное самой ЭДС.

Например, если ЭДС аккумулятора 12,6 Вольта, то при включении фар, напряжение окажется только 12 Вольт.

Любопытов:- Да, я это замечал, как только что — нибудь включаешь, стрелка вольтметра, сразу скакнет назад.

Знаев: — Дело в том, что ЭДС должна протолкнуть ток через, через фары (10 Ампер), и для этого она держит на фарах напряжение 12 Вольт, и к сожалению ток надо протолкнуть через сам источник, поэтому источник должен приложить к себе оставшиеся 0,6 Вольта.

Любопытов:- Получается, что сам источник тоже ведет себя как приемник?

Знаев: — Вот именно, как участник цепи , проводящей ток, он точно также оказывает сопротивление току и значит чтобы ток прошел через источник, он должен получить часть напряжения.

Таким образом ЭДС создает напряжение и на приемнике, и на самом источнике.

Любопытов:- Понятно, напряжение на нагрузке не равно ЭДС, а меньше.

Знаев: — Итак напряжение всегда меньше ЭДС на величину напряжение которое источник тратит на себе.

Если ток в цепи есть, напряжение приложено к нагрузке, но часть приложена к самому источнику, в сумме они равны ЭДС.

Любопытов:- В нашем случае ЭДС 12,6 Вольта создает на приемнике напряжение 12 Вольт и к себе источник прикладывает еще 0,6 В. А что это всегда так? А другое соотношение может быть?

Конечно может. Если мы включим кроме фар, печку, то напряжение станет 11,7 Вольта, то есть источник вынужден будет тратить на свой возросший ток, еще дополнительно 0,3 Вольта.

Чем больше мы включим потребителей, тем тяжелее источнику будет поддерживать напряжение на них, и все больше напряжения понадобится для проталкивания тока через себя.

Если включить еще обогреватель заднего стекла, (10 Ампер +), лампочки станут заметно тусклее, то есть, напряжение на них еще сильнее снизится.

Любопытов:- А может быть такое, что напряжение упадет вообще до нуля?

Знаев: — Может, если подключим столько приемников, что источник вообще не сможет справиться, тогда его ЭДС, будет вынуждена тратиться в самом источнике на проталкивание огромного тока через себя, и для нагрузок вообще напряжения не останется, все потухнет и перестанет работать, а аккумулятор полностью разрядится, а если другой источник (генератор или трансформатор) он задымится и скоро сгорит.

Такой случай называется «короткое замыкание» и для источников (кроме микроскопических) это аварийный режим и от него надо защищаться.

Любопытов:- А наоборот. Может напряжение приравняться к ЭДС ?

Знаев: — это значит, что ток прекратился, приемник имеет такое большое сопротивление, что источник не может протолкнуть через него ток, но тогда и приемник не работает, если это лампочка, то она не горит.

Любопытов:- Получается, что напряжение становится равным ЭДС, когда цепь не работает.

Знаев: — Не совсем так. В слаботочных (сигнальных) цепях сопротивление приемника часто огромное и тока практически нет, это наиболее выгодный режим работы источника сигнала, при котором напряжение сигнала достигает максимальной величин, равной ЭДС источника.

Любопытов:-То есть, можно понимать так ЭДС — это возможность, а напряжение это действие.

А правильно понимать так, что ЭДС — это максимально возможное напряжение, которое может создать источник?

Знаев: — Ну теперь пара формул, Они простые, но очень многое объясняют.

E= U+Ur(вн) это уравнение баланса напряжений. ЭДС источника равна сумме напряжения на нагрузке и падения напряжения внутри источника. В любой ситуации этот баланс выполняется.

Напряжение всегда меньше ЭДС на величину падения напряжения внутри источника Ur(вн)

Напряжение всегда меньше ЭДС потому, что часть напряжения падает внутри источника.

Любопытов:- Интересно, а если первое уравнение умножить на величину тока, ведь он общий для всей цепи, тогда получится, что

Рист = Рпр +Рr(вн) Мощность источника равна мощности приемника и мощности внутри источника. Это уравнение баланса мощностей, Баланс мощностей тоже всегда выполняется.

Знаев: — Правильно. Только более корректно будет звучать так:

Мощность, которую создает источник тратится на приемнике и часть мощности тратится в самом источнике.

Это главный энергетический закон для электрических цепей — баланс мощности.

Любопытов:- А, понятно, так это же соответствует закону сохранения энергии!

Знаев: — конечно, а ты думал, его можно опровергнуть? Надеялся, что на приемнике можно получить энергии больше, чем выдает источник?

Любопытов:- Хорошо, вроде все понятно, я попробую сделать вывод.

Источник создает ЭДС, за счет сторонних сил.

При подключении к источнику внешней цепи, начинает идти ток. На приемнике появляется напряжение, напряжение получается ниже, чем ЭДС, потому, что часть напряжения падает на самом источнике,

Да. кстати, я понял почему источник электроэнергии греется и может сгореть от перегрузки, он же имеет собственное сопротивление, на котором падает напряжение, а это и есть выделение мощности, которое его греет и отнимает полезную мощность у нагрузки.

Падение напряжения внутри источника это потерянная энергия, которая греет сам источник. И значит пропадает зря.

Знаев: — Ну теперь, если ты будешь работать с электрическими цепями, внимательно наблюдай и убедишься, что все наши рассуждения справедливы. Ты поймешь, что источник нельзя перегружать, и что нужное напряжение может поддерживаться только при правильно рассчитанной нагрузке.

Любопытов на следующий день.

На второй схеме, где источник соединен с приемником и в цепи идет ток, вольтметр показывает напряжение. А почему он показывает именно напряжение, а не ЭДС, ведь подключен он фактически к клеммам источника, а на них действует ЭДС, А падение напряжения внутри источника тоже действует между этими точками, почему же все таки, он показывает именно напряжение на нагрузке?

И напряжение и ЭДС — и то другое это разность потенциалов. Так вот, в точках куда присоединен вольтметр, разность потенциалов будет меньше ЭДС источника. Смотри как направлены стрелки тока в этом контуре. Во внешней цепи они направлены от плюса к минусу, а внутри источника ток идет от минуса к плюсу. и значит напряжение созданное этим током внутри источника направлено в навстречу ЭДС, а поэтому оно из ЭДС вычитается, и значит на клеммах источника получится напряжение, которое равно ЭДС минус падение напряжения внутри источника.

Это сразу непонятно, но если вдуматься, то все логично — источник это устройство которое должно разделять заряды какими-то сторонними силами и значит перетаскивать электроны навстречу их желанию.

Любопытов: Я это, вроде, понимал, но все равно объяснение довольно громоздкое.

Я думаю проще будет так: Падение напряжение внутри источника направлено навстречу ЭДС, поэтому вычитается из ЭДС и, значит, разность потенциалов в эти х точках снижается и вольтметр показывает именно напряжение.

Источник