Електричні ланцюги. Електрорушійна сила. Що таке електрорушійна сила джерела струму?

- ЕРС.
ЕРС не є силоюу Ньютоновому сенсі (невдала назва величини, збережена як данина традиції).
ε i виникає при змінімагнітного потоку Ф, що пронизує контур.

Додатководив. презентацію "Електромагнітна індукція", а також відеофільми "Електромагнітна індукція", "Досвід Фарадея", мультфільми "Електромагнітна індукція", "Обертання рамки в магнітному полі (генератор)"

- ЕРС індукції під час руху одного з провідників контуру (так, щоб змінювався Ф). У цьому випадку провідник завдовжки l, що рухається зі швидкістю vстає джерелом струму.

- ЕРС індукції в контурі, що обертається в магнітному полі зі швидкістю?

Інші формули, де зустрічається ЕРС:

- Закон Ома для повного кола. У замкнутому ланцюзі ЕРС народжує електричний струм I.

Напрямок індукційного струму визначають за правилами:
- правило Ленця- Індукційний струм, що виникає в замкнутому контурі. протидіє тому змінимагнітного потоку, яким викликаний цей струм;
- для провідника, що рухається в магнітному полі, іноді простіше скористатися правилом правої руки- якщо розташувати розкриту долоня правої рукитак, щоб у неї входилисилові лінії магнітного поля У, а великий палець, відставлений у бік вказував напрямок швидкості v, то чотири пальціруки вкажуть напрямок індукційного струму I.

- ЕРС самоіндукції при зміні струму у провіднику.

Якщо замкнути між собою полюси зарядженого конденсатора, то під впливом накопиченого між його обкладками, у зовнішньому ланцюзі конденсатора у напрямку від позитивного полюса до негативного починається рух носіїв заряду - електронів.

Однак у процесі розряду поле, що діє на заряджені частинки, що рухаються, швидко слабшає до повного зникнення. Тому протікання електричного струму, що виникло в ланцюзі розряду, має короткочасний характер і процес швидко згасає.

Для тривалої підтримки струму в провідній ланцюгу використовуються пристрої, що неточно звані в побуті (у строго фізичному сенсі це не так). Найчастіше такими джерелами є хімічні батареї.

Внаслідок електрохімічних процесів, що відбуваються в них, на їх клемах відбувається накопичення різноіменних Сили не електростатичної природи, під дією яких здійснюється подібний розподіл зарядів, називають сторонніми силами.

Усвідомити природу поняття ЕРС джерела струму допоможе розгляд такого прикладу.

Уявімо провідник, що знаходиться в електричному полі, як показано нижче на малюнку, тобто таким чином, що всередині нього існує електричне поле.

Відомо, що під впливом цього поля у провіднику починає протікати електричний струм. Тепер виникає питання про те, що відбувається з носіями заряду, коли вони досягають кінця провідника, і чи цей струм залишатиметься незмінним з часом.

Ми можемо легко зробити висновок, що при розімкненому ланцюгу внаслідок впливу електричного поля заряди накопичуватимуться на кінцях провідника. У зв'язку з цим не залишатиметься постійним і рух електронів у провіднику буде дуже короткочасним, як показано на малюнку нижче.

Таким чином, для того, щоб підтримувати в провідному ланцюзі постійне протікання струму, цей ланцюг повинен бути замкнутий. мати форму петлі. Однак для підтримки струму навіть ця умова не є достатньою, оскільки заряд завжди рухається у бік меншого потенціалу, а електричне поле завжди робить позитивну роботу над зарядом.

Тепер після подорожі замкненим ланцюгом, коли заряд повертається до вихідної точки, де він почав свій шлях, потенціал у цій точці повинен бути таким же, яким він був на початку руху. Однак протікання струму завжди пов'язане із втратою потенційної енергії.

Отже, нам необхідне якесь зовнішнє джерело в ланцюзі, на клемах якого підтримується різниця потенціалів, що збільшує енергію руху електричних зарядів.

Таке джерело дозволяє здійснити подорож заряду від нижчого потенціалу до більш високого в напрямку, протилежному руху електронів під дією електростатичної сили, що намагається проштовхнути заряд від більш високого до більш низького потенціалу.

Цю силу, що змушує заряд рухатися від нижчого до вищого потенціалу, прийнято називати джерела струму - це фізичний параметр, який характеризує роботу, витрачену на переміщення зарядів усередині джерела сторонніми силами.

Як пристрої, що забезпечують ЕРС джерела струму, як уже згадувалося, використовуються акумулятори, а також генератори, термоелементи і т.д.

Тепер ми знаємо, що за рахунок своєї внутрішньої ЕРС забезпечує різницю потенціалів між висновками джерела, сприяючи безперервному переміщенню електронів у напрямку, протилежному до дії електростатичної сили.

ЕРС джерела струму, формула якої наведена нижче, як і різницю потенціалів виражається у вольтах:

E = A ст /Δq,

де А ст – робота сторонніх сил, Δq – заряд, переміщений усередині джерела.

Для підтримки заданого значення електричного струму у провіднику потрібно якесь зовнішнє джерело енергії, яке весь час забезпечувало б потрібну різницю потенціалів на кінцях цього провідника. Такими джерелами енергії є так звані джерела електричного струму, які мають якусь задану електрорушійною силоюяка здатна створити і тривалий час підтримувати різницю потенціалів.

Електрорушійна сила або скорочено ЕРС позначається латинською літерою Е. Одиницею виміру є вольт. Таким чином, щоб отримати безперервний рух електричного струму у провіднику, потрібна електрорушійна сила, тобто потрібне джерело електричного струму.

Історична довідка. Першим подібним джерелом струму в електротехніці був "вольтовий стовп", який був зроблений з кількох мідних і цинкових гуртків, прокладених коров'ячою шкірою, змоченою в слабкому розчині кислоти. Таким чином, найпростішим способом отримання електрорушійної сили вважається хімічна взаємодія ряду речовин і матеріалів, внаслідок чого хімічна енергія перетворюється на електричну енергію. Джерела живлення, у яких подібним методом генерується електрорушійна сила ЕРС, отримали назву хімічних джерел струму.

Сьогодні хімічні джерела живлення - батарейки та всі можливі види акумуляторів - набули величезного поширення в електроніці та електротехніці, а також електроенергетиці.

Також поширені й різні види генераторів, які у ролі єдиного джерела, здатні запитати електричною енергією промислові підприємства, дати освітлення до міст, функціонування систем залізниць, трамваїв та метро.

ЕРС діє однаково як на хімічні джерела, так і на генератори. Її дія полягає у створенні різниці потенціалів на кожному із затискачів джерела живлення та підтримці її протягом усього необхідного часу. Затискачі джерела живлення називають полюсами. В одному з полюсів завжди створюється нестача електронів, тобто. такий полюс має позитивний заряд і маркується. + », але в іншому навпаки створюється підвищена концентрація вільних електронів, тобто. цей полюс має негативний заряд і маркується знаком - ».

Джерела ЕРС застосовуються для підключення різних приладів та пристроїв, що є споживачами електричної енергії. За допомогою дротів споживачі підключаються до полюсів джерел струму, так що виходить замкнутий електричний ланцюг. Різниця потенціалів, що виникла в замкнутому електроланцюзі отримало назву і позначають латинською літерою «U». Одиниця виміру напруги один вольт. Наприклад, запис U=12 Вговорить про те, що напруга джерела ЕРС становить 12 ст.

Для того щоб виміряти напругу або ЕРС застосовують спеціальний вимірювальний прилад - .

При необхідності здійснити правильні вимірювання ЕРС або напруги джерела живлення, вольтметр приєднують безпосередньо до полюсів. При розімкнутому електричному ланцюзі вольтметр показуватиме ЕРС. При замкнутому ланцюзі вольтметр виведе на дисплей значення напруги на кожному затиску джерела живлення. PS: Джерело струму завжди розвиває більшу ЕРС, ніж напруга на затискачах.

Відео урок: ЕРС

Відео урок: Електрорушійна сила від вчителя фізики

Напруга на кожному з затискачів джерела струму менше електрорушійної сили на значення величини падіння напруги, що має місце бути на внутрішньому опорі джерела живлення:

У ідеальних джерел, напруга на затискачах залежить від величини споживаного струму.

Всі джерела електрорушійної сили мають характеристики, що їх характеризують: напруга холостого ходу U хх, Струм короткого замикання I кзта внутрішній опір (для джерела постійного струму R вн). U хх- Це напруга при струмі джерела рівним нулю. У ідеального джерела за будь-якого струму U хх = 0. I кз- Це струм при напрузі, що дорівнює нулю. У ідеального джерела напруги він нескінченний I кз = ∞. Внутрішній опір визначається із співвідношень. Так як напруга у ідеального джерела напруги постійно при будь-якому струмі ΔU = 0,то його внутрішній опір також має нульові значення.

R вн = U / I = 0;

При позитивній напрузі та струмі джерело надсилає свою електричну енергію в ланцюжок і працює в режимі генератора. При протилежному русі струму джерело приймає електричну енергію з ланцюга і працює в режимі приймача.

У разі ідеального джерела струму його значення, не залежить від величини напруги на його затисках: I = const.

Оскільки струм у ідеального джерела струму незмінний ΔI = 0, то він має внутрішній опір, що дорівнює нескінченності.

R вн = U / I = ∞

При позитивній напрузі та струмі джерело шле в ланцюг енергію та працює в режимі генератора. При зворотному напрямку він працює як приймача.

У реального джерела електрорушійної сили напруга на затискачах знижується зі збільшенням струму. Такий ВАХ відповідає рівняння для визначення напруги за будь-якого значення струму.

U = U xx - R вн × I,

Де , обчислюється за формулою

R вн = U / Δ I ≠ 0

Його також можна обчислити і через U ххі I кз

R вн = U хх/II кз

При під'єднанні джерела струму в будь-який замкнутий ланцюг площа, обмежена цим ланцюгом, починає пронизуватися зовнішніми магнітними силовими лініями. Кожна силова лінія, ззовні, перетинаючи провідник, наводячи у ньому ЕРС самоіндукції.

>>Фізика: Електрорушійна сила

Будь-яке джерело струму характеризується електрорушійною силою, або, скорочено, ЕРС. Так, на круглій батарейці для кишенькового ліхтарика написано: 1,5 В. Що це означає?
З'єднайте провідником дві металеві кульки, що несуть заряди протилежних знаків. Під впливом електричного поля цих зарядів у провіднику виникає електричний струм ( рис.15.7). Але цей струм буде дуже короткочасним. Заряди швидко нейтралізують один одного, потенціали кульок стануть однаковими, та електричне поле зникне.
Сторонні сили.Для того, щоб струм був постійним, треба підтримувати постійну напругу між кульками. Для цього необхідний пристрій ( джерело струму), яке переміщало б заряди від однієї кульки до іншої в напрямку, протилежному до напряму сил, що діють на ці заряди з боку електричного поля кульок. У такому пристрої на заряди, крім електричних сил, повинні діяти сили неелектростатичного походження ( рис.15.8). Одне лише електричне поле заряджених частинок ( кулонівське поле) не здатне підтримувати постійний струм у ланцюзі.

Будь-які сили, що діють на електрично заряджені частинки, за винятком сил електростатичного походження (тобто кулонівських), називають сторонніми силами.
Висновок про необхідність сторонніх сил для підтримки постійного струму в ланцюзі стане ще очевиднішим, якщо звернутися до закону збереження енергії. Електричне поле потенційно. Робота цього поля при переміщенні в ньому заряджених частинок уздовж замкненого електричного кола дорівнює нулю. Проходження ж струму провідниками супроводжується виділенням енергії - провідник нагрівається. Отже, в ланцюзі має бути якесь джерело енергії, яке постачає її в ланцюг. У ньому, окрім кулонівських сил, обов'язково мають діяти сторонні, непотенційні сили. Робота цих сил уздовж замкнутого контуру має бути відмінна від нуля. Саме в процесі виконання роботи цими силами заряджені частинки набувають усередині джерела струму енергію і віддають її потім провідникам електричного ланцюга.
Сторонні сили надають руху заряджені частинки всередині всіх джерел струму: в генераторах на електростанціях, в гальванічних елементах, акумуляторах і т.д.
При замиканні ланцюга створюється електричне поле у ​​всіх провідниках ланцюга. Усередині джерела струму заряди рухаються під дією сторонніх сил проти кулонівських сил(Електрони від позитивно зарядженого електрода до негативного), а в зовнішньому ланцюгу їх приводить в рух електричне поле (див. рис.15.8).
Природа сторонніх сил.Природа сторонніх сил може бути різноманітною. У генераторах електростанцій сторонні сили - це сили, що діють з боку магнітного поля на електрони в провіднику, що рухається.
У гальванічному елементі, наприклад, елементі Вольта, діють хімічні сили. Елемент Вольта складається з цинкового та мідного електродів, поміщених у розчин сірчаної кислоти. Хімічні сили викликають розчинення цинку у кислоті. У розчин переходять позитивно заряджені іони цинку, а сам цинковий електрод у своїй заряджається негативно. (Мідь дуже мало розчиняється в сірчаній кислоті.) Між цинковим і мідним електродами з'являється різниця потенціалів, яка і обумовлює струм у замкнутому електричному ланцюзі.
Дія сторонніх сил характеризується важливою фізичною величиною, яка називається електрорушійною силою(скорочено ЕРС).
Електрорушійна сила джерела струму дорівнює відношенню роботи сторонніх сил при переміщенні заряду по замкнутому контуру до величини цього заряду:

Електрорушійну силу, як і напруга, виражають у вольтах.
Можна говорити також про електрорушійну силу і на будь-якій ділянці ланцюга. Це питома робота сторонніх сил (робота з переміщення одиничного заряду) над всьому контурі, лише на даному ділянці. Електрорушійна сила гальванічного елементає величина, чисельно рівна роботі сторонніх сил при переміщенні одиничного позитивного заряду всередині елемента від одного полюса до іншого. Робота сторонніх сил може бути виражена через різницю потенціалів, оскільки сторонні сили непотенційні та його робота залежить від форми траєкторії переміщення зарядів. Так, наприклад, робота сторонніх сил при переміщенні заряду між клемами джерела струму поза джерелом дорівнює нулю.
Тепер ви знаєте, що таке ЕРС. Якщо на батарейці написано 1,5 В, це означає, що сторонні сили (хімічні в даному випадку) виконують роботу 1,5 Дж при переміщенні заряду в 1 Кл від одного полюса батарейки до іншого. Постійний струм не може існувати в замкнутому ланцюзі, якщо в ньому не діють сторонні сили, тобто немає ЕРС.

???
1. Чому електричне поле заряджених частинок (кулонівське поле) не здатне підтримувати постійний електричний струм у ланцюзі?
2. Які сили прийнято називати сторонніми?
3. Що називають електрорушійною силою?

Г.Я.Мякішев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотський, Фізика 10 клас

Онлайн бібліотека з підручниками та книгами з фізики, плани-конспекти уроків з усіх предметів, завдання з фізики для 10 класу

Якщо у вас є виправлення або пропозиції до цього уроку,

ЕРС. Чисельно електрорушійна сила вимірюється роботою, що здійснюється джерелом електричної енергії при перенесенні одиничного позитивного заряду по всьому замкнутому ланцюгу. Якщо джерело енергії, здійснюючи роботу Aзабезпечує перенесення по всьому замкнутому ланцюгу заряду q, то його електрорушійна сила ( Е) буде рівна

За одиницю виміру електрорушійної сили у системі СІ приймається вольт (в). Джерело електричної енергії має ЕДС в 1 вольт, якщо при переміщенні по всьому замкнутому ланцюгу заряду в 1 кулон здійснюється робота, що дорівнює 1 джоулю. Фізична природа електрорушійних сил у різних джерелах дуже різна.

Самоіндукція- виникнення ЕРС індукції в замкнутому провідному контурі при зміні струму, що протікає по контуру. При зміні струму Iу контурі пропорційно змінюється і магнітний потік Bчерез поверхню, обмежену цим контуром. Зміна цього магнітного потоку в силу закону електромагнітної індукції призводить до порушення в цьому контурі індуктивної ЕРС E. Це і називається самоіндукцією.

Поняття споріднене до поняття взаємоіндукції, будучи його окремим випадком.

Потужність. Потужність - це робота, що виробляється одиницю часу. Потужність-це робота, що виробляється в одиниця часу, тобто для перенесення заряду в ел. ланцюга чи замкнутої витрачається енергія, яка дорівнює А=U*Q оскільки кількість електрики дорівнює добутку сили струму, то Q=I*t звідси випливає що A=U*I*t. P=A/t=U*Q/t=U*I=I*t*R=P=U*I(І)

1Вт = 1000мВ, 1кВт = 1000В, Pr = Pп + Po-формула балансу потужності. Pr-потужність генератора(ЕРС)

Pr=Е*I,Pп=I*U корисна потужність, тобто потужність яка витрачається без втрат. Po=I^2*R-потужність, що втрачається. Для того щоб ланцюг функціонував необхідно дотримуватися балансу потужності в ел.ланцюзі.

12.Закон Ома для ділянки ланцюга.

Сила струму в ділянці ланцюга прямо пропорційна напрузі на кінцях цього провідника і обернено пропорційна його опору:
I = U/R;

1) U = I * R, 2) R = U / R

13.Закон Ома для повного кола.

Сила струму в ланцюзі пропорційна діючої в ланцюзі ЕРС і обернено пропорційна сумі опорів ланцюга і внутрішнього опору джерела.

ЕРС джерела напруги(В), - сила струму в ланцюзі (А), - опір всіх зовнішніх елементів ланцюга(Ом), - внутрішній опір джерела напруги(Ом) .1)E=I(R+r)? 2) R+r=E/I

14.Послідовне, паралельне з'єднання резисторів, еквівалентний опір. Розподіл струмів та напруги.

При послідовному з'єднанні кількох резисторівкінець першого резистораз'єднують з початком другого, кінець другого - з початком третього і т.д. При такому з'єднанніпо всіх елементах послідовного ланцюга проходить
той самий струм I.

Uе = U1 + U2 + U3.Отже, напруга U на затискачах джерела дорівнює сумі напруг кожному з послідовно включених резисторів.

Rе = R1 + R2 + R3, Iе = I1 = I2 = I3, Uе = U1 + U2 + U3.

При послідовному з'єднанні опір ланцюга збільшується.

Паралельне з'єднання резисторів.Паралельним з'єднанням опорів називається таке з'єднання, при якому до одного затискача джерела підключаються початку опорів, а до іншого затискача - кінці.

Загальний опір паралельно включених опорів визначається за формулою

Загальний опір паралельно включених опорів завжди менше найменшого опору, що входить у цю сполуку.

при паралельному з'єднанні опорів напруги ними рівні між собою. Uе=U1=U2=U3У ланцюзі притікає струм I, а струми I 1 I 2 I 3 витікають з неї. Оскільки електричні заряди, що рухаються, не накопичуються в точці, то очевидно, що сумарний заряд, що припливає до точки розгалуження, дорівнює сумарному заряду, що витікає від неї: Iе = I1 + I2 + I3Отже, третя властивість паралельної сполуки може бути сформульована так: Величина струму в нерозгалуженій частині ланцюга дорівнює сумі струмів у паралельних гілках.Для двох парал.резисторів: