Напряжение находится в зависимости от силы тока и исключительно в предельном случае разомкнутой цепи, когда сила тока , напряжение на зажимах равно э. д. с. . чем больше ток, тем меньше напряжение на зажимах источника.
Почему при замкнутой цепи напряжение на зажимах источника меньше эдс?
чем больше ток в цепи. тем меньше напряжение на зажимах источника электроэнергии. . Таким макаром, в замкнутой электрической цепи напряжение на зажимах источника электроэнергии тем меньше его ЭДС, чем больше ток в цепи и чем больше внутреннее сопротивление источника.
Почему напряжение на зажимах меньше чем эдс?
Напряжение на зажимах источника меньше ЭДС на величину падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника (1): . Разумеется, что напряжение на зажимах источника ЭДС тем больше, чем меньше его внутреннее сопротивление. В безупречном источнике ЭДС R0=0, U=E (напряжение не находится в зависимости от величины нагрузки).
Что такое эдс источника и напряжение на нагрузке?
Под ЭДС понимается физическая величина, характеризующая работу каких-то посторониих сил, находящихся в источниках питания неизменного либо переменного тока. При всем этом, если имеется замкнутый контур, то можно сказать, что ЭДС равна работе сил по перемещению положительного заряда к отрицательному по замкнутой цепи.
Что именуют эдс источника электроэнергии?
Источники электроэнергии владеют определенной электродвижущей силой (сокращенно ЭДС), которая делает и долгое время поддерживает разность потенциалов между концами проводника. . Время от времени молвят, что ЭДС делает электрический ток в цепи.
Почему напряжение на наружной цепи всегда меньше эдс?
1) Так как у любого источника напряжения есть так называемое внутреннее сопротивление, и на нём так же падает часть напряжения (оно в сумме с падением напряжения на наружной цепи и даст значение ЭДС).
Как формулируется закон Ома для замкнутой цепи?
Закон Ома для полной замкнутой цепи формулируется так: сила тока в замкнутой цепи прямо пропорциональна ЭДС в цепи и назад пропорциональна общему сопротивлению цепи. Под общим сопротивлением предполагается сумма наружного и внутреннего сопротивлений.
Чему равно напряжение на зажимах источника эдс работающего в режиме генератора?
Итак, напряжение на зажимах источника, работающего в режиме потребителя, равно сумме ЭДС и внутреннего падения напряжения. Поэтому, напряжение на зажимах источника, отдающего энергию, либо генератора, равно разности ЭДС и внутреннего падения напряжения.
Как фактически измерить эдс и внутреннее сопротивление источника?
Для измерения ЭДС и внутреннего сопротивления источника тока собирают электрическую цепь, схема которой показана на рисунке 1. К источнику тока подключают амперметр, сопротивление и ключ, соединенные последовательно. Не считая того, конкретно к выходным гнездам источника подключают к тому же вольтметр.
В чем измеряется Э Д С?
ЭДС так же, как и напряжение, в Интернациональной системе единиц (СИ) измеряется в вольтах. .
Что такое эдс и напряжение?
ЭДС – это наибольшее количество вольт, которое источник питания может выдать в цепь. Это неизменная для исправного источника питания величина. А напряжение источника питания находится в зависимости от того, что к нему подключено. (Тут мы говорим только о тех типах источников питания, которые изучаются в пределах школьной программы).
Как меняется эдс при изменении наружного сопротивления?
Меняетли ли эдс источника тока при изменении наружного сопротивления реостатом Не изменяется, не изменяется и внутреннее сопротивление источника тока.
Как работает источник эдс?
Источник эдс (либо безупречный источник напряжения) — это активный элемент с 2-мя зажимами, напряжение на которых не находится в зависимости от тока, проходящего через источник. В таком безупречном источнике отсутствуют пассивные элементы, т. е. у источника нету сопротивления индуктивности и ёмкости.
Что именуют посторонними силами?
Посторонними числятся все силы, хорошие от кулоновских сил. . Под действием создаваемого поля посторониих сил электрические заряды движутся снутри источника тока против сил электростатического поля, по этому на концах цепи поддерживается разность потенциалов и в цепи течет неизменный электрический ток.
Как найти эдс источника тока на практике?
- E — электродвижущая сила в вольтах;
- A — работа посторониих сил по перемещению заряда в джоулях;
- q — перемещённый заряд в кулонах.
Чему равна эдс источника питания?
Электродвижущая сила источника численно равна разности потенциалов на концах элемента, если он разомкнут, что дает возможность измерить ЭДС по напряжению.
Источники ЭДС (напряжения) и источники тока
В электротехнике пользуются понятиями источников ЭДС либо напряжения и тока. При всем этом источником напряжения именуется таковой источник электроэнергии, у которого внутреннее сопротивление R0 не много (С0 — велика), потому напряжение на его зажимах фактически не находится в зависимости от тока нагрузки; у источника тока R0 велико (G0 — мала), потому ток нагрузки фактически не находится в зависимости от напряжения на его зажимах. Условные изображения реальных источников представлены на рис. 1.5, а, д.
Важной чертой источников напряжения и тока являются наружные свойства, под которыми понимают: для источников ЭДС — зависимость напряжения от тока при неизменных ЭДС и внутреннем сопротивлении, снятые с внедрением схемы по рис. 1.5, а (ключ К замкнут) т.е. U = F(I) при Е = const и R0 = const; для источников тока — зависимость тока нагрузки от напряжения при неизменных токе источника и его внутренней проводимости, снятые с внедрением схемы по рис. 1.5, д (ключ К замкнут), т.е. I = F(U) при J = const и G0 = const. Практический энтузиазм также представляют зависимости токов нагрузок от их сопротивлений, снятые с внедрением схем по рис. 1.5, а и д (ключи К замкнуты) соответственно, т.е. I = F(R) при Е = const,/ = const, /?0 = const.
Установим соотношения, описывающие обозначенные свойства, и аппроксимируем (изобразим) их графически.
1. Реальными источниками ЭДС могут быть синхронные генераторы на электрических станциях либо аккумуляторные батареи, применяемые в почти всех радиоэлектронных устройствах, мобильной технике (самолеты, авто, тракторы и др.). У них внутренние сопротивления малы.
Если но цепи, изображенной на рис. 1.5, а (ключ К замкнут), протекает ток /, то напряжение U на зажимах источника ЭДС будет равно ЭДС Е за вычетом падения напряжения на его внутреннем сопротивлении [/0=/Д0, т.е.
Наружняя черта источника ЭДС описывается выражением (1-26), из которого разумеется, что с ростом тока / напряжение U миниатюризируется линейно (ровная 1 на рис. 1.5, б) от значения, равного ?, при I = /хх = = 0, т.е. нагрузка отсутствует, до нуля, когда I = Е / R0 = /кз, т.е. нагрузка закорочена, где /хх — ток холостого хода; /кз — ток недлинного замыкания источника напряжения.
Из выражения (1-26) также разумеется, что IR0 = Е — U = Е — IR, откуда
Зависимость тока нагрузки от сопротивления описывается формулой (1-27), из которой разумеется, что с ростом сопротивления R ток / миниатюризируется по кривой, изображенной на рис. 1.5, в, т.е. при R = 0 (куцее замыкание источника ЭДС) I = Е / R0 = /кз, при R = °° (холостой ход источника ЭДС) I = Е / оо = 0 = /хх.
Мощности источника ЭДС РИ, утрат в нем Р0 и на нагрузке Рн, разумеется, запишутся так:
Как разумеется из (1-30), при х.х., когда I = /хх= 0, Рн = U • 0 = 0, также при ее к.з., когда U = UK3 = 0, Рн = 01= 0. Это означает, что при каком-то промежном значении тока / либо сопротивления R мощность на нагрузке будет иметь наибольшее значение Рит> т.е. цепь будет работать при согласованном режиме. Для определения Рнт исследуем (1-30) на экстремум:
откуда
Сопоставление (1-32) и (1-30) указывает, что 2= R0 + /?, т.е. = R. Это значит, что на нагрузке выделяется наибольшая мощность Рит
при I = Е / 2 Rq либо R = R() (рис. 1.5, г). Эта мощность с учетом (1-32) равна
Коэффициент полезного деяния источника ЭДС либо
Как указывалось ранее, режим работы цепи, при котором на нагрузке выделяется наибольшая мощность, именуется согласованным режимом. Таковой режим наступает в цепи с источником напряжения при R = R0. Но при всем этом, согласно (1-34), г = 0,5. Потому в массивных электросистемах согласованного режима избегают, тут устанавливается таковой режим, при котором г| > 0,5, что достигается, согласно (1-34), обеспечением неравенства R > R0. Заметив, что при R . Тогда, согласно (1-26), ВАХ безупречного источника ЭДС смотрится, как показано на рис. 1.5, б, линия 2 (пунктир), т.е. его E-U и не находится в зависимости от тока.
На практике источник ЭДС считается безупречным, если R > 10R0 либо г> Юг0.
2. Реальным источником тока можно моделировать коллекторную цепь схемы замещения биполярного транзистора либо истоковую — полевого, также схемы некоторых классов усилителей.
Из рис. 1.5, д явны следующие соотношения:
Заменив U на IR = I / G в (1-35), получим которое можно переписать так:
Наружняя черта источника тока опишется выражением (1-35), из которого разумеется, что с ростом напряжения U ток I падает линейно (ровная 1 на рис. 1.5, е)> от J (когда U = 0) до нуля (когда J = U / R0 = /кз).
Зависимость / от R источника тока, согласно (1-36), представлена на рис. 1.5, ж.
Реальный источник тока преобразуется в безупречный, если G0 = 0 либо R0= ©о. Тогда, согласно (1-35), ВАХ безупречного источника тока смотрится, как показано на рис. 1.5, е (ровная 2 (пунктир)), т.е. его ток/ = / и не находится в зависимости от сопротивления.
На практике источник тока считается безупречным, если? ©о.
Вопросы и задания для самопроверки
- 1. Что такое электрическая схема, ветвь, узел, независящий и зависимый кшггур?
- 2. Нарисуйте схему с 3-мя узлами, 4-мя ветвями и 3-мя независящими контурами.
- 3. Что такое «земля» и чему равен потенциал заземленной точки схемы (цепи)?
- 4. Перечислите главные режимы работы цепи.
- 5. Что такое реальный и безупречный источники напряжения?
- 6. Выведите соотношения между током, ЭДС и сопротивлениями, при котором на нагрузке реального источника напряжения выделяется наибольшая мощность.
- 7. Каковы соотношения между внутренним и наружным сопротивлениями реального источника напряжения при согласованном режиме? Где применяется таковой режим и где не рекомендуется? Почему?
- 8. Какой формулой описывается наружняя черта реального и безупречного источников ЭДС и как они смотрится графически?
- 9. Какой формулой описывается зависимость тока от сопротивления нагрузки в цепи с реальным источником напряжения и как она смотрится графически?
- 10. Что такое реальный и безупречный источник тока?
- 11. Какими формулами описывается наружняя черта реального и безупречного источников тока и как они смотрятся графически?
- 12. Какой формулой описывается зависимость тока от сопротивления нагрузки в цепи с реальным источником тока и как она смотрится графически?
- 13. Какие из задач 1.17—1.20 решены некорректно и почему?
Решенные задачи
Задачка 1.17. Для какого элемента цепи справедливы ВАХ, изображенные на рис. 1.5?
Ответ: ВАХ 1 справедливы для линейных частей цепи, 2 — для нелинейных.
Задачка 1.18. Сколько веток, узлов, независящих и зависимых контуров в схеме?
Ответ: веток — 5, узлов — 4, независящих контуров — 2, зависимых контуров — 3. Задачка 1.19. В цени по рис. 1.5, а (ключ К замкнут) известны: Е= 10 В, Р0 = 0,5 Ом, R = 24,5 Ом. Найти ток /, напряжение U, мощности источника Pw нагрузки Р, также соотношения между Р0 и R, при которых КПД будут равны 0,25; 0,5 и 0,75. Решение
- 1. Согласно выражению (1-30) ток 1 = Е/ (Р0 + R) = 110 / (0,5 + 24,5) = 4,4 А.
- 2. Согласно выражению (1-29) напряжение U =Е- /Р0=IR= 4,4 • 24 = 105,6 В.
- 3. Согласно выражениям (1 -28) и (1 -30) мощности Р„ = El = 110 • 4,4 = 484 Вт, Рп= = UI= 105,6 • 4,4 = 464,64 Вт.
- 4. Используя выражение (1 -34), найдем разыскиваемые соотношения:
- • при г = 0,25 R = Р0 / 3. Если принять Р0 = 0,25 Ом = const, то Р ~ 0,083 Ом;
- • при т = 0,5 R = Р0. Если принять Р0 = 0,25 Ом = const, то Р ~ 0,25 Ом;
- • при Т| = 0,75 R= Р0/ 0,333. Если принять Р0 = 0,25 Ом = const, то R ~ 0,75 Ом.
Задачка 1.20. В схеме по рис. 1.5, д (ключ К замкнут) известны: R() = 0,5 Ом, R = = 24,5 Ом,/ = 219 А. Найти токи I и /0.
- 1. Найдем проводимости G0 = 1 / R0 = 1 / 0,5 = 2 См, G=l//?=1/ 24,5 = 0,041 См.
- 2. Согласно выражению (1-33) ток нагрузки 1 = JG/ (G0 + G) = 219 • 0,041 / (2 + + 0,041) = 4,4 А.
Тот же ток можно отыскать и так: I=JR / (R0 + R) = 219 • 24,5 / (0,5 + 24,5) ~ 204,6 А.
3. Ток/„=/-/= 219-4,4 = 214,6 ЛилиI0=J-I = 219 -214,6 = 4,4 А.
Задачи, требующие решения
Задачка 1.21. В цепи по рис. 1.5, а (ключ К замкнут) известны: Е= 110 В, 17= 100 В, R0 = 0,5 Ом. Найти ток /, сопротивление R, мощности источника Р„, нагрузки Р, также соотношения между R0 и R, при которых КПД будет равен 0,95.
Задачка 1.22. В схеме по рис. 1.5, д (ключ замкнут) известны: Р„ = 0,5 Ом, R = = 24,5 Ом, 1= 8,8 А. Найти токи J и /0.
Работа посторониих сил в цепи неизменного тока и источники ЭДС
Электрический ток не протекает в медном проводе по той же причине, по которой остаётся недвижной вода в горизонтальной трубе. Если один конец трубы соединить с резервуаром таким макаром, дабы образовалась разность давлений, жидкость будет вытекать из 1-го конца. Аналогичным образом, для поддержания неизменного тока нужно наружное воздействие, перемещающее заряды. Это воздействие именуется электродвижущая сила либо ЭДС.
От электростатики к электрокинетике
Между концом XVIII и началом XIX века работы таких учёных, как Кулон, Лагранж и Пуассон, заложили математические базы определения электростатических величин. Прогресс в осознании электричества на этом историческом шаге очевиден. Франклин уже ввёл понятие «количество электрической субстанции», но пока ещё и он, ни его преемники не смогли его измерить.
Следуя за тестами Гальвани, Вольта пробовал отыскать доказательства того, что «гальванические жидкости» животного были одной природы со статическим напряжением. В поисках правды он нашел, что когда два электрода из различных металлов контактируют через электролит, оба заряжаются и остаются заряженными невзирая на замыкание контура нагрузкой. Это явление не соответствовало имеющимся представлениям об электричестве так как электростатические заряды в схожем случае должны были рекомбинировать.
Вольта ввёл новое определение силы, действующей в направлении разделения зарядов и поддержании их в таком состоянии. Он именовал её электродвижущей. Схожее разъяснение описания работы батареи не вписывалось в теоретические базы физики тех пор. В Кулоновской парадигме первой трети XIX века э. д. с. Вольта определялась способностью одних тел производить электричество в других.
Важный вклад в разъяснение работы электрических цепей внёс Ом. Результаты ряда тестов привели его к построению теории электропроводности. Он ввёл величину «напряжение» и обусловил её как разность потенциалов на контактах. Подобно Фурье, который в собственной теории различал количество тепла и температуру в теплопередаче, Ом сделал модель по аналогии, связывающую количество перемещаемого заряда, напряжение и электропроводность. Закон Ома не противоречил скопленным познаниям об электростатическом электричестве.
Для вас это будет любопытно Понятие заземления и заземляющего контура
Потом, благодаря Максвеллу и Фарадею, объяснительные модели тока получили новейшую теорию поля. Это позволило создать связанную с полем концепцию энергии как для статических потенциалов, так и для электродвижущей силы. Главные даты эволюции понятия ЭДС:
- 1800 г. — создание Вольтой гальванической батареи;
- 1826 г. — Ом определяет свой закон для полной цепи;
- 1831 г. — обнаружение электромагнитной индукции Фарадеем.
Определение и физический смысл
Приложение некоторой разности потенциалов между 2-мя концами проводника создаст перетекание электронов от 1-го 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 макаром, для сотворения неизменного тока нужны механизмы, безпрерывно возвращающие описанную систему в первоначальную конфигурацию, другими словами, препятствующие агрегации зарядов в итоге их движения. Для этой цели применяются особые устройства, именуемые источники питания.
В качестве иллюстрации их работы комфортно рассматривать замкнутый контур из сопротивления и гальванического источника питания (батареи). Если представить, что снутри батареи тока нет, то описанная неувязка объединения зарядов остаётся неразрешённой. Но в цепи с реальным источником питания электроны передвигаются повсевременно. Это получается благодаря тому, что поток ионов протекает и снутри батареи от отрицательного электрода к положительному. Источник энергии, перемещающий эти заряды в батарее — хим реакции. Такая энергия именуется электродвижущей силой.
ЭДС является чертой 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 сотворения давления воды. Потому значок, обозначающий эти устройства, неотличим на гидравлических и электрических схемах.
Невзирая на название, электродвижущая сила по сути 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 какой:
- E — электродвижущая сила в вольтах;
- A — работа посторониих сил по перемещению заряда в джоулях;
- q — перемещённый заряд в кулонах.
Из этой формулы ЭДС следует, что электродвижущая сила не является свойством цепи либо нагрузки, а есть способность генератора электроэнергии к разделению зарядов.
Сопоставление с разностью потенциалов
Электродвижущая сила и разность потенциалов в цепи очень похожие физические величины, так как оба измеряются в вольтах и определяются работой по перемещению заряда. Одно из главных смысловых различий состоит в том, что э. д. с. (E) вызывается путём преобразования какой-нибудь энергии в электрическую, тогда как разность потенциалов (U) реализует электрическую энергию в другие виды. Другие различия смотрятся так:
- E передаёт энергию всей цепи. U является мерой энергии между 2-мя точками на схеме.
- Е является предпосылкой U, но не напротив.
- Е индуцируется в электрическом, магнитном и гравитационном поле.
- Концепция э. д. с. применима только к электрическому полю, в то время как разность потенциалов применима к магнитным, гравитационным и электрическим полям.
Для вас это будет любопытно Понятие, виды и характеристики электрического тока
Напряжение на клеммах источника питания, обычно, отличается от ЭДС источника. Это происходит из-за наличия внутреннего сопротивления источника (электролита и электродов, обмоток генератора). Связывающая разность потенциалов и ЭДС источника тока формула смотрится как U=E-Ir. В этом выражении:
- U — напряжение на клеммах источника;
- r — внутреннее сопротивление источника;
- I — ток в цепи.
Из этой формулы электродвижущей силы следует, что э. д. с. равна напряжению когда ток в цепи не течёт. Безупречный источник ЭДС создаёт разность потенциалов независимо от нагрузки (протекающего тока) и не обладает внутренним сопротивлением.
В природе не может существовать источника с нескончаемой мощностью при замыкании на клеммах, как и материала с нескончаемой проводимостью. Безупречный источник применяется как абстрактная математическая модель.
Источники электродвижущей силы
Сущность источника ЭДС заключается в преобразовании других видов энергии в электрическую при помощи посторониих сил. Исходя из убеждений физики обеспечения э. д. с различают следующие два главных вида источников:
- гальванические;
- электромагнитные.
1-ые представляют собой химические источники, основанные на вовлечение в хим реакцию процесса переноса электронов. В обыденных критериях хим взаимодействия сопровождаются выделением либо поглощением тепла, но существует много реакций, в итоге которых генерируется электрическая энергия.
Химические процессы почти всегда обратимы, так как энергия электрического тока может быть применена, дабы вынудить демонстрировать реакцию вещества между собой. Эта возможность позволяет создавать возобновляемые гальванические источники — батареи.
В генераторах тока э. д. с. создаётся другим методом. Разделение зарядов происходит при помощи явления электромагнитной индукции, которое состоит в том, что изменение величины либо направления магнитного поля создаёт ЭДС. Согласно закону Фарадея, нахождение э. д. с. индукции может быть из выражения E=—dФ/dt. В этой формуле:
- Ф — магнитный поток;
- t — время.
Для вас это будет любопытно Определение закона Ома, применяющегося для полной цепи
ЭДС индукции измеряется также в вольтах. Зависимо от того, каким методом вызываются конфигурации магнитного потока, различают:
- Динамически индуцированную. Когда в стационарном магнитном поле перемещается проводник. Характерен для генераторов.
- Статически индуцированную. Когда конфигурации потока появляются из-за изменений магнитного поля вокруг недвижного проводника. Так работают трансформаторы.
Есть также источники э. д. с, не основанные на электрохимии либо магнитной индукции. К таким устройствам можно отнести полупроводниковые фотоэлементы, контактные потенциалы и пьезокристаллы. Понятие ЭДС имеет практическое использование сначала как параметр выбора источников питания для тех либо других целей. Дабы получить наибольший эффект от работы устройств в цепи, необходимо согласовывать их способности и свойства. Сначала внутреннее сопротивление источника ЭДС силы с чертами подключаемой нагрузки.
