Чему равно эдс источника при разомкнутой цепи

ЭДС источника при замкнутой внешней цепи

Причину, разделяющую заряды и вызывающую их движение вдоль замкнутой цепи, называют электродвижущей силой (э.д.с, ЭДС).

Значение ЭДС любого источника, в котором осуществляется разделение зарядов, оценивается работой, затрачиваемой полем на перемещение единичного заряда от электрода, имеющего низший потенциал, к электроду с более высоким потенциалом.

В соответствии с определением потенциала эта работа равна разности потенциалов разделенных зарядов, которую, как и причину, разделяющую заряды, называют электродвижущей силой.

Если зажимы источника соединить проводящим телом и создать таким образом замкнутую цепь, то в ней установится электрический ток, направление которого совпадает во внешней цепи с направлением ЭДС. Внутри источника все время происходит разделение зарядов и поддерживается разность потенциалов.

Движение заряженных частиц при наличии тока имеет одно и то же направление на протяжении всей замкнутой цепи, и работа, затрачиваемая полем на перемещение единичного заряда вдоль замкнутой цепи, может быть оценена величиной которая также равна работе сил внутри источника, перемещающих единичный заряд с отрицательного электрода на положительный против сил электрического поля.

При установившемся электрическом токе заряды, сосредоточенные на электродах источника, непрерывно восстанавливаются, и поле вокруг электродов, обусловленное этими зарядами, имеет такой же характер, как и при разомкнутой внешней цепи: оно потенциально. В отличие от электростатического поле непрерывно восстанавливаемых зарядов называется стационарным полем.

Стационарное поле отличается от электростатического не только тем, что заряд источника этого поля непрерывно восстанавливается, но и тем, что такое поле обнаруживается как вокруг проводящих тел, так и внутри этих тел. Для стационарного поля, имеющего такой же характер, как потенциальное поле, для любого замкнутого контура, не проходящего через источник ЭДС.

Обращаясь к гидродинамической аналогии в случае замкнутой внешней цепи источника ЭДС, мы должны представить себе работу гидросистемы при открытой сливной трубе, в которой, предположим, находится некоторый приемник (гидравлический двигатель). Чтобы поддержать между резервуарами неизменную разность уровней, насос должен пополнять то количество жидкости в верхнем резервуаре, какое вытекает через сливную трубу.

Работа, затрачиваемая двигателем на поднятие этого количества жидкости, пропорциональна разности уровней и может быть охарактеризована значением этой разности. Работа, производимая потоком жидкости при ее падении от верхнего уровня до нижнего, пропорциональна той же разности уровней и, если считать, что потерь нет, равна работе, выполняемой двигателем.

Электродвижущая сила в ряде источников практически не зависит от значения электрического тока в цепи, поэтому часто считают, что она как при холостом режиме источника, так и при полной нагрузке остается одной и той же. Однако, как правило, ЭДС во время нагрузки источника несколько отлична от значения ЭДС при холостом ходе (обычно меньше).

Изменение ЭДС при этом объясняется так называемой реакцией источника. Так, например, в химических источниках ЭДС уменьшение ее наблюдается в связи с явлением поляризации, в электромашинных генераторах — вследствие наложения на магнитное поле возбуждения направленного в противоположную ему сторону магнитного поля тока нагрузки.

Разность потенциалов между отдельными точками электрической цепи зависит от распределения напряжения вдоль цепи. В частности, разность потенциалов между зажимами источника зависит от соотношения между внешним и внутренним сопротивлением источника, или от так называемого внутреннего падения напряжения.

Электродвижущая сила может быть сосредоточена на крайне ограниченном участке электрической цепи скачком (что, например, имеет место в гальванических, термоэлектрических, а также в других источниках, где ЭДС возникает в местах контакта разных веществ) или распределена на некотором участке внутренней цепи источника.

С последним случаем сталкиваемся в электромашинных генераторах, где ЭДС наводится на значительной длине проводников при движении их в магнитном поле, и полная ЭДС является суммой элементарных ЭДС, наведенных на отдельных участках электрической цепи. Сумма этих величин равна разности потенциалов между началом и концом проводников.

При анализе и расчете электрических цепей, содержащих ЭДС, часто принимают, что ЭДС имеет сосредоточенный характер. Наличие же внутреннего сопротивления источника учитывают введением добавочно включенного сопротивления.

Поскольку ЭДС характеризует при прохождении тока преобразование того или другого вида энергии в электрическую, говоря об источниках ЭДС или тока, употребляют также термин «источник (электрической) энергии». Все эти термины являются синонимами, если речь идет о собственно источниках.

Иногда при расчете и анализе электрических цепей различают источники тока и источники ЭДС.

Под источником ЭДС понимают такой источник питания, ЭДС которого можно считать не зависящей от значения внутреннего сопротивления и ЭДС такого источника должны стремиться к бесконечности. Иногда это достигается схемными решениями, применением стабилизирующих устройств и т. п.

Под источником тока понимают такой источник питания, сила тока которого не зависит от значения внутреннего сопротивления и силы тока такого источника должны стремиться к бесконечности. Иногда это достигается использованием источников с низким внутренним сопротивлением или применением усилителей тока.

В реальных условиях идеальные источники ЭДС и тока не существуют, поэтому при расчете электрических цепей необходимо учитывать внутреннее сопротивление источников питания, которое влияет на падение напряжения и силу тока в цепи. Для этого используют эквивалентную схему замещения, в которой источник питания представляется как идеальный источник ЭДС или тока, последовательно соединенный с внутренним сопротивлением.

В некоторых случаях, когда в цепи присутствуют несколько источников питания, можно применять методы суперпозиции или эквивалентного источника, чтобы упростить расчеты. Эти методы позволяют найти общую ЭДС или силу тока, действующую в цепи, путем суммирования или вычитания отдельных ЭДС или сил тока, создаваемых каждым источником.

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Электротехника ТОЭ

Лекции и задачи по ТОЭ. На сайте представлен лекционный материал для изучения теоретических основ электротехники и видеоуроки по всем темам. Так же тут можно заказать решение задач, курсовых, расчетных, контрольных и домашних работ. Онлайн помощь на экзамене, контрольной. Решение тестов, занятия по скайпу и др. В ближайшее время на сайт будут добавлены готовые работы на разные темы ТОЭ, ТАУ и другим дисциплинам.

1.3. Источники ЭДС и тока

Теория / 1.3. Источники ЭДС и тока

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

Идеализированный источник ЭДС – это активный элемент с двумя зажимами, напряжение на которых не зависит от проходящего через источник тока. Перемещение зарядов в источнике от точки с меньшим потенциалом к точке с большим потенциалом осуществляется за счет сторонних сил, присущих источнику. Обозначение идеализированных источников ЭДС на электрических схемах показано на рис. 1.5.

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 r ₀ 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.

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 I ₀:

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 g ₀ ≠ 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 r ₀

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:

Чему равно эдс источника при разомкнутой цепи

• Весь каталог
• Физический
• Философско-социологический
• Экономический
• Юридический
• Филологический
• Факультет современных иностранных языков и литератур
• Механико-математический
• Геологический
• Химический
• Географический
• Биологический
• Историко-политологический

Загрузить
свои
ресурсы

Электродвижущая сила.

Роль источника тока: разделить заряды за счет совершения работы сторонними силами. Любые силы, действующие на заряд, за исключением потенциальных сил электростатического происхождения (т. е. кулоновских) называютсторонними силами.

(Сторонние силы объясняются электромагнитным взаимодействием между электронами и ядрами)

ЭДС — энергетическая характеристика источника. Это физическая величина, равная отношению работы, совершенной сторонни­ми силами при перемещении электрического заряда по замкнутой цепи, к этому заряду:

Измеряется в вольтах ( В ).

Еще одна характеристика источника — внутреннее сопротивление источника тока: r .

Закон Ома для полной цепи.

Энергетические преобразования в цепи:

— закон сохранения энергии

( А — работа сторонних сил; А_{внеш .}— работа тока на внешнем участке цепи сопротивлением R ; А_{внутр .}— работа тока на внутреннем сопротивлении источникаr.)

Закон Ома: Сила тока в цепи постоянного тока прямо пропорциональна ЭДС источника тока и обратно пропорциональна полному сопротивлению электрической цепи.

1. Если R>>r , то ε=U . Измеряют e высокоомным вольтметром при разомкнутой внешней цепи.

e= U₁+U₂

3. На внутреннем участке цепи: A_внутр=U₁q , на внешнем участке цепи: A_внеш=U₂q .

A=A_внутр+ A_внеш . Тогда: εq=U₁q+U₂q . Следовательно: ε= U₁+U₂

ЭДС источника тока равна сумме падений напряжений на внешнем и внутреннем участках цепи.

4. Если R растет, то I уменьшается. — при уменьшении силы тока в цепи напряжение увеличивается!

5. Мощность: а) Полная..

Соединение источников тока.

1. Последовательное соединение источников: полная ЭДС цепи равнаалгебраической сумме ЭДС отдельных источников, полное внутреннее сопротивление равно сумме внутренних сопротивлений всех источников тока. Если все источники одинаковы и включены в одном направлении, то .

Тогда з-н Ома запишется в виде:

2. Параллельное соединение источников: один из источников (с наибольшейЭДС) работает как источник, остальные — как потребители (на этом принципе основана зарядка аккумулятора). Расчет по правилам Кирхгофа (см.).

Если все источники одинаковы , то закон Ома запишется в виде:.

Закон Ома для неоднородного участка цепи .

— знаки «+» или «-« выбираются в зависимости от того, в одну или в противоположные стороны направлены токи создаваемые источником ЭДС и электрическим полем.

Правила Кирхгофа.

1. Алгебраическая сумма сил токов в каждом узле (точке разветвления) равна 0. — следствие закона сохранения электрического заряда.

2. В любом замкнутом контуре цепи алгебраическая сумма произведений сил токов в отдельных участках на их сопротивления равна алгебраической сумме ЭДС источников в этих контурах. — следствие закона Ома для неоднородного участка цепи.

Направление токов выбирают произвольно. Если после вычислений значение силы тока отрицательно, то направление противоположно.

Замкнутый контур обходят в одном направлении. Если направление обхода совпадает с направлением тока, то IR>0 . Если при обходе приходят к «+» источника, то его ЭДС отрицательна.

В полученную систему уравнений должны входить все ЭДС и все сопротивления. Т.о. система должна состоять из одного уравнения для токов и k-1 — го уравнения для ЭДС (k — количество замкнутых контуров).