Чем отличается ЭДС от напряжения: простое объяснение на примере

Что такое электродвижущая сила

Под ЭДС понимается физическая величина, характеризующая действие любых внешних сил в источнике постоянного или переменного тока. В этом случае, если мы имеем дело с замкнутой цепью, мы можем сказать, что ЭДС равна работе сил по передаче положительного заряда в отрицательный в замкнутой цепи. Проще говоря, ЭДС источника тока представляет собой работу, необходимую для перемещения единичного заряда между полюсами.

В этом случае, если источник тока имеет бесконечную мощность и не имеет внутреннего сопротивления (позиция A на рисунке), ЭДС можно рассчитать по закону Ома для данного участка цепи, поскольку в этом случае напряжение и ЭДС равны.

где U — напряжение, а в рассматриваемом примере — ЭДС.

Однако настоящий источник питания имеет конечное внутреннее сопротивление. Следовательно, этот расчет нельзя использовать на практике. В этом случае для определения ЭДС используется полная формула окружности.

где E (также называемый «ԑ») — ЭДС; R — сопротивление нагрузки, r — внутреннее сопротивление источника питания, I — ток цепи.

Однако эта формула не учитывает сопротивление выводов цепи. Следует понимать, что внутри источника постоянного тока и во внешней цепи ток течет в разных направлениях. Разница в том, что внутри ячейки он течет от отрицательного к положительному, а по внешней окружности — от положительного к отрицательному.

Это показано на схеме ниже:

Электродвижущая сила измеряется вольтметром при отсутствии нагрузки, т.е. блок питания находится в режиме холостого хода.

Чтобы найти ЭДС по напряжению и сопротивлению нагрузки, найдите внутреннее сопротивление блока питания, для этого нужно дважды измерить напряжение при разных токах нагрузки, а затем найти внутреннее сопротивление. Последовательность расчетов по формулам приведена ниже, далее R1, R2 — сопротивление нагрузки для первого и второго измерения соответственно, остальные значения аналогичны, U1, U2 — напряжение источника на его выводах под нагрузкой.

Итак, мы знаем силу тока, она равна:

Если подставить в первые уравнения, то:

Теперь разделите на себя левую и правую части:

После преобразования в сопротивление источника тока получаем:

Внутреннее сопротивление r:

Где U1, U2 — напряжения на клеммах источника при разном токе нагрузки, I — ток цепи.

Тогда ЭДС равна:

E = I * (R + r) или E = U1 + I1 * r

Что такое напряжение

Электрическое напряжение (обозначенное как U) — это физическая величина, которая определяет, как электрическое поле работает для передачи заряда из точки A в точку B. Соответственно, напряжение может существовать между двумя точками в цепи, но, в отличие от ЭДС, оно может существовать между двумя выводами любого элемент схемы. Напомним, что ЭДС характеризует работу, совершаемую внешними силами, то есть работу самого источника тока или ЭДС по передаче заряда по цепи, а не конкретному элементу.

Это определение можно выразить просто. Напряжение источника постоянного тока — это сила, которая перемещает свободные электроны от одного атома к другому в определенном направлении.

Для переменного тока используются следующие термины:

  • мгновенное напряжение — это разность потенциалов между точками в заданном временном интервале;
  • значение амплитуды — показывает максимальное значение по модулю мгновенного значения напряжения в заданном временном интервале;
  • среднее значение — постоянная составляющая напряжения;
  • RMS и RMS.

Напряжение на участке цепи зависит от материала проводника, сопротивления нагрузки и температуры. Как и электродвижущая сила, она измеряется в вольтах.

Часто, чтобы понять физический смысл напряжения, он сравнивается с водонапорной башней. Столб воды приравнивается к напряжению, а поток — к току.

Толщина воды в башне постепенно понижается, что говорит о падении напряжения и уменьшении силы тока.

Так в чем же отличие

Чтобы лучше понять разницу между электродвижущей силой и напряжением, давайте рассмотрим пример. Есть источник бесконечной силы, в котором нет внутреннего сопротивления. В электрической цепи установлена ​​нагрузка.В этом случае верно, что ЭДС и напряжение идентичны, т.е. между этими двумя понятиями нет разницы.

Однако это идеальные условия, которых нет в реальной жизни. Эти условия используются только в расчетах. Фактически учитывается внутреннее сопротивление блока питания. В этом случае ЭДС и напряжение разные.

На рисунке показано, какой будет разница значений электродвижущей силы и напряжения в реальных условиях. Приведенная выше формула закона Ома для полной схемы описывает все процессы. Когда цепь разомкнута, на клеммах аккумулятора появится напряжение 1,5 В. Это значение ЭДС. После подключения нагрузки, в данном случае лампочки, на ней будет напряжение 1 В.

Отличие от идеального источника — внутреннее сопротивление блока питания. На этом сопротивлении наблюдается падение напряжения. Эти процессы описываются законом Ома для замкнутой цепи.

Если измеритель на клеммах источника питания показывает 1,5 В, это будет ЭДС, но опять же без нагрузки.

Вывод

Когда нагрузка подключена, клеммы намеренно будут иметь меньшее значение. Это напряжение.

  1. Из вышесказанного можно сделать вывод, что основная разница между ЭДС и напряжением заключается в следующем:
  2. Электродвижущая сила зависит от источника питания, а напряжение зависит от подключенной нагрузки и тока, протекающего по цепи.
  3. Электродвижущая сила — это физическая величина, которая характеризует работу внешних сил неэлектрического происхождения, возникающих в цепях постоянного и переменного тока.
  4. Напряжение и ЭДС имеют одну единицу измерения — вольт.

U — это физическая величина, равная работе эффективного электрического поля, создаваемого переносом единичного пробного заряда из точки A в точку B.