Сторонние силы

В одной из прошлых тем (условия существования электрического тока) уже затрагивался вопрос о необходимости источника питания для длительного поддержания существования электрического тока. Сам по себе ток, конечно же, можно получать и без таких источников питания. Например, разрядка конденсатора при вспышке фотоаппарата. Но такой ток будет слишком скоротечным (рис. 1).

Рис. 1. Кратковременный ток при взаимной разрядке двух разноименно заряженных электроскопов (Источник)

Кулоновские силы всегда стремятся свести разноименные заряды, выровняв тем самым потенциалы по всей цепи. А, как известно, для наличия поля и тока необходима разность потенциалов. Поэтому никак нельзя обойтись без каких-либо других сил, разводящих заряды и поддерживающих разность потенциалов.

Определение. Сторонние силы – силы неэлектрического происхождения, направленные на разведение зарядов.

Эти силы могут быть разной природы в зависимости от типа источника. В батареях они химического происхождения, в электрогенераторах – магнитного. Они-то и обеспечивают существование тока, так как работа электрических сил по замкнутому контуру всегда равна нулю.

Вторая задача источников энергии, помимо поддержания разности потенциалов, – это восполнение потерь энергии на столкновении электронов с другими частицами, вследствие чего первые теряют кинетическую энергию, а внутренняя энергия проводника повышается.

Сторонние силы внутри источника выполняют работу против электрических сил, разводя заряды в стороны, противоположные их естественному ходу (как они движутся во внешней цепи) (рис. 2).

Рис. 2. Схема действия сторонних сил

Аналогом действия источника питания можно считать водяной насос, который пускает воду против ее естественного хода (снизу вверх, в квартиры). Обратно же вода естественным образом под действием силы тяжести спускается вниз, но для непрерывной работы водоснабжения квартиры необходима непрерывная работа насоса.

Движение провода в магнитном поле

Значение индуктированной ЭДС определяется в зависимости от длины проводника, пересекаемого силовыми линиями поля. При большем количестве силовых линий возрастает величина индуктируемой ЭДС. При увеличении магнитного поля и индукции, большее значение ЭДС возникает в проводнике. Таким образом, значение ЭДС индукции в движущемся в магнитном поле проводнике находится в прямой зависимости от индукции магнитного поля, длины проводника и скорости его движения.

Данная зависимость отражена в формуле Е = Blv, где Е — ЭДС индукции; В — значение магнитной индукции; I — длина проводника; v —скорость его перемещения.

Отметим, что в проводнике, который движется в магнитном поле, ЭДС индукции появляется, только когда он пересекает силовые линии магнитного поля. Если проводник движется по силовым линиям, тогда ЭДС не индуктируется. По этой причине формула применяется только в случаях, когда движением проводника направлено перпендикулярно силовым линиям.

Направление индуктированной ЭДС и электротока в проводнике определяется направлением движения самого проводника. Для выявления направления разработано правило правой руки. Если держать ладонь правой руки таким образом, чтобы в ее направлении входили силовые линии поля, а большой палец указывает направление движения проводника, тогда остальные четыре пальца показывают направление индуктированной ЭДС и направление электротока в проводнике.

Формальные определения

Внутри источника эдс , которая является разомкнутой, консервативный электростатическое поле , создаваемое путем разделения зарядов в точности сокращает силы , производящие эдс. Таким образом, ЭДС имеет такое же значение , но противоположный по знаку интеграла от электрического поля в соответствии с внутренним путем между двумя терминалами A и B источника эдса в состоянии разомкнутой цепи (путь берутся от отрицательной клеммы к положительный полюс , чтобы дать положительный э.д.с., что указывает на работу на электроны , движущиеся в цепи). Математически:

Езнак равно-∫AВЕсs⋅dℓ ,{\ Displaystyle {\ mathcal {E}} = — \ Int _ {А} ^ {B}, {\ boldsymbol {Е}} _ {\ mathrm {ЦЛ}} \ CDOT \ mathrm {d} {\ boldsymbol {\ ell_p }} \}

где Е _CS является консервативным электростатическим полем , создаваемое разделением зарядов , связанным с эдс, д ℓ является элементом пути от терминала А к терминалу B , и «·» обозначает вектор скалярного произведения . Это уравнение применимо только к местам A и B , которые являются терминалами, и не распространяется на пути между точками А и B с частями вне источника эдс. Это уравнение предполагает электростатическое электрическое поле , обусловленное разделение зарядов E _CS и не включает в себя (например) любой не-консервативную составляющую электрического поля в связи с законом Фарадея индукции.

В случае замкнутого контура в присутствии переменного магнитного поля , интеграл от электрического поля вокруг замкнутого контура может быть отличным от нуля; одно общее применение концепции эдс, известной как « индуцированной ЭДС » является напряжение , индуцированное в таком цикле. « Индуцированной ЭДС » вокруг неподвижной замкнутой траектории C является:

Езнак равно∮С⁡Е⋅dℓ ,{\ Displaystyle {\ mathcal {E}} = \ oint _ {C}, {\ boldsymbol {Е}} \ CDOT \ mathrm {d} {\ boldsymbol {\ ell_p}} \,}

где сейчас Е представляет собой полное электрическое поле, консервативное и неконсервативное, а интеграл вокруг произвольного , но стационарных замкнутой кривой С , через который имеется переменное магнитное поле. Электростатическое поле не способствует чистой эдс вокруг цепи , так как электростатическая часть электрического поля является консервативной (то есть, работа против поля вокруг замкнутой траектории равна нуль).

Это определение может быть распространено на произвольные источники ЭДС и движущихся дорожек C :

Езнак равно∮С⁡Е+v×В⋅dℓ {\ Displaystyle {\ mathcal {E}} = \ oint _ {C} \ влево \ CDOT \ mathrm {d} {\ boldsymbol {\ ell_p}} \}

+1Q∮С⁡ЕееесTяvе счасемясaL еорсеs ⋅ dℓ {\ Displaystyle + {\ гидроразрыва {1} {Q}} \ oint _ {C} \ mathrm {Эффективное \ \ химическая силы \ \ CDOT} \ \ mathrm {d} {\ boldsymbol {\ ell_p}} \}

+1Q∮С⁡ЕееесTяvе TчасермaL еорсеs ⋅ dℓ ,{\ Displaystyle + {\ гидроразрыва {1} {д}} \ oint _ {C} \ mathrm {Эффективные \ \ термические силы \ \ CDOT} \ \ mathrm {d} {\ boldsymbol {\ ell_p}} \,}

которая представляет собой концептуальное уравнение, главным образом, потому, что определение «эффективных сил» трудно.

Нулевой уровень

Ученики 7-9 класса в задачах иногда встречают понятие ЭДС. И сразу же вопрос: «Что это такое?»

Если вы берете в руки любой источник тока: батарейку (гальванический элемент), блок питания и т.п., – на нем видите, например, надпись «4,5 В». Вы называете это напряжение источника. Но на самом деле это ЭДС – электродвижущая сила. Обозначается ℰ, измеряется в вольтах (В).

Если электрическим сопротивлением источника можно пренебречь (т.е. в условии задачи ничего не говорится про это сопротивление или написано, что источник идеальный), то ЭДС и напряжение источника равны.

Таким образом,

ЭДС – это одна из характеристик источника тока.

Обычно для решения задач в 7-9 классах этого достаточно.

Пьезоэлектрическая электродвижущая сила

Эта разновидность электродвижущей силы возникает тогда, когда происходит или сдавливание, или растяжение веществ, называемых пьезоэлектриками. Они широко используются в таких конструкциях, как пьезодатчики, кварцевых генераторах, гидрофонах и некоторых другиех.

Именно пьезоэлектрический эффект положен в основу работы пьезоэлектрических датчиков. Сами они относятся к датчикам так называемого генераторного типа. В них входной величиной является прилагаемая сила, а выходной – количество электричества.

Что касается таких устройств, как гидрофоны, то в основу их функционирования заложен принцип так называемого прямого пьезоэлектрического эффекта, который имеют пьезокерамические материалы. Суть его состоит в том, что если на поверхность этих материалов оказывается звуковое давление, то на их электродах возникает разность потенциалов. При этом она пропорциональна величине звукового давления.

дальнейшее чтение

• «Abhandlungen цуры Thermodynamik, фон Г. Гельмгольц. Hrsg. Фон Макс Планк». (Тр. «Документы к термодинамике, по Г. Гельмгольц. ПГТ. Макса Планка».) Лейпциг, В. Энгельманн, Оствальд классического автора точного ряда наук. Новое следствие. № 124, 1902.
• Nabendu С. Чоудхури, «Электромоторные измерения силы на клетки, включающие альфа-окиси твердый электролит». Техническая записка NASA, D-7322.
• GW Бернс и др., «Температура-электродвижущая сила, опорные функции и таблицы для письма отведенных типов термопар на основе ITS-90». Gaithersburg, MD: Департамент США по торговле, Национальный институт стандартов и технологии, Вашингтон, Supt. из Docs., USGPO, 1993.

В (электрохимических) термодинамики

При умножении на величину заряда д & эдс ℰ дает термодинамическое термин работы E эл DQ , который используется в формализме для изменения энергии Гиббса , когда заряд передаются в батарее:

dгзнак равно-SdT+Вdп+ЕdQ ,{\ Displaystyle дО = -SdT + VDP + {\ mathcal {Е}} DQ \,}

где G является свободной энергией Гиббса, S является энтропия , V представляет собой объем системы, Р является его давлением и Т является его абсолютной температурой .

Комбинация (ℰ, Q ) является примером сопряженной пары переменных . При постоянном давлении выше отношение приводит к соотношению Максвелла , которая связывает изменение напряжения разомкнутой ячейки с температурой Т (измеряемая величина) к изменению энтропии S , когда заряд передается изотермический и изобарический . Последнее тесно связан с реакционной энтропией электрохимической реакции , которая придает батарее его мощность. Это соотношение Максвелла:

(∂Е∂T)Qзнак равно-(∂S∂Q)T{\ Displaystyle \ слева ({\ гидроразрыва {\ парциальное {\ mathcal {E}}} {\ парциальное Т}} \ справа) _ {Q} = — \ влево ({\ гидроразрыва {\ парциальное S} {\ парциальное Q }} \ справа) _ {T}}

Если моль ионов переходят в раствор (например, в камере Даниель, как описано ниже) заряд через внешнюю цепь:

ΔQзнак равно-NF ,{\ Displaystyle \ Delta Q = -n_ {0} F_ {0} \,}

где п есть число электронов / иона, а Р является постоянная Фарадея и знак минус указывает разряд ячейки. Предполагая , постоянное давление и объем, термодинамические свойства ячейки связаны строго с поведением ее эдса путем:

ΔЧАСзнак равно-NF(Е-TdЕdT) ,{\ Displaystyle \ Delta H = -n_ {0} F_ {0} \ слева ({\ mathcal {E}} — {T \ гидроразрыва {D {\ mathcal {E}}} {дТ}} \ справа) \, }

где Δ Н представляет собой энтальпию реакции . Величины справа являются все непосредственно измеримыми.

Химическая электродвижущая сила

Химическая электродвижущая сила наличествует в аккумуляторах, гальванических батареях при протекании коррозионных процессов. В зависимости от того, на каком именно принципе построена работа того или иного источника питания, они именуются либо аккумуляторами, либо гальваническими элементами.

Одной из основных отличительных характеристик гальванических элементов является то, что эти источники тока являются, так сказать, одноразовыми. При их функционировании те активные вещества, благодаря которым выделяется электрическая энергия, в результате протекания химических реакций распадаются практически полностью. Именно поэтому если гальванический элемент разряжен полностью, то в качестве источника тока использовать его далее невозможно.

Взаимоиндукция

При расположении двух катушек рядом в них наблюдается ЭДС взаимоиндукции, которая определяется конфигурацией двух схем и их взаимной ориентацией. При возрастании разделения цепей значение взаимоиндуктивности уменьшается, поскольку наблюдается уменьшение общего для двух катушек магнитного потока.

Рассмотрим детально процесс возникновения взаимоиндукции. Есть две катушки, по проводу одной с N1 витков течет ток I1, которым создается магнитный поток и идет через вторую катушку с N2 числом витков.

Значение взаимоиндуктивности второй катушки в отношении первой:

М21 = (N2 x F21)/I1.

Значение магнитного потока:

Ф21 = (М21/N2) x I1.

Индуцированная ЭДС вычисляется по формуле:

Е2 = — N2 x dФ21/dt = — M21x dI1/dt.

В первой катушке значение индуцируемой ЭДС:

Е1 = — M12 x dI2/dt.

Важно отметить, что электродвижущая сила, спровоцированная взаимоиндукцией в одной из катушек, в любом случае прямо пропорциональна изменению электрического тока в другой катушке. Тогда взаимоиндуктивность считается равной:

Тогда взаимоиндуктивность считается равной:

М12 = М21 = М.

Вследствие этого , E1 = — M x dI2/dt и E2 = M x dI1/dt. М = К √ (L1 x L2), где К является коэффициентом связи между двумя значениями инжуктивности.

Взаимоиндукция широко используется в трансформаторах, которые дают возможность менять значения переменного электротока. Прибор представляет собой пару катушек, которые намотаны на общий сердечник. Ток в первой катушке формирует изменяющийся магнитный поток в магнитопроводе и ток во второй катушке. При меньшем числе витков в первой катушке, чем во второй, возрастает напряжение, и соответственно при большем количестве витков в первой обмотке напряжение снижается.

Помимо генерирования и трансформации электрической энергии, явление магнитной индукции используется в прочих приборах. К примеру, в магнитных левитационных поездах, движущихся без непосредственного контакта с током в рельсах, а на пару сантиметров выше по причине электромагнитного отталкивания.

Watch this video on YouTube

Магнитный поток

Вокруг проводника с электротоком появляется электромагнитное поле, однако параллельно возникает также обратное явление – электромагнитная индукция. Рассмотрим магнитный поток на примере: если рамку из проводника поместить в электрическое поле с индукцией и перемещать ее сверху вниз по магнитным силовым линиям или вправо-влево перпендикулярно им, тогда магнитный поток, проходящий через рамку, будет постоянной величиной.

При вращении рамки вокруг своей оси, тогда через некоторое время магнитный поток изменится на определенную величину. В результате в рамке возникает ЭДС индукции и появится электрический ток, который называется индукционным.

Ток, возникающий от ЭДС

Электродвижущая сила источника тока на то и движущая сила, что электроны от нее начинают двигаться, если замкнуть электрическую цепь. Их к этому принуждает ЭДС, пользуясь своей неэлектрической «половиной» природы, которая не зависит, все-таки, от половины, связанной с электронами. Так как считается, что ток в цепи течет от плюса к минусу (такое определение направления было сделано раньше, чем все узнали, что электрон — отрицательная частица), то внутри прибора с ЭДС ток делает движение завершающее — от минуса к плюсу. И всегда рисуют у знака ЭДС, куда направлена стрелочка – +. Только в обоих случаях — и внутри ЭДС источника тока, и снаружи, то есть в потребляющей цепи, — мы имеем дело с электрическим током со всеми его обязательными свойствами. В проводниках ток наталкивается на их сопротивление. И здесь, в первой половине цикла, имеем сопротивление нагрузки, во второй, внутренней, — сопротивление источника или внутреннее сопротивление.

Внутренний процесс работает не мгновенно (хотя очень быстро), а с определенной интенсивностью. Он совершает работу по доставке зарядов от минуса к плюсу, и это тоже встречает сопротивление…

Работа электрической батарейки

Сопротивление это двоякого рода.

1. Внутреннее сопротивление работает против сил, разъединяющих заряды, оно имеет природу, «близкую» этим разъединяющим силам. По крайней мере, работает с ними в едином механизме. Например, кислота, отбирающая кислород у двуокиси свинца и замещающая его на ионы SO₄-, определенно испытывает некоторое химическое сопротивление. И это как раз и проявляется как работа внутреннего сопротивления аккумулятора.
2. Когда наружная (выходная) половина цепи не замкнута, появление все новых и новых электронов на одном из полюсов (и убывание их с другого полюса) вызывает усиление напряженности электростатического поля на полюсах аккумулятора и усиление отталкивания между электронами. Что позволяет системе «не идти вразнос» и остановиться на некотором состоянии насыщенности. Больше электронов из аккумулятора наружу не принимается. И это внешне выглядит как наличие постоянного электрического напряжения между клеммами аккумулятора, которое называется U_хх, напряжением холостого хода. И оно численно равно ЭДС — электродвижущей силе. Поэтому и единицей измерения ЭДС является вольт (в системе СИ).

Но если только подключить к аккумулятору нагрузку из проводников, имеющих отличное от нуля сопротивление, то немедленно потечет ток, сила которого определяется по закону Ома.  

Померить внутреннее сопротивление источника ЭДС, казалось бы, можно. Стоит включить в цепь амперметр и шунтировать (закоротить) внешнее сопротивление. Однако внутреннее сопротивление настолько низко, что аккумулятор начнет разряжаться катастрофически, вырабатывая огромное количество теплоты, как на внешних закороченных проводниках, так и во внутреннем пространстве источника.

Однако можно поступить иначе:

1.  Измерить E (помним, напряжение холостого хода, единица измерения — вольт).
2. Подключить в качестве нагрузки некоторый резистор и померить падение напряжения на нем. Вычислить ток I₁.
3. Вычислить значение внутреннего сопротивления источника ЭДС можно, воспользовавшись выражением для r  

Иллюстрация

Обычно способность аккумулятора выдавать электроэнергию оценивается его энергетической «емкостью» в амперчасах. Но интересно было бы посмотреть, какой максимальный ток он может вырабатывать. Несмотря на то, что, быть может, электродвижущая сила источника тока заставит его взорваться. Так как идея устроить на нем короткое замыкание показалась не очень заманчивой, можно вычислить эту величину чисто теоретически. ЭДС равно U_хх. Просто нужно дорисовать график зависимости падения напряжения на резисторе от тока (следовательно, и от сопротивления нагрузки) до точки, в которой сопротивление нагрузки будет равно нулю. Это точка I_кз, пересечения красной линии с линией координаты I, в которой напряжение U стало нулевым, а все напряжение E источника будет падать на внутреннее сопротивление.

Часто кажущие простыми основные понятия не всегда бывает можно понять без привлечения примеров и аналогий. Что такое электродвижущая сила, и как она работает, можно представить, только рассмотрев множество ее проявлений. А стоит рассмотреть определение ЭДС, как оно дается солидными источниками посредством умных академических слов — и все начинай с начала: электродвижущая сила источника тока. Или просто выбей на стене золотыми буквами:

Надпись

Электростатическая движущая сила

Что касается этого типа электродвижущей силы, то она, к примеру, возникает при механическом трении, возникающем в электрофорных агрегатах (специальных лабораторных демонстрационных и вспомогательных приборах), она же имеет место быть и в грозовых облаках.

Генераторы Вимшурста (это еще одно название электрофорных машин) для своего функционирования используют такое явление, как электростатическая индукция. При их работе электрические заряды накапливаются на полюсах, в лейденских банках, причем разность потенциалов может достигать очень солидных величин (до нескольких сотен тысяч вольт).

Природа статического электричества заключается в том, что оно возникает тогда, когда из-за потери или приобретения электронов нарушается внутримолекулярное или внутриатомное равновесие.

Типы ЭДС

– электрохимическая  (ЭДС батареек и аккумуляторов)

– фотоэффекта (получение электрического тока от солнечной энергии)

– индукции (генераторы, использующие принцип электромагнитной индукции)

– Эффект Зеебека или термоЭДС (возникновение электрического тока в замкнутой цепи, состоящей из последовательно соединённых разнородных проводников, контакты между которыми находятся при различных температурах)

– пьезоЭДС (получение ЭДС от пьезоэлектриков)

Резюме

ЭДС – это сила НЕэлектрического происхождения, которая заставляет течь электрический ток в цепи.

Реальный источник ЭДС имеет внутри себя  внутреннее сопротивление, у идеального источника ЭДС внутреннее сопротивление равняется нулю.

Идеальный источник ЭДС всегда имеет на своих клеммах постоянное значение напряжения не зависимо от нагрузки в цепи.

Уровень А

В старших классах понятие ЭДС требует более подробного рассмотрения.

Сторонние силы

Рассмотрим два примера.

1. Шарик массой m закреплен в некоторой точке А над столом (рис. 1, а).

2. Шарик с зарядом q₁ (и малой массой) закреплен в некоторой точке А на небольшом расстоянии от второго закрепленного заряда q₂ (рис. 1, б).

Что произойдет с шариками, если их освободить?

1. Шарик массой m начнет падать, и если его не ловить, упадет на стол. Шарик заставляет двигаться сила тяжести. В этом случае говорят, что сила тяжести (или гравитационное поле) совершает работу.

2. Шарик с зарядом q₁ начнет двигаться к заряду q₂, и если его не ловить, столкнется с ним. Шарик заставляет двигаться сила притяжения ко второму шарику (кулоновская сила). В этом случае говорят, что кулоновская сила (или электрическое поле) совершает работу.

А можно ли вернуть шарики в точку А?

Можно, но для этого нужно приложить дополнительную силу.

В первом примере мы можем бросить шарик вверх. Мы затратим собственную энергию, чтобы заставить шарик двигаться в нужном направлении.

Второй пример рассмотрим более подробно. Шарик можно заставить двигаться влево еще одним зарядом q₃, большим по значению, чем заряд q₂. Но это будет так же кулоновская сила. Можно так же применить механическую силу, можно сообщить шарику дополнительную энергию (например, световую, химическую и т.д.), чтобы он смог преодолеть притяжения заряда q₂.

Силы, действующие на заряд, за исключением кулоновских, называются сторонними. Внутри любого источника тока заряды движутся под действием сторонних сил.

Во всех случаях, если сила заставляет тело двигаться в нужном направлении, то она совершает работу. Значит и сторонние силы совершают работу по перемещению заряда, которую называют сторонней.

ЭДС

Отношение работы сторонних сил по перемещению заряда к величине этого заряда и есть ЭДС (электродвижущая сила).

Обозначим работу сторонних сил — A_cт, переносимый заряд — q, тогда из определения следует, что ЭДС

Исходя из этой формулы, можно дать и другое определение:

ЭДС – это физическая скалярная величина, численно равная работе сторонних сил по перемещению единичного положительно заряда.

Таким образом, ЭДС характеризует действие сторонних сил и не является силой в обычном понимании этого слова. Здесь опять используется не очень удачная, но исторически установившаяся терминология.

Из этой формулы видно, что ЭДС измеряется в Вольтах (В).

Законы Фарадея и Ленца

Законы Фарадея и Ленца отображают закономерности возникновения электромагнитной индукции.

Фарадей выявил, что магнитные эффекты появляются в результате изменения магнитного потока во времени. В момент пересечения проводника переменным магнитным током, в нем возникает электродвижущая сила, которая приводит к возникновению электрического тока. Генерировать ток может как постоянный магнит, так и электромагнит.

Ученый определил, что интенсивность тока возрастает при быстром изменении количества силовых линий, которые пересекают контур. То есть ЭДС электромагнитной индукции пребывает в прямой зависимости от скорости магнитного потока.

Согласно закону Фарадея, формулы ЭДС индукции определяются следующим образом:

Е = — dФ/dt.

Знак «минус» указывает на взаимосвязь между полярностью индуцированной ЭДС, направлением потока и изменяющейся скоростью.

Watch this video on YouTube

Согласно закону Ленца, можно охарактеризовать электродвижущую силу в зависимости от ее направленности. Любое изменение магнитного потока в катушке приводит к появлению ЭДС индукции, причем при быстром изменении наблюдается возрастающая ЭДС.

Если катушка, где есть ЭДС индукции, имеет замыкание на внешнюю цепь, тогда по ней течет индукционный ток, вследствие чего вокруг проводника появляется магнитное поле и катушка приобретает свойства соленоида. В результате вокруг катушки формируется свое магнитное поле.

Э.Х. Ленц установил закономерность, согласно которой определяется направление индукционного тока в катушке и ЭДС индукции. Закон гласит, что ЭДС индукции в катушке при изменении магнитного потока формирует в катушке ток направления, при котором данный магнитный поток катушки дает возможность избежать изменения постороннего магнитного потока.

Закон Ленца применяется для всех ситуаций индуктирования электротока в проводниках, вне зависимости от их конфигурации и метода изменения внешнего магнитного поля.

Watch this video on YouTube

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.

разность напряжений

Разница электрического напряжения иногда называют ЭДС. Точки ниже, иллюстрируют использование более формальной, с точки зрения различия между эдс и напряжения он генерирует:

1. Для схемы в целом, например, один , содержащей резистор , включенных последовательно с гальваническим элементом, электрическое напряжение не вносит вклад в общий ЭДС, так как разность потенциалов при обходе цепи равна нуль. (Омическое ИК падение напряжения плюс приложенного электрического напряжения сумма к нулю. См законом Кирхгофа ). Эдс обусловлено исключительно к химии в батарее , которая вызывает разделение зарядов, что , в свою очередь , создает электрическое напряжение , которое приводит в действие тока.
2. Для цепи , состоящей из электрического генератора , который управляет током через резистор, эдс обусловлено только к изменяющейся во времени магнитного поля внутри генератора , который генерирует электрическое напряжение , что в свою очередь приводит в движение ток. (Омическое ИК падение плюс приложенное электрическое напряжение снова равен нулю. См закон Кирхгофа )
3. Трансформатора соединения двух цепей можно считать источником ЭДС для одной из цепей, так же , как если бы она была вызвана электрическим генератором; Этот пример иллюстрирует происхождение термина «трансформатор ЭДС».
4. Фотодиод или фотоэлемент может рассматриваться в качестве источника эдс, подобно батарее, в результате электрического напряжения , генерируемого в результате разделения зарядов управляется света , а не химической реакции.
5. Другие устройства , которые производят эдс являются топливными элементами , термопара и Термобатарея .

В случае обрыва цепи, электрический заряд , который был отделен от механизма генерации ЭДС создает электрическое поле , противодействующие механизм разделения. Например, химическая реакция в гальваническом элементе прекращается , когда противоположное электрическое поле на каждый электроде достаточно сильно , чтобы задержать реакцию. Большее Противоположное поле может полностью изменить реакции в так называемых обратимой клетке.

Электрический заряд , который был отделен создает электрическую разность потенциалов , которую можно измерить с помощью вольтметра между клеммами устройства. Величина ЭДС для батареи (или другого источника) является значением этого напряжения «разомкнутой цепи». Когда батарея зарядки или разрядки, сама ЭДС не может быть измерена непосредственно с помощью внешнего напряжения , потому что некоторые напряжения теряется внутри источника. Это, однако, может быть выведено из измерения тока I и разность потенциалов V , при условии , что внутреннее сопротивление г уже был измерен: E эл  =  V  +  Ir .