Чем эдс отличается от напряжения

Чем эдс отличается от напряжения

Для того чтобы разобраться что такое электродвижущая сила источника электрической энергии, необходимо вспомнить, что представляет собой электрический ток и за счёт чего происходит его движение в электрической цепи.

Известно, электрический ток движется в цепи за счёт разницы потенциалов. Для того чтобы движение тока не прекращалось, нужно непрерывно обеспечивать эту разницу потенциалов между полюсами источника напряжения, к которому подключена цепь.

Подобное явление можно сравнить с трубкой, которая соединена с двумя резервуарами с водой. Если в этих резервуарах будет разный уровень воды, то она непременно начнёт перетекать через трубку из одного сосуда в другой и наоборот; так если разница в уровне воды между сосудами будет постоянной, то и движение воды не прекратиться.

Данный пример помогает понять, что происходит в электрической цепи. Электрическая энергия, действующая внутри источника, постоянно поддерживает электрический ток. Таким образом, обеспечивается непрерывная работа.

Понятие «Электродвижущая сила»

В данном случае, электродвижущая сила (ЭДС) – это сила, которая поддерживает разницу потенциалов на разных полюсах источника энергии, она вызывает и поддерживает движение тока, а также преодолевает внутренне сопротивление проводника и т. д.

Ток может протекать по проводнику столь же долго, сколь существует разница потенциалов. Свободные электроны приходят в постоянное движение между телами, которые соединены в электрическую цепь.

Электродвижущая сила – величина физическая, т. е., её можно измерить и использовать как одну из характеристик электрической цепи. В источниках постоянного, либо переменного тока ЭДС характеризует работу непотенциальных сил. Это работа сторонних или непотенциальных сил в замкнутом контуре, когда они перемещают одиночный электрический заряд вдоль всего контура.

Возникновение электродвижущей силы

Существует различные виды источников электрической энергии. Каждый из них можно охарактеризовать по-разному, у каждого вида свои принципиальные особенности. Эти особенности влияют на возникновение электродвижущей силы, причины данного явления весьма специфичны, т. е. зависят от вида источника.

В чём же главная суть различий? К примеру, если мы берём химические источники электрической энергии, такие как аккумуляторы, другие гальванические элементы, то электродвижущая сила становится результатом химической реакции. Если рассмотреть генераторы, то здесь причиной является электромагнитная индукция, а в различных термических элементах основой является тепловая энергия. От этого возникает электрический ток.

Измерение электродвижущей силы

Электродвижущая сила измеряется в вольтах, также как и напряжение. Эти величины связаны между собой. Однако ЭДС можно измерять на отдельном участке электрической цепи, тогда будут измеряться работы не всех сил, действующих на этом контуре, а только те, которые есть на отдельно взятом участке цепи.

Разность потенциалов, являющуюся причиной возникновения и прохождения тока по цепи, также можно назвать напряжением. Однако, если ЭДС – работа сторонних сил, которая совершается при перемещении единичного заряда, то она не может быть охарактеризована с помощью разницы потенциалов, т. е., напряжения, так как работа зависит от траектории движения заряда, эти силы непотенциальны. В этом различие таких понятий как напряжение и электродвижущая сила.

Данная особенность учитывается при измерении ЭДС и напряжения. В обоих случаях используют вольтметры. Для того чтобы измерить ЭДС нужно при разомкнутой внешней цепи подключить вольтметр к концам источника энергии. Если требуется измерить напряжение на выбранном участке электрической цепи, то вольтметр должен быть подключён параллельно к концам конкретного участка.

ЭДС и напряжение источника электрической энергии могут быть независимо от величины электрического тока в цепи; в разомкнутой цепи ток равен нулю. Однако если генератор или аккумулятор будут работать, то они возбуждают ЭДС, а значит, между концами возникает напряжение.

Эдс и напряжение: что это и в чем разница

Сейчас ЭДС и напряжение, воспринимается многими в качестве идентичных понятий, у которых, если и предусмотрены некоторые отличительные особенности, то они являются столь незначительными, что вряд ли заслуживают вашего к себе внимания.

С одной стороны, такое положение дел имеет место быть, ведь те аспекты, которые отличают между собой два этих понятия являются столь незначительными, что заметить их вряд ли удастся даже более-менее опытным пользователям. Тем не менее, таковые все же предусмотрены и говорить о том, что ЭДС и напряжение являются совершенно одинаковыми — тоже нельзя.

Что собой представляет ЭДС и почему его часто путают с напряжением?

ЭДС, или электродвижущая сила, как ее принято называть во многих учебниках, представляет собой такую физическую величину, которая характеризует работу каких-либо сторонних сил, присутствующих в источниках постоянного, либо-же переменного тока.
Если говорить об замкнутом проводящем контуре, то следовало бы отметить то, что в случае с ним, ЭДС будет равняться работе сил по перемещению единичного положительного заряда вдоль вышеупомянутого контура. Путают электродвижущую силу и напряжение — не просто так. Как известно, два этих понятия, на сегодняшний день, измеряются в вольтах. При этом, об ЭДС мы можем говорить на любом участке цели, ведь по сути дела — это удельная работа сторонних сил, которые действуют не во всем контуре, а только на каком-то, определенном участке.

Отдельного внимания с вашей стороны, заслуживает то, что у ЭДС гальванического элемента, предусматривается работа сторонних сил, работающих во время перемещения единичного положительного заряда от одного полюса к совершенно другому. Работа этих сторонних сил, напрямую зависит от формы траектории, но не может быть выражена через разность потенциалов. Последнее обуславливается тем, что сторонние силы — не являются потенциальными. Несмотря на то, что напряжение, представляет собой одно из самых незамысловатых понятий, многие потребители до конца не понимают того, что оно собой представляет. Если этого не понимаете и вы, то считаем должным навести для вас некоторые примеры.

Возьмем для наглядности обыкновенный резервуар с водой. Из такого резервуара, должна будет выходить обыкновенная труба. Так вот, высота водяного столба или давление, простыми словами и будет представлять собой напряжение, в то время, как скоростью потока вода, будет являться электрический ток. Ввиду вышесказанного, чем больше будет предусматривается воды в баке, тем большим будет его давление и напряжение, соответственно.

Главные отличия ЭДС от напряжения

Электродвижущей силой, называют напряжение, которое согласно своему определению, является отношением работы сторонних сил, касательно перенесению положительного заряда непосредственно к самой величине этого заряда. Напряжением, в свою очередь, считается уже отношение работы электрического поля, касательно перенесения так называемого электрического заряда. Так, к примеру, если в вашем автомобиле предусмотрен аккумулятор, то его ЭДС всегда будет равна 13 Вольтам. Ну а вот если к вышеупомянутому прибору вы при включенных фарах присоедините еще и вольтметр — прибор, предназначающийся для измерения напряжения, то последний показатель окажется гораздо меньшим, чем 13 Вт. Такая, возможно несколько странноватая тенденция, обуславливается тем, что в аккумуляторе, в качестве сторонних сил, воспринимается именно действие химической реакции. При этом, в автомобиле предусмотрен также и генератор, который во время работы двигателя вырабатывает простой электрический ток.

Ввиду вышесказанного, мы и можем говорить об основных отличительных особенностях ЭДС и напряжения:

1. ЭДС будет зависеть от самого источника. Ну а вот если говорить мы будет об напряжение, то его показатель, напрямую зависит от того, что подключение и какой ток сейчас течет по цепи.
2. ЭДС — это физическая величина, которая нужна для того, чтобы характеризовать работу некулоновских сил, а напряжение характеризует работа тока, касательно перемещения заряда последним.
3. Понятия эти являются разными еще и потому что электродвижущая сила, предназначается для магнитной индукции, в то время, как напряжение, чаще всего используется по отношению к постоянному току.

Научный форум dxdy

Электрическое напряжение и электродвижущая сила

Электрическое напряжение и электродвижущая сила
07.05.2012, 14:01

Последний раз редактировалось mark_sandman 07.05.2012, 14:18, всего редактировалось 2 раз(а).

Чем принципиально отличается одно от другого?

Можно ли сказать, что Э.Д.С — это напряжение между зажимами источника?

Можно ли определять напряжение как величину Кулоновской силы на единицу площади, подобно тому, как это делается при определении механического напряжения?

И как с вашей точки зрения, наиболее чётко и грамотно можно дать определение электрическому напряжению и электродвижущей силе?

Re: Электрическое напряжение и электродвижущая сила
07.05.2012, 16:59

Заблокирован

ЭДС равна сумме падений напряжения в замкнутом контуре (согласно закону Ома и второму правилу Кирхгофа).

mark_sandman в сообщении #568285 писал(а):
Можно ли сказать, что Э.Д.С — это напряжение между зажимами источника?
Да, если цепь разорвана, (т.е. это частный случай замкнутой цепи).
mark_sandman в сообщении #568285 писал(а):

И как с вашей точки зрения , наиболее чётко и грамотно можно дать определение электрическому напряжению и электродвижущей силе?

(То и другое определяются через работу над пробным единичным зарядом).
С моей точки зрения наиболее чётко и грамотно эти определения даны в учебниках и справочниках! Тут бесполезно «изобретать велосипед».
Ну, можно пояснить.
ЭДС это некоторая сторонняя сила, вызывающая постоянное разделение зарядов (на внутреннем участке цепи). Если цепь замкнута (внешним участком цепи), то ЭДС вызывает непрерывное движение зарядов в этой цепи. ЭДС действует во внутреннем участке цепи — т.е. там, где и действует. А вот сумма падений напряжения на участках цепи, включая и внутренний (падение напряжения на участке цепи равно разности потенциалов на краях участка), как раз и равна ЭДС…

Можно провести аналогию с насосом в замкнутой цепи водопровода, где разность давлений на участках цепи аналогична падению напряжений в электрической цепи.

Re: Электрическое напряжение и электродвижущая сила
07.05.2012, 18:32

Открываем справочник по физике:

1. Э.Д.С — напряжение источника (ни о каком частном случае не говорится)

Причём не оговаривается какого именно источника. Есть источники эдс, есть источники постоянного тока, есть источники переменного тока, непонятно о каком источнике идёт речь. И что такое вообще источник?

2. Падение напряжения — напряжение между двумя произвольными точками проводника с током. Оно составляет часть ЭДС источника. Численно равно отношению мощности, выделяющейся на данном участве проводника, в силе тока, текущего в проводнике.
Определение единицы напряжения — вольт: Вольт — напряжение (разность потенциалов) между двумя точками проводника, при котором на этом участве проводника при токе 1 А выделяется мощность 1 Вт.

Здесь ничего не говорится ни про сторонние силы, ни про единичный пробный заряд. Если открыть другой справочник или учебник, там будет по-другому, и т.д. Тема создана для того, чтобы разобраться, что на самом деле из себя представляет и то, и другое, т.е как надо отвечать на экзамене по физике на вопросы, связанные с понятиями напряжения или э.д.с., а также для того, чтобы разобраться, как понимать физический смысл этих величин в различных задачах.

Источником Э.Д.С также может быть изменяющийся во времени магнитный поток, есть ЭДС самоиндукции, есть ЭДС индукции.

Напряжение можно определять как линейный интеграл от напряжённости электрического поля по какому-то направлению.

Можно понимать как площадь под графиком зависимости расстояния от напряжённости.

Хотелось бы свести все эти обрывочные знания в единую систему.

Главная проблема в том, что во всех учебниках и справочниках всё определяют по-разному, из-за этого возникает путаница

Re: Электрическое напряжение и электродвижущая сила
07.05.2012, 21:42

Заблокирован

mark_sandman в сообщении #568447 писал(а):

Падение напряжения — напряжение между двумя произвольными точками проводника с током. Оно составляет часть ЭДС источника. Численно равно отношению мощности, выделяющейся на данном участве проводника, в силе тока, текущего в проводнике.

Ну, Вы с формулами обращаетесь как дедушка Ленин: «Коммунизм — это есть Советская власть плюс электрификация всей страны» (Полн. собр. соч., 5 изд., т. 42, с. 159).
Со всеми вытекающими последствиями, типа «Коммунизм минус Советская власть — это есть электрификация всей страны».

Ваша формула обращается в неопределённость типа .

Re: Электрическое напряжение и электродвижущая сила
07.05.2012, 23:10

Последний раз редактировалось mark_sandman 07.05.2012, 23:10, всего редактировалось 1 раз.

Эти слова не мои, а из справочника по физике. (Х. Кухлинг, Справочник по физике, с. 312, изд. 1980 г.)

Re: Электрическое напряжение и электродвижущая сила
08.05.2012, 00:58

Заслуженный участник

Последний раз редактировалось rustot 08.05.2012, 01:04, всего редактировалось 2 раз(а).

напряжение, разность потенциалов — работа по перемещению единичного заряда которую нужно произвести
эдс — работа по . которую производит источник
то есть разница как между «массой» и «грузоподъемностью». вроде единица измерения одна и та же, но описывает разные явления 🙂

обратите внимание что внутри источника эдс ток течет против сил поля (определяемых разностью потенциалов), в отличие от нагрузки где ток течет под действием сил поля. да, в реактивных нагрузках тоже бывает ток течет ‘не туда’, элемент отдает энергию, а не потребляет. ну дак их в этот момент и правда можно считать тоже источниками эдс, например разряжающийся конденсатор. хотя принято таким считать все-таки элемент занимающийся этим непрерывно, а не иногда

Re: Электрическое напряжение и электродвижущая сила
08.05.2012, 07:29
rustot в сообщении #568609 писал(а):
хотя принято таким считать все-таки элемент занимающийся этим непрерывно, а не иногда

Вы про вечный двигатель?
Re: Электрическое напряжение и электродвижущая сила
08.05.2012, 18:58

Заблокирован

Последний раз редактировалось hvost_soroki 08.05.2012, 19:06, всего редактировалось 1 раз.

mark_sandman в сообщении #568579 писал(а):

Эти слова не мои, а из справочника по физике. (Х. Кухлинг, Справочник по физике, с. 312, изд. 1980 г.)

В предисловии к этому справочнику написано:
Цитата:
было бы ошибочно думать, что по этой книге можно изучать физику.

Следовательно, Вы ошиблись.
В данном справочнике отсутствует системное изложение, необходимое при изучении.

В учебниках вначале даётся определение напряжения электрического поля:

Цитата:

Разность потенциалов между двумя точками электрического поля называется напряжением (U). Напряжение численно равно работе, которую производят электрические силы при перемещении единичного положительного заряда между двумя точками.

Запомните это определение на всю оставшуюся жизнь!
Работа в электростатическом поле при перемещении заряда рассчитывается по формуле

Напряжение выражается в вольтах (В). 1 В — это такая разность потенциалов между двумя точками, когда при перемещении между ними положительного заряда в 1 Кл совершается работа в 1 Дж.

Далее в учебниках рассматривается падение напряжения в цепях постоянного тока.

где — ток,
— время,
есть заряд.
Мощность тока, т.е. работа в единицу времени, равна

Размерность электродвижущей силы совпадает с размерностью напряжения , и поэтому ЭДС выражают в тех же единицах (В), что и напряжение.

Таким образом, напряжение характеризует работу сил электрического поля при перемещении зарядов, а ЭДС характеризует работу неэлектрических сил при перемещении зарядов.

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 (или одинаковым, в зависимости от подключенной нагрузки). 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.

Почему тогда на батарейках или аккумуляторах, или в любом другом источнике указывается напряжение, а не ЭДС? Дело в том, что в идеальном источнике нет внутреннего сопротивления. В качестве внутреннего сопротивления могут быть контакты, материалы, химические реакции, реактивные сопротивления.

И так как они имеют сопротивление, то при прохождении через них электрического тока, на них появляется напряжение. Поэтому, в вольтах на клеммах источника тока указывается как напряжение, а не электродвижущая сила.

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

Допустим, есть три шарика.

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.

Атомы имеют различные свойства, но у каждого есть протон и электрон и почти у каждого в добавок к перечисленному — нейтрон. Что определяет заряд атома? Это компенсирование зарядов электронов и протонов. Электрон это минус, а протон — плюс. Если есть недостаток электронов, то атом положительно заряжен, если переизбыток — отрицательно. Почему так происходит? Это результат физических свойств атомов, окружающей среды и взаимодействия с другими материалами. Например, валентные электроны могут покидать атомы, тем самым делая его положительным.

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.